具有壁隔離的筐狀裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種容納在反應器(R)中的裝置(D)，該裝置具有能夠被氣體和/或液體透過的底部(B)，在該裝置的周邊區(qū)域中布置有側(cè)面邊界部(W)，該側(cè)面邊界部完全包圍底部(B)并且形成了體積(V)，該體積至少部分或者全部被催化的和/或非催化的成型體填充，其中，必要時在上游方向在與底部(B)相對的側(cè)面上存在至少一個貴金屬和/或非貴金屬織物，其特征在于，至少在裝置(D)的側(cè)面邊界部(W)的內(nèi)側(cè)的部分表面上存在隔熱層(S)，其中，從包括陶瓷材料、微孔材料和硅酸鹽纖維的組中選擇用于隔熱層(S)的材料。
【專利說明】
具有壁隔離的筐狀裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及在權(quán)利要求中所分別限定的一種容納在反應器R中、優(yōu)選在高溫反應 器中的裝置D、一種包含該反應器R的裝置D、一種該裝置D的使用方案、一種包含該裝置D的 反應器R的使用方案以及一種使用裝置D來生產(chǎn)氮氧化物或硝酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 容納在反應器中的例如筐狀構(gòu)型的裝置通常由于構(gòu)造或強度原因而由像金屬或 金屬合金等能導熱的材料、例如鋼組成，該裝置在反應器例如被加熱到工作溫度時或者在 本身由于反應熱而升熱時膨脹，并在反應器冷卻時收縮。
[0003] 當這類裝置內(nèi)裝圓柱形或星形的催化劑顆粒的易移動的、顆粒狀的、例如傾灌的 內(nèi)容物時，由于裝置和所述內(nèi)容物之間的熱膨脹區(qū)別，在裝置的邊緣區(qū)域中通常會(常常不 規(guī)則地并且呈漏斗狀地)形成凹處，顆粒通常從裝置的周邊區(qū)域/邊緣區(qū)域滴落或沉降到該 凹處中。
[0004]這并不是所希望的，因為內(nèi)容物的不均質(zhì)通常會導致其例如在催化行為方面的特 性變差。這是因為，例如在周邊區(qū)域中的凹處中氣體的流動速度比在不具有凹處的區(qū)域中 大，因而氣體在周邊區(qū)域的逗留時間通常減少，該處可供反應氣體使用的催化面積也更小， 這原則上會造成在周邊區(qū)域中并進而整體的催化轉(zhuǎn)化更低。
[0005] 上述缺點通常出現(xiàn)在例如用于通過在現(xiàn)今的催化器、例如在含有貴重金屬的催化 紗網(wǎng)中對氨進行氧化來制造氮氧化物和/或硝酸的方法中。其中通常將氨的氧化產(chǎn)物輸送 通過顆粒狀的氧化亞氮分解催化劑的填料，該填料通常位于上述筐狀的裝置中。因而在該 方法中，上述漏斗形的凹處在氧化亞氮分解催化劑的該填料中會造成氧化亞氮在催化劑床 周邊區(qū)域中分解減少，這又通常會不期望地造成生產(chǎn)設(shè)備的氧化亞氮排放增加。
[0006] W0 2004/005187 A1(雅拉國際）描述了一種所謂的催化劑筐，具有金屬壁和穿孔 的底架，該催化劑筐位于氨-氧化燃燒器中。金屬壁具有特定的幾何形狀，以抑制催化劑填 料的不均質(zhì)。W0 2004/005187 A1未公開隔熱層。
[0007] W0 03/01 1448 A1 (莊信萬豐有限公司）描述了一種在被壁包圍的穿孔底部上的 可流體滲透的固定床/填料床。所述必具有特定的幾何形狀，以抑制催化劑填料的不均質(zhì)。 W0 03/01 1448 A1未公開隔熱層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是，提供一種裝置，該裝置尤其在周邊區(qū)域中膨脹不明顯并因而保 持其所容納的顆粒填料的均質(zhì)，其中實際在裝置的整個橫截面上的起始的填料高度盡可能 保持不變并且避免或阻止在裝置周邊區(qū)域中的凹處。
[0009]據(jù)此提出了在權(quán)利要求中相應限定的容納在反應器R中、尤其是在高溫反應器中 的裝置D、含有反應器R的裝置D、裝置D的使用方案、包含該裝置D的反應器R的使用方案以及 使用裝置D來生產(chǎn)氮氧化物或硝酸的方法。
[0010]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，裝置D和反應器R分別如下面所述地被用于生產(chǎn)氮氧 化物和/或硝酸的方法中。這些實施方式在下面也被稱作"N0x/HN03-實施方式"，除非明確 另作陳述，則下述內(nèi)容明確尤其適用于N0x/HN0 3-實施方式。
[0011]通常通過利用含氧氣體(通常為空氣)對氨進行催化氧化來生產(chǎn)氮氧化物和/或硝 酸的方法是已知的，并且例如在魏因海姆的威利-VCH出版社有限及兩合公司的Ullmann工 業(yè)化學百科全書的2003年的第六冊全面修訂版中在第1至49頁、第23欄以"硝酸、亞硝酸和 氮氧化物"得到描述。
[0012] 通常在用于制造氮氧化物和/或硝酸的方法中，將氨和含氧的氣體、例如空氣或純 氧的混合物在通常較高的例如800至900°C范圍內(nèi)的溫度下在例如貴重金屬（如鉑或鉑-銠 合金)織物上催化轉(zhuǎn)化，所生成的、通常包含主要成分為一氧化氮、副成分為氧化亞氮（"笑 氣"）的反應產(chǎn)物通常流過在流動方向上通常在催化紗網(wǎng)下方順流地布置的床層，該床層具 有相對于反應器中的反應條件耐受的催化的和/或非催化的、通常陶瓷的成型體/模制體。
[0013] 該床層通常在分解氧化亞氮方面具有催化活性，通常被容納在筐狀的裝置中并且 通常將氧化亞氮分解為氮(N2)元素和氧(0 2)元素。反應混合物在離開了通?？馉畹难b置后 通常在熱交換器處被冷卻，由此與氧繼續(xù)反應形成二氧化氮。所述反應混合物通常經(jīng)由不 同的熱交換器而被進一步冷卻（由此已經(jīng)能夠冷凝出部分硝酸)并最終在吸收裝置中與水 轉(zhuǎn)化形成硝酸。之前在冷卻器/冷凝裝置中有可能被冷凝出的稀釋的硝酸通常也被輸入到 吸收裝置中。
[0014] 下面詳述本發(fā)明。
[0015] 裝置0的材料通常是由金屬、例如因科鎳合金（111(3〇1161)600(材料號2.4816)、合金 602 CA、海恩斯(Haynes)合金制成的高溫材料，或者由材料號為1.4828和1.4835的奧氏體 鋼制成的材料。
[0016]裝置D的合適的材料是因科鎳合金600或材料號為1.4835的鋼或合金602CA或海恩 斯合金。
[0017] 裝置D的優(yōu)選材料是因科鎳合金600、材料號為1.4835的鋼或合金602CA。
[0018] 裝置D的底部B通常是被穿孔的，其中該穿孔的方式和形狀并不嚴格，并由其可供 氣體和/或液體、優(yōu)選供氣體滲透。底部B通常被穿孔成使得其通常所攜帶的顆粒不會由于 穿孔而下落。
[0019] 在一種實施方式中，底部B具有支承件，例如由框架和蜂窩結(jié)構(gòu)組成的格柵，其上 通常放置著一個金屬底網(wǎng)或多個、例如兩個至三個通常具有不同網(wǎng)孔尺寸和/或不同網(wǎng)格 金屬絲/網(wǎng)線厚度的金屬底網(wǎng)。支承件例如由框架和蜂窩結(jié)構(gòu)組成的格柵可以由單件組成， 但也可以由多個部分、優(yōu)選2至8個部分、特別優(yōu)選4至6個部分組成，其中這些部分的幾何形 狀可以是多樣的，例如可以是四分之一圓部分、六分之一圓部分、八分之一圓部分，所謂的 "蛋糕塊幾何形狀"，但例如也可以是圖3中所示的部分劃分。
[0020] 所述的一個或多個底網(wǎng)可以由一個單件組成，和/或由多個子件構(gòu)成，并且/或者 疊置地、優(yōu)選覆蓋地、優(yōu)選設(shè)置在支承件上，例如由框架和蜂窩結(jié)構(gòu)組成的格柵上，其中線 厚度更厚、網(wǎng)孔更大的網(wǎng)通常放在最下面。通常在底部B的周邊區(qū)域中在側(cè)面將所述的底網(wǎng) 或所述的多個底網(wǎng)上拉，使其例如部分或者優(yōu)選完全遮蓋側(cè)面界限/邊界部W和/或隔熱層 So
[0021]上面所述底網(wǎng)的孔可以具有任意的橫截面幾何形狀，例如矩形/方形、六角形、圓 形。
[0022] 底部B通常由材料1.4835、合金602CA和因科鎳合金600制成，優(yōu)選由因科鎳合金 600或合金602CA制成。
[0023] 底部B的橫截面幾何形狀本身原則上取決于通常容納它的反應器R的橫截面幾何 形狀。底部B的橫截面幾何形狀優(yōu)選與容納底部B的反應器R的那個橫截面幾何形狀相同。
[0024] 對于底部B的和/或容納底部B的反應器R的橫截面幾何形狀，可以考慮有角形、優(yōu) 選四角形或六角形、特別優(yōu)選直角形或者等邊六角形的橫截面。
[0025] 此外，作為底部B的和/或容納底部B的反應器R的橫截面幾何形狀，可以考慮近似 圓形的或橢圓形的橫截面，優(yōu)選為底部B和/或容納底部B的反應器R考慮近似圓形的或圓形 的橫截面形狀。底部B的橫截面和/或容納底部B的反應器的橫截面特別優(yōu)選是近似圓形的 或圓形的。
[0026] 底部B可以例如直接或通過間隔系統(tǒng)設(shè)置于在底部B的下游布置在反應器R中的冷 卻器或換熱器上。底部B還可以在反應器R中被布置在單獨的支承系統(tǒng)上，例如由中部的支 柱和側(cè)面的連接板構(gòu)成的支承系統(tǒng)上，側(cè)面的連接板通常沿圓周方向被布置在反應器內(nèi)壁 上。
[0027] 裝置D的側(cè)面邊界部W的材料通常與底部B的材料相同。
[0028] 側(cè)面邊界部W布置在底部B的周邊區(qū)域中，從而完全包圍底部B，并且形成了具有體 積V的空間，該體積部分或全部地被催化或非催化的成型體填充。該催化和/或非催化的成 型體可以是:通常具有3至30mm范圍內(nèi)的長度、2至10mm范圍內(nèi)的直徑、例如具有圓柱形或星 形的橫截面的固體顆粒，和/或例如六角蜂窩形狀的更大的成型體/模制體。其他催化的和/ 或非催化的成型體可以如下:高流環(huán)、環(huán)、球、股線、空心股線或其他固體顆粒和/或成型體。 [0029] 側(cè)面邊界部W通常以相對于底部B成45°至135°、優(yōu)選幾近直角地布置。側(cè)面邊界部 W通常是直的，因而在豎直方向上幾乎不彎曲。
[0030]圖1、2、4、5、6、7、8和9中示例性地示出了側(cè)面邊界部W連同隔熱層S的形狀，其中附 圖標號指代內(nèi)容如所述。
[0031]側(cè)面邊界部W的高度與底部B的內(nèi)直徑的比值通常在0.04至0.2的范圍內(nèi)。
[0032] 側(cè)面邊界部W的高度通常在100至1000mm，優(yōu)選150至600mm的范圍內(nèi)。
[0033] 底部B的內(nèi)直徑通常在2500至6000mm范圍內(nèi)。
[0034] 側(cè)面邊界部W可以、但不必須由一個單件制成，而是可以還可以由多個零件或部分 組成。
[0035] 隔熱層S至少存在于側(cè)面邊界部W的內(nèi)側(cè)的部分表面上，優(yōu)選存在于與底部B直接 逆流連接的區(qū)域中。隔熱層S可以覆蓋側(cè)面邊界部W的內(nèi)側(cè)的表面的例如30%至約100%，優(yōu) 選幾乎完全覆蓋。
[0036] 隔熱層S優(yōu)選覆蓋側(cè)面邊界部W的內(nèi)側(cè)的表面的下部一一即最靠近底部B的部分的 30%，優(yōu)選 30 % 至 90 %。
[0037] 隔熱層S在側(cè)面邊界部W的內(nèi)側(cè)上原則上完全將其包圍，例如如圖2中所述，圖中附 圖標記具有所述含義。
[0038]隔熱層S通常幾乎直接、也就是幾乎無間距地在裝置D的中心點方向上與側(cè)面邊界 部W的內(nèi)側(cè)連接。隔熱層S可以在朝向裝置D的中心點的側(cè)面上、例如在與顆粒或成型體的填 料的接觸側(cè)上具有幾乎任意的橫截面幾何形狀，例如從筆直的（矩形的）至傾斜的、例如梯 形形狀地向內(nèi)拱起(凹形)和向外、即向著裝置D的中心點的側(cè)面拱起（凸形），分階式的具有 一個或多個梯級。這例如在圖1、2、4、5、6、7、8和9中所示，其中的附圖標記具有在此所述的 含義。
[0039] 隔熱層可以由一個單件構(gòu)成或者由多個單個部件組裝成所需的橫截面幾何形狀， 如下面還將描述那樣。
[0040] 以底部B的直徑為參照，隔熱層S的厚度通常在1%至5%范圍內(nèi)，例如為1.7%。例 如，隔熱層S在底部B的直徑為2500mm至6000mm時厚度為100mm。
[0041 ]隔熱層S的材料從由陶瓷材料例如耐火泥、微孔材料和碳酸鹽纖維組成的組中選 出，其中所述材料原則上在約700至1100°C的溫度范圍內(nèi)不會分解并且具有例如在0.04至 0.09W/m/K范圍內(nèi)的導熱率。
[0042]微孔材料是微孔的娃酸鹽物質(zhì)，含有高度分散的娃酸和乳池劑/遮光劑，其在約 700至1100°C的溫度范圍內(nèi)不會分解并且在700至1100 °C的溫度范圍內(nèi)具有在0.04至 0.09W/mK范圍內(nèi)的導熱率，優(yōu)選的是例如Porextherm公司的\VDS?High和WDS? Ultra產(chǎn)品（參見肯普滕(Kempten)87437，Heisinger路8/10的Porextherm絕緣材料有限責 任公司的三頁數(shù)據(jù)頁版本1.4/15-0210/冊^〇8@把 811和三頁數(shù)據(jù)頁版本1.03/15-0210/ ,www.porextherm.com)〇
[0043]隔熱層S可以由例如10至50mm厚的板組成，所述板由上述材料、例如微孔的硅酸物 質(zhì)制成，其中所述板匹配于隔熱層W的所需的形狀或橫截面幾何形狀。
[0044] 在一種優(yōu)選的實施方式中，用于隔熱層S的上述材料被包圍在盒中（下面也被稱作 "隔離盒"），所述材料優(yōu)選為微孔的硅酸物質(zhì)(優(yōu)選預經(jīng)過850°C的熱處理)和/或硅酸纖維， 其形式為隔墊，如下面所述那樣，它們通常能夠被組裝成隔熱層S。
[0045] 下面示例性地描述具有被圍繞的隔離材料的隔離盒。所述隔離盒通常由金屬殼體 組成，該金屬殼體例如由耐高溫的鋼制成，該金屬殼體被一種或多種隔離材料填充，例如上 述的微孔材料，優(yōu)選微孔的硅酸物質(zhì)和/或硅酸纖維，后者優(yōu)選為隔墊的形式。所述被包圍 在隔離盒中的微孔材料被硅酸纖維隔墊或由蛭石和硅酸纖維制成的膨脹隔墊與金屬壁間 隔開。
[0046] 隔離盒的金屬殼體可以由一種或多種金屬制成，例如在面向高溫的隔離盒側(cè)上的 高溫材料，像因科鎳合金600、合金602CA，和在面向通常較低溫度的隔離盒側(cè)上的材料 1.4541〇
[0047]隔離盒優(yōu)選具有方形的構(gòu)型，優(yōu)選略有彎曲和槽口或者其他能夠形成槽榫結(jié)合構(gòu) 造的重疊結(jié)構(gòu)，并且在圖2中示例性示出，其中的附圖標記具有在此所述的含義。位于盒的 端側(cè)上的、通常構(gòu)成了相互接合的盒的槽口和重疊區(qū)域的壁，以薄金屬制成，以便例如減小 有效的整體熱傳導。
[0048]隔離盒的槽口和重疊區(qū)域的壁厚度通常在0.2至0.5mm范圍內(nèi)，并且通常小于隔熱 盒的其他部分的通常在0.8至1.5mm范圍內(nèi)的壁厚度。優(yōu)選的是隔離盒的槽口和重疊區(qū)域被 壓印在波浪狀的模型上。
[0049]例如，為建立隔熱層S，上述隔離盒繞圓周/周邊被劃分式地布置在側(cè)面邊界部W的 內(nèi)側(cè)上，如圖13示例性所示，其中附圖標記具有在此所述含義。
[0050]隔離盒優(yōu)選在周向（切線方向）上構(gòu)造有滑座或其它重疊工藝，例如槽榫，并且例 如只在圓周方向上是自由運動的，例如在圖12中所示那樣，其中附圖標記具有在此所述含 義。
[0051]隔離層S的例子在圖12和13中有所描述，其中的附圖標記具有在此所述的含義，所 述隔離層尤其是N0x/HN03的實施方式，其由在此所述的隔離盒構(gòu)成以及這些隔離盒的相互 接合成組，構(gòu)成了所述隔離層S。
[0052]隔離盒通常在通常為0至30°C的安裝溫度下這樣相互接合，使得在反應器R中在隔 離盒承受較高溫度的地方，接合寬度大于在反應器R中承受較低溫度的地方，這通常使得在 反應器中承受較高工作溫度的情況下，隔離盒通過膨脹幾乎不帶張力或不形成扭曲地盡可 能相互緊鄰相接合。
[0053] 在一種實施方式中，側(cè)面邊界部W的一部分（帶有或優(yōu)選不帶有隔熱層S)，在此被 稱作W1與底部B固定相連，完全包圍底部B并且相對較低，例如W1的高度在50至150mm范圍 內(nèi)。側(cè)面邊界部W的第二部分，在此稱作W2可以例如作為Z形構(gòu)造的"裙圍"在反應器內(nèi)壁上 完全將其包圍地布置，并且優(yōu)選固定其上，其中裙圍W2的底部作為例如向下取向的倒U或V 型材件。側(cè)面邊界部W1伸入所述倒U或V型材件的開口中。側(cè)面邊界部W1與底部B的固定連接 例如通過焊接實現(xiàn)。隔熱層S通常在可選地存在的催化紗網(wǎng)下方被優(yōu)選兩件式地并且優(yōu)選 以滑座構(gòu)型構(gòu)造，其中，隔熱層S的所述兩個部分中的上部分通常與上部的側(cè)面邊界部W2優(yōu) 選固定連接，隔熱層S的下部分與上部的側(cè)面邊界部W2不固定連接，從而該下部分能夠在豎 直方向上向上和向下運動。隔熱層S也可以安裝在可選地存在的催化紗網(wǎng)上方，優(yōu)選覆蓋側(cè) 面邊界部W的全部剩余部分。在該實施方式的一種變型中，W1可以與底部B不是固定地、而是 可逆地連接，使其能夠通過稍許操作而從底部松開，并能夠在此與底部連接，例如通過焊 接、插接、螺紋連接。圖9中示例性示出了上述實施方式，其中附圖標記具有在此所述含義。
[0054] 在另一種實施方式中，側(cè)面邊界部W完全包圍底部B并且與其不是固定連接，而是 例如作為"裙圍"完全包圍底部地布置在反應器內(nèi)壁上，并優(yōu)選被固定，其中在所述裙圍的 下端部和底部B之間是環(huán)繞的間隙，高度通常等于底部B由于溫度升高而向上的縱向延伸。 隔熱層S通常在可能存在的催化紗網(wǎng)下方優(yōu)選兩件式地、并且優(yōu)選以滑座構(gòu)型地構(gòu)造，其中 隔熱層S的該兩部分中的上部分通常與側(cè)面邊界部W優(yōu)選固定地連接，隔熱層S的下部分與 該側(cè)面邊界部W不固定連接，而是使隔熱層的該下部分仍能夠在豎直方向上上下運動。隔熱 層S也可以安裝在可選地存在的催化紗網(wǎng)上方，優(yōu)選覆蓋整個余下的側(cè)面邊界部W。圖8中示 例性示出了在此所述實施方式，其中附圖標記具有在此所述含義。
[0055] 至少在容納裝置D的反應器R的內(nèi)壁的區(qū)域中，在反應器R的內(nèi)壁和裝置D的側(cè)面邊 界部W之間布置有冷卻裝置一一例如被吸收熱量的介質(zhì)（例如水或鹽溶液)流過的管道，其 方式例如是管道以管卷的形式布置在反應器內(nèi)壁和側(cè)面邊界部W的外側(cè)之間，例如圖1、2、 4、5、6、7、8和9所示那樣，其中附圖標記具有在此所述含義。這類冷卻裝置通常具有的任務 是至少在裝置D的區(qū)域和/或反應器法蘭的區(qū)域中通過主動冷卻來針對強熱保護反應器。
[0056] 在一種實施方式中，在反應器R的內(nèi)壁上的冷卻裝置可以完全或部分地在裝置D區(qū) 域中被隔熱層S取代，如在此所述，如在圖10和11中所示那樣，其中附圖標記具有在此所述 含義。
[0057]在此情況下，容納裝置D的反應器R的內(nèi)壁的區(qū)域本身構(gòu)成了側(cè)面邊界部W，在其內(nèi) 側(cè)上至少局部地、優(yōu)選完全地且?guī)缀鯚o間隙地分布著所述隔熱層S，如上所述，其優(yōu)選由上 述隔離盒組成，并且例如可高達200至1200mm范圍內(nèi)的高度(從底部B向上游測量）。圖10和 11中示例性示出了該實施方式，其中附圖標記具有在此所述含義。
[0058]在上游，在與底部B相對的側(cè)上存在至少一個例如由鉑、鈀、銠和/或例如含有上述 貴金屬成分的貴金屬合金制成的貴金屬構(gòu)造物/織物，和/或至少一個非貴金屬織物例如梅 格派爾罩網(wǎng)/隔網(wǎng)（坎瑟爾罩網(wǎng)），其通常用于貴金屬紗網(wǎng)的機械穩(wěn)定，如在關(guān)于N0x/HN0 3實 施方式的圖1、4、5、6、7、8、9、10、11、14、15和16中所示，其中附圖標記具有在此所述含義。上 述貴金屬和/或非貴金屬織物在此被稱作"催化紗網(wǎng)"。
[0059] 在此情況下，體積V優(yōu)選被催化的和/或非催化的成型體填充，最多（被填充)直至 最下方的貴金屬和/或非貴金屬織物，優(yōu)選使得成型體碰到最下方的網(wǎng)上并且因而對于貴 金屬和/或非貴金屬織物例如起到幾乎完全支承的作用。
[0060] 催化的和/或非催化的成型體的形狀和大小是可變的。例如，較小的常規(guī)或非常規(guī) 成型的顆粒通常具有在3至30mm范圍內(nèi)的長度、在2至10mm范圍內(nèi)的直徑，例如具有圓柱形 或星形橫截面，并且/或者較大的成型體例如具有四角形或六角形的蜂窩形狀，例如具有3 至20cm的直徑和5至100cm的高度，或者適合使用由較小顆粒的下層和較大成型體的上層構(gòu) 成的組合。
[0061]后面的變型方案是優(yōu)選的，條件是催化的和/或非催化的成型體的填料不延伸至 貴金屬和/或非貴金屬織物處。該變型方案提供了一種用于支承所述網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)能夠放置 在該結(jié)構(gòu)上。成型體的所述兩層優(yōu)選被罩網(wǎng)分開。因此，金屬的中空圓柱形或六角形的蜂窩 狀成型體或者多孔的惰性的成型體或者成型體床層被罩網(wǎng)分開地布置在由較小的金屬和/ 或非金屬成型體構(gòu)成的床層上。
[0062] 在另一種變型方案中，所述催化的和/或非催化的成型體，例如如下所述地，被布 置在體積V中，優(yōu)選最多達至最下部的貴金屬和/或非貴金屬構(gòu)造物：
[0063] (A)催化成型體層，通常在上述的尺寸范圍內(nèi)的通常較小的規(guī)則或不規(guī)則形狀的 顆粒，
[0064] (B)非催化成型體層，通常在上述尺寸范圍內(nèi)的通常較小的規(guī)則或不規(guī)則形狀的 顆粒，
[0065] (C)多個催化和/或非催化成型體層，通常在上述尺寸范圍內(nèi)的通常較小的規(guī)則或 不規(guī)則的顆粒如圖14所示被交替或非規(guī)則地布置。這些層通常在此被裝置、例如水平布置 的穿孔的板或金屬罩網(wǎng)、例如梅格派爾罩網(wǎng)水平分開。
[0066] (D)或者一層催化成型體、或者一層非催化成型體、或者一層催化和非催化成型體 的組合，分別是較大的成型體、例如六角形蜂窩體，其幾乎無間隙地并且極大范圍地覆蓋底 部B的整個區(qū)域，如圖15所示。
[0067] (E)例如在圖16中所示的布置在構(gòu)造(A)或(B)或(C)的床層上的構(gòu)造(D)。
[0068] 對上述催化的和/或非催化的成型體在體積V中的布置示例性地在圖14至16中示 出。
[0069] 具有上述尺寸的其他成型體可以如下：高流環(huán)、環(huán)、球、股線、空心股線或其他固體 顆粒和/或其他成型體。
[0070] 非催化成型體通常是陶瓷的、相對于反應器R中的反應條件耐受的、幾乎不催化反 應器R中的反應物的成型體。
[0071] 催化成型體通常是將反應器R中的一種或多種反應物催化的、例如將氧化亞氮分 解成氮和氧的成型體。
[0072] 本申請的目的還包括一種反應器R，具有裝置D，其中明確指出的是:對裝置D的全 部公開或其它
【發(fā)明內(nèi)容】
在此都明確被并入到本發(fā)明的上述主題中。
[0073] 反應器R在此可以是優(yōu)選在較大工業(yè)范疇內(nèi)用于實施化學反應的容器。
[0074] 這類化學反應例如是含碳和/或含氮化合物的氧化，優(yōu)選利用含氧或含鹵素的氣 體。這類氧化例如是石油、原油、天然氣、碳或類似物的通常的燃燒，例如為了產(chǎn)生熱量和/ 或電能;利用含氧氣體、優(yōu)選空氣或純氧將氨催化氧化成氮氧化物;利用氨和氧使使具有甲 基的有機化合物或甲烷"氨氧化"以產(chǎn)生腈或氰化氫。
[0075] 這類化學反應的另一例子是將氮氧化物、優(yōu)選氧化二氮(N20)優(yōu)選催化轉(zhuǎn)化為氮 和氧。
[0076] 反應器R優(yōu)選是:優(yōu)選在大工業(yè)范疇內(nèi)用于制造化學物品、例如尤其是通過利用含 氧氣體例如空氣使氨催化氧化來制造氮氧化物如腸 2、犯0、犯〇4、^)和/或硝酸和/或亞硝酸 的容器;用于制造硫氧化物、例如S02，S0 3和/或硫酸、亞硫酸或其它酸或硫氧化物的容器。
[0077] 例如，反應器R是圓柱形容器，優(yōu)選在大工業(yè)范疇內(nèi)用于通過利用含氧氣體、例如 空氣或純氧催化氧化氨來制造氮氧化物，例如如2、％0、犯〇4、腸和/或硝酸和/或亞硝酸。適 用于該示例的在此詳細所述的裝置D例如在圖1至16中示出。該裝置D的合適的填料在此已 詳細描述并示例性地在圖14至16中示出。
[0078]本發(fā)明還提出在例如通過在800至900°C溫度范圍內(nèi)并且在貴金屬、例如鉑或鉑-銠合金制成的罩網(wǎng)上利用含氧氣體、例如空氣或純氧催化氧化氨制造氮氧化物并且必要時 使氮氧化物與水反應以產(chǎn)生硝酸的方法中裝置D的使用方案，其中要明確指出的是，對裝置 D或其他發(fā)明主題所做的全部公開都在此被并入到上述發(fā)明主題中。
[0079] 本發(fā)明的另一主題是在例如通過在800至900°C溫度范圍內(nèi)并且在貴金屬、例如鉑 或鉑-銠合金制成的紗網(wǎng)上利用含氧氣體、例如空氣或純氧催化氧化氨制造氮氧化物并且 必要時使氮氧化物與水反應以生成硝酸的方法中反應器R的使用方案，其中要明確指出的 是，對裝置D和/或反應器R或其他發(fā)明主題所做的全部公開都在此被并入到上述發(fā)明主題 中。
[0080] 發(fā)明還提出一種用于制造氮氧化物的方法，其中，利用含氧氣體、優(yōu)選空氣或純 氧，在例如800至900°C的溫度范圍內(nèi)，例如在由鉑或鉑銠合金等貴金屬制成的紗網(wǎng)上將氨 催化氧化并且使得所產(chǎn)生的、原則上含有一氧化氮作為主要成分、含有氧化亞氮作為輔助 成分的反應產(chǎn)物流動通過床層，該床層具有催化的和/或非催化的成型體，該成型體通常在 流動方向上順流地布置在催化紗網(wǎng)下方，其中所述床層如所述那樣布置在裝置D或反應器R 中，其中要明確指出的是，對裝置D和/或反應器R或其他發(fā)明主題所做的全部公開都在此被 并入到上述發(fā)明主題中。
[0081] 本發(fā)明的另一主題是用于制造硝酸的方法，其中在例如800至900 °C的溫度范圍內(nèi) 在由貴金屬、例如鉑或鉑銠合金制成的紗網(wǎng)上使氨與含氧氣體、優(yōu)選空氣或純氧催化反應， 并且使所產(chǎn)生的、原則上含有一氧化氮作為主要成分、氧化亞氮作為輔助成分的反應產(chǎn)物 流過床層，該床層具有催化的和/或非催化的成型體，該成型體通常在流動方向上順流地布 置在催化紗網(wǎng)下方，其中所述床層如所述那樣布置在裝置D或反應器R中，其中要明確指出 的是，對裝置D和/或反應器R或其他發(fā)明主題所做的全部公開都在此被并入到上述發(fā)明主 題中。
【附圖說明】
[0082] 在附圖中也示出實施例并且在下面說明中也進一步說明。
[0083] 附圖標記列表
[0084] 1反應器R的反應器壁
[0085] 2側(cè)面的冷卻管
[0086] 3熱交換管
[0087] 4側(cè)面邊界部W
[0088] 5 底部 B
[0089] 6催化紗網(wǎng)
[0090] 7隔熱層S(例如由隔離盒制成）
[0091] 8體積V(優(yōu)選具有填充物）
[0092] 9支承件
[0093] 10底部罩網(wǎng)
[0094] 11固定裝置，帶有用于催化紗網(wǎng)的配重件
[0095] 12遮蓋板
[0096] 13催化的成型體
[0097] 14非催化的成型體
[0098] 15分隔裝置，用于體積V中的填充物
[0099] 16較大的催化成型體(優(yōu)選蜂窩體）
【具體實施方式】
[0100] 圖1中以縱剖面示出了優(yōu)選用于N0x/HN03實施方式的圓柱形反應器R的一部分，其 中容納有裝置D。附圖示出：反應器壁1，其具有直至催化紗網(wǎng)6的高度的側(cè)面的冷卻管2;包 括側(cè)面邊界部W 4的裝置D，該側(cè)面邊界部從在側(cè)面的冷卻管2的前面布置成裙圍且延伸至 底部B 5;底部B 5,其優(yōu)選放置在熱交換管3上并且由作為支承件9的格柵以及一個底部罩 網(wǎng)10或多個底部罩網(wǎng)10構(gòu)成，所述底部罩網(wǎng)例如被拉高，使其還局部或全部覆蓋隔熱層S 7;隔熱層S 7,其優(yōu)選由隔離盒組成，具有幾乎矩形橫截面;體積V 8。在裝置D上方跨越著通 過側(cè)面固定在反應器壁(法蘭）上的催化紗網(wǎng)6。側(cè)面邊界部W 4和隔熱層S 7之間的空隙可 以如所示地被隔離材料、例如由蛭石和硅酸鹽纖維制成的膨脹隔墊填充。在體積V8中容納 有通常的催化的和/或非催化的例如具有柱形或星形橫截面的固體顆粒，和/或較大的、催 化的和/或非催化的例如六角形蜂窩狀的成型體。氣態(tài)介質(zhì)通常從上方(催化紗網(wǎng)6)朝向并 穿過底部B地流過裝置D。
[0101] 圖2示出了沿A-A方向穿過圖1的反應器的橫截面。
[0102] 圖3示出了格柵形式的支承件9,該格柵由反應器R中的所示幾何形狀的四個子件 組成，其中所述四個子件能夠通過固定點相互連接，所述固定點在此例如被示作是子件之 間的縱線或橫線。
[0103] 圖4示出了圖1的半圖（縱斷面），區(qū)別在于，隔熱層S 7具有斜的橫截面，在此是帶 有較長的（即兩個平行的梯形側(cè)中的較長的那個)靠近底部B的底側(cè)的梯形。
[0104] 圖5示出了圖1的半圖（縱斷面），區(qū)別在于，隔熱層S7具有幾乎凹形的橫截面，其中 從底部B5沿凹形向上的曲線(在此標記為S2)至少相當于從底部B 5至催化紗網(wǎng)6的高度(在 此標記為S1)。這通常使得，即使在裝置D的邊緣處存在凹陷，從上部(催化紗網(wǎng)6)朝向并穿 過底部B地流過容納在裝置D中的填充物的氣態(tài)的介質(zhì)在裝置D的邊緣處也與在裝置D的具 有完整填充物的其他區(qū)域、例如中部的逗留時間相同。
[0105] 圖6示出了與圖1類似的布置的半圖（縱斷面），區(qū)別在于，側(cè)面的冷卻管2在反應器 壁1上豎直地布置得超出催化紗網(wǎng)6的高度，在上游處布置得超出法蘭，所述側(cè)面邊界部W 4 優(yōu)選在法蘭的高度上固定在反應器壁1上，并且在側(cè)面的冷卻管2前面作為延伸至底部B 5 的"裙圍"布置成具有U形的彎曲部。由在圓周方向上分布的金屬支承環(huán)構(gòu)成的固定裝置11 被布置在側(cè)面邊界部W 4上，具有用于放置在支承環(huán)上的催化紗網(wǎng)6的配重件。與圖1的另一 區(qū)別在于，優(yōu)選由隔離盒組成的隔熱層S 7被構(gòu)造成兩件式，在被視作整體時，其具有幾乎 凹形的橫截面。隔熱層S 7的上部分在催化紗網(wǎng)下方被固定在側(cè)面邊界部W 4上。隔熱層S 7 的下部分優(yōu)選僅被固定在底部B 5上，優(yōu)選可逆地被固定，并且與側(cè)面邊界部W 4接觸。其通 過滑座配合到隔熱層S 7的上部中，同時保留能夠被遮蓋板12關(guān)閉的伸縮縫。
[0106] 圖7示出了圖6的布置，區(qū)別在于，側(cè)面邊界部W 4由第一U形裙圍和第二裙圍構(gòu)成， 但該第一U形裙圍不延伸至底部B 5,而是例如只至法蘭的下部，該第二裙圍延伸至幾乎底 部B 5,或在底部B 5上方短距離處結(jié)束，該第二裙圍與金屬支承環(huán)連接，該金屬支承環(huán)沿圓 周方向延伸并與第一裙圍連接，該金屬支承環(huán)又沿圓周方向與第一裙圍連接并且與配重件 構(gòu)成了用于催化紗網(wǎng)6的固定裝置11。
[0107] 圖8示出了圖6的布置，區(qū)別在于，隔熱層S 7優(yōu)選由隔離盒制成，具有矩形的、例如 階梯狀的橫截面并且還在催化紗網(wǎng)6上方布置在側(cè)面邊界部W 4上，優(yōu)選包圍該側(cè)面邊界部 以及具有配重件11的固定裝置。
[0108] 圖9示出了圖8的布置，區(qū)別在于，側(cè)面邊界部W4是兩件式的，即為Z形造型，具有倒 U形的一個端件，該端件并不延伸至底部B 5,而是被翻到作為壁連接到底部B 5的邊緣上的 側(cè)面邊界部W 4的第二部分上。
[0109] 圖10示出了優(yōu)選用于N0x/HN03實施方式的穿過圓柱形的容納裝置D的反應器R的縱 斷面。附圖示出：反應器壁1，具有側(cè)面邊界部W 4的裝置D，該側(cè)面邊界部在此由反應器壁1 構(gòu)成，底部B 5,優(yōu)選放置在熱交換管3上并且由作為支承件9的格柵以及一個底部罩網(wǎng)10或 多個底部罩網(wǎng)10構(gòu)成，所述罩網(wǎng)例如被拉高，使其部分或全部覆蓋隔熱層S 7。催化紗網(wǎng)6通 過側(cè)面固定在反應器壁(法蘭)上而跨越在裝置D上。隔熱層S 7優(yōu)選由隔離盒組成并且在催 化紗網(wǎng)6下方被構(gòu)造為兩件式且具有矩形的階梯狀的橫截面。隔熱層S 7的上部分在催化紗 網(wǎng)6的下方固定在反應器壁1上。隔熱層S 7的下部分優(yōu)選可逆地僅固定在底部B 5上，并且 與反應器壁1接觸。其通過滑座適配在隔熱層S 7的上部中，同時保留能夠被遮蓋板12關(guān)閉 的伸縮縫。隔熱層S 7優(yōu)選由隔離盒組成，并且在催化紗網(wǎng)上方在直至例如250至2000mm范 圍內(nèi)的高度上安裝在反應器壁1上并且具有矩形橫截面。體積8容納通常催化的和/或非催 化的固體顆粒，其例如具有圓柱形或星形的橫截面，和/或容納較大的催化的和/或非催化 的成型體，其例如具有六角蜂窩形狀。氣態(tài)介質(zhì)通常從上方(催化紗網(wǎng)6)向著并且通過底部 B 5地流過裝置D。
[0110] 圖11示出了圖10的裝置，區(qū)別在于，所述兩件式的、位于催化紗網(wǎng)6下方并構(gòu)造為 具有滑座的、優(yōu)選由隔離盒制成的隔熱層S 7被安裝在另一隔熱層S 7上，該另一隔熱層在 催化紗網(wǎng)6下方直至熱交換管3的高度被布置在反應器壁1上，具有矩形橫截面并且優(yōu)選由 隔離盒構(gòu)成。
[0111] 圖12示出了隔離盒的示例，其例如由金屬構(gòu)成并且被微孔的、耐較高溫度的材料 填充，具有兩個縱側(cè)，一個朝向溫度較高區(qū)域，另一個朝向溫度較低區(qū)域，后者通常借助在 隔離盒端面上的側(cè)面邊界部W 4、槽榫結(jié)合區(qū)域組裝成環(huán)繞的隔熱層S，如所示那樣。
[0112] 圖13示意示出隔熱層S 7,其貼靠在側(cè)面邊界部W 4上并且由相互接合的隔離盒組 成，如圖12所示。
[0113] 圖14至16示出了圖1的布置，區(qū)別在于，在體積V 8中容納著如下的不同的顆粒和/ 或具有不同構(gòu)型的成型體：
[0114] 圖14中在體積V 8中存在著由催化的成型體13構(gòu)成的下側(cè)和由非催化的成型體14 構(gòu)成的上層，其分別為顆粒形式并且分別如說明書所示。這些層在此通常通過分離裝置15、 如水平布置的穿孔的板或金屬罩網(wǎng)、例如梅格派爾罩網(wǎng)水平分離。
[0115] 圖15中在體積V 8中存在由催化的較大的成型體16構(gòu)成的層，其如本明書所述，具 有例如直徑約為6cm且高度約為25cm的六角蜂窩體，但至少高到使其至少局部支承催化紗 網(wǎng)6并且?guī)缀鯚o間隙地覆蓋底部B 5并且盡可能大面積覆蓋地位于體積V 8中。
[0116] 圖16中在體積V 8中存在由催化的成型體13構(gòu)成的下層，和由催化的較大的成型 體16構(gòu)成的上層，它們分別如說明書所述那樣，例如，較大成型體具有直徑約為6cm、高度約 為25cm的六角蜂窩，但至少高到使其在該結(jié)構(gòu)中至少局部支承催化紗網(wǎng)6。這些層在此通常 由分離裝置15,如水平布置的穿孔的板或金屬罩網(wǎng)，例如梅格派爾罩網(wǎng)水平分離。
[0117] 示例
[0118] 總論
[0119] 氨-空氣混合氣（12.5￥〇1-%冊3,87.5￥〇1-%空氣）被輸入到氨燃燒爐（反應器1〇 中，其中容納由筐形的裝置D。筐形的裝置D具有3.52m的內(nèi)直徑。反應器R以每平方米催化紗 網(wǎng)面積3650Nm 3/h的氨-空氣混合氣通量工作。氨-空氣混合氣進入反應器R的進入溫度為 28.4°C，在到達鉑催化罩網(wǎng)前在反應器R中的壓力為1080mbar (絕對壓力）。在鉑催化罩網(wǎng) 上，氨在約880°C的溫度下燃燒成反應產(chǎn)物，該反應產(chǎn)物然后被引導經(jīng)過含有催化活性填充 物的裝置D，并且主要成分為一氧化氮，輔助成分為一氧化二氮/氧化亞氮N 20( "笑氣"）。反 應產(chǎn)物的笑氣濃度在緊鄰鉑催化罩網(wǎng)的下游、即在到達籃狀裝置D的催化活性的填充物之 前為約lOOOppm。鉑罩網(wǎng)后連接著籃狀裝置D，含有150mm高的由擠出的固體催化劑顆粒 (v 〇 11 - katalysatorstr備nglingen)構(gòu)成的層，其中該擠出顆粒具有星形的橫截面，約 6mm的直徑和5至30mm的長度，并且由Cu0、Zn0和Al 2〇3的混合物組成。
[0120] 籃狀裝置D的非罩網(wǎng)狀的部分由因科鎳合金600制成，側(cè)面邊界部W約250_高。
[0121] 在緊鄰鉑-催化罩網(wǎng)（取料處1)的下游和在反應器R的中部在下游緊鄰裝置D(取料 處2)的底部B的下方以及在反應器周邊在下游緊鄰裝置D(取料處3)的底部B的外周邊區(qū)域 的下方可以獲取反應產(chǎn)物樣品并且利用GC/MS方法檢驗笑氣濃度。
[0122] 對于根據(jù)本發(fā)明的實驗，籃狀的裝置D或反應器R如圖1和圖2所示和所述地構(gòu)造并 且如圖1和圖2所示和所述地容納在反應器中。隔熱層S位于從裝置D的底部B至催化罩網(wǎng)處， 并且完全包圍底部B。它由在此和后面描述的隔離盒構(gòu)成并且如圖11和13所示地構(gòu)成。隔離 盒由金屬殼體組成，金屬殼體由在面向較高溫度的隔離盒側(cè)由因科鎳合金600制成、在面向 較低溫度的隔離盒側(cè)由材料1.4541制成。隔離盒被微孔的硅酸鹽物質(zhì)填充，通過硅酸鹽隔 墊與金屬壁相隔。
[0123] 對于實驗，使用相同的、但不具有隔熱層S的裝置以便進行比較(非根據(jù)本發(fā)明）。
[0124] 在反應器R經(jīng)過9個月的運行時間后，檢查裝置D和其填充物。在反應器R運行期間 測量笑氣濃度。
[0125] 對比示例1(非根據(jù)本發(fā)明）
[0126] 在連續(xù)方法中如上所述地將氨-空氣混合氣轉(zhuǎn)化，其中在裝置D中不適用根據(jù)本發(fā) 明的隔熱層S。
[0127] 裝置D的周邊區(qū)域具有漏斗形的凹處，其形式為在催化活性的填充物中的96mm深 的坑，其高度在裝置D的周邊區(qū)域中僅為54mm(實驗開始前為150mm)。
[0128] 所測量的笑氣濃度在取料點3處在幾乎漏斗形的凹處下方為676ppm笑氣，在取料 點2處所測量的笑氣濃度達到186ppm，因而在裝置D以及在下游位于其下方的熱交換器的下 游的平均測量笑氣濃度為227ppm。
[0129] 示例1(根據(jù)本發(fā)明）
[0130] 在連續(xù)的方法中，如上所述地轉(zhuǎn)化氨-空氣混合氣，其中在裝置D中如上所述的使 用100mm厚的根據(jù)本發(fā)明的隔熱層S。
[0131] 裝置D的周邊區(qū)域僅具有較小的漏斗形的凹處，其形式為在催化活性的填充物中 的45mm深的坑，其高度在裝置D的周邊區(qū)域中尚為105mm(實驗開始前為150mm)。
[0132] 所測量的笑氣濃度在取料點3處在幾乎漏斗形的凹處下方為411ppm笑氣，在取料 點2處所測量的笑氣濃度達到188ppm，因而在裝置D以及在下游位于其下方的熱交換器的下 游的平均測量笑氣濃度為204ppm。
【主權(quán)項】
1. 一種容納在反應器R中的裝置D，該裝置具有能夠被氣體和/或液體透過的底部B，在 該底部的邊緣區(qū)域中布置有側(cè)面邊界部W，該側(cè)面邊界部完全包圍底部B并且形成了體積V， 該體積至少部分或者全部地被催化成型體和/或非催化成型體填充，其中，必要時在上游與 底部B相對的側(cè)面上存在至少一個貴金屬和/或非貴金屬織物，其特征在于，至少在裝置D的 側(cè)面邊界部W的內(nèi)側(cè)的部分表面上存在隔熱層S，其中，從包括陶瓷材料、微孔材料和硅酸鹽 纖維的組中選擇用于隔熱層S的材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置D，其中所述隔熱層S覆蓋側(cè)面邊界部W的內(nèi)側(cè)表面的30% 至幾乎100%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1至2之一所述的裝置D，其中所述隔熱層S至少覆蓋所述側(cè)面邊界部W 的內(nèi)側(cè)表面的位于下部的30%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的裝置D，其中所述底部B的橫截面近似圓形。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的裝置D，其中在上游與底部B相對的側(cè)面上設(shè)有至少一 個貴金屬和/或非貴金屬織物。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的裝置D，其中所述體積V最多被催化成型體和/或非催 化成型體填充至最下方的貴金屬和/或非貴金屬織物處。7. -種反應器R，具有如權(quán)利要求1至6之一所限定的裝置D。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應器R，該反應器R的橫截面近似圓形。9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的反應器R，其中在裝置D的區(qū)域中位于反應器R的內(nèi)壁上的 冷卻裝置完全或者部分地被隔熱層S代替。10. -種根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所限定的裝置D的應用，該裝置D用于利用含氧氣體對 氨催化氧化來制造氮氧化物的方法中，必要時使氮氧化物與水反應以生成硝酸。11. 一種根據(jù)權(quán)利要求7至9之一所限定的反應器R的應用，該反應器R用于利用含氧氣 體對氨催化氧化來制造氮氧化物的方法中，必要時使氮氧化物與水反應以生成硝酸。12. -種用于制造氮氧化物的方法，其中，利用含氧氣體將氨催化氧化并且使這樣生成 的反應產(chǎn)物流過具有催化成型體和/或非催化成型體的床層，其特征在于，所述床層位于根 據(jù)權(quán)利要求1至6之一所限定的裝置D中。13. -種用于制造硝酸的方法，其中，利用含氧氣體將氨催化氧化并使這樣生成的反應 產(chǎn)物流過具有催化成型體和/或非催化成型體的床層，并且之后與水反應以生成硝酸，其特 征在于，所述床層位于根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所限定的裝置D中。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在根據(jù)權(quán)利要求7至9之一所限定的反應 器R中執(zhí)行氧化。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在根據(jù)權(quán)利要求7至9之一所限定的反應 器R中執(zhí)行氧化。
【文檔編號】B01J8/02GK105829242SQ201480056907
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年8月6日
【發(fā)明人】G·奧爾貝特, H·弗里德里希, A·韋爾弗特, R·庫恩, T·倫克, W·格美內(nèi)爾
【申請人】巴斯夫歐洲公司