一種裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置。多個(gè)結(jié)構(gòu)單元裝填在反應(yīng)管內(nèi)，結(jié)構(gòu)單元包括反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板、負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體和具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)，負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體頂端設(shè)有反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板，負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體底端鑲嵌于具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)上，反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板與負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體是同軸的實(shí)心圓柱體，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)是與負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體同軸的中空?qǐng)A柱體，兩中空部分橫截面重合。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓降小，流體分布均勻，能充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)化催化劑在傳熱、傳質(zhì)方面的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)物流的徑向壁流，可用于甲醇制丙烯的工業(yè)生產(chǎn)中。
【專利說(shuō)明】一種裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)化催化劑，尤其涉及一種裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]管式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，返混小，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得到較高選擇性。管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)可以是單管，也可以是多管并聯(lián)；可以是空管，如管式裂解爐，也可以是管內(nèi)填充催化劑的填充管，以進(jìn)行多相催化反應(yīng)，如列管式固定床反應(yīng)器。傳統(tǒng)的顆粒填充管式反應(yīng)器傳質(zhì)阻力大，流體通過(guò)顆粒填充床時(shí)產(chǎn)生的壓降大，多溝流，而且無(wú)機(jī)顆粒傳熱性能較差，易飛溫。
[0003]在過(guò)去幾十年，大量研究工作者致力于研究結(jié)構(gòu)化催化劑，以克服管式反應(yīng)器中傳熱、傳質(zhì)差的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)化催化劑技術(shù)是將催化劑按照特定的宏觀幾何構(gòu)型有序地放置于反應(yīng)器內(nèi)而加以利用的催化技術(shù)。結(jié)構(gòu)化催化劑主要由活性組分、助催化劑、分散擔(dān)體和骨架基體等四部分組成。充當(dāng)骨架基體的是結(jié)構(gòu)化載體，結(jié)構(gòu)化載體是結(jié)構(gòu)化催化劑的材料基礎(chǔ)。目前，結(jié)構(gòu)化載體主要有纖維編織體、蜂窩和泡沫三大結(jié)構(gòu)類型，其中，蜂窩和泡沫結(jié)構(gòu)化載體是用于分子篩涂層制作的主要載體。相比于蜂窩結(jié)構(gòu)化載體，泡沫結(jié)構(gòu)化載體具有三維連通網(wǎng)絡(luò)通道，其形狀可根據(jù)反應(yīng)器的形狀設(shè)計(jì)，可開(kāi)孔或開(kāi)槽，其壓力降與蜂窩結(jié)構(gòu)化載體相近的同時(shí)幾何面積大大提高，能夠?qū)崿F(xiàn)物料與催化劑的充分接觸，徑向傳熱能力強(qiáng)，特別適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)。鎳、銅等金屬以及氧化鋁、堇青石、玻璃等陶瓷材料都可用來(lái)制作泡沫結(jié)構(gòu)化載體。
[0004]泡沫結(jié)構(gòu)化催化劑在傳質(zhì)、傳熱方面的巨大優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在一定的尺寸效應(yīng)之上，也就是說(shuō)只有當(dāng)泡沫結(jié)構(gòu)化催化劑的尺寸足夠大，其優(yōu)良的傳熱性能才能發(fā)揮，同時(shí)，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元之間的界面面積因此減小，傳質(zhì)效率更高。相較于傳統(tǒng)的小球催化劑和擠條催化劑而言，整體結(jié)構(gòu)催化劑過(guò)大的尺寸勢(shì)必會(huì)造成催化劑與反應(yīng)器內(nèi)壁之間不能緊密貼合，留下空隙。反應(yīng)物流便會(huì)不穿過(guò)催化劑床層直接從這些縫隙中流走，成為溝流。具體而言，當(dāng)泡沫結(jié)構(gòu)化催化劑應(yīng)用于管式固定床反應(yīng)器時(shí)，為了能夠?qū)⑴菽Y(jié)構(gòu)化催化劑裝填于反應(yīng)管中，泡沫結(jié)構(gòu)化催化劑的外徑必然要小于反應(yīng)管的內(nèi)徑，因此在反應(yīng)管內(nèi)壁與泡沫結(jié)構(gòu)化催化劑之間就不可避免的會(huì)存在空隙，反應(yīng)物流必將從此處溝流短路，大大降低反應(yīng)器的傳質(zhì)效率，造成原料的不完全轉(zhuǎn)化，提高了后續(xù)的產(chǎn)品分離負(fù)荷，整體工藝能耗增加。結(jié)構(gòu)催化劑在傳熱、傳質(zhì)方面的優(yōu)勢(shì)因此不能正常發(fā)揮，一旦解決裝填有泡沫結(jié)構(gòu)化催化劑的固定床管式反應(yīng)器中反應(yīng)物料的壁面溝流，必將充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)化催化劑在傳質(zhì)、傳熱中的巨大優(yōu)勢(shì)，大幅度提高反應(yīng)器的效率。
[0005]丙烯是重要的化工基礎(chǔ)原料，主要用于聚丙烯的生產(chǎn)。在甲醇制丙烯反應(yīng)中多采用ZSM-5分子篩催化劑，該反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，傳統(tǒng)的填充床顆粒催化劑在傳熱和傳質(zhì)方面性能較差，催化劑床層傳熱較差，容易導(dǎo)致局部區(qū)域散熱太慢而溫度過(guò)高，形成熱點(diǎn)，熱點(diǎn)處催化劑積炭失活及脫鋁失活加速，壽命降低的同時(shí)影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。因此將泡沫結(jié)構(gòu)化催化劑在強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)方面的優(yōu)勢(shì)與231-5分子篩在催化甲醇制丙烯上的催化優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，同時(shí)解決泡沫結(jié)構(gòu)化催化劑壁面溝流問(wèn)題，對(duì)提高反應(yīng)器效率和丙烯收率，延長(zhǎng)催化劑壽命而言意義重大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置。
[0007]裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置，多個(gè)結(jié)構(gòu)單元裝填在反應(yīng)管內(nèi)，結(jié)構(gòu)單元包括反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板、負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體和具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)，負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體頂端設(shè)有反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板，負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體底端鑲嵌于具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)上，反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板與負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體是同軸的實(shí)心圓柱體，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)是與負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體同軸的中空?qǐng)A柱體，兩中空部分橫截面重合。
[0008]所述的負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體為同軸中空的圓柱型或者同軸中空的正多面棱柱型，負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體采用三維孔道的結(jié)構(gòu)化材料，負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體高為山長(zhǎng)徑比為0.8-10，其中空部分橫截面積占整個(gè)結(jié)構(gòu)化載體的橫截面積的5%-85%。
[0009]所述的反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板為致密的無(wú)孔道結(jié)構(gòu)，其材料采用陶瓷或者金屬，反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板的高度為負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體高度(1的1%-20%。
[0010]所述的具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)外徑在負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體的外徑和反應(yīng)管內(nèi)徑之間，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)的厚度為負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體高度(1的1%-20%，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)的底面上裝配三個(gè)以上支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)均布在與具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)同軸的同一圓周上，其圓半徑不大于反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板的外徑，支撐結(jié)構(gòu)的高度為結(jié)構(gòu)化載體高度(1的1%-10%。
[0011]所述的具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)的材料采用鐵、鋼、銅、鋁、鈦、鎳、石英或云母中的一種或者多種。
[0012]管式固定床反應(yīng)器裝填了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化催化劑后，當(dāng)物流進(jìn)入反應(yīng)器入口之后首先流經(jīng)壁流引導(dǎo)面板1，之后均勻分散流至泡沫結(jié)構(gòu)化催化劑與反應(yīng)管內(nèi)壁間的空隙，由于反應(yīng)溫度高于常溫，熱膨脹環(huán)受熱膨脹后與反應(yīng)管內(nèi)壁緊密貼合，阻斷了反應(yīng)物流的壁面溝流，因此反應(yīng)物流徑向穿過(guò)泡沫結(jié)構(gòu)催化劑床層后從膨脹環(huán)中心孔出流出至下一結(jié)構(gòu)化催化劑單元。反應(yīng)物流流動(dòng)走勢(shì)如圖4。如此結(jié)構(gòu)能夠讓固定床中反應(yīng)物流呈現(xiàn)類似徑向移動(dòng)床中才有的2字型流動(dòng)模式。物流的徑向流動(dòng)能夠顯著降低床層壓降，由于增大了流通截面積，流體分布相比于傳統(tǒng)管式固定床反應(yīng)器更加均勻。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:
1)本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)化催化劑結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造難度較低，對(duì)于不同裝置規(guī)模的管式固定床反應(yīng)器，只需改變結(jié)構(gòu)單元的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，就能達(dá)到較好的應(yīng)用效果，即對(duì)不同規(guī)模的管式固定床反應(yīng)器具有較好的適應(yīng)性；
2)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化催化劑裝填簡(jiǎn)單。由于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的整體催化劑結(jié)構(gòu)單元個(gè)體間差異小，無(wú)需特殊裝填技術(shù)即可排除傳統(tǒng)填料式反應(yīng)器中由于裝填技術(shù)不佳所造成的溝流、死區(qū)；
3)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化催化劑所配備的熱膨脹環(huán)在受熱膨脹后與反應(yīng)管內(nèi)壁緊密貼合，強(qiáng)制反應(yīng)物流股徑向通過(guò)催化劑床層，完全避免了普通填料床中物流的壁面溝流，能夠保證原料的完全轉(zhuǎn)化；
4)本發(fā)明能夠充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)化催化劑在傳熱、傳質(zhì)方面的優(yōu)勢(shì)。該結(jié)構(gòu)化催化劑實(shí)現(xiàn)了單個(gè)結(jié)構(gòu)化單元中反應(yīng)物流的徑向流動(dòng)，且軸向均布性好，降低床層壓降的同時(shí)強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)化單元中的傳熱以及反應(yīng)物流股在孔道內(nèi)的傳質(zhì)，反應(yīng)熱通過(guò)結(jié)構(gòu)載體迅速向四周傳遞，拉平整個(gè)反應(yīng)區(qū)域的溫度分布，使得反應(yīng)器內(nèi)溫度分布更均勻，提高了目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是具有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置的中流體走向示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明具有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑單元作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。附圖與【具體實(shí)施方式】不限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
[0016]如圖1所示，裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置，多個(gè)結(jié)構(gòu)單元裝填在反應(yīng)管內(nèi)，結(jié)構(gòu)單元包括反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板1、負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2和具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)3，負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2頂端設(shè)有反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板1，負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2底端鑲嵌于具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)3上，反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板1與負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2是同軸的實(shí)心圓柱體，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)3是與負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2同軸的中空?qǐng)A柱體，兩中空部分橫截面重合。
[0017]所述的負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2為同軸中空的圓柱型或者同軸中空的正多面棱柱型，負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2采用三維孔道的結(jié)構(gòu)化材料，負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2高為d，長(zhǎng)徑比為0.8-10，其中空部分橫截面積占整個(gè)結(jié)構(gòu)化載體2的橫截面積的 5%-85%。
[0018]所述的反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板1為致密的無(wú)孔道結(jié)構(gòu)，其材料采用陶瓷或者金屬，反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板1的高度為負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2高度d的1%-20%。
[0019]所述的具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)3外徑在負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2的外徑和反應(yīng)管內(nèi)徑之間，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)3的厚度為負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體2高度d的1%-20%，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)3的底面上裝配三個(gè)以上支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)均布在與具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)3同軸的同一圓周上，其圓半徑不大于反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板1的外徑，支撐結(jié)構(gòu)的高度為結(jié)構(gòu)化載體2高度d的1%-10%。
[0020]所述的具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)3的材料采用鐵、鋼、銅、鋁、鈦、鎳、石英或云母中的一種或者多種。
[0021]當(dāng)管式固定床反應(yīng)器裝填了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化催化劑后，當(dāng)物流進(jìn)入反應(yīng)器入口之后首先流經(jīng)反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板，之后均勻分散流至泡沫結(jié)構(gòu)化催化劑與反應(yīng)管內(nèi)壁間的空隙，由于反應(yīng)溫度高于常溫，熱膨脹環(huán)受熱膨脹后與反應(yīng)管內(nèi)壁緊密貼合，阻斷了反應(yīng)物流的壁面溝流，因此反應(yīng)物流徑向穿過(guò)泡沫結(jié)構(gòu)催化劑床層后從膨脹環(huán)中心孔出流出至下一結(jié)構(gòu)化催化劑單元。反應(yīng)物流流動(dòng)走勢(shì)如圖4。
[0022]實(shí)施例1
如圖1所示，本發(fā)明具有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑單元包括:負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體，反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板和具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)。
[0023]具有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑單元中負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體為中空的圓柱型泡沫碳化娃，其中空部分與泡沫碳化娃結(jié)構(gòu)主體同軸且其橫截面為圓形。該泡沫碳化娃柱體長(zhǎng)20皿，外徑23皿，其中空?qǐng)A柱面直徑5皿。在泡沫碳化娃載體表面原位生長(zhǎng)231-5型沸石。
[0024]負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體頂端配備有反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板，該引導(dǎo)面板為致密的碳化硅材料。該面板是與負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體同軸的實(shí)心圓柱體，其厚度為0.2臟。
[0025]負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體底端配備有厚度為0.2皿的膨脹環(huán)。該膨脹環(huán)是與負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體同軸的中空的圓柱，中空部分橫截面與結(jié)構(gòu)化載體中空部分的橫截面重合，是直徑為5臟的圓，膨脹環(huán)外徑為24.5臟。該膨脹環(huán)底面裝配三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)。該支撐結(jié)構(gòu)均布在與膨脹環(huán)同心的圓上，該圓直徑為15臟。支撐結(jié)構(gòu)的高度為0.2臟。
[0026]負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體的底端鑲嵌于膨脹環(huán)之中。該具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)所用材質(zhì)為黃銅。隨著反應(yīng)溫度的提高，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)在熱脹冷縮效應(yīng)下由于體積膨脹能夠與反應(yīng)管內(nèi)壁緊密貼合，使得反應(yīng)物流股完全從膨脹環(huán)中心孔穿過(guò)。
[0027]將以上結(jié)構(gòu)參數(shù)下的本發(fā)明應(yīng)用于長(zhǎng)1180臟，內(nèi)徑為25臟的管式固定床反應(yīng)器，進(jìn)行甲醇制丙烯反應(yīng)，反應(yīng)溫度為470 V，反應(yīng)壓力為1 “I'，甲醇空速1.0卜―\原料水碳比為1:1，得到了甲醇的完全轉(zhuǎn)化及高丙烯收率。
[0028]實(shí)施例2
如圖1所示，本發(fā)明具有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑單元包括:負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體，反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板和具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)。
[0029]具有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑單元中負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體為中空的圓柱型泡沫碳化娃，其中空部分與泡沫碳化娃結(jié)構(gòu)主體同軸且其橫截面為圓形。該泡沫碳化娃柱體長(zhǎng)40皿，外徑22皿,其中空?qǐng)A柱面直徑7皿。在泡沫碳化娃載體表面原位生長(zhǎng)231-5型沸石。
[0030]負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體頂端配備有反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板，該引導(dǎo)面板為致密的碳化硅材料。該面板是與負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體同軸的實(shí)心圓柱體，其厚度為8臟。
[0031]負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體底端配備有厚度為8皿的膨脹環(huán)。該膨脹環(huán)是與負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體同軸的中空的圓柱，中空部分橫截面與結(jié)構(gòu)化載體中空部分的橫截面重合，是直徑為7皿的圓，膨脹環(huán)外徑為24.5皿。該膨脹環(huán)底面裝配四個(gè)支撐結(jié)構(gòu)。該支撐結(jié)構(gòu)均布在與膨脹環(huán)同心的圓上，該圓直徑為15 111111。支撐結(jié)構(gòu)的高度為4 111111。
[0032]負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體的底端鑲嵌于膨脹環(huán)之中。該具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)所用材質(zhì)為不銹鋼。隨著反應(yīng)溫度的提高，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)在熱脹冷縮效應(yīng)下由于體積膨脹能夠與反應(yīng)管內(nèi)壁緊密貼合，使得反應(yīng)物流股完全從膨脹環(huán)中心孔穿過(guò)。
[0033]將以上結(jié)構(gòu)參數(shù)下的本發(fā)明應(yīng)用于長(zhǎng)1180 mm，內(nèi)徑為25 mm的管式固定床反應(yīng)器，，進(jìn)行甲醇制丙烯反應(yīng)，反應(yīng)溫度為470 V,反應(yīng)壓力為1 bar，甲醇空速1.0 h—1，原料水碳比為1:1，得到了甲醇的完全轉(zhuǎn)化及高丙烯收率。
[0034]實(shí)施例3
如圖1所示，本發(fā)明具有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑單元包括:負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體，反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板和具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)。
[0035]具有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑單元中負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體為中空的圓柱型泡沫碳化娃，其中空部分與泡沫碳化娃結(jié)構(gòu)主體同軸且其橫截面為正六邊形。該泡沫碳化娃柱體長(zhǎng)200 mm,外徑20 mm,其中空?qǐng)A柱面直徑18 mm。在泡沫碳化娃載體表面原位生長(zhǎng)ZSM-5型沸石。
[0036]負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體頂端配備有反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板，該引導(dǎo)面板為致密的碳化硅材料。該面板是與負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體同軸的實(shí)心圓柱體，其厚度為2mmD
[0037]負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體底端配備有厚度為2 mm的膨脹環(huán)。該膨脹環(huán)是與負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體同軸的中空的圓柱，中空部分橫截面與結(jié)構(gòu)化載體中空部分的橫截面重合，是直徑為18 _的圓，膨脹環(huán)外徑為24.5 _。該膨脹環(huán)底面裝配四個(gè)支撐結(jié)構(gòu)。該支撐結(jié)構(gòu)均布在與膨脹環(huán)同心的圓上，該圓直徑為15 mm。支撐結(jié)構(gòu)的高度為4 _。
[0038]負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體的底端鑲嵌于膨脹環(huán)之中。該具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)所用材質(zhì)為云母。隨著反應(yīng)溫度的提高，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)在熱脹冷縮效應(yīng)下由于體積膨脹能夠與反應(yīng)管內(nèi)壁緊密貼合，使得反應(yīng)物流股完全從膨脹環(huán)中心孔穿過(guò)。
[0039]將以上結(jié)構(gòu)參數(shù)下的本發(fā)明應(yīng)用于長(zhǎng)1180 mm，內(nèi)徑為25 mm的管式固定床反應(yīng)器，進(jìn)行甲醇制丙烯反應(yīng)，反應(yīng)溫度為470 V,反應(yīng)壓力為1 bar，甲醇空速1.0 h—1，原料水碳比為1:1，得到了甲醇的完全轉(zhuǎn)化及高丙烯收率。
[0040]對(duì)比例1
實(shí)施例1中的具有徑向壁流的泡沫碳化硅結(jié)構(gòu)化催化劑單元改成含有同樣質(zhì)量ZSM-5分子篩的小球催化劑，在相同的反應(yīng)條件下進(jìn)行甲醇制丙烯反應(yīng)。實(shí)施例1中反應(yīng)器出口產(chǎn)物中檢測(cè)不到甲醇，丙烯選擇性為44%。對(duì)比例1中甲醇轉(zhuǎn)化率為99.3%，丙烯選擇性為37%。
[0041]對(duì)比例2
實(shí)施例2中的具有徑向壁流的泡沫碳化硅結(jié)構(gòu)化催化劑單元改成不配備反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板和具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)的單獨(dú)的負(fù)載了相同含量ZSM-5分子篩的泡沫碳化硅單元，在相同的反應(yīng)條件下進(jìn)行甲醇制丙烯反應(yīng)。實(shí)施例2中反應(yīng)器出口產(chǎn)物中檢測(cè)不到甲醇，丙烯選擇性為42%。對(duì)比例2中甲醇轉(zhuǎn)化率為95%，丙烯選擇性為40%。
[0042]對(duì)比例3
實(shí)施例3中的具有徑向壁流的泡沫碳化硅結(jié)構(gòu)化催化劑單元改成不配備反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板和具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)的單獨(dú)的負(fù)載了相同含量ZSM-5分子篩的泡沫碳化硅單元，在相同的反應(yīng)條件下進(jìn)行甲醇制丙烯反應(yīng)。實(shí)施例3中反應(yīng)器出口產(chǎn)物中檢測(cè)不到甲醇，丙烯選擇性為40%。對(duì)比例3中甲醇轉(zhuǎn)化率為90%，丙烯選擇性為40%。
【權(quán)利要求】
1.一種裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置，其特征在于多個(gè)結(jié)構(gòu)單元裝填在反應(yīng)管內(nèi)，結(jié)構(gòu)單元包括反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板(I)、負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)和具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)(3)，負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)頂端設(shè)有反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板(1)，負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)底端鑲嵌于具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)(3)上，反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板(I)與負(fù)載催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)是同軸的實(shí)心圓柱體，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)(3)是與負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)同軸的中空?qǐng)A柱體，兩中空部分橫截面重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置，其特征在于所述的負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)為同軸中空的圓柱型或者同軸中空的正多面棱柱型，負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)采用三維孔道的結(jié)構(gòu)化材料，負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)高為d，長(zhǎng)徑比為0.8-10，其中空部分橫截面積占整個(gè)結(jié)構(gòu)化載體(2)的橫截面積的5%-85%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板(I)為致密的無(wú)孔道結(jié)構(gòu)，其材料采用陶瓷或者金屬，反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板(I)的高度為負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)高度d的1%-20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置，其特征在于所述的具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)(3)外徑在負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)的外徑和反應(yīng)管內(nèi)徑之間，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)(3)的厚度為負(fù)載了催化劑的結(jié)構(gòu)化載體(2)高度d的1%_20%，具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)(3)的底面上裝配三個(gè)以上支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)均布在與具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)(3)同軸的同一圓周上，其圓半徑不大于反應(yīng)物流壁流引導(dǎo)面板(I)的外徑，支撐結(jié)構(gòu)的高度為結(jié)構(gòu)化載體(2)高度d的1%-10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝填有徑向壁流的結(jié)構(gòu)化催化劑的裝置，其特征在于所述的具有熱脹冷縮效應(yīng)的膨脹環(huán)(3)的材料采用鐵、鋼、銅、鋁、鈦、鎳、石英或云母中的一種或者多種。
【文檔編號(hào)】B01J8/06GK104289159SQ201310294773
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】蔣斌波, 蔣云濤, 廖祖維, 黃正梁, 王靖岱, 陽(yáng)永榮, 陸飛鵬, 馮翔, 嚴(yán)麗霞, 季來(lái)軍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)