Fremgangsmåte og apparat for separering av en væske fra en gassinnstrømning i en katalytisk reaktor

Transkript

1 1 Fremgangsmåte og apparat for separering av en væske fra en gassinnstrømning i en katalytisk reaktor Den foreliggende oppfinnelse er generelt relatert til separering av et flytende reaksjonsprodukt som dannes ved å kontakte en inntaksgass med fast katalysator pakket som faste sjikt eller lag i katalysatorrørene. I en rekke katalytiske prosesser er det fordelaktig å fjerne kontinuerlig reaksjonsproduktet fra den reagerende inntaksgassen for å forbedre likevekts ytelse eller reaksjonshastighet mot produktet, under fjerning av et produkt fra gassfasen til væskefasen ved kondens. Et eksempel på en slik reaksjon er omdannelsen av syntesegass til metanol. US-patent med nr.,262,443 beskriver en prosess for fremstilling av metanol fra syntesegass ved prosessbetingelser, der et dannet metanol-produkt blir fjernet fra gassfasen ved kondensering av metanol på katalysatorpartiklene. Ved denne 1 prosessen, er den termodynamiske gassfase-likevekts-grensen for metanoldannelse blitt overvunnet, og metanol-ytelser som nærmer seg 0 prosent i katalysatorsjiktet, kan utflytende nås med engangsoperasjon. Kondensering av flytende metanol på katalysatorpartiklene har en ugunstig virkning / effekt på aktiviteten av katalysatorpartiklene. WO-patentsøknad med nr. 09/6232 beskriver en forbedret katalytisk fremgangsmåte og reaktor for fremstilling av metanol, hvor metanol mens den blir dannet, fjernes fra gassfasen inn i væskefasen uten å redusere katalysatoraktiviteten til katalysatoren. Ved fremgangsmåten og reaktoren i denne patentsøknaden vil temperaturen av et flytende kjølemiddel som er i indirekte kontakt med katalysator- 2 partiklene, og et spesifikt forhold av katalysatorsjiktvolum til en kjøleoverflate, bli justert, slik at kondensering av metanol-reaksjonsproduktet foregår for det meste ved kjøleoverflaten. Generelt er det ønskelig å hindre kondensering av væske på katalysatorpartiklene i gassholdige katalytiske reaksjoner, hvor reaksjonsproduktet blir fjernet fra gassfasen inntil væskefasen. I stedet er det fordelaktig å tillate kondensering og transport av det flytende kondensat utenfor katalysatorsjiktet eller -laget på en overflate som har ingen eller redusert kontakt med katalysatorpartiklene.

2 2 Følgelig, angår denne oppfinnelse en fremgangsmåte for separering av et flytende reaksjonsprodukt fra en gassholdig strøm i en katalytisk reaktor, omfattende følgende trinn: i reaktoren som er forsynt med et fast katalysatorsjikt eller -lag av faste katalysatorpartikler, å anordne eller arrangere en kjøle- eller kjølende overflate og en metallisk plate mellom det faste sjiktet og kjøleoverflaten; å tilveiebringe i den metalliske platen som er indirekte avkjølt ved hjelp av kjøleoverflaten, et flertall av perkoleringer i form av geometrisk formede fremspring på begge sider av platen, hver med en åpen base eller grunnflate, hvor den åpne grunnflaten er på den siden av platen som vender mot katalysatorsjiktet som er anordnet oppover, og på den siden som vender mot kjøleoverflaten, vender den åpne grunnflaten nedover; å kondensere et gassholdig reaksjonsprodukt som blir dannet ved reaksjon av den gassholdige strømmen i katalysatorsjiktet til det flytende reaksjonsproduktet på 1 den metalliske platen, og å overføre eller transportere det flytende reaksjonsprodukt gjennom den åpne grunnflaten som vender oppad til kjøleoverflaten; og å passere eller føre det kondenserte flytende reaksjonsprodukt langs kjøleoverflaten og/eller den metalliske platen, og å trekke ut det flytende reaksjonsprodukt fra bunnen av reaktoren. Uttrykket "geometrisk formede fremspring" som er nevnt ovenfor og i den følgende beskrivelse, betyr et fremspring som har en form som lyder eller følger geometrilovene. Ved å anordne en perkolator eller perkolering i form av en metallisk plate med fremspring og en åpen base eller grunnflate som peker i oppad retning på den siden 2 som vender mot katalysatorsjiktet i henhold til oppfinnelsen, vil den siden av platen som er i kontakt med katalysatorpartiklene og den gassholdige strømmen fungere som en væske- eller flytende oppsamler og transportør, mens den motsatte siden virker som væske- eller flytende rektifikasjonsapparat. Derved vil skadelig omdirigering av det flytende reaksjonsproduktet inn i katalysatorsjiktet bli i det vesentlige unngått.

3 3 Uttrykket "oppover" og "nedover" som er nevnt ovenfor og i den følgende beskrivelse, betyr en retning som peker motsatt for retningen av gravitasjonsstrømningen til det flytende reaksjonsproduktet, og i retningen av gravitasjonsstrømningen, henholdsvis. I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er den geometriske formen av fremspringene er en halv pyramide, en halv kjegle eller en semi- / halv sfære, hvilke tilveiebringer en forbedret væskerektifikasjonsvirkning eller -effekt. I en ytterligere foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er de geometrisk formede fremspringene på den indre siden av platen liggende, ved sin åpne grunn- flaten, inntil de geometrisk formede fremspringene på den ytre side av platen, slik at de deler / har en felles åpen base. Som nevnt ovenfor, er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen rettet mot fjerning av en væskefase fra gassfasen som for det meste oppstår fra kondensering av et reaksjonsprodukt som dannes ved reaksjon av gassholdige reaktanter i et fast 1 katalysatorsjikt, slik at væskefasen oppnås utenfor katalysatorsjiktet. Katalytiske reaksjoner blir ofte utført i katalysatorrør. Det er derfor foretrukket å danne den metalliske platen til å være rørformet for å passe til formen av den indre rørformede vegg av katalysatorrørene. Katalysatorpartiklene blir så anordnet på rørsiden, dvs. inne i den rørformede metalliske platen. I et slikt arrangement, vil kjøleoverflaten typisk være rørveggen av katalysatorrørene, som deretter blir avkjølt ved hjelp av et kjølemiddel som strømmer på den ytre veggen av katalysatorrørene. I visse katalytiske reaksjoner som utføres i en reaktorbeholder som holder ett eller flere katalysatorsjikt i en felles kappe eller hus for reaktoren, er det foretrukket å anordne én eller flere metalliske plater i henhold til oppfinnelsen i form av et rør inne i 2 katalysatorsjiktet, slik at katalysatorpartikler omgir den ytre siden av den rørformede metalliske platen, som deretter blir indirekte avkjølt ved hjelp av kjøleoverflaten. Kjøleoverflaten er, i en slik utførelsesform, fortrinnsvis i en rørformet form, og er anordnet på rørsiden, dvs. inne i den rørformede metalliske platen. Oppfinnelsen tilveiebringer videre et apparat som er nyttig i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Apparatet eller anordningen i henhold til oppfinnelsen for separering av et væske- eller flytende reaksjonsprodukt fra en gassholdig strøm i en katalytisk reaktor, omfatter:

4 4 en metallisk plate innrettet på linje med en kjøleoverflate; på begge sider av den metalliske platen, et flertall av perkoleringer i form av geometrisk formede fremspring, hver med en åpen base eller grunnflate, der på den siden av platen som vender mot et katalysatorsjikt i den katalytiske reaktoren, er den åpne grunnflaten anordnet oppover, og på den siden som vender mot kjøleoverflaten, vil den åpne grunnflaten peke eller vende nedover. I en foretrukket utførelsesform av anordningen eller apparatet i henhold til oppfinnelsen, vil de geometrisk formede fremspring være i form av en halv pyramide. I en ytterligere foretrukket utførelsesform av anordningen eller apparatet i henhold til oppfinnelsen, vil de geometrisk formede fremspring være i form av en halv kjegle. I enda en ytterligere foretrukket utførelsesform av anordningen eller apparatet i henhold til oppfinnelsen, vil de geometrisk formede fremspringene på den indre siden av platen ligge, ved sin åpne grunnflate, inntil de geometrisk formede frem- 1 springene på den ytre siden av platen og vil ha eller dele en felles åpen base. I en ytterligere foretrukket utførelse av anordningen eller apparatet i henhold til oppfinnelsen, er den metalliske platen i form av et rør. Det er videre foretrukket at kjøleoverflaten er i form av et rør. I den følgende beskrivelse er oppfinnelsen beskrevet i nærmere detalj med henvisning til tegningene, i hvilke: Fig. 1 viser et perspektivriss av en seksjon av en perkolator eller perkolering i form av en metallisk plate som er forsynt med fremspring i henhold til en spesifikk utførelse av oppfinnelsen; Fig. 2 er et tverrsnittriss av en seksjon av en metallisk plate som er forsynt med 2 fremspring i henhold til en spesifikk utførelsesform av oppfinnelsen for bruk i et katalysatorrør; Fig. 3 viser et tverrsnittriss av en reaktor som er forsynt med en rekke perkoleringer i form av metalliske plater i henhold til en spesifikk utførelsesform av oppfinnelsen. Fig.1 viser en metallisk plate 2 for anvendelse ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, som er forsynt med perkoleringer 4, 6, 8 og. Fremspringene er utformet som halv kjegler på frontsiden 2a og baksiden 2b av platen 2. Fremspringene 4 og 8 som stikker ut fra forsiden 2a, og fremspringene 6 og som

5 stikker ut fra baksiden 2b, ligger inntil hverandre og deler / har en felles åpen base 12 og 14, respektivt. Katalysatorpartikler (ikke vist) er anordnet på baksiden 2b av platen. Den koniske enden av halv kjegler 4 og 8 er på frontsiden 2a som er rettet oppover, dvs. i motsatt retning for tyngdekraft- eller gravitasjonsstrøm av en væske som er vist med piler 16a og 16b. På baksiden 2b er den koniske enden av halv kjegler 6 og direkte nedad i samme retning som væskens gravitasjonsstrømning eller -strøm. Den delen av den åpne grunnflaten 12 og 14 som stikker ut fra baksiden 2b inn i rommet med katalysatorpartiklene, peker deretter inn i retning som er motsatt for væskestrømmen og fungerer som væskeoppsamler, og den delen av den åpne grunnflaten 12 og 14 peker i retning av væskestrømmen og fungerer som væskeutløp på frontsiden 2a av platen 2. Således kan en strøm av væske som har kondensert på bak- (indre) side 2b, bli samlet opp i den åpne grunnflaten 12 og 14 og ført / passert til frontsiden 2a. Figur 2 representerer et tverrsnittriss av en metallisk plate for bruk i en frem- 1 gangsmåte i henhold til oppfinnelsen med perkoleringer i form av halv kjegle eller halv pyramide formede fremspring 4, 6, 8, og åpne baser eller grunnflater 12, 13, 14, 1 vekselvis i oppad og nedad retning av tyngdekraft- eller gravitasjonsstrømmen 16 for en væske. Katalysatorpartikler (ikke vist) er anordnet i rommet som vender mot den indre vegg 2b av platen 2. Som indikert med piler 16, vil et gassholdig reaksjons- produkt fra et katalysatorsjikt med katalysatorpartiklene, kondensere på den indre veggen 2b og vil bli ledet eller ført, gjennom de åpne basene / grunnflatene 12, 13, 14, 1, til ytre vegg 2a. En mindre del av det gassholdige produktet vil også flyte eller strømme gjennom de åpne grunnflatene og kondensere deretter på den ytre veggen 2a og strømmer nedover sammen med den flytende eller væskeproduktstrømmen 2 langs den ytre veggen 2a mot bunnen av platen. Fig. 3 er en katalytisk reaktor som er forsynt med en rekke metalliske plater (bare én er vist) i et katalysatorsjikt i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Reaktoren holder innenfor kappe eller hus 22 et katalysatorsjikt 24 med et flertall av katalysatorpartikler. Metallisk plate 2 i form av et rør er anordnet inne i katalysatorsjiktet og er omgitt av katalysatorpartikler. Den metalliske plate 2 er forsynt med et flertall av fremspring 6 og 4 som har eller deler en åpen base som videre er vist i fig. 1. Den delen av den felles åpne basen 12 som vender mot katalysatorsjiktet, er rettet motsatt til tyngdekraft- eller gravitasjonsstrømningen eller -strømmen av et

6 6 kondensert væske- eller flytende reaksjonsprodukt 16, og den delen av basen 12 som stikker eller rager ut fra den indre veggen av platen 2, er rettet mot væskestrømmen. Rørformet plate 2 blir avkjølt ved hjelp av en kjøleoverflate i form av et kjølerør 26. Under drift av reaktoren, blir en gassholdig strøm ført / passert / ledet gjennom katalysatorsjiktet 24. I katalysatorsjiktet vil den gassholdige strømmen reagere på et gassholdig produkt. Reaksjonsproduktet kondenseres i hovedsak på den ytre vegg av platerør 2 og danner væske- eller flytende reaksjonsprodukt 32. Det flytende reaksjonsproduktet, når det strømmer langs den ytre vegg av platerøret 2 blir samlet opp ved åpne baser eller grunnflater 12 som stikker eller rager ut mot katalysatorpartiklene og blir overført til den indre vegg av platen 2 gjennom en del av den åpne grunnflate 12 som rager eller stikker ut fra den indre veggen av platerøret mot kjølerøret 26. Etter å ha blitt ført eller passert til den indre vegg av rørplaten 2, vil det flytende reaksjonsproduktet strømme langs den indre vegg og på kjølerøret til bunnen av reaktoren 2 og tas eller trekkes ut gjennom et utløp (ikke vist) 1 fra reaktoren.

7 7 PATENTKRAV 1. Fremgangsmåte for å separere et flytende reaksjonsprodukt fra en gassholdig strøm i en katalytisk reaktor, omfattende følgende trinn: i reaktoren som er forsynt med et fast katalysatorsjikt (24) av faste katalysator- partikler, å anordne en kjøleoverflate (26) og en metallisk plate (2) mellom det faste sjiktet og kjøleoverflaten; å tilveiebringe i den metalliske platen som indirekte avkjøles ved hjelp av kjøleoverflaten, et flertall av perkoleringer i form av geometrisk formede fremspring (4, 6, 8, ) på begge sider (2a, 2b) av platen, hver med en åpen grunnflate (12, 13, 14, 1), idet den åpne grunnflaten er på den siden av platen som vender mot katalysatorsjiktet anordnet oppover, og på den siden som vender mot kjøleoverflaten, vender den åpne grunnflaten nedover; å kondensere et gassholdig reaksjonsprodukt som dannes ved reaksjon av 1 den gassholdige strømmen i katalysatorsjiktet til det flytende reaksjonsprodukt på den metalliske platen, og å overføre det flytende reaksjonsprodukt gjennom den åpne grunnflaten som vender oppad til kjøleoverflaten; og å passere eller føre det kondenserte flytende reaksjonsprodukt langs kjøleoverflaten og/eller den metalliske platen, og å trekke ut det flytende reaksjonsprodukt fra bunnen av reaktoren. 2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor de geometrisk formede fremspring er i form av en halv pyramide Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor de geometrisk formede fremspring er i form av en halv kjegle. 4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor de geometrisk formede fremspring er i form av en halv sfære.

8 8. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 4, hvor de geometrisk formede fremspring på den indre siden (2b) av platen (2) ligger ved sin åpne grunnflate inntil de geometrisk formede fremspring på den ytre siden (2a) av platen, og har eller deler en felles åpen base. 6. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til, hvor den metalliske platen er i form av et rør. 7. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 6, hvor kjøle- overflaten er i form av et rør. 8. Fremgangsmåte i henhold til krav 6 eller 7, hvor det faste katalysatorsjiktet er anordnet på den ytre siden av den rørformede metalliske platen Fremgangsmåte i henhold til krav 6 eller 7, hvor det faste katalysatorsjiktet er anordnet på den indre siden av det rørformede metalliske platen.. Reaktor for separering av et flytende reaksjonsprodukt fra en gassholdig strøm, omfattende i reaktoren: en metallisk plate (2); en kjøleoverflate (26); og et katalysatorsjikt (24), hvor den metalliske platen er innrettet på linje med kjøleoverflaten, idet den metalliske platen er tilveiebrakt på begge sider (2a, 2b) med et flertall av 2 perkoleringer i form av geometrisk formede fremspring (4, 6, 8, ), hver med en åpen grunnflate (12, 13, 14, 1), på den side av platen som vender mot katalysatorsjiktet, er den åpne grunnflaten anordnet oppover, og på den side som vender mot kjøleoverflaten, vil den åpne grunnflaten peke eller vende nedover. 11. Reaktor i henhold til krav, hvor de geometrisk formede fremspring er i form av en halv pyramide.

9 9 12. Reaktor i henhold til krav, hvor de geometrisk formede fremspring er i form av en halv kjegle. 13. Reaktor i henhold til ethvert av kravene til 12, hvor de geometrisk formede fremspring på den indre siden (2b) av platen ligger ved sin åpne grunnflaten inntil de geometrisk formede fremspring på den ytre siden (2a) av platen, og har eller deler en felles åpen base. 14. Reaktor i henhold til ethvert av kravene til 13, hvor den metalliske platen er i form av et rør. 1. Reaktor i henhold til ethvert av kravene til 14, hvor kjøleoverflaten er i form av et rør.