用于生产高纯光气的方法和装置的制造方法_2

文档序号:9650032阅读:来源:国知局
pm或更少的导热 材料。将导热材料的水平增加至按重量计10, OOOppm以上,或按重量计100, OOOppm以上, 能够增加导热材料和催化剂之间的接触,并由此增加催化剂的热导率。掺杂的导热材料的 含量优选低于显著不利地影响催化剂活性或产物纯度的水平。即使在掺杂的导热材料的存 在不提供至管道表面的连续路径的情况下,它能够用于在催化剂床内传播热量,由此减少、 最小化或消除反应器中的热点。
[0024] 能够使用上述方法的任意组合,例如涂覆的颗粒状催化剂和颗粒状导热材料、可 选地连同导热掺杂的催化剂一起的组合。
[0025] 能够使用各种各样具有大于2瓦/米/开尔文(1八1111()),大于151八1111(),大于5(^/ (mK),或大于IOOWAmK)的热导率的导热材料。导热材料能够具有大于200WAmK)的热导 率。这种导热材料的实例包括铝、铝黄铜、氧化铝、锑、铍、氧化铍、黄铜、青铜、镉、碳纳米管、 石墨烯、碳钢、铜、金、铱、铁、铅、镁、钼、镍、银、钢、不锈钢、和铬镍钢(18wt% Cr,8wt% Ni), 能够使用包含前述项中至少一种的组合,包括各种金属的合金。进一步选择导热材料以便 不会显著不利地影响催化剂活性、反应器运转(functioning)、产品产率或产品纯度。
[0026] 上述方法很容易适用于多管式反应器,其能够包括任何数量的管道,如本领域已 知,例如,1~300,具体而言,2~250,更具体而言,3~200,甚至更具体而言,1~200,更 加具体而言,1~150,以及甚至1~100位于外管(通常称为"壳")中的内管。冷却介质 能够位于壳和微管之间。
[0027] 每个管道独立地能够具有大于或等于6_,例如,大于或等于8_,具体而言,大于 或等于10_,以及更具体而言,大于或等于12_的平均直径。每个管道独立地能够具有小 于或等于500mm,例如,小于或等于250mm,具体而言,小于或等于100mm,更具体而言,小于 或等于50mm的平均直径。通道的截面形状能够是矩形、方形、圆形、卵形、椭圆形、或任何其 他规则或不规则的几何形状。当形状不是圆形时,"平均微管通道的截面直径"是指具有与 实际截面形状相同面积的圆的直径。
[0028] 反应器中催化剂的位置能够进一步显著影响从反应至冷却液的传热。具体而言, 催化剂能够沉积(即,能够与之直接接触)于反应器管道的壁上。沉积的催化剂与填充床 组合使用。
[0029] 因此,管式反应器能够包括壳和位于壳内的管道,在壳和管道之间具有冷却介质, 管道具有有效将一氧化碳和氯气转化成光气的布置在其中的颗粒状催化剂,其中独立于管 道的导热材料接触至少一部分颗粒状催化剂,并能够在颗粒状催化剂和管道之间可选地提 供导热路径。导热材料能够具有大于2WAm · K),或大于15WAm · K),或大于IOOWAm · K), 或大于200WAm*K)的热导率。它能够是布置在催化剂颗粒的至少一部分外表面,或催化 剂颗粒聚结体的一部分外表面,或二者上的涂层,并且能够具有〇. 001~1 μ m的涂层厚度, 而涂层能够通过化学气相沉积、热喷涂、浸渍涂覆或粉末涂覆沉积。可替代地,或另外,颗粒 状导热材料能够是导热的3-维筛网,可选地其中筛网的开孔具有大于颗粒状催化剂聚结 体的平均直径的平均直径;或导热材料能够是分布于颗粒状催化剂中并与之接触的颗粒状 材料,可选地其中颗粒状导热材料和颗粒状催化剂能够通过布置在管道内的筛网进一步接 触。导热材料能够以按催化剂的重量计大于或等于10, OOOppm,或按催化剂的重量计大于或 等于100, OOOppm的量掺杂于催化剂中。
[0030] 各种促进一氧化碳和氯气之间反应的不同催化剂能够用于上述方法和反应器。催 化剂能够是含碳催化剂如活性碳。碳能够来自,例如,木材,泥煤,煤,椰子壳,骨,褐煤,石 油基残渣,糖等,或包含一种或多种前述物质的组合。碳催化剂能够是颗粒形式,如粉末, 粒状,小球等,或包含一种或多种前述形式的组合。碳表面积(通过Brunauer - Emmett-Teller(BET)测定的)能够大于或等于100平方米/克(m2/g),具体而言,大于或等于300m 2/ g,更具体而言,大于或等于1,〇〇〇m2/g。通过BET测定法测定的碳表面积能够为100~ 2, 000m2/g,具体而言,550~l,000m2/g。市售碳催化剂的例子包括Barnebey Sutcliffe?, Darco?,Nuchar?,Columbia JXN?,Columbia LCK?,Calgon PCB?,Calgon BPL?,ffestvaco?, Norit?,和 Barnebey Cheny NB?〇
[0031] 催化剂能够是氧化稳定的催化剂。"氧化稳定的"是指催化剂在空气中;顺序加热 以下时间和温度时损失小于或等于12wt% :125°C持续30min,200°C持续30min,300°C持续 30min,350°C 持续 45min,400°C 持续 45min,450°C 持续 45min,而最后 500°C 持续 30min。这 个用于评价在空气中加热碳样品的影响的时间和温度条件的序列能够使用热重分析(TGA) 运行。
[0032] 催化剂能够包含小于或等于按重量计1,OOOppm的活性金属含量。活性金属能够 包括元素周期表第3~10族的一种或多种过渡金属,硼,铝,硅,或包含一种或多种前述元 素的组合。催化剂能够是无铁的,其中无铁是指催化剂包括按重量计小于或等于lOOppm,具 体而言,按重量计0~50ppm的铁。同样地,催化剂能够包括按重量计小于或等于200ppm, 具体而言,小于或等于按重量计IOOppm的硫和/或小于或等于按重量计200ppm,具体而言, 小于或等于按重量计IOOppm的磷。包含小于或等于1,OOOppm活性金属的碳催化剂包能够 通过酸洗而获得(例如,用盐酸或氢氯酸随后氢氟酸处理的碳)。
[0033] 催化剂能够是包含通过将气态或蒸气含碳化合物(例如,烃)引入到碳质材料颗 粒(例如,碳黑)本体中;分解含碳化合物而将碳沉积于颗粒表面上;和用包括蒸气的活化 剂气体处理所得的材料以提供多孔碳质材料而获得具有三维基质的多孔碳质材料的复合 碳。由此制成碳-碳复合材料,其适合作为催化剂。这种多孔碳-碳复合材料能够具有通 过BET测量测定的大于或等于10m 2/g的表面积,并且能够包括(1)小于或等于3. 5,具体 而言,小于或等于2. 0,更具体而言,小于或等于1. 0,更加具体而言,0~I. 0的微孔/大孔 比率;和(2)在空气中顺序加热以下时间和温度时小于或等于16%其重量,具体而言,小于 或等于10 %其重量,更具体而言,小于或等于5 %其重量的损失:125°C持续30min,200°C持 续 30min,300°C 持续 30min,350°C 持续 45min,400°C 持续 45min,450°C 持续 45min,和最后 500°C持续30min。这种催化剂能够包含大于或等于1,OOOppm的活性金属含量。用于评估 空气中加热碳样品的影响的时间和温度条件的序列能够使用TGA运行。术语"微孔"是指 小于或等于20埃(A)的孔径而术语"大孔"是指大于20 A的孔径。总孔体积和孔体积分 布,例如,能够由方法孔隙度测定法(porosimetry)测定。微孔体积(立方厘米/克(cc/ g))能够从总孔体积(cc/g)减去而确定大孔体积。随后能够计算微孔/大孔比率。市售的 多孔碳的例子包括Calgon X-BCP?和Calsicat ?〇
[0034] 催化剂能够包括碳化硅催化剂。碳化硅催化剂能够具有通过BET测量法测定的 大于或等于10平方米/克(m 2/g),具体而言,大于或等于20m2/g,更具体而言,大于或等于 100m2/g,更具体而言,大于或等于300m 2/g的表面积。娃含量能够小于或等于10wt%,具体 而言,小于或等于5wt%。碳化硅催化剂能够使用,例如,包括将一氧化硅与细分碳(例如, 包含小于或等于〇. lwt%灰分含量的一种)接触或通过一氧化娃(SiO)与碳的蒸气反应的 方法而生产。
[0035] 反应器的每个管能够包括一个或多个催化剂区。正如上面简要描述,当催化剂沉 积于管道的表面上时,管道能够包括位于或朝着进料端且包含较少催化剂的第一催化剂 区。管道能够还包括位于或朝着出口端且包含比第一催化剂浓度更高的相同或不同催化剂 的第二催化剂区。导热材料可以位于第一催化剂区和/或第二催化剂区。这两个催化剂区 能够按顺序定位。可替代地,沉积能够逐渐增加,而使催化剂浓度沿每个催化剂区形成平滑 (例如,线性或非线性梯度)或阶梯式梯度,而较低活性存在于第一催化剂区的开始处而较 高活性位于第二催化剂区。
[0036] 可替代地,或另外,在填充床中能够使用低活性催化剂和较高活性催化剂的组合, 如US 6500984中的描述。例如,反应器能够包括位于或朝着进料端且包含具有第一活性的 第一催化剂的第一催化剂区。反应器还能够包括位于或朝着出口端且具有比第一催化剂的 活性更高的第二活性的
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