从催化剂和设备部件表面移除含碳沉积物的方法

从催化剂和设备部件表面移除含碳沉积物的方法
【专利摘要】本发明涉及一种通过用至少暂时含有含氧气的过热蒸汽流处理沉积物来移除催化剂和设备部件表面的含碳沉积物的方法，其中通过在所述蒸汽冷凝之后于至少300℃的温度监测废气中的CO2，(a)用过热蒸汽于至少300℃的温度处理含碳沉积物直至废气的CO2含量超过一个最大值，(b)然后随着过热蒸汽的进一步引入，开始引入氧，其中调节引入的氧量使废气中CO2的含量进一步降低直至其降至<1体积％，和然后(c)将含氧气引入至剩余量的含碳沉积物之上，并且过热蒸汽的引入直至实际上移除了所述沉积物再停止。
【专利说明】从催化剂和设备部件表面移除含碳沉积物的方法
[0001]本申请是2009年10月9日提交的名称为“从催化剂和设备部件表面移除含碳沉积物的方法”的200980141646.9发明专利申请的分案申请。

【技术领域】
[0002]本发明涉及一种通过用至少暂时混有含氧气(oxygenous gas)的蒸汽的过热气流处理沉积物来移除催化剂和设备部件表面的含碳沉积物的方法。

【背景技术】
[0003]EP-A-1241154公开了一种再生沸石催化剂的方法，其中使至少暂时混有含氧气或含氧气混合物的蒸汽的气流通过反应器。调节蒸汽气流的温度和含氧量使得达到该焦炭沉积物的着火温度，即用至少暂时含有含氧气的过热蒸汽再生催化剂。
[0004]用过热蒸汽和氧气再生催化剂是已知的。其例如根据US-A-4，276，150的信息于约595至1220°C范围内的温度、根据EP-A-0071137于300至450°C范围内的温度、和根据W0-A-02/45852于300至800°C的温度下实现。


【发明内容】

[0005]本发明的一个目的是提供移除催化剂和设备部件表面的含碳沉积物的其它方法。
[0006]根据本发明，通过用至少暂时混有含氧气的蒸汽的过热气流处理沉积物而移除催化剂和设备部件表面的含碳沉积物的方法来实现本目的，所述方法包含在各情况下在蒸汽冷凝之后于至少300°C的温度监测废气中CO2的含量，
[0007](a)用过热蒸汽于至少300°C的温度处理所述含碳沉积物直至废气中CO2的含量超过一个最大值，
[0008](b)然后，随着进一步供应过热蒸汽，开始供应氧，调节供应的氧量使废气中CO2的含量进一步降低直至其降至〈I体积％的值，然后
[0009](c)结束供应过热蒸汽并在仍然残留量的含碳沉积物上方通过含氧气直至已经几乎移除所述沉积物。
[0010]用本方法可在设备中缓和地再生被含碳沉积物覆盖的催化剂并缓和地清洁含有含碳沉积物的设备部件，例如反应器或塔。移除含碳沉积物的过程中，几乎没有出现温度峰，因此设备中也不存在金属起火的风险。被沉积物覆盖的催化剂可直接在反应器中再生。这省却了卸载塔中被污染的催化剂或被污染的不规则填充物。这避免了催化剂或不规则填充物的机械毁坏。
[0011]在有机化合物的催化转化过程中，含碳沉积物通常形成于催化剂上和设备的部件中。在单体的制备中尤其可观察到该现象。沉积物降低了催化剂的活性，因为其减小了催化剂的活性表面积。在极端的情况下，其导致生产设备中高的压降，以至于该设备不得不关闭。EP-A-0184074公开了通过在作为催化剂的固体的存在下、于减压和250至650°C的温度下热解甲酰基丙氨酸腈(formylalaninenitrile)来制备N-乙烯基甲酰胺的方法。可用的催化剂优选氧化铝，其被例如钾离子活化。在该方法中，含碳沉积物形成于催化剂上和反应器的部件中。其可为焦炭沉积物或不溶聚合物。例如，塔中可存在不想要的N-乙烯基甲酰胺的聚合。其中形成的聚合物不溶于几乎所有溶剂。然而，所述沉积物可借助本发明方法缓和地移除。
[0012]催化剂上的含碳沉积物，尤其是用EP-A-0184074的方法制备N-乙烯基甲酰胺的过程中形成的那些含碳沉积物，通过本发明的方法，从催化剂表面和设备部件的内壁上于300至600°C、优选400至600°C、尤其是450至550°C范围内的温度下被移除。催化剂的再生可在从设备上卸载之后的分离的反应器中发生，但优选地在生产设备中实现。为了移除含碳沉积物，可用电或借助盐浴将意欲进行催化剂再生的反应器或生产设备的反应器加热至所需温度。然而，也可借助过热蒸汽加热被含碳沉积物覆盖的反应器或设备内部部件。
[0013]方法步骤(a)中，例如，将温度在例如300至600°C范围内的过热蒸汽通入包含具有含碳沉积物的催化剂并且其本身通常在内壁上也有含碳沉积物的反应器。在本发明方法的一个优选实施方案中，在方法步骤(a)、(b)和(C)中，各自另外将氮气和/或另一种惰性气体通进反应器。于蒸汽和含碳沉积物的吸热反应中形成的气体，例如氢气、一氧化碳和二氧化碳，通过引入氮气被稀释并从反应器中排放。氮气有效地充当夹带气。基于设备部件或反应器一其包含了待处理的催化剂一的内部表面面积计，使用例如O至90m3(STP)/m2.h、优选I至75m3(STP)/m2.h并且尤其是25至35m3(STP)/m2.h的氮气或另一种惰性气体。
[0014]所用蒸汽的量同样可在宽的范围内变化。例如，基于设备部件或反应器的内部表面面积计，使用30至550kg/m2.h,优选45至450kg/m2.h。
[0015]离开反应器一其中进行催化剂的再生一一之后，使废气骤冷，以使其一于例如40°C的温度——排出。冷凝所供蒸汽。在催化剂再生的过程中连续地分析废气。其包含氢气、一氧化碳和二氧化碳。参考废气中CO2的浓度来监控该移除含碳沉积物的方法。其开始时为O %然后升高，反应开始之后，首先升至例如最高达30体积％，通常25体积％。如果除了该过热蒸汽之外还使用了作为夹带气的氮气或另一种惰性气体，该测量当然应该纳入废气的分析中。为了能够对蒸汽冷凝之后废气中的CO2含量做有效的描述，优选使所供氮气或另一种惰性气体的量在各情况下保持恒定。例如，在方法步骤(a)中供应的氮气的量改变的情况下，蒸汽冷凝之后废气中CO2的量应该根据所供氮气的量修正，以对反应过程进行控制。
[0016]当废气的CO2含量超过一个最大值时，在方法步骤(b)中，随着过热蒸汽的进一步供应，开始供应氧，调节供应的氧的量使废气中CO2的含量进一步降低直至其降至〈I体积％的值。在方法步骤(b)中，优选在蒸汽冷凝之后将废气中CO2的含量降低至〈0.5体积％的值。在方法步骤(b)中，同时使用蒸汽和含氧气。所述含氧气要么为空气要么优选地由氮气和氧气的混合物组成。该气体混合物的氧气浓度为，例如，0.01至30体积％，优选5至22体积％。调节其使废气的CO2含量在蒸汽冷凝之后进一步降低。这避免了在催化剂的再生和从设备部件上移除沉积物的过程中的温度峰。
[0017]在方法步骤(b)中——一旦蒸汽冷凝之后废气中的CO2含量超过所述最大值——开始供应氧。例如，当蒸汽冷凝之后废气中CO2的含量降低至少于所述最大值的95%、优选少于所述最大值的90%时，开始供应氧。通常，当废气的CO2含量在所述最大值的85至95%的范围内时供应氧。
[0018]在方法步骤(C)中，结束过热蒸汽的供应，并使空气或含氧气混合物在仍然残留量的含碳沉积物上方通过直至已经几乎移除所述沉积物。在该过程中，过热蒸汽与含氧气的体积比以将蒸汽的比例降低至O体积％同时提高含氧气或空气的比例的方式逐步地或连续地变化。由供应的蒸汽、氧气和氮气组成的气流中的氧含量为，例如0.01至35体积％，优选I至22体积％。方法步骤(c)中蒸汽的加入结束之后，用氮气和氧气的气体混合物——优选空气一处理仍然存在的残留含碳沉积物，直至已经几乎移除所述沉积物。
[0019]在本方法方案中，反应器中的温度在含碳沉积物的移除过程中保持几乎恒定或者仅稍微变化。避免了温度峰。在本发明的方法中避免了氢气和一氧化碳着火的风险。
[0020]借助本发明的方法，可缓和地移除催化剂表面上的含碳沉积物和设备部件表面上的含碳沉积物。含碳沉积物的类型不是关键。可根据本发明再生例如用于单体合成的催化剂或用于C2至C3tl烃的脱氢的那些催化剂。

【具体实施方式】
[0021]实施例
[0022]在通过EP-A-O 184 074的方法制备N-乙烯基甲酰胺的过程中，含碳沉积物形成于催化剂上和反应器的内壁上，这降低了转化率并导致设备中的压降。催化剂由氧化铝一其已经钾离子活化一组成。为了移除催化剂上和反应器中的含碳沉积物，借助盐浴将反应器加热至530°C的温度。使2001/h的氮气和lkg/h的过热蒸汽各自于530°C的温度从顶部通过反应器。将在反应器下端出来的气流在塔中用水骤冷，其冷凝了供给反应器的过量蒸汽并将其通入废水。废气在塔顶部排出。其温度为40°C并被连续地分析CO2含量。废气的CO2含量升高至22体积％的值，然后下降。一旦CO2的含量降低至CO2含量最大值的90%，首先另外将2001/h的空气引入至反应器，并将空气的量逐步增大到7501/h，在该过程中调节空气的量使在蒸汽冷凝之后废气中CO2的含量连续地降低。一旦在蒸汽冷凝之后废气中CO2的含量降低至0.45体积％的值，就逐步降低供应的蒸汽的量并最终结束蒸汽供应。供应至反应器的空气的比例增加到13001/h。15小时的总运行时间之后，废气中CO2的含量为0.05体积％。之后，催化剂和反应器已经几乎完全不含含碳沉积物了。
【权利要求】
1.一种通过用至少暂时混有含氧气的蒸汽的过热气流处理沉积物来移除催化剂和设备部件表面的在制备N-乙烯基甲酰胺过程中形成的含碳沉积物的方法，所述方法包括在各情况下在所述蒸汽冷凝之后于至少300°C的温度监测废气中CO2的含量， (a)用过热蒸汽于至少300°C的温度处理所述含碳沉积物直至废气中CO2的含量超过一个最大值， (b)然后，随着进一步供应过热蒸汽，开始供应氧，调节供应的氧的量使废气中CO2的含量进一步降低直至其降至〈I体积％的值，然后 (C)结束供应过热蒸汽并使含氧气在仍然残留量的含碳沉积物上方通过直至已经几乎移除所述沉积物。
2.权利要求1的方法，其中于400至600°C范围内的温度从催化剂和设备部件表面移除所述含碳沉积物。
3.权利要求1或2的方法，其中各自在方法步骤(a)、(b)和(C)中另外供应氮气。
4.权利要求1或2的方法，其中所述蒸汽冷凝之后废气中CO2的含量在方法步骤b)中被降至〈0.5体积％的值。
5.权利要求1或2的方法，其中氧的供应开始于方法步骤(b)中当蒸汽冷凝之后废气中CO2的含量降至少于所述最大值的95%时。
6.权利要求1或2的方法，其中过热蒸汽与含氧气的体积比在方法步骤(c)中以将蒸汽的比例降低至O体积％同时提高含氧气的比例的方式逐步地或连续地改变。
7.权利要求1或2的方法，其中移除催化剂表面的含碳沉积物。
8.权利要求1或2的方法，其中移除设备部件表面的含碳沉积物。
【文档编号】B01J38/20GK104275214SQ201410475248
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2009年10月9日 优先权日:2008年10月20日
【发明者】M·温特, H·维格尔, A·克拉默 申请人:巴斯夫欧洲公司