催化反应器和催化剂结构的制作方法

专利名称：催化反应器和催化剂结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于执行牵涉热交换的化学反应的反应器，该反应器限定了其中存在催化剂结构的通道，本发明还涉及用于此类反应器中的催化剂结构。
背景技术：
例如在WO 03/033131中描述了由限定第一和第二流动通道的一堆金属片组成的催化反应器的使用，其中，在诸如流动通道内的波状箔的可去除插入物上提供催化剂，WO03/033131描述了用于执行例如费一托合成法、蒸汽甲烷重整或燃烧的各种化学反应的此类反应器的使用。W02010/067097还描述了一种催化反应器，其中，催化剂插入物可包括一个或多个波状箔。两组通道使得能够在那些通道的内容物之间进行热传递。例如，蒸汽甲烷重整是吸热反应，要求通常高于750°C的高温；并且可以通过在催化反应器内的另一组通道中发生的燃烧反应来提供所需的热量。费一托合成法是放热反应，因此在这种情况下，与用于合成反应的那些通道相邻的通道可以携载冷却剂。不仅反应器内的热梯度趋向于导致形成反应器的材料内出现应力，而且还存在热逸溃的进一步风险。在一些放热催化反应的情况下，反应速率可以随着温度增加而增加；并且在这种情况下，在反应器内的温度和反应速率之间存在正反馈。这可能导致温度的快速增加，称为热逸溃，并且这可能导致对催化剂或对反应器或两者造成损坏，并将减少反应器的有用寿命。局部热点还对反应 器的一致操作有害。在上述类型的反应器中提供可去除的催化剂携载插入物是有利的，因为这使得反应器的寿命能够超过催化剂的寿命，有可能超过数倍。然而，为了将新的催化剂部署到反应器中，必须去除插入物并且插入新的插入物。为了有助于方便的插入物更换，优选的是最小化必须插入反应器的分离部件的数量。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种反应器，其限定了反应器内的第一和第二流动通道，第一流动通道和第二流动通道沿着它们的长度的至少主要部分在平行的方向上延伸，可去除催化剂插入物设置在反应将要发生的那些通道中，催化剂插入物包括结合在一起的多个箔并且其将流动通道分成多个流动子通道，并且其中，催化剂插入物的至少一个端部没有活性催化材料。虽然已经提及了用于第一和第二流体的第一和第二流动通道，但应认识到的是，反应器可以限定用于多于两种不同流体的流动通道。没有活性催化材料的那个端部在流动通道的该部分抑制反应，从而降低流动通道的该部分处的任何热传递的要求。这在如下的情况下是尤其有利的:第一或第二流动通道包括进口或出口部分，该进口或出口部分连接到进口或出口端口或连接到集管并且沿着与流动通道的长度的主要部分的方向不平行的方向延伸。优选地，活性催化材料仅仅设置在催化剂插入物的位于反应器的如下区域中的那些部分上:在该区域中，第一和第二流动通道在平行的方向上延伸。至少一组流动通道中的催化剂插入物可略微长于那些流动通道的长度，从而从流动通道的端部突出。优选地，突出长度不超过20 mm,更优选地不超过10 mm,例如5 mm。该突出长度可使得催化剂插入物的后续移除更加容易。用于箔的优选材料是高温耐腐蚀钢合金，例如含铝铁素体钢，尤其是已知为Fecralloy(商标名)的类型，其具有高至20%铬、0.5-12%铝以及0.1_3%钇的铁。例如，其可包括具有15%铬、4%铝以及0.3%钇的铁。当该金属在空气中被加热时，其形成氧化铝的粘附氧化物表面，该氧化铝的粘附氧化表面保护合金抵抗进一步氧化。该氧化物表面层还保护合金抵抗例如在甲烷氧化反应器或蒸汽/甲烷重整反应器中的普遍条件下的腐蚀。在该金属用作催化剂衬底并且涂覆有陶瓷涂层(催化剂材料并入该陶瓷涂层中)的情况下，金属上的氧化铝表面被认为与陶瓷涂层结合，从而确保催化材料粘附到金属衬底。这种合金材料可能不是立刻具有合适的长度。例如，流动通道中的催化剂插入物的总长度可大于500 mm，例如是600 mm或800 mm。这可由多个端对端放置的分离的插入物组成，或者替代地，每个流动通道可包含单个插入物。该插入物可包括一堆箔，所述一堆箔中的至少一些是波状的，堆的每层包括端到端布置的多段箔，其中，在相继的层中，箔的端部相遇处的位置是交错的。这使得不需要将端到端布置的箔直接彼此结合，因为它们通过结合到堆中的相继一个或多个箔而相连。箔可通过铜焊结合到一起，并且可沿着波状褶皱的每个峰的整个长度结合到一起。替代地，它们可例如通过点焊被焊接到一起。对于800 mm的插入物长度，优选地至少600 mm设置有催化剂，从而没有催化剂的部分不大于200 mm ;也就是说，没有催化剂的部分不超过总长度的25%。例如，可能在每个端部存在100 mm的部分没有催化剂,或者可能在一个端部存在200 mm的部分。在箔是波状的情况下，波状褶皱可以在横截面上是正方形的或矩形的；或者是弓形的或正弦曲线形的；或者它们可以是限定三角形波状褶皱的Z字形，或者锯齿形，例如具有被平的峰连接的斜坡部分。波状褶皱通常平行于箔的长度延伸。在一些替代构造中，波状褶皱可以不平行于或者甚至垂直于箔的长度。如果波状褶皱设置成与箔的长度成锐角并且相继的波状箔具有镜像取向的波状褶皱，则气体将会横向地流过通道，由此通过当反应物沿着交替取向的流动路径经过通道时使得能够在箔堆内的多个水平之间混合而降低侧向和竖直温度变化。箔中的至少一些可以是穿孔的。如果波状箔所具有的波状褶皱可使得相邻箔能够相互啮合，则波状箔可由扁平或基本扁平的箔间隔开，以确保它们不会相互啮合。如果相邻箔所具有的波状褶皱不平行，则此类扁平箔不是必需的。扁平箔也可以在非常小的幅度上是波状的，例如提供小于约0.2mm(例如0.1 mm)的总高度，因为这使得它们略微较不柔软从而更易于在组装期间工作。基本扁平箔的波状褶皱的方向可以沿着箔是纵向的，或者替代地，可以是横向的。扁平箔的波状褶皱的形状可以是锯齿形的或波纹形的。优选地，箔的厚度在20-150微米的范围内，例如50微米。较厚的箔(例如100微米厚河提供优点，增强热传递。凭借例如通过提供扁平箔或通过使相邻箔具有非平行的波状褶皱来防止波状箔的相互啮合，插入物的高度相比部署了相同波状箔的堆是更加可重复的且更加可控的。因此，催化剂插入物可包括被结合到一起的一堆波状箔(C)和基本扁平箔(f)。该堆可使得波状箔作为最外层，或者可 使得基本扁平箔作为最外层。以波状箔作为最外层的堆趋向于比以扁平箔作为最外层的堆略微更加柔性，并且提供到通道的壁的增强的热传递，然而以扁平箔作为最外层的堆提供用于催化剂的更大的表面积。此外，如果最外箔具有波状褶皱，不管是小的或大的幅度，则减小了在插入催化剂插入物期间与反应器通道的壁相联系的表面积，并且这可以减小对于插入物的插入的摩擦和阻力。作为示例，插入物可具有构造fcfcfcfcf (即，被4个波状箔分隔的5个扁平箔)，或者cfcfcfc (即，被3个扁平箔分隔的4个波状箔)，或者CfC (即，被I个扁平箔分隔的2个波状箔)。为了形成催化剂插入物，箔结构可在其表面的至少一部分上设置有催化材料。例如，其可涂覆有例如基于氧化铝的陶瓷载体材料，并且这可浸溃有适合于将要在对应通道中进行的反应的活性催化材料。可例如通过浸溃涂覆或喷涂的技术来施加陶瓷涂层，以根据所述反应来实现10微米和100微米之间的陶瓷厚度，并且可在单独的箔被组装到催化剂插入物之前或者在所述箔已经结合到一起之后将涂层施加到单独的箔。所述箔的一些或者所述箔的表面的一些可在沉积陶瓷涂层期间被掩盖。如果箔的构造是外侧为扁平箔的构造，则外部扁平箔的外表面可涂覆有陶瓷并且设置有活性催化材料，因为在外表面和通道的壁之间可存在窄间隙，其否则可提供用于反应物气体的旁路；然而，如果箔插入物紧配合在通道中，则外表面可以被留下不涂覆，因为这提供了与通道壁的金属到金属的接触，从而增强了到壁的热传递。箔中的一些可没有催化剂。具体地，可能希望留下一些子通道没有催化剂，以允许一些气体绕过催化剂插入物，以便在下游使用。在形成插入物的箔堆的中心附近提供未涂覆的箔所具有的益处是降低插入物的中心附近的反应速率，从而降低最高温度处的产热率(在放热反应的情况中)或降低最低温度处的除热率(在吸热反应的情况中)。无论如何，催化涂层可在不同的箔之间或者在不同的子通道之间是不同的，或者可沿着催化剂插入物的长度是不同的。在反应器内，可以由被布置为堆的板中的凹槽或由成堆的板和间隔条(该堆然后被结合在一起)来限定第一和 第二流动通道。替代地，可以由堞形的且与扁平片交替地堆叠的薄金属片来限定流动通道；可以由密封条来限定流动通道的边缘。形成反应器的板堆例如通过扩散结合、铜焊或热等静压被结合在一起。板堆提供了所需的结构以确保反应器可防止在操作期间施加差动压力和热应力；催化剂插入物不提供结构性支撑。通道可以在横截面上是正方形的或者其高度可以大于或小于宽度；高度指的是沿堆的方向(也就是说沿热传递方向)的尺寸。为了保证良好热接触，第一和第二流动通道两者可以在20 mm和I mm高之间；每个通道可以具有在约1.5 mm和150 mm之间的宽度。举例来说，板(在平面图中)可具有在0.05 m直至I m范围内的宽度以及在0.2 m直至2 m范围内的长度，并且流动通道优选地具有在2 mm和10 mm之间的高度(取决于化学反应的性质)。例如，板可以是0.5 111宽和1.0 m长，或者0.6 m宽和0.8 m长；并且其可以限定7 mm高、6 mm宽的通道，或3 mm高、10 mm宽的通道，或10 mm高、5 mm宽的通道。在堆中交替地布置第一和第二流动通道有助于保证那些通道中的流体之间的良好热传递。例如，第一流动通道可以是用于燃烧(以产生热量)的通道且第二流动通道可以用于蒸汽/甲烷重整(其需要热量)。催化剂插入物被插入通道中且可以被去除以进行替换。此类反应器可用于多种反应，包括费一托合成法以及例如通过蒸汽甲烷重整的合成气体发生。如果所期望的反应是放热的，则相邻通道可设置有冷却剂以将反应热吸出反应器。相反，如果所期望的反应是吸热的，则必须将热量提供到流动通道。这可通过使热流体(优选地，气体)流过通道或者通过在相邻通道中进行放热反应来实现。催化燃烧可用于提供热量，并且在这种情况中，在用于燃烧的每个流动通道的进口处提供火焰清除器以保证火焰不能传播回被供应到燃烧通道的可燃气体混合物中。这可以在每个燃烧通道的进口部分内，例如采取非催化插入物的形式，其将邻近于进口的燃烧通道的一部分细分成不宽于最大间隙尺寸的许多窄流动路径以便防止火焰传播。例如，此类非催化插入物可以是纵向波状箔或成堆的多个纵向波状箔。然而，在通过集管来供应可燃气体的情况下，则优选地在集管内提供此类火焰清除器。在本发明的另一方面中，提供了一种反应器，其限定了反应器内的第一和第二流动通道，第一流动通道和第二流动通道沿着它们的长度的至少主要部分在平行的方向上延伸，可去除催化剂插入物设置在反应将要发生的那些通道中，催化剂插入物包括结合在一起的多个箔并且其将流动通道分成多个流动子通道，其中，至少一组流动通道中的催化剂插入物略微长于那些流动通道的长度，从而从流动通道的端部突出。优选地，突出长度不超过20 mm,更优选地不超过10 mm。在本发明的又一方面中，提供了一种反应器，其限定了反应器内的第一和第二流动通道，可去除催化剂插入物设置在反应将要发生的那些通道中，催化剂插入物包括结合在一起的多个箔并且其将流动通道分成多个流动子通道，其中，每个催化剂插入物包括一堆箔，所述一堆箔中的至少一些是波状的，并且其中，所述堆的层中的至少一些包括端到端布置的多段箔。优选地，在所述堆中存在相邻的层，其各自包括端到端布置的多段箔，并且箔的端部在那些相邻层中相遇处的位置是交错的。本发明还提供了一种反应器，其限定了反应器内的第一和第二流动通道，可去除催化剂插入物设置在反应将要发生的那些通道中，其中，每个催化剂插入物包括一堆经结合的箔，所有箔是波状的，其中，所述堆的交替层的箔中的波状褶皱沿不同取向延伸。在又一方面中，本发明提供了一种在此类反应器中使用的催化剂插入物，所述催化剂插入物包括结合在一起的多 个箔并且其限定多个流动子通道。具体地，催化剂插入物的至少一个端部可以没有活性催化材料。在本发明的每个方面中，反应器自身提供了结构和强度来承受操作期间所经历的应力。因此，在每个情况中，催化剂插入物可以是非结构性的，因为其不必在操作期间将通道的壁保持隔开。因此，其可由薄金属箔制成。


现在将仅以示例的方式并参考附图来进一步且更特别地描述本发明，在附图中: 图1部分地以截面示出适合于蒸汽/甲烷重整且包括催化剂插入物的反应器块的一部
分的示意性透视图(截面在图2的线1-1上)；
图2示出图1的组装的反应器块的侧视图，示出了流动路径；
图3a和3b示出组装期间的图1的反应器块的各部分的平面 图4示出替代的催化剂插入物的剖视图；并且 图5a和5b示出组装期间的替代反应器块的各部分的平面图。
具体实施例方式本发明适用于许多不同的化学过程，并且例如可适用于通过蒸汽重整从天然气产生合成气(也就是说一氧化碳和氢气的混合物)的过程。该合成气可以例如随后用来通过费一托合成法产生更长链的烃。通过将蒸汽和甲烷混合并使混合物在高温下与适当的催化剂接触，从而蒸汽和甲烷反应以形成一氧化碳和氢气来进行蒸汽重整反应。蒸汽重整反应是吸热的，并且可以通过例如烃和/或混有空气的氢气的催化燃烧来提供热量，因此，在重整反应器内的相邻流动通道内的燃烧催化剂上发生燃烧。现在参考图1，示出了反应器块10，其适合于用作蒸汽重整反应器或供在蒸汽重整反应器中使用。反应器块10限定用于催化燃烧过程的通道和用于蒸汽甲烷重整的通道。反应器10由在平面图中为矩形的一堆板组成，每个板是耐腐蚀高温合金制成的，诸如铬镍铁合金625、耐热镍铬铁合金800HT或海纳合金HR-120。扁平板12通常具有0.5至4 mm范围内的厚度，在这种情况下为2.0 _厚，并且与堞形板14或15交替地布置，从而堞垛限定了通道16或17。堞形板14和15被交替地布置在堆中。堞形板14和15的厚度通常在0.2和3.5 mm之间的范围内，并且在每种情况下为0.9 mm。堞垛的高度通常在2_10 mm的范围内，并且在每种情况下为6.0 mm，并且沿着侧面提供了实心杆18。堞形板14和15中的堞垛的波长可以相互不同，但是如优选实施例的图中所示，波长是相同的，使得在每种情况下，相继的翅片或系带分开7.0 mm。可以将堞形板14和15称为翅片结构。平的端板19位于堆的每个端部处，端板19也可具有2.0 _的厚度。虽然在图1中示出每个堞形板14或15仅限定五个通道，但在实际的反应器中，在约500 mm的全宽的反应器块10中可能存在更多、例如超过七十个通道。通常将通过扩散结合、铜焊或热等静压将板堆组装并结合在一起。然后向通道16和17中的每一个中插入各自的催化剂插入物22或24 (在图1中示出每个的仅一个)，携载用于各自反应的催化剂。这些插入物22和24包括金属衬底和充当用于活性催化材料的载体的陶瓷涂层。每个插入物22、24的金属衬底包括一堆波状箔和扁平箔，占据了各自的流动通道16或17，每个箔具有小于0.2 mm的厚度，例如50微米或100微米；图1所示的堆由被两个扁平箔分隔的三个波状箔组成，所述箔被结合在一起。催化剂插入物22和24占据通道16和17，并且插入物为5.4 mm高和6.6 mm宽，这些尺寸允许足够的间隙来适应通道尺寸中的公差。现在参考图2，示出了组装的反应器块10的侧视图。经历燃烧的气体混合物在反应器块10的一个端部(顶部，如图所示)处进入集管30，并且在经过挡板火焰清除器31之后遵循流动通道17，流动通道17沿着反应器10的大部分长度笔直地延伸。朝向反应器块10的另一个端部，流动通道17转向90°以在反应器10的另一个端部的侧面(如图所示，右下方)处连接到集管32，此流动路径被示为虚线C。将要经历蒸汽甲烷重整反应的气体混合物在反应器块10的一个端部的侧面(如图所示，左上方)处进入集管34，经过挡板35，并且然后转向90°以流过沿着反应器块10的大部分长度笔直地延伸的流动通道16，以通过集管36出现在另一个端部(如图所示，底部)处，此流动路径被示为点划线S。因此，该布置使得流动是同向流动；并且使得流动通道16和17中的每一个沿着其大部分长度是笔直的，并与反应器块10的端部处的集管30或36连通， 使得能够在附接集管30或36之前容易地插入催化剂插入物22和24。
在本示例中，图1所示的每个扁平板12具有500 mm宽和1.0 m长的尺寸且其因此是反应器块10的横截面区域。现在参考图3a，示出组装期间的反应器块10的一部分的平面图，示出了堞形板15 (此视图在平行于图2的视图的平面中)。堞形板15具有800 mm的长度和460 mm的宽度，并且侧杆18具有20 mm的宽度。堞形板15的顶端与扁平板12的顶边缘对准，从而其是开放的(以与集管30连通)。侧杆18中的一个(如图所示，左侧的一个)是1.0 m长，并且被结合到跨越端部延伸的对应端杆18a。因此，在右下拐角处存在180 _宽的间隙(以与集管32连通)。堞形板15的底端和端杆18a之间的矩形区域被堞形板的两个三角形部分26和27占据:第一部分26具有平行于端杆18a的堞垛，并延伸至堆的边缘(从而与集管32连通)，而第二部分27具有与堞形板15中的那些平行的堞垛。参考图3b，示出了与图3a对应的视图，但示出堞形板14。在这种情况下，堞形板14再次地具有800 mm的长度和460 mm的宽度，并且侧杆18具有20 mm的宽度。堞形板14的底端与扁平板12的底边缘对准，从而其是开放的(以与集管36连通)。侧杆18中的一个(如图所示，右侧的一个)是1.0 m长，并且被结合到跨越端部延伸的对应端杆18a。因此在左上拐角处存在180 mm宽的间隙(以与集管34连通)。在堞形板14的顶端和端杆18a之间的矩形区域中存在堞形板的三角形部分26和27:第一部分26具有平行于端杆18a的堞垛，并延伸至堆的边缘(从而与集管34连通)，而另一部分27具有与堞形板14中的那些平行的堞垛。应认识到的是，可以使用堞形板的各部分的许多其它布置来实现气流方向的这种变化。例如，堞形板15和堞形板的一部分27可以相互成一整体，因为它们具有相同且平行的堞垛；并且类似地，堞形板14和相邻的堞形板的一部分27可以相互成一整体。优选地，三角形部分26和27上的堞垛具有与通道限定部分14或15上的那些相同的形状。在一些情况中，可省略三角形部分26和27，以在扁平板12之间留出气体分布空间，气体通过该气体分布空间在堞形板14或15的端部和块10的侧面处的集管32、34之间流动。如前所述，在板堆12、14、15已被组装之后，催化剂插入物22和24被插入反应通道16和17中。催化剂插入物24具有800 mm的长度并且沿其长度的600 mm包括活性催化材料，对应于笔直通道的下四分之三，如图3a中的平面图所示，此部分由箭头P指示，并且在由箭头Q指示的另外200 mm上，插入物24是非催化的。类似地，在用于蒸汽重整气体混合物S的通道16中，催化剂插入物22具有800 mm的长度，并且如箭头R所指示的，沿着占据笔直通道的上四分之三的那个部分提供活性催化材料，如图3b中的平面图所示；如箭头Q所指示的插入物22的长度的另外200 mm是非催化的。在插入催化剂插入物22和24之后，可以跨越反应器块10的底端附接金属丝网(未示出)，使得催化剂插入物22不会在反应器块10处于其直立位置(如图2所示)时落到流动通道16之外。因此，将认识到的是，仅在流动通道16和17的直接相互邻近的那些部分P和R中存在插入物22和24上的活性催化材料。将认识到的是，然后可以将集管30、32、34和36附接到反应器块10。替代地，提供更大容量的反应器可能更加方便，并且这可以通过在附接集管之前将多个此类反应器块组合在一起来实现。 如上所述，插入物22和24包括金属衬底和充当催化剂载体的陶瓷涂层。每个插入物22、24的金属衬底包括波状箔和扁平箔的堆叠组件，该堆叠组件占据了各自的流动通道16或17，每个箔的厚度小于0.2 mm，例如为50微米或100微米；图1的那些由被两个扁平箔分隔的三个波状箔组成，其被结合到一起。每个插入物22和24的总长度为800 mm。所有的箔可具有期望的长度，在该示例中为800 mm。替代地，扁平箔可具有期望的长度，而波状箔由端到端放置的多段更短长度构成。该组件被堆叠和结合以形成一体结构，其中，每个箔段被结合到堆中的相继的箔段。作为进一步的替代示例，堆中的每个扁平箔由端到端布置的长度为100 mm、300 mm、300 mm和100 mm的四段扁平箔构成；而每个波状箔由端到端布置的长度为300 mm、300 mm和200 mm的三段波状箔构成，波状褶皱沿其长度延伸。这确保了堆的相继层中的箔段相遇处的位置是交错的。该方案基于期望金属合金的长度高至300 mm的箔的可利用性。如果400 mm长的箔是可用的，则例如800 mm长的插入物可包括端到端放置的长度为400 mm的波状箔，其与长度为例如200 mm、400 mm和200 mm的扁平箔交错。在优选制造技术中，此类组件被用比所需的显著更宽的箔来堆叠并结合到一起，例如500 mm或1000 mm宽；然后，该组件被切割成用于通道16、17的适当宽度的条，其在该情况中为6.6 mm。这可使用激光切割。在将箔结合到一起之后，并且在切割到通道尺寸的条之前或之后，提供催化剂。这可通过如下方式提供:将活性金属浸入氧化铝或陶瓷载体中，其然后被形成为水洗涂层(washcoat)，将箔浸入水洗涂层中。替代地，可沉积陶瓷涂层，例如通过浸溃涂覆成含泥浆的氧化铝，使该涂层干燥和烧结，然后将该涂层浸溃有对应于所需反应的催化性活性材料。通常，催化性活性材料将以盐的形式被引入，其然后被煅烧并且如果必要的话被还原以提供材料的活性形式。每个堆叠组件的一部分未设置有陶瓷涂层或催化性活性材料，这是在一个端部处的200 mm长的部分。因此，插入物22和24的每一个具有在一个端部处的200mm长的非催化部分，对应于图3a和3b中所示的部分Q。将会意识到的是上述催化剂插入物22和24仅仅是示例。插入物22和24的波状箔被示出为具有三角形或Z字形波状褶皱，但将会意识到的是波状褶皱可具有其他形状。相继的波状箔中的波状褶皱可彼此对准，峰在峰之上或者峰在谷之上，即波状褶皱同相或异相；或者相继的波状箔中的波状褶皱之间的相位关系可以是随机的。插入物22和24被示出为包括由两个扁平箔分隔的三个波状箔，但其他组合也是可能的，例如四个基本扁平箔可由三个波状箔分隔，以形成具有扁平箔作为最外部件的催化剂插入物。作为进一步的改型，催化剂插入物 (至少是用于蒸汽甲烷重整反应的流动通道16中的那些)可略微长于所述通道，例如为805 mm长，并且在该情况中，非催化部分可以是205 mm长。因此，催化剂插入物的短的部分可超出反应器的底端，这可简化催化剂耗尽时的去除。现在参照图4，示出了穿过用于流动通道42 (由虚线表示)中的催化剂插入物40的剖视图。该催化剂插入物40由成形为矩形堞垛的两个波状箔43组成，从而限定2.5 mm高和1.1 mm宽的子通道，这些箔43被结合到1.1 mm厚的扁平箔44的相对面。在该情况中，两个箔43中的堞垛彼此异相地对准，一个箔43中的峰与另一箔43中的槽对准。如上面关于插入物22和24所述，该插入物40可通过如下方式制成:首先准备箔的堆叠且结合到一起的组件，所述箔比所需要的显著更宽，例如500 mm或1000 mm宽；然后将该组件切割成用于通道42的适当宽度的条。这可使用激光切割、机械切割或其他类似技术。在将箔结合到一起之后，并且在切割到通道尺寸的条之前或之后，可如前所述地沉积陶瓷涂层和活性催化材料。每个堆叠箔组件的一部分未设置有陶瓷涂层或催化性活性材料，这是在一个端部处的200 mm长的部分。因此，插入物40具有在一个端部处的200 mm长的非催化部分。类似于前面描述的，催化剂插入物40被插入反应器块中的通道42。矩形堞垛的峰和槽提供在顶部和底部处的通道壁的附近的大面积，从而增强热传递；堞垛的中间部分平行于热传递的方向延伸，这也增强了热传递。将会意识到的是催化剂插入物40仅仅是示例，并且其他改型可例如包括被褶皱成矩形堞垛且被两个扁平箔分隔的三个箔。所提供的包括非催化段的催化剂插入物22、24或40简化了反应器的组装，因为每个通道16、17仅仅必须容纳一个这种插入物。插入物上的催化材料的布置确保了催化材料仅仅沿着流动通道中如下的那些部分设置:在所述部分处，相邻流动通道中的流是平行的并且是同向流动，对应于图3a和3b中所示的区段P和R，其改善了反应器中的温度分布。在上述反应器块10中，每个流动路径C和S是L形的，具有与块的一个端部处的集管30或36直接连通的笔直区段以及连接到块的一侧处的集管32或34的分布器区段。化学反应在两组通道中进行，从而催化剂插入物22、24被插入笔直区段中。本发明的概念可等同地应用到用于其他化学反应的反应器中。例如，类似的反应器可用于诸如费一托合成法的反应中，其中，化学反应在一组通道中进行，而热传递介质在相邻的一组通道中流动。在该情况中，在携载热传递介质的通道中不进行化学反应，从而在那些通道中不需要催化剂插入物。因此，用于化学反应的通道可穿过反应器块从一端到另一端笔直延伸，而用于热传递介质的通道可包括中心区段和每个端部处的分布器区段，中心区段平行于用于化学反应的通道，分布器区段连接到块的该侧面或两个侧面处的集管。图5a和5b中示出了此类反应器，现在参照图5a和5b。在图5a中，示出了用于费一托反应的反应器块的一部分在组装期间的平面图。如在上述反应器块10中那样，用于费一托反应的反应器块由一堆扁平板和堞形板组成。所述板可以如上所述是高温合金，但是由于反应温度较低，所述板可以替代地是其他材料，例如不锈钢或铝合金。在该示例中，扁平板具有500臟宽和1.0 m长的尺寸，并且这因此是反应器块的横截面区域。图5a示出了堞形板55，堞形 板55限定用于费一托反应物的流动通道F。堞形板55为1000 mm长和460 mm宽，并且沿每侧是20 mm宽的侧杆18。堞形板55的顶端和底端与相邻扁平板的顶边缘和底边缘对准，从而由板55限定的通道在每个端部是开放的。参照图5b，示出了对应于图5a的视图，但是示出了堞形板56，堞形板56限定用于冷却剂的流动通道。此类堞形板56与堞形板55交替地布置在堆中，被扁平板分隔。在该情况中，堞形板56具有800 mm的长度和460 mm的宽度，并且侧杆18具有20 mm的宽度。每个侧杆18具有900 mm的长度，并且被结合到跨越端部延伸的对应端杆18a。因此，在左上和右下拐角处存在80 _宽的间隙，冷却剂通过所述间隙分别流入和流出，如箭头H所示。在堞形板56的端部和端杆18a之间的矩形区域中，存在堞形板的三角形部分57和58:第一部分57具有平行于端杆18a的堞垛，并延伸至堆的边缘，从而与集管(未示出)连通，而另一部分58具有与堞形板56中的那些平行的堞垛。催化剂插入物被设置在堞形板55中所限定的通道中，并且携载用于费一托反应的催化剂。这些催化剂插入物延伸每个通道的整个长度，也就是说1000 mm，但是催化材料仅仅设置在标记为S的中心800 mm区段上，从而在每个端部存在100 mm长的非催化部分。因此，催化剂部分S与冷却剂通道的如下部分邻近:在所述部分中，冷却剂流平行于反应通道中的流。
将会意识到的是关于图5a和5b所述的反应器块仅仅是示例。例如，反应器块可具有不同于上述的长度或 宽度。
权利要求
1.一种反应器，限定所述反应器内的第一和第二流动通道，所述第一流动通道和所述第二流动通道沿着它们的长度的至少主要部分在平行的方向上延伸，可去除催化剂插入物设置在反应将要发生的那些通道中，所述催化剂插入物包括结合在一起的多个箔并且其将所述流动通道分成多个流动子通道，其中，所述催化剂插入物的至少一个端部没有活性催化材料。
2.如权利要求1所述的反应器，其中，所述第一或第二流动通道包括进口或出口部分，所述进口或出口部分连接到进口或出口端口或连接到集管并且沿着与所述流动通道的长度的主要部分的方向不平行的方向延伸。
3.如权利要求1或权利要求2所述的反应器，其中，活性催化材料仅仅设置在所述催化剂插入物的位于所述反应器的如下区域中的那些部分上:在该区域中，所述第一和第二流动通道在平行的方向上延伸。
4.如前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，至少一组流动通道中的催化剂插入物略微长于那些流动通道的长度，从而从流动通道的端部突出。
5.如权利要求4所述的反应器，其中，突出长度不超过20mm，优选地不超过10 mm。
6.如前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，每个催化剂插入物包括一堆箔，所述一堆箔中的至少一些是波状的，所述堆的每层包括端到端布置的多段箔，其中，在相继的层中，箔的端部相遇处的位置是交错的。
7.如前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，每个催化剂插入物包括一堆箔，所述一堆箔中的至少一个是基本扁平的并且至少一个是波状的，并且其中，所述扁平箔具有与所述插入物相同的长度，并且其中，所述堆中的所述波 状箔包括端到端布置的多段波状箔。
8.如前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述箔中的至少一些是波状的，并且所述箔被沿着波状褶皱的每个峰的整个长度结合到一起。
9.如前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述催化剂插入物的没有活性催化材料的长度不超过所述催化剂插入物的总长度的30%，优选地不超过25%。
10.如前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述催化剂插入物包括波状箔和基本扁平箔的组件，所述波状箔和基本扁平箔交替地布置在堆中并且结合到一起。
11.如前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，构成所述催化剂插入物的箔中的一些沿它们的长度没有催化剂。
12.如前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，一些子通道沿着它们的长度没有催化剂。
13.一种反应器，限定所述反应器内的第一和第二流动通道，可去除非结构性催化剂插入物设置在反应将要发生的那些通道中，所述催化剂插入物包括结合在一起的多个箔并且其将所述流动通道分成多个流动子通道，其中，每个催化剂插入物包括一堆箔，所述一堆箔中的至少一些是波状的，并且其中，所述堆的层中的至少一些包括端到端布置的多段箔。
14.如权利要求13所述的反应器，其中，在所述堆中存在相邻的层，其各自包括端到端布置的多段箔，并且箔的端部在那些相邻层中相遇处的位置是交错的。
15.一种在如前述权利要求中任一项所述的反应器中使用的催化剂插入物，所述催化剂插入物包括结合在一起的多个箔并且其限定多个流动子通道。
全文摘要
一种反应器(10)限定反应器内的第一和第二流动通道(16，17)，第一流动通道和第二流动通道沿着它们的长度的至少主要部分在平行的方向上延伸。可去除非结构性催化剂插入物(22，24)设置在反应将要发生的那些通道(16，17)中，催化剂插入物包括结合在一起的多个箔并且其将流动通道分成多个流动子通道。催化剂插入物(22，24)的至少一个端部(Q)没有活性催化材料。没有活性催化材料的端部(Q)抑制在流动通道的该部分中的反应，从而降低流动通道的该部分处的任何热传递的要求。
文档编号B01J19/24GK103228352SQ201180048323
公开日2013年7月31日 申请日期2011年10月3日 优先权日2010年10月7日
发明者N.马克思泰德, R.皮特, R.A.摩根 申请人:康帕克特Gtl有限责任公司