Носитель катализатора

011759 Изобретение относится к носителю катализатора, который может использоваться, например, для преобразования паров углеводородов. Чтобы получать по возможности более высокую конверсию и по возможности более высокий выход при гетерогенно-каталитических реакциях в газовой фазе, должна предоставляться по возможности большая поверхность соприкосновения между газовой фазой и поверхностью катализатора, так чтобы делался возможным интенсивный обмен между катализатором и газообразными компонентами реакции. Таким образом, для гетерогенно-каталитических реакций были разработаны реакторы, в которых катализатор предоставляется как рыхлая сыпучая масса маленьких капсул катализатора. Насыпка должна быть выполнена при этом так, что, с одной стороны, предоставляется большая поверхность соприкосновения между твердым катализатором и газообразными реактантами, однако, с другой стороны, перепад давления на реакторе не становится слишком большим. Иначе снижается пропускание газа через реактор и,соответственно, требуется сильная компрессия реакционного газа. По возможности более высокая доля внесенного в реактор катализатора должна быть готова для каталитической реакции. Поэтому сыпучая масса катализатора не должна была иметь слишком высокую плотность, так как иначе слишком сильно поднимается доля катализатора, который расположен в участках, лежащих дальше внутри каталитического элемента, и таким образом не используется в реакции для катализа. Каталитические элементы должны иметь по возможности большее отношение поверхности каталитического элемента к его весу. Наконец, каталитические элементы должны иметь достаточно высокую механическую устойчивость, так чтобы они не дробились при механической нагрузке и не распадались в тонкодисперсный порошок или соответственно гранулят, который забивает пути протока в пределах набивки катализатора и ведет к подъему перепада давления. Наконец, каталитические элементы должны еще быть отформованы так,чтобы при заправке реактора они образовывали желаемую загрузку, т.е., например, не перекашивались,образуя пустоты, не заполненные катализатором. Поэтому наряду с простыми шариками или гранулами был разработан целый ряд каталитических элементов, которые обеспечивают равномерную загрузку и по возможности большую поверхность. Хотя уже существует большое разнообразие форм каталитических элементов, тем не менее, здесь еще есть потребность в усовершенствованиях. Загруженные катализаторами и соответственно каталитическими элементами реакторы эксплуатируют в большинстве случаев непрерывно в течение длительного периода времени от нескольких месяцев до нескольких лет, так что небольшое увеличение выхода при производстве желаемых соединений дает большую экономическую выгоду и повышает рентабельность установки. Даже минимальное улучшение устойчивости формованных каталитических элементов в большинстве случаев дает значительное экономическое преимущество, так как может продлеваться срок работы установки и требуется меньшее количество перерывов производственного процесса для замены загрузки катализатора. В документе DE 3935073 описан способ каталитического дегидрирования углеводородов, в частности, ароматическими соединениями алкила при повышенной температуре в присутствии водяного пара и формованных частиц металлоксидного катализатора. Формованные частицы имеют конфигурацию, подобную зубчатому колесу с минимум тремя зубцами, причем имеют место следующие соотношения габаритных размеров:(a) соотношение диаметра окружности вершин зубьев (d2) к диаметру окружности впадин (d1) составляет примерно от 1,2 до 2,5 к 1;(b) соотношение ширины впадины на ножке зуба (b1) к ширине зуба (b2) на венце составляет от 0,1 до 0,9 к 1;(с) ширина впадины на ножке зуба составляет (b1) по меньшей мере 0,1 мм. В документе DE 3934032 А 1 описывается теплопередающий или насадочный элемент с проходящей в продольном направлении областью сердечника, на котором расположены проходящие в продольном направлении выступы с Т-образным поперечным сечением. В документе DE 3141942 А 1 описаны формованные каталитические элементы, по существу, цилиндрической формы с несколькими продольными углублениями, которые проходят радиально внутрь от поверхности цилиндра и ограничивают лежащие между ними возвышения, максимальная ширина которых более ширины углублений. В документе DE 3118835 А 1 описана структура катализатора для частичного оксидирования nбутана для производства ангидрида малеиновой кислоты. Катализаторы имеют форму таблетки, в центре которой расположено отверстие или желобок. В документе DE 2914079 описаны обменные сыпучие частицы с реактивным материалом, которые подходят, в частности, для обогащения материала, содержащегося в следовых количествах, из больших водных масс. Сыпучие частицы имеют механически стабильный внешний контур и защищенную от механического воздействия соседних частиц, доступную для жидкости реактивную поверхность. В документе DE 2719543 А описаны керамические частицы для базирования катализатора, в частности, для преобразования углеводородов. Керамическая частица имеет конфигурацию трубки, во внутренней полости которой расположены перегородки проходящие радиально от продольной оси наружу.-1 011759 В документе DE 2425058 описаны насадочные частицы из керамического материала, которые имеют форму трубчатых участков. Трубчатые участки содержат несколько проходящих параллельно друг другу продольных каналов. При этом несколько продольных каналов могут быть расположены вокруг одного центрального продольного канала. Поэтому задача изобретения состоит в создании каталитического элемента, позволяющего обеспечить как можно более гомогенную загрузку катализатора, с обеспечением как можно более значительной площади поверхности каталитического элемента. Эта задача решается посредством каталитического элемента с признаками п.1 формулы изобретения. Выгодные усовершенствования являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения. Согласно изобретению обеспечивают цилиндрический каталитический элемент, имеющий на его окружной поверхности желобки, проходящие параллельно продольной оси каталитического элемента, а также проходящие между желобками перемычки. Каталитический элемент характеризуется тем, что желобки и проходящие между желобками перемычки имеют форму сегмента круга в их поперечном сечении. Поверхность каталитического элемента увеличивается за счет предусмотренных на окружной поверхности каталитического элемента желобков и перемычек, так что при том же самом количестве активной массы по сравнению с чисто цилиндрической формой предоставляется также большая контактная поверхность между катализатором и газообразными партнерами реакции. Вследствие этого при постоянной массе катализатора может осуществляться более высокая пропускная способность партнеров реакции через реактор и, как следствие, также повышение выхода за единицу времени. Желобки имеют форму сегмента круга в их поперечном сечении. При этом в качестве поперечного сечения рассматривается разрез перпендикулярно к продольной оси каталитического элемента. Посредством дугообразного выполнения желобков избегают нагрузочных надрезов, которые могут вести к излому каталитического элемента. Между желобками проходят перемычки, поперечное сечение которых имеет форму сегмента круга. Посредством дугообразного выполнения поперечного сечения поверхности перегородки избегают кромок, которые могут ломаться, например, при заправке каталитических элементов в реактор. В каталитическом элементе по изобретению радиус сегмента круга перемычек отличается от радиуса сегмента круга желобков. Поэтому каталитические элементы не могут прилегать друг к другу таким образом, чтобы перемычка одного каталитического элемента вошла в полный контакт с желобком другого каталитического элемента, когда ответные поверхности перемычки и желобка плотно прилегают друг к другу и становятся причиной уменьшения доступной площади поверхности катализатора. Если радиус поперечного сечения перемычек меньше, чем радиус желобков, то перемычки, правда, могут приходить в контакт с желобками, однако, поверхности желобка и перемычки не прилегают друг к другу. В предпочтительном варианте выполнения радиус сегмента круга перемычек больше радиуса сегмента круга желобков. Таким образом, перемычки не могут проникать в желобки и входить с ними в контакт. Радиус сегментов круга желобков выбран предпочтительно между 1 и 5 мм, в частности между 2 и 3 мм. Радиус сегментов круга перемычек составляет преимущественно между 2 и 5 мм, в частности предпочтительно между 3 и 4 мм. Предпочтительно каталитический элемент имеет центральный канал, который проходит вдоль продольной оси каталитического элемента. Таким образом, поверхность каталитического элемента может увеличиваться дальше и плотность и соответственно вес каталитического элемента дальше снижаться без существенного ущерба стабильности каталитического элемента. Центральный канал преимущественно имеет круглое поперечное сечение. Согласно предпочтительному варианту выполнения каталитический элемент содержит дополнительные каналы, которые проходят параллельно продольной оси, но не соосно с ней. За счет этих дополнительных каналов обеспечивают дальнейшее увеличение площади поверхности каталитического элемента и дальнейшее снижение массы активного материала, выгодное для производства каталитического элемента. Дополнительные каналы имеют преимущественно круглое поперечное сечение. Количество дополнительных каналов преимущественно более 7, в частности предпочтительно более 8 и особенно предпочтительно равно 9. Количество дополнительных каналов преимущественно выбирается по возможности более высоким, чтобы большей площадью и чтобы поддерживать на как можно более низком уровне перепад давления на слое катализатора. С другой стороны, следует найти компромисс со стабильностью каталитического элемента. Перемычки между дополнительными каналами и соответственно между центральным каналом и дополнительными каналами должны быть еще достаточно широкими, чтобы выдерживать давление на отдельный элемент-носитель катализатора, вызванное тяжестью загрузки. Продольные оси дополнительных каналов расположены преимущественно по окружности и соответственно на поверхности цилиндра, центр которой и соответственно его ось образована продольной осью каталитического элемента. Носитель катализатора получает вследствие этого, по существу, форму тела вращения, вследствие чего достигают более высокой степени свободы в расположении каталитического элемента в набивке реактора, т.е. повышается гомогенность упаковки каталитических элементов,-2 011759 вследствие чего достигают равномерного потока газа через слой реактора. Диаметр окружности, на котором расположены центры и соответственно продольные оси дополнительных каналов, составляет величину преимущественно между 10 и 20 мм, предпочтительно между 12 и 16 мм. Центр сегмента круга перемычек расположен преимущественно на продольной оси соответствующего дополнительного канала. Вследствие этого перемычка, которая ограничивает дополнительные каналы в направлении внешней стороны каталитического элемента, получает равномерную толщину, и силы, которые действуют на внешнюю сторону каталитического элемента, могут за счет дугообразности перемычки проводиться в каталитический элемент, вследствие чего повышается его стабильность. Дугообразность перемычки становится видимой при взгляде на торец каталитического элемента. Расположенные в каталитическом элементе дополнительные каналы предпочтительно имеют меньший диаметр, чем центральный канал. Диаметр центрального канала может выбираться относительно большим, чтобы вследствие этого увеличивать поверхность каталитического элемента и уменьшать вызванное отдельным каталитическим элементом падение давления. Диаметр центрального канала выбирается при этом так, чтобы расположенные между центральным каналом и дополнительными каналами перемычки имели достаточную толщину, чтобы гарантировать необходимую стабильность каталитического элемента. Диаметр центрального канала выбран преимущественно между 4 и 8 мм. Диаметр дополнительных каналов выбран преимущественно между 1,5 и 3 мм. Толщина перемычек, которые ограничивают дополнительные каналы к внешней стороне каталитического элемента, и тех, которые соответственно расположены между дополнительными каналами или между дополнительными каналами и центральным каналом, составляет преимущественно более 1 мм, предпочтительно более 1,5 мм и, в частности, предпочтительно от 1,6 до 4 мм. Чтобы обеспечить как можно более равномерную загрузку каталитических элементов в реакторе,каталитический элемент по изобретению предпочтительно отформован так, что его протяженность по продольной оси приблизительно соответствует диаметру каталитического элемента перпендикулярно его продольной оси. Предпочтительно соотношение диаметра каталитического элемента к его продольному удлинению составляет от 0,9 до 1,5. Диаметр каталитического элемента составляет преимущественно от 15 до 30 мм, предпочтительно от 18 до 25 мм, и составляет, в частности, предпочтительно около 21 мм. Протяженность каталитического элемента в направлении продольной оси составляет от 15 до 30 мм,предпочтительно от 18 до 25 мм, и составляет, в частности, предпочтительно около 16 мм. Чтобы обеспечить как можно более длительный срок службы загрузки каталитических элементов,эти элементы должны иметь достаточно высокую прочность. Этого можно достичь, с одной стороны, за счет геометрического построения каталитического элемента и, с другой стороны, за счет прочности материала, из которого произведен каталитический элемент. Преимущественно, каталитический элемент имеет прочность на боковое сжатие более 700 Н. Предел прочности на боковое сжатие может измеряться, в то время как определяется сила, которая требуется, по меньшей мере, чтобы вызывать разрушение каталитического элемента, когда его сжимают между двумя пластинами, причем плоские поверхности этих пластин расположены параллельно продольной оси каталитического элемента. Каталитический элемент пригоден, в частности, для применения при преобразовании паров углеводородов. При выполнении в качестве катализатора для преобразования паров углеводородов каталитический элемент преимущественно, по существу, представляет собой металлический оксид следующего состава: Каталитический элемент может содержать незначительные количества загрязняющих примесей. Предпочтительно доля Na, a также SiO2 в каталитическом элементе составляет менее 0,05 вес.%. Соответствующий изобретению каталитический элемент можно производить обычными способами,например экструдированием. При этом ингредиенты каталитического элемента размалываются в тонкий порошок, который предпочтительно имеет среднюю зернистость D50 от 5 до 300 мкм, и при необходимости смешивают со смазочным средством, таким как графит или длинноцепьевая жирная кислота, и затем формуют в требуемую конфигурацию, возможно, после добавления воды. Другим объектом изобретения является применение описанного выше каталитического элемента для преобразования паров углеводородов. Изобретение ниже поясняется подробнее, со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показано поперечное сечение одной конструктивной формы каталитического элемента по изобретению. На чертеже показано поперечное сечение каталитического элемента 1 по изобретению, перпендикулярно продольной оси 2 каталитического элемента. Внешняя окружная поверхность 3 каталитического элемента 1 составлена из последовательности желобков 4 и перемычек 5. Желобки 4 и перемычки 5 при взгляде на поперечное сечение образуют соответственно сегменты круга, причем радиус 6 сегментов круга желобков 4 выбран меньше, чем радиус 7 сегментов круга перемычек 5. При расположенных рядом-3 011759 каталитических элементах перемычки 5 одного каталитического элемента 1 поэтому не могут прилегать к поверхности желобков 4 другого каталитического элемента. Вдоль продольной оси 2 каталитического элемента 1 проходит центральный канал 8. Вокруг центрального канала 8 по окружности 9, центр которой совпадает с продольной осью 2 каталитического элемента 1, расположены с регулярным интервалом девять дополнительных каналов 10, которые проходят параллельно центральному каналу 8. Диаметр 11 дополнительных каналов 10 меньше, чем диаметр 12 центрального канала 8. Продольные оси 13 дополнительных каналов 10 совпадают при этом с продольными осями и соответственно центрами сегментов круга соответствующих перемычек 5, так что дополнительные каналы ограничиваются в направлении к внешней стороне каталитического элемента 1 дугообразной перемычкой 14, которая имеет, по существу,постоянную толщину. При этом толщина расположенных между двумя дополнительными каналами 10 перемычек 15 примерно соответствует толщине дугообразных перемычек 14. В показанном на чертеже варианте выполнения толщина перемычек 16, расположенных между центральным каналом 8 и дополнительными каналами 10, больше толщины перемычек 15, расположенных между двумя дополнительными каналами 10. Диаметр 17 каталитического элемента 1 приблизительно соответствует протяженности каталитического элемента вдоль продольной оси 2. Перечень позиций на чертеже 1 - каталитический элемент,2 - продольная ось,3 - окружная поверхность,4 - желобок,5 - перемычка,6 - радиус,7 - радиус,8 - центральный канал,9 - окружность,10 - дополнительный канал,11 - диаметр,12 - диаметр,13 - продольная ось,14 - перемычка,15 - перемычка,16 - перемычка,17 - диаметр. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Цилиндрический каталитический элемент, содержащий на его окружной поверхности (3) желобки (4), проходящие параллельно продольной оси (2) каталитического элемента (1), а также проходящие между желобками (4) перемычки (5), отличающийся тем, что желобки (4) и проходящие между желобками (4) перемычки (5) имеют в поперечном сечении форму сегмента круга, причем радиус (7) сегмента круга перемычек (5) выбран более радиуса (6) сегмента круга желобков (4), при этом каталитический элемент (1) имеет центральный канал (8), проходящий вдоль продольной оси (2) каталитического элемента (1), а также дополнительные каналы (10), которые проходят параллельно продольной оси (2) каталитического элемента (1), но не соосно с ней, причем продольные оси (13) дополнительных каналов (10) расположены по окружности (9), центр которой образован продольной осью (2) каталитического элемента (1), а центр сегмента круга перемычек (5) расположен на продольной оси (13) дополнительного канала(10). 2. Каталитический элемент по п.1, отличающийся тем, что центральный канал (8) имеет круглое поперечное сечение. 3. Каталитический элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительные каналы (10) имеют круглое поперечное сечение. 4. Каталитический элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что количество дополнительных каналов (10) составляет более 7, предпочтительно более 8 и особенно предпочтительно равно 9. 5. Каталитический элемент по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что дополнительные каналы(10) имеют меньший диаметр, чем центральный канал (8). 6. Каталитический элемент по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что диаметр центрального канала (8) составляет от 4 до 8 мм. 7. Каталитический элемент по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что диаметр дополнительных каналов (10) составляет от 1,5 до 3 мм. 8. Каталитический элемент по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что соотношение диаметра(17) каталитического элемента с его продольным удлинением составляет от 0,9 до 1,5.-4 011759 9. Каталитический элемент по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что он имеет прочность на боковое сжатие более 700 Н. 10. Каталитический элемент по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что он, по существу, представляет собой металлический оксид следующего состава, вес.%: 11. Каталитический элемент по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что доля Na, а также SiO2 в каталитическом элементе (1) составляет менее 0,05 вес.%. 12. Применение каталитического элемента по п.10 или 11 для преобразования паров углеводородов.