Фиксирующее устройство для катализаторных частиц

ФИКСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАТАЛИЗАТОРНЫХ ЧАСТИЦ Предлагаемое фиксирующее устройство для катализаторных частиц, представленных в сыпучей массе, содержит по меньшей мере один слой металлической сетки (10), предназначенный для наложения на сыпучую массу (3) катализаторных частиц, причем металлическая сетка (10) состоит из отдельных, прочно переплетенных между собой элементов (11) и выполнена таким образом, что максимально возможное свободное сечение ее элемента (11) меньше, чем наименьшее сечение катализаторных частиц. При этом отдельные элементы (11) металлической сетки имеют замкнутую форму и выполнены овальными и/или кольцеобразными. В результате, достигаются малые удельные потери давления, которые остаются низкими и при возможных, обусловленных эксплуатационными требованиями загрязнениях, минимальное влияние на время пребывания проходящего через сыпучую массу газа, возможность надежного удерживания катализаторных частиц даже при высоких скоростях прохождения газа, и определенная гибкость для возможности приспособления к изменениям сыпучей массы. Изобретение относится к фиксирующему устройству для катализаторных частиц, при этом катализаторные частицы представлены в сыпучей массе, в частности в сыпучей массе, проточной в направлении силы тяжести потоком газа. Катализаторы, например, в реакторах для реакций в газовой фазе, могут быть представлены в форме частиц в сыпучей массе с неподвижным слоем, через которую в направлении силы тяжести протекает поток газа. При этом необходимо фиксировать частицы для того, чтобы избежать невольного перемещения частиц, так как вследствие подобных перемещений могут происходить проявления износа в форме истирания или потери вследствие фрагментации частиц на мелкие осколки. Таким образом, может возникать повышенная потеря давления в слое катализатора или осколки частиц, вынесенные потоком газа,могут иметь нежелательные воздействия в расположенных далее частях установки. При известных условиях проблема усиливается в реакциях в газовой фазе, таких как, например,пропановое или бутановое дегидрирование, при которых технологический газ и реакционный газ должны смешиваться перед входом в сыпучую массу катализатора. Для этого, например, меньший в количественном отношении поток газа впрыскивается с высокой скоростью в другой поток газа, при этом зачастую может допускаться только очень короткое время удерживания ( 100 мс) газовой смеси в свободном пространстве перед входом в сыпучую массу катализатора. Наряду с высокими скоростями потока это обуславливает незначительное удаление смесительных форсунок от поверхности катализатора. Возникающие вследствие обтекания поверхности катализатора завихрения, при определенных обстоятельствах даже локально образующиеся водовороты и противотоки, могут привести к тому, что катализаторные частицы нежелательно приходят в движение, что в длительной перспективе может привести к описанному истиранию и/или ломке частиц. Во избежание этих вредных последствий известны различные способы действия. Например, на слой катализатора наносят слой очень больших, в основном инертных для желаемой реакции частиц. Они могут быть также сравнительно большими керамическими шариками, которые также как большие частицы фиксируют лежащую под ними сыпучую массу из очень маленьких катализаторных частиц. При этом проблематично, прежде всего в вышеописанных способах, в которых необходимо короткое время удерживания газовой смеси в свободном пространстве перед сыпучей массой катализатора, а при протекании через сыпучую массу время пребывания газовой смеси перед входом в слой катализатора сильно увеличивается. Так как внутри сыпучей массы шариков локальные каналы и свободные пространства препятствуют дальнейшему перемешиванию газа, оптимальное перемешивание должно быть завершено уже над шариками, так что протекание через шарики увеличивает только время пребывания, а не служит в качестве участка смешивания. При использовании больших по сравнению с катализаторными частицами шариков проблема состоит в том, что они в промышленных реакторах зачастую приводят к неупорядочной сыпучей массе,при этом неупорядочной является также поверхность сыпучей массы шариков, которая обращена к газовым форсункам. Структурированная поверхность значительно грубее и стохаистичнее за счет больших шариков повышает тенденцию образования локальных завихрений и зон рециркуляции, что дополнительно отрицательно воздействует на время пребывания газовой смеси. Следующая известная возможность зафиксировать катализаторные частицы в сыпучей массе с неподвижным слоем состоит в накрытии сыпучей массы жестко закрепленным перфорированным листом. При этом существует проблема, что катализаторная сыпучая масса в ходе эксплуатации может осаждаться и оседать. Так, под листом могут возникать локальные полые пространства, в которых, в свою очередь, могут возникать зоны рециркуляции и похожие завихрения, что, в свою очередь, может приводить к перемещению частиц с вышеописанными вредными последствиями. Этот эффект еще более усиливается за счет ускоренного поступления газа через отверстия в перфорированном листе. Задачей изобретения является разработка фиксирующего устройства для катализаторных частиц,прежде всего для сыпучей массы с неподвижным слоем, через который пропускается в направлении силы тяжести среда, которая позволяет избежать вышеприведенных недостатков и, прежде всего, имеет незначительную удельную потерю давления, которая остается низкой также при возможных, обусловленных эксплуатационными требованиями загрязнениях, имеет по возможности незначительное влияние на время пребывания протекающего газа, делает возможным надежное удерживание катализаторных частиц также при высоких скоростях обтекания и имеет определенную гибкость для возможности приспособления к изменениям сыпучей массы. Изобретение решает эту задачу посредством фиксирующего устройства для катализаторных частиц с признаками п.1 формулы изобретения. Указанная задача решена в фиксирующем устройстве для катализаторных частиц, представленных в сыпучей массе, содержащем по меньшей мере один слой металлической сетки, предназначенный для наложения на сыпучую массу катализаторных частиц за счет того, что металлическая сетка состоит из отдельных, прочно переплетенных между собой элементов и выполнена таким образом, что максимально возможное свободное сечение элемента металлической сетки меньше, чем наименьшее сечение катализаторных частиц, причем отдельные элементы металлической сетки имеют замкнутую форму и выполнены овальными и/или кольцеобразными. С помощью предлагаемого в изобретении фиксирующего устройства на сыпучую массу катализаторных частиц, например в таком реакторе, как он описан в DE 10359744 А 1 заявителя, накладывается слой металлической сетки, которая состоит из отдельных, прочно переплетенных между собой металлических элементов. Частицы удерживаются за счет собственного веса этой металлической сетки. Кроме того, посредством заклинивания самого верхнего слоя частиц внутри металлической сетки предотвращается поперечное перемещение частиц. Толщина металлической сетки является сравнительно малой, так что время, которое требуется газу для протекания перед поступлением в катализаторный слой, является чрезвычайно коротким. Благодаря благоприятному соотношению своего поперечного сечения металлической сетки к толщине материала,потеря давления является низкой. Далее, металлическая сетка является гибкой, так что оседание катализаторной сыпучей массы также не приводит к тому, что нижняя сторона металлической сетки теряет контакт с поверхностью катализаторных частиц, так что также в этом случае надежная фиксация, как описано выше, сохраняется в силе. Благодаря тому, что максимально возможное свободное сечение элемента металлической сетки меньше, чем наименьшее сечение катализаторных частиц, предотвращается унос катализаторных частиц вверх через металлическую сетку и их разрушение. Также при этом достигается эффект заклинивания(перекоса) частиц в элементах сетки, вследствие чего надежная фиксация частиц обеспечена и при высоких скоростях течения протекающего газа. Благодаря тому, что отдельные элементы металлической сетки имеют замкнутую форму, такая металлическая сетка обеспечивает особенно полезное соотношение гибкости с собственным весом, что имеет положительное воздействие на функционирование фиксирующего устройства. Переплетение кольцеобразных элементов сетки может иметь технологические преимущества. Но также возможно, что элементы выполнены овальными или имеют другую форму, что может быть предпочтительным в зависимости от типа применения при различных обстоятельствах. Предпочтительно то, что каждый из элементов металлической сетки выполнен плотно замкнутым и/или сваренным. Хотя принципиально также допускается металлическая сетка из колец, которые только сдавлены, но достигаемая прочность в таком случае является зачастую недостаточной, так что при обычных случаях применения предпочтительным является долговечный зажим колец или же их сваривание. В предпочтительном варианте площадь поверхности металлической сетки больше, чем поверхность сыпучей массы катализаторных частиц. Таким образом, при накладывании металлической сетки на сыпучую массу катализатора предотвращается натяжение в металлической сетке. За счет свободного наложения металлическая сетка может ослабевать при оседании сыпучей массы и, тем самым, и далее имеет контакт по всей площади с поверхностью сыпучей массы. Возможные локальные неровности поверхности сыпучей массы просто выравниваются посредством свободного наложения металлической сетки. Предпочтительно, если площадь поверхности металлической сетки составляет от 1,05 до 2-х кратного размера поверхности сыпучей массы катализаторных частиц. Эти значения для размера металлической решетки оказались особо предпочтительными по сравнению с поверхностью сыпучей массы катализатора. Также может быть предпочтительным, что по меньшей мере еще один слой металлической сетки наложен на первый слой металлической сетки. Например, в случаях, в которых скорости обтекания над сыпучей массой являются высокими или вследствие применения очень маленьких катализаторных частиц необходимо применять очень мелкоячеистую металлическую сетку, за счет нанесения следующего слоя металлической сетки могут значительно увеличиваться прижимные усилия и, тем самым, фиксирующее воздействие самого нижнего слоя металлической сетки. При этом размер ячеек находящейся вверху металлической сетки не должен соответствовать размеру ячеек самой нижней металлической сетки. Предпочтительным может быть, что максимально возможное свободное сечение следующих слоев металлической сетки, наряду с равным размером, является также больше и/или меньше максимально возможного свободного сечения первого слоя металлической сетки. Прежде всего при использовании металлической сетки с более крупным свободным сечением прижимное действие может увеличиваться посредством привлечения дополнительной силы тяжести с помощью второго или последующих слоев более крупной металлической сетки, при этом фиксация происходит посредством самого нижнего слоя металлической сетки, который имеет малое свободное сечение для фиксации частиц. Посредством фиксации металлических сеток на стенке реактора делается возможным их надежное закрепление. В варианте осуществления изобретения по меньшей мере один наложенный слой металлической сетки может состоять из нескольких соединенных между собой сегментов. Наряду с проходным вариантом металлической сетки, по технологическим или монтажным причинам может быть предпочтительно использовать более мелкие сегменты металлической сетки, которые соединяются между собой. При этом сегменты могут соединяться между собой в местах стыковок, по существу, встык или частично перекрываться в местах стыковок. Это зависит от конструкции реактора и следующих параметров, которые проистекают из специфических требований. Кроме того, может быть предпочтительным, что металлическая сетка состоит из каталитически активного материала и/или покрыта каталитически активным материалом. В некоторых случаях применения можно еще более уменьшить активное время пребывания потока газа над сыпучей массой катализатора. Может быть предпочтительным, что металлическая сетка состоит из коррозионностойкого материала и/или снабжена защитой от коррозии. Это также зависит от случая применения, прежде всего от применяемых реакционных газов и катализаторных материалов, по возможности целесообразно, чтобы уменьшить износ металлической сетки в ходе эксплуатации. Предпочтительно фиксирующее устройство выполнено для использования в окислительном реакторе для дегидрирования бутана и/или пропана. В подобном случае применения изобретение оказалось особо эффективным. Изобретение также относится к способу для удержания катализаторных частиц с помощью фиксирующего устройства, описанного выше, а также к реактору для проведения реакций в газовой фазе. Далее изобретение более подробно поясняется в качестве примера со ссылкой на чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - сильно упрощенное изображение газофазного реактора с фиксирующим устройством согласно изобретению; на фиг. 2 - схематичный вид сверху на металлическую сетку согласно изобретению в натянутом состоянии; на фиг. 3 - пример металлической сетки согласно изобретению в наложенном, ненатянутом состоянии, а также на фиг. 4 - схематичное изображение отдельного звена металлической сетки согласно изобретению. Газофазный реактор, схематично изображенный на фиг. 1 в разрезе и обозначенный в целом позицией 1, имеет впускную газовую трубу 2, которая по центру пронизывает горизонтально расположенный катализатор 3, при этом над катализатором в реакторе выполнен газовый купол 4. Центральная газовая впускная труба 2 окружена кольцевым распределителем 5 для кислорода в чистой форме, в виде воздуха или в смеси с инертным газом или водяным паром, при этом эта кольцевая труба 5 питает множество оснащенных выходными отверстиями 6 кольцевых труб 7, которые расположены выше катализатора 3. Впуск O2 в кольцевой распределитель 5 обозначен только стрелками 8, выход газа из реактора также только обозначен и имеет ссылочную позицию 9. Под свободным пространством,в которых оба газа смешиваются друг с другом, находится слой металлической сетки 10 согласно изобретению. Металлическая сетка 10 по площади поверхности больше, чем размер поверхности сыпучей массы 3 катализатора, так что она свободно лежит на сыпучей массе 3 и выравнивает локальные неровности. При оседании сыпучей массы 3 она по-прежнему лежит на поверхности по всей площади. На первом слое металлической сетки находится последующий (другой) слой металлической сетки 10 а согласно изобретению, при этом она имеет более крупные элементы 11 металлической сетки, чем первый слой металлической сетки, у которого свободное сечение меньше, чем наименьший размер частиц в сыпучей массе катализаторных частиц. Вид сверху на предлагаемую в изобретении металлическую сетку 10 более подробно изображен на фиг. 2 или 3, при этом на фиг. 2 металлическая сетка изображена в натянутом состоянии. Речь идет о слое металлической сетки, который лежит непосредственно на сыпучей массе частиц, при этом свободные сечения отверстий в металлической сетке выбраны так, что в натянутом состоянии они меньше, чем самые маленькие размеры частиц в сыпучей массе катализатора. В изображенном на фиг. 3 случае применения металлической сетки она лежит свободно, то есть ненатянуто на поверхности сыпучей массы. В обоих случаях вследствие этого частицы перекашиваются внутри отверстия металлической сетки 10, так что эффективно предотвращается не только вздымание наверх, но также поперечные перемещения частиц перпендикулярно направлению потоку газа, так что предотвращается их повреждение и, тем самым, отрицательные последствия. Как изображено на фиг. 4, один вариант осуществления металлической сетки 10 согласно изобретению состоит из круглых, замкнутых в себе кольцеобразных элементов 11 металлической сетки, которые сварены в месте соединения, так что они также и при растягивающих нагрузках не разгибаются. Также различимо, что диаметр колец металлической сетки не должен быть принудительно меньше, чем наименьший размер частиц, так как в зависимости от толщины колец наименьшее свободное сечение является меньшим, чем радиус отверстия отдельного кольцевого элемента. Разумеется, изобретение не ограничено вышеприведенным примером осуществления, а может варьироваться с разных точек зрения, не отходя от основной идеи, прежде всего материалы металлической сетки, катализаторные частицы, а также применяемые для протекания газы, газовые смеси и подобное выбирают подходящими для различных областей применения и учитывается изобретением, то же действительно для варианта самой металлической сетки до тех пор, пока она имеет заявленные свойства. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Фиксирующее устройство для катализаторных частиц, представленных в сыпучей массе, содержащее по меньшей мере один слой металлической сетки (10), предназначенный для наложения на сыпучую массу (3) катализаторных частиц, отличающееся тем, что металлическая сетка (10) состоит из отдельных, прочно переплетенных между собой элементов (11) и выполнена таким образом, что максимально возможное свободное сечение элемента (11) металлической сетки меньше, чем наименьшее сечение катализаторных частиц, причем отдельные элементы (11) металлической сетки имеют замкнутую форму и выполнены овальными и/или кольцеобразными. 2. Фиксирующее устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из элементов (11) металлической сетки выполнен плотно замкнутым и/или сваренным. 3. Фиксирующее устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что площадь поверхности металлической сетки (10) выполнена большей, чем поверхность сыпучей массы (3) катализаторных частиц. 4. Фиксирующее устройство по п.3, отличающееся тем, что площадь поверхности металлической сетки (10) составляет от 1,05- до 2-кратного размера поверхности сыпучей массы (3) катализаторных частиц. 5. Фиксирующее устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что на первый слой металлической сетки (10) наложен по меньшей мере один последующий слой (10 а). 6. Фиксирующее устройство по п.5, отличающееся тем, что максимально возможное свободное сечение элементов (11) последующего слоя (10 а) металлической сетки равно, и/или больше, и/или меньше максимально возможного свободного сечения элементов (11) первого слоя металлической сетки (10). 7. Фиксирующее устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере один наложенный слой металлической сетки (10) состоит из нескольких соединенных между собой сегментов. 8. Фиксирующее устройство по п.7, отличающееся тем, что сегменты соединены между собой в местах стыковок, по существу, встык и/или частично перекрываются в местах стыковок. 9. Фиксирующее устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что металлическая сетка (10) состоит из каталитически активного материала и/или покрыта каталитически активным материалом. 10. Фиксирующее устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что металлическая сетка (10) состоит из коррозионностойкого материала и/или снабжена защитой от коррозии. 11. Фиксирующее устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что оно выполнено для применения в окислительном реакторе для дегидрирования бутана и/или пропана. 12. Способ удержания катализаторных частиц с помощью фиксирующего устройства по одному из пп.1-11, характеризующийся тем, что на сыпучую массу катализаторных частиц накладывают указанное фиксирующее устройство, фиксируя катализаторные частицы в сыпучей массе. 13. Реактор для реакций в газовой фазе с катализатором, состоящим из катализаторных частиц в сыпучей массе с неподвижным слоем, отличающийся тем, что катализаторные частицы зафиксированы с помощью фиксирующего устройства по одному из пп.1-11.