催化反应模块制造技术

用于进行吸热反应比如蒸汽甲烷重整的催化反应模块(10)，其包括单独的反应器区(12)，每个反应器区限定多个第一和第二流动通道(15，16)，这些通道在区内交替设置以确保在第一和第二流动通道之间的热接触。可将反应器区(12a，12b)设置和连接，用于在第一流动通道(15)中可燃气体混合物的串联流动以及在第二流动通道(16)中要经历吸热反应的气体混合物的串联流动。在流动通道内提供催化剂元件，在各区之间和/或在区内，催化剂的化学组成、催化剂负载或活性催化材料负载不同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化反应模块本专利技术涉及一种用于进行吸热化学反应比如蒸汽重整的具有通道的催化反应模块，其中通过在相邻的通道中的燃烧反应提供热量，本专利技术还涉及一种使用该模块进行吸热化学反应的方法。WO 2005/102511 (GTL Microsystems AG)中描述了设备和方法，其中甲烧与蒸汽反应，以在第一催化反应器中产生一氧化碳和氢气；所得到的气体混合物随后用于在第二催化反应器中进行费托合成。重整反应通常在约800°C的温度下进行，并可通过在与其中进行重整的那些通道相邻的通道中催化燃烧来提供所需的热量，所述燃烧通道含有催化剂， 所述催化剂可包括为金属基底上的薄涂层形式的在氧化铝载体上的钯或钯/钼。将易燃的气体混合物(比如甲烷和空气的混合物)供应到燃烧通道。在催化剂的表面处发生燃烧， 而没有火焰。然而，已发现燃烧反应倾向于在燃烧通道起点附近最猛烈地发生，这可导致沿着通道的不合适的温度分布；尽管通过沿着燃烧通道的分阶段燃料注入可克服该问题，期望一种备选的方案。根据本专利技术，提供了一种用于进行吸热反应的催化反应模块，所述模块包含多个单独的反应器区(block)，每个反应器区限定多个第一和第二流动通道，这些通道在区内交替设置以确保在第一和第二流动通道之间的热接触，其中在第一流动通道中的催化剂用于吸热反应，而其中在第二流动通道中的催化剂用于燃烧反应，所述反应器区被设置和连接， 用于在第一流动通道中要经历吸热反应的气体混合物的串联流动，以及用于在第二流动通道中可燃气体混合物的流动，使得吸热反应混合物串联流动通过反应器区，其中在一个反应器区和另一个反应器区之间，和/或在反应器区的一部分和另一部分之间，在第一流动通道和/或第二流动通道中相应的催化剂不同。称各反应器区为单独的是指它们具有不同的和单独的气体混合物的入口和出口。 反应器区还可被物理分隔，也就是说彼此间隔开；或者它们可结合在一起，例如作为堆叠 (stack)ο优选设置模块，使得提供到反应器区的可燃气体混合物在低于其自燃温度的升高的温度下，温度升高至少部分是由于在一个或多个反应器区中可燃气体混合物的燃烧。实际上，优选地，供应到模块中的每个反应器区的可燃气体混合物在这种升高的温度下。对于至少一些区，可通过与由一个或多个反应器区的第二气体流动通道排出的气体的热交换来提高温度。在一个优选的实施方案中，将可燃气体混合物设置为以与吸热气体混合物相同的顺序串联流动通过反应器区。在这种情况下，供应到第二或随后的反应器区的可燃气体混合物由于在该串联的前面的反应器区中已至少部分经历燃烧而处于升高的温度下。可燃气体混合物包括燃料(比如甲烷)和氧源(比如空气)。在一个实例中，可燃气体混合物流动通过串联的反应器区。可将来自第一反应器区的燃烧通道的外流气体直接引入到第二反应器区，而不经改性或处理，因此模块像是具有比单一反应器区更长的反应器通道的单一阶段一样起作用。或者，可在连续反应器区之间提供装置，以处理已经历燃烧的外流气体混合物，例如用于改变其温度，或引入和混合另外的或不同的燃料。还可期望在连续反应器区之间提供装置，以向由燃烧所得的外流气体混合物中引入另外的空气。通过提供其中燃料的供应在不同的反应器区之间可分阶段以及其中空气的引入可分阶段的模块，可实现在温度分布上更大的控制。例如，如果存在串联的两个反应器区，则在第一阶段提供的燃料的比例优选在总的所需燃料的50% -70%之间，其余的提供给第二阶段。本专利技术还提供了一种进行吸热反应的方法，其中吸热反应所需的热量通过在相邻的通道中的燃烧反应提供给吸热反应，其中吸热反应在多个连续阶段中进行。吸热反应可为蒸汽甲烷重整，并且在这种情况下，优选吸热反应通道的温度通过第一阶段提高至 6750C -700°C之间，优选提高至约690°C;并且通过第二阶段提高至730°C -800°C之间，优选提高至约770°C。在一个优选的实施方案中，燃烧反应也在至少两个连续阶段中进行，处理从一个阶段排出的燃烧气体混合物，随后将其引入到下一个阶段。应理解的是，无论反应器模块如同是单一阶段或多于一个阶段地操作，有一些处理可施用于从一个阶段排出的燃烧气体混合物，之后将其引入到随后的阶段，或者可施用于燃烧气体混合物，之后将其引入到反应器模块。这种处理可包括向气体混合物中引入惰性组分。该惰性组分可例如为蒸汽和/或二氧化碳，或者可为氮气；蒸汽/ 二氧化碳混合物可由产物气体得到。由于惰性组分降低反应物(即，氧气和燃料)的分压，在燃烧气体混合物内提供这种惰性组分有助于抑制燃烧速率。当惰性组分为蒸汽或二氧化碳时，其吸附在催化剂的表面上，因此进一步抑制燃烧速率。燃烧催化剂可包括氧化钯，其在室温下稳定，和活性催化剂。在超过约600°C的温度下，催化剂逐渐转化为钯和氧化钯的混合物，其速率取决于所暴露的氧的分压。因此在操作期间(在操作的开始的几天)发生转化。钯为活性不如氧化钯的催化剂，因此在反应器模块操作的开始的几天催化活性逐渐下降，随后达到稳定值。向燃烧气体混合物中加入惰性组分确保该初始活性的下降和催化活性的稳定更快速地发生。例如可在约30小时内，而不是约80小时内达到稳定的操作。向燃烧气体混合物中加入惰性气体(比如燃烧排气)不仅能更快速实现稳定的操作，而且能在延长的操作期间确保稳定的操作。例如，在其中对在连续反应器区之间的燃烧气体混合物不提供处理的模块中，必须将所需量的燃料和空气一起施加到模块的入口。如果排气也加入到供应到模块的入口的燃烧气体混合物中，则其抑制反应速率。可根据燃烧催化剂的活性调节加入的排气的量，以实现期望的温度分布和反应速率，由此通过吸热反应实现期望的转化。如果在操作期间燃烧催化剂的活性下降，例如经过数月或数年的时间， 可降低排气的比例以保持期望的温度分布和反应速率。由于初始活性可被加入的排气抑制，如果燃烧催化剂开始时的活性比所需的大，则该技术也适用。如果在其寿命期间催化剂退化至不需要加入排气的程度，则通过加入另外的燃料可增强燃烧反应。最后，燃烧催化剂可能必须更换。在反应器模块的寿命期间，催化剂往往退化，可期望在将气体混合物进料至反应器区中之前提高将气体混合物预先加热的温度，以抵消催化剂的活性下降。对于第二阶段燃烧通道，可期望向可燃气体流中引入富氧的气体，以升高氧的分压；虽然在整个反应器模块的操作中可能需要这样，但是当催化剂退化时特别期望。此外，还可提高燃烧通道内的压力。该压力提高通常提高燃烧反应的速率，因此当燃烧催化剂退化时可有利地保持活性。不仅在第一和第二阶段反应器区之间燃料/空气比率可不同，而且可燃组分也可变化，例如， 比起第一阶段，对于第二阶段，可期望使用具有较高氢气分压的气体混合物。当对连续阶段之间的燃烧气体混合物进行处理时，该处理优选包括改变其温度和加入另外的燃料。通过降低气体温度，随后加入另外的燃料，可避免自燃。通过使用单独的反应器区在多个阶段中进行燃烧过程，得到分阶段燃料注入的益处(例如沿着反应器模块更均勻的温度分布)，同时避免潜在的问题。特别是，这使得可在连续阶段之间冷却燃烧气体混合物，随后引入另外的燃料，这样可确保不发生自燃。对在连续反应器区之间的燃烧气体混合物的处理在模块内发生，但不是在反应器区内发生。优选第一流动通道和第二流动通道在反应器区内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.08.28 GB 0915036.81.用于进行吸热反应的催化反应模块，所述模块包含多个单独的反应器区，每个反应器区限定多个第一和第二流动通道，这些通道在区内交替设置以确保在第一和第二流动通道之间的热接触，其中在第一流动通道中的催化剂用于吸热反应，而其中在第二流动通道中的催化剂用于燃烧反应，反应器区被设置和连接，用于在第一流动通道中要经历吸热反应的气体混合物的串联流动，以及用于在第二流动通道中可燃气体混合物的流动，使得吸热反应混合物串联流动通过反应器区，其中，在一个反应器区和另一个反应器区之间，和/ 或在反应器区的一部分和另一部分之间，在第一流动通道和/或第二流动通道中相应的催化剂不同。2.权利要求1的反应模块，其中所述催化剂由于催化剂负载的变化而不同。3.权利要求1或权利要求2的反应模块，其中所述催化剂由于活性催化材料负载的变化而不同。4.前述权利要求中任一项的反应模块，其中所述催化剂在反应器区内不同，并且该不同包括沿着流动通道的长度阶跃变化。5.前述权利要求中任一项的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·摩根，R·皮特，T·Q·利，
申请(专利权)人：康帕克特GTL有限公司，
类型：发明
国别省市：