具有內(nèi)部過(guò)濾器元件的氨氧化反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】提供了在催化劑存在下將氨氧化成一氧化氮的反應(yīng)容器。所述催化劑在氧化過(guò)程中能夠變得被逐出。所述反應(yīng)容器包括具有頂部、底部和中部的反應(yīng)器體。所述頂部和中部配合界定內(nèi)腔，在那里所述氨被催化氧化以提供一氧化氮。所述反應(yīng)容器還包括內(nèi)部過(guò)濾器元件。所述內(nèi)部過(guò)濾器元件包括界定內(nèi)部體積的過(guò)濾器籠和與所述過(guò)濾器籠相鄰布置的過(guò)濾器介質(zhì)。所述內(nèi)部過(guò)濾器元件收集在氧化過(guò)程中被逐出的催化劑。
【專利說(shuō)明】具有內(nèi)部過(guò)濾器元件的氨氧化反應(yīng)器發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本公開提供了用于在催化劑存在下將氨氧化成一氧化氮的反應(yīng)容器。更具體地說(shuō)，本公開提供了具有內(nèi)部過(guò)濾器元件的反應(yīng)容器，該內(nèi)部過(guò)濾器元件收集在氨氧化成一氧化氮的過(guò)程中被逐出的催化劑。
[0002]發(fā)明背景
[0003]硝酸被用于制造呈硝酸銨、硝酸鉀或硝基磷酸酯形式的氮肥和有機(jī)肥料。硝酸還被用于爆炸物、塑料工業(yè)和化學(xué)工業(yè)。
[0004]硝酸(HNO3)通過(guò)氨催化燃燒制備一氧化氮來(lái)制造。這種方法通常以三個(gè)步驟進(jìn)行。第一步驟是氨的氧化。氨的氧化在催化劑存在下進(jìn)行，產(chǎn)率為93-98%，取決于所使用的操作條件。
[0005]第二步驟是燃燒的水的冷凝和一氧化氮的氧化。第二步驟可以產(chǎn)生二氧化氮、四氧化二氮或這兩者的混合物。第三步驟涉及二氧化氮和四氧化二氮的吸收或固定。第一和第二步驟的反應(yīng)中間體和產(chǎn)物本身在商業(yè)上是可行的。因此，第一和第二步驟可以被用來(lái)形成各種產(chǎn)物，即使硝酸不是所需的。
[0006]在氨氧化方法的第一步驟中使用的催化劑一般呈貴金屬網(wǎng)的形式。由于氨的氧化導(dǎo)致的高溫，所述貴金屬網(wǎng)經(jīng)常分解并且其顆粒變得被夾帶在反應(yīng)容器中存在的氣態(tài)材料中。這種“金屬損失”一般隨著反應(yīng)條件的嚴(yán)苛程度增加。例如，金屬損失的量一般隨著溫度和生產(chǎn)速率增加而增加。
[0007]由于貴金屬網(wǎng)的高成本，這種金屬損失對(duì)氨氧化方法的經(jīng)濟(jì)可行性具有相當(dāng)大的金錢影響。另外，所述金屬損失可能導(dǎo)致在氨氧化反應(yīng)器下游的后續(xù)反應(yīng)容器中使用的下游催化材料的中毒。
[0008]金屬損失問(wèn)題的一個(gè)解決方案是在氨氧化反應(yīng)容器下游提供外過(guò)濾器殼和過(guò)濾設(shè)備。這些外過(guò)濾器殼構(gòu)型引起壓降并在已經(jīng)擁擠的工廠設(shè)備中要求額外的空間。另一個(gè)解決方案是在緊鄰貴金屬網(wǎng)的位置使用纖維材料。不幸地，在這一位置使用此類纖維材料不能實(shí)現(xiàn)有效的過(guò)濾并要求狹窄的空間進(jìn)入程序以便在必要的定期維護(hù)期間保養(yǎng)所述纖維材料。
[0009]本公開的概述和優(yōu)點(diǎn)
[0010]提供了用于在催化劑存在下將氨氧化成一氧化氮的反應(yīng)容器。所述催化劑在氧化過(guò)程中能夠變得被逐出。所述反應(yīng)容器包括具有頂部、底部和中部的反應(yīng)器體。所述頂部和中部配合界定內(nèi)腔，在那里所述氨被催化氧化以提供一氧化氮。內(nèi)部過(guò)濾器元件包括界定內(nèi)部體積的過(guò)濾器籠和布置在所述過(guò)濾器籠附近的過(guò)濾器介質(zhì)。所述內(nèi)部過(guò)濾器元件收集在氨氧化過(guò)程中被逐出的催化劑。
[0011]本公開的各種實(shí)施方案提供了允許與現(xiàn)有的反應(yīng)容器設(shè)計(jì)無(wú)縫集成的緊湊設(shè)計(jì)。因?yàn)閮?nèi)部過(guò)濾器元件被布置在反應(yīng)容器內(nèi)，所以節(jié)約了寶貴的空間，并獲得了效率。本公開的實(shí)施方案還實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的過(guò)濾，這導(dǎo)致改進(jìn)的成本改善和更少的下游催化劑中毒。本公開的實(shí)施方案允許在沒(méi)有狹窄的空間進(jìn)入程序的情況下保養(yǎng)反應(yīng)容器。
[0012]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0013]為了理解本發(fā)明的性質(zhì)和目的，應(yīng)該參考結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述。
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的用于氨氧化的反應(yīng)容器的剖視圖；
[0015]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的支撐反應(yīng)容器底部的移除框的透視圖；
[0016]圖3是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的圖1的反應(yīng)容器和內(nèi)部過(guò)濾器元件的內(nèi)部的俯視圖；和
[0017]圖4是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的圖1的內(nèi)部過(guò)濾器元件的分解圖。
[0018]發(fā)明詳述
[0019]提供了用于在催化劑存在下將氨氧化成一氧化氮的反應(yīng)容器10。參照?qǐng)D1，反應(yīng)容器10包括具有頂部12、底部14和中部16的反應(yīng)器體11。典型地，反應(yīng)容器10通常是圓柱形的。然而，反應(yīng)容器10也可以是其它形狀。頂部12和底部14通常是穹頂?shù)?，但是可以具有其它形狀和?gòu)型。法蘭接頭可以將頂部12和中部16連接在一起。另外，法蘭接頭可以將中部16和底部14連接在一起。在另一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)容器10可以具有集成在一起而沒(méi)有離散接合點(diǎn)的頂部12和中部16。反應(yīng)容器10的底部14應(yīng)該可容易地從反應(yīng)容器10移除以允許反應(yīng)容器10的容易進(jìn)入和維護(hù)。因此，底部14應(yīng)該考慮這一點(diǎn)進(jìn)行定尺度和緊固。
[0020]反應(yīng)容器10可以具有l(wèi)-20m，或2-10m，或3-9m的高度。或者，反應(yīng)容器10可以具有適合加工輸入的氨的其它高度。反應(yīng)容器10可以具有l(wèi)-5m的直徑?；蛘撸磻?yīng)容器10可以具有適合加工輸入的氨的其它直徑。
[0021]反應(yīng)容器10可以包含能夠承受高度腐蝕性條件和超過(guò)900°C的溫度的材料。例如，反應(yīng)容器10可以包含不銹鋼。反應(yīng)容器10可以由耐腐蝕的其它合適材料制造也被想到。
[0022]反應(yīng)容器10可以具有與氨氧化反應(yīng)器如Oschatz反應(yīng)器相似的設(shè)計(jì)。其它類型的氨氧化反應(yīng)器也可以與本公開結(jié)合使用。另外，根據(jù)本文提供的想法和構(gòu)思修改常規(guī)反應(yīng)器設(shè)計(jì)也在本公開的范圍內(nèi)。
[0023]底部14可以具有界定內(nèi)部體積的錐形形狀。錐形形狀幫助使當(dāng)被過(guò)濾的氣體穿過(guò)底部14時(shí)的壓降最小化?；蛘?，底部14可以具有允許被過(guò)濾的氣體有效轉(zhuǎn)移的其它形狀和構(gòu)型，例如圓柱形、半球形等。
[0024]頂部12和中部16配合界定內(nèi)腔18，在那里所述氨被催化氧化以提供一氧化氮。反應(yīng)容器10可以包括至少一個(gè)入口 20和至少一個(gè)出口 22。入口 20典型地位于反應(yīng)容器10的頂部12中，從而允許穿過(guò)入口 20的材料進(jìn)入內(nèi)腔18。反應(yīng)容器10可以包括多個(gè)入口 20。入口 20可以允許引入的空氣、汽化的氨及其它組分進(jìn)入內(nèi)腔18。入口 20可以包含允許以有效方式轉(zhuǎn)移材料的各種配件和連接器。例如，入口 20可以包括多個(gè)噴嘴或替代的氣體分配系統(tǒng)，例如用于將氣體均勻地分配在反應(yīng)內(nèi)腔18中的平行板氣體分配系統(tǒng)。
[0025]出口 22可以位于反應(yīng)容器10的底部14中，在過(guò)濾器板24下面。出口 22允許被過(guò)濾的氣體離開反應(yīng)容器10。出口 22可以與用于進(jìn)一步加工的各種下游單元操作連接。
[0026]反應(yīng)容器10還包括延伸過(guò)反應(yīng)器體11并將底部14與內(nèi)腔18分開的過(guò)濾器板
24。過(guò)濾器板24可以具有與反應(yīng)器體11的內(nèi)部尺度協(xié)同的形狀和尺寸，并因此防止負(fù)載催化劑的氣體繞過(guò)過(guò)濾器板24而不穿過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件26。過(guò)濾器板24可以具有圓柱形形狀并由與反應(yīng)容器10中存在的條件適合的材料制成。例如，過(guò)濾器板24可以包含不銹鋼。過(guò)濾器板24可以包含實(shí)心材料，使得氣體不能穿過(guò)。然而，如下面討論的，過(guò)濾器板24可以包括允許氣體特意從中穿過(guò)的各種通道?？梢杂妹芊饧驂|片將底部14裝配到反應(yīng)容器10上，該密封件或墊片防止負(fù)載催化劑的氣體在沒(méi)有首先穿過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件26的情況下在內(nèi)腔18和底部14之間通過(guò)。所述密封件或墊片可以包含能夠承受反應(yīng)容器的腐蝕性和高溫條件的材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述密封件或墊片包含金屬、天然或合成橡膠或耐熱聚合物。
[0027]換言之，在一個(gè)實(shí)施方案中，過(guò)濾器板24界定了底部14的最上方區(qū)域，并因此將內(nèi)腔18與底部14分開。所謂“將內(nèi)腔18與底部14分開”意圖指產(chǎn)生機(jī)械分開，這防止負(fù)載催化劑的氣體在沒(méi)有首先穿過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件26的情況下在內(nèi)腔18和底部14之間通過(guò)。因此，過(guò)濾器板24引導(dǎo)負(fù)載催化劑的氣體向底部流動(dòng)。
[0028]過(guò)濾器板24與底部14連接，使得隨著底部14從反應(yīng)容器10下降，過(guò)濾器板24也降低。底部14可以容易地從反應(yīng)容器10移除，從而允許過(guò)濾器板24連同內(nèi)部過(guò)濾器元件26被容易地保養(yǎng)而無(wú)需狹窄的空間進(jìn)入程序。
[0029]參照?qǐng)D2，移除框27可以被用來(lái)幫助將底部14從反應(yīng)容器10降低。移除框27可以包含多種具有足夠的強(qiáng)度以幫助將底部從反應(yīng)容器降低的不同材料，例如金屬、木材或塑料。移除框27可以包括接合底部14的多個(gè)側(cè)向支撐物和足以防止底部14的下端延伸低于移除框27的垂直框架。在一個(gè)實(shí)施方案中，移除框27被構(gòu)建以接合反應(yīng)容器10的底部14并支撐其重量。叉式升降機(jī)或類似機(jī)構(gòu)可以被用來(lái)接合移除框27并提升移除框27到適合于接合底部14的高度。一旦底部14被移除框27接合，底部14就可以與反應(yīng)容器10斷開，然后可以降低移除框27以從反應(yīng)容器10移除底部14和過(guò)濾器板24。當(dāng)過(guò)濾器板24隨底部14降低時(shí)，內(nèi)部過(guò)濾器元件26也被降低，并因此處于允許保養(yǎng)內(nèi)部過(guò)濾器元件26的位置。
[0030]在另一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)容器10包括以替代結(jié)構(gòu)安裝而不是安裝在過(guò)濾器板24上的內(nèi)部過(guò)濾器元件26。例如，內(nèi)部過(guò)濾器元件26可以從各種支撐裝置如結(jié)構(gòu)橫梁、安裝架或吊索懸掛在內(nèi)腔18中?；蛘撸瑑?nèi)部過(guò)濾器元件26可以被支撐在反應(yīng)容器的底部上，而不使用過(guò)濾器板24。在這樣的實(shí)施方案中，內(nèi)部過(guò)濾器元件26通常包含陶瓷。
[0031]參照?qǐng)D2，反應(yīng)容器10可以包括安裝在過(guò)濾器板24上的內(nèi)部過(guò)濾器元件26。所述內(nèi)部過(guò)濾器元件26收集在氧化過(guò)程中被逐出的催化劑。內(nèi)部過(guò)濾器元件26可以被布置在過(guò)濾器板24上面并以各種方式如用緊固件、法蘭、粘合劑、聯(lián)鎖翼片等連接或固定到過(guò)濾器板24上。
[0032]再次參照?qǐng)D2，過(guò)濾器板24包括數(shù)目至少等于反應(yīng)容器10中提供的內(nèi)部過(guò)濾器元件26的數(shù)目的出口 32。因此，如果提供了三個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件26，則過(guò)濾器板24將包括至少三個(gè)出口 32，使得內(nèi)部過(guò)濾器元件26的內(nèi)部體積38被布置在出口 32上方。內(nèi)部過(guò)濾器元件26的中心通常與出口 32的中心對(duì)齊。出口 32可以具有與內(nèi)部過(guò)濾器元件26的尺寸配合的尺寸和形狀，從而允許負(fù)載催化劑的氣體穿過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件26并進(jìn)入內(nèi)部體積38，然后穿過(guò)出口 32，和然后進(jìn)入反應(yīng)容器10的底部14。例如，所述出口可以是圓形、橢圓形或多邊形的。
[0033]可以確定內(nèi)部過(guò)濾器元件26的尺寸以適應(yīng)由反應(yīng)容器10產(chǎn)生的負(fù)載催化劑的氣體的量。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，內(nèi)部過(guò)濾器元件26包括100-1000平方英尺的活性過(guò)濾面積。內(nèi)部過(guò)濾器元件26也可以包括300-600平方英尺的活性過(guò)濾面積，或400-500平方英尺的活性過(guò)濾面積。也已想到內(nèi)部過(guò)濾器元件26可以包括沒(méi)有具體列舉的其它量的活性過(guò)濾面積。
[0034]內(nèi)部過(guò)濾器元件26可以具有0.2-2.5米的高度?；蛘撸惨严氲絻?nèi)部過(guò)濾器元件26可以具有0.5-2m或0.7-1.5m的高度，取決于反應(yīng)容器10和內(nèi)腔18的尺寸以及待由內(nèi)部過(guò)濾器元件26處理的負(fù)載催化劑的氣體的量。
[0035]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，內(nèi)部過(guò)濾器元件26被進(jìn)一步界定為多個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件26。換言之，反應(yīng)容器10可以包括多于一個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件26。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，反應(yīng)容器10可以包括1-10個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件26。在另一個(gè)具體的實(shí)施方案中，反應(yīng)容器10可以包括2-5個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件26。
[0036]如果使用單個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件26，則它可以被布置在過(guò)濾器板24上的各種位置，例如設(shè)置在中心或位于偏置位置?；蛘?，如果使用多個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件26，則所述多個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件可以按各種圖案安排在過(guò)濾器板24上，或者可以被隨機(jī)布置。在一個(gè)實(shí)施方案中，多個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件26可以按等距排列或交替排列布置，所述排列允許由所述多個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件26有效過(guò)濾負(fù)載催化劑的氣體。例如，多個(gè)過(guò)濾器元件26可以按從過(guò)濾器板24的中心徑向向外延伸的對(duì)稱的、星形的排列布置。
[0037]參照?qǐng)D3，在一個(gè)實(shí)施方案中，內(nèi)部過(guò)濾器元件26包括過(guò)濾器籠28和過(guò)濾器介質(zhì)
30。過(guò)濾器介質(zhì)30可以由過(guò)濾器籠28結(jié)構(gòu)支撐，或者可以含有足夠的內(nèi)部或外部結(jié)構(gòu)剛度以致過(guò)濾器籠28不是必需的。
[0038]再次參照?qǐng)D1，過(guò)濾器籠28從過(guò)濾器板24向上伸出并界定內(nèi)部體積38。所謂內(nèi)部體積38是指由過(guò)濾器籠28和過(guò)濾器介質(zhì)30總體包圍的體積。
[0039]過(guò)濾器籠28可以具有各種形狀和構(gòu)型。在一個(gè)實(shí)施方案中，過(guò)濾器籠28是圓柱形的。過(guò)濾器籠28可以包括結(jié)構(gòu)上足以支撐或固定過(guò)濾器介質(zhì)30的金屬絲籠。過(guò)濾器籠28可以被設(shè)計(jì)用來(lái)固定過(guò)濾器介質(zhì)30。過(guò)濾器籠28還能夠抵抗在高度腐蝕性環(huán)境中在超過(guò)300°C的溫度下通常導(dǎo)致的降解，并且可以包括具有允許負(fù)載催化劑的氣體穿過(guò)過(guò)濾器籠的不同尺寸孔的金屬或塑料材料。
[0040]過(guò)濾器介質(zhì)30可以與過(guò)濾器籠28相鄰布置。例如，過(guò)濾器介質(zhì)30可以在過(guò)濾器籠28內(nèi)部、外部或與其纏繞，只要提供足夠的結(jié)構(gòu)支撐。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，過(guò)濾器介質(zhì)30被布置在過(guò)濾器籠28的內(nèi)部體積38中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，過(guò)濾器介質(zhì)30被布置在輔助過(guò)濾器支撐體上并布置在過(guò)濾器籠28的內(nèi)部體積38中。如果過(guò)濾器介質(zhì)30被提供在過(guò)濾器籠28外部，則過(guò)濾器介質(zhì)30可以附著到過(guò)濾器籠28上，使得過(guò)濾器籠28為所述過(guò)濾器介質(zhì)提供結(jié)構(gòu)支撐。
[0041]如果過(guò)濾器介質(zhì)30與過(guò)濾器籠28纏繞，則過(guò)濾器介質(zhì)30的至少一部分可以被布置在過(guò)濾器籠28的內(nèi)部體積中，并且過(guò)濾器介質(zhì)30的至少一部分可以被布置在過(guò)濾器籠28的外部。
[0042]過(guò)濾器介質(zhì)30可以被提供在不同的部分中，使得數(shù)個(gè)過(guò)濾器介質(zhì)部分可以被包括在一個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器兀件26中。在一個(gè)實(shí)施方案中，過(guò)濾器介質(zhì)30的多個(gè)部分可以彼此堆疊在頂上而形成內(nèi)部過(guò)濾器元件26。如果使用數(shù)個(gè)過(guò)濾器介質(zhì)部分，則可以通過(guò)封密環(huán)劃分各個(gè)部分，所述封密環(huán)毗連所述過(guò)濾器介質(zhì)部分并確保沒(méi)有負(fù)載催化劑的氣體繞過(guò)過(guò)濾器介質(zhì)30。已想到在單個(gè)過(guò)濾器介質(zhì)30中過(guò)濾器介質(zhì)部分的數(shù)目可以為1-10或2-5。
[0043]許多不同的過(guò)濾器介質(zhì)30可能足以與本文中描述的反應(yīng)容器10 —起使用，只要它們可以提供足夠的過(guò)濾而不引起過(guò)度壓降。過(guò)濾器介質(zhì)30必須還能夠承受溫度超過(guò)300°C的高度腐蝕性環(huán)境。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，過(guò)濾器介質(zhì)30包含陶瓷材料。過(guò)濾器介質(zhì)30可以包含按其中過(guò)濾器介質(zhì)30能夠?yàn)V出小到0.1微米的催化劑材料的方式組裝和取向的陶瓷纖維。
[0044]在一個(gè)或多個(gè)構(gòu)型中，可以使過(guò)濾器介質(zhì)30打褶。然而，非褶狀過(guò)濾器介質(zhì)30也可以適合用于反應(yīng)容器10。過(guò)濾器介質(zhì)30可以具有0.1-10微米范圍內(nèi)的有效過(guò)濾器尺寸?；蛘?，過(guò)濾器介質(zhì)30可以具有0.1-5或0.1-3微米范圍內(nèi)的有效過(guò)濾器尺寸。有效過(guò)濾器尺寸意圖指可以被過(guò)濾器介質(zhì)30有效和可靠地俘獲的顆粒的尺寸。
[0045]參照?qǐng)D3，內(nèi)部過(guò)濾器元件26可以進(jìn)一步包括過(guò)濾器基座40和裝配墊片42。過(guò)濾器基座40被布置在過(guò)濾器籠28和過(guò)濾器板24之間并將過(guò)濾器籠28連接到過(guò)濾器板24上。裝配墊片42被直接地或間接地布置在過(guò)濾器板24和過(guò)濾器基座40之間。裝配墊片42在內(nèi)部過(guò)濾器元件26和過(guò)濾器板24之間形成密封，從而確保所有負(fù)載催化劑的氣體必須穿過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件26以進(jìn)入反應(yīng)容器10的底部14，而不會(huì)通過(guò)過(guò)濾器板24和內(nèi)部過(guò)濾器元件26之間的接頭泄漏。過(guò)濾器基座40用法蘭或其它合適的緊固系統(tǒng)與過(guò)濾器板24連接。裝配墊片42可以由各種材料制成，只要所述材料能夠承受溫度超過(guò)300°C的高度腐蝕性環(huán)境；例如，天然或合成橡膠、金屬或耐高溫聚合物。
[0046]內(nèi)部過(guò)濾器元件26還可以包括過(guò)濾器蓋44。過(guò)濾器蓋44可以與內(nèi)部過(guò)濾器元件26的頂部配合并確保沒(méi)有負(fù)載催化劑的氣體通過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件36的頂部繞過(guò)過(guò)濾器介質(zhì)30。
[0047]再次參照?qǐng)D1，內(nèi)腔18可以包括催化材料34。在一個(gè)實(shí)施方案中，催化材料34包含催化絲網(wǎng)。在其它構(gòu)型中，催化材料34可以呈提供足夠的表面積以使引入的空氣和汽化的氨能夠接觸催化材料34并導(dǎo)致氨的氧化的其它構(gòu)型。
[0048]催化材料34是使氨能夠催化氧化成一氧化氮的催化材料。因而，各種催化材料34可以與本文中描述的反應(yīng)容器10 —起使用。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，催化材料34包含鉬。或者，催化材料34可以包含鉬、銠、鈀和它們的組合。仍備選地，催化劑材料34可以包含適合于使氨能夠催化氧化的其它組分。
[0049]催化材料34可以通過(guò)支撐框架36在內(nèi)腔18內(nèi)保持就位。催化材料34可以位于內(nèi)腔18內(nèi)的各種位置。支撐框架36可以延伸過(guò)反應(yīng)容器18以使催化材料34位于相對(duì)于引入的空氣和汽化的氨來(lái)說(shuō)最佳的位置，使得引入的空氣和汽化的氨至少部分地接觸催化材料。支撐框架36可以包括簡(jiǎn)單的大梁支撐排列、籃子、線纜或其它支撐系統(tǒng)。
[0050]如上面提到的，反應(yīng)容器10包括至少一個(gè)入口 20，其允許引入的空氣和汽化的氨進(jìn)入內(nèi)腔18。在被轉(zhuǎn)移至內(nèi)腔18中之前引入的空氣可以被壓縮和冷卻。所述引入的空氣可以在50-1000°C，100-500°C，或150-250°C的溫度下進(jìn)入內(nèi)腔18。
[0051]在將氨轉(zhuǎn)移至反應(yīng)容器10的內(nèi)腔18中用于氧化之前使液態(tài)氨汽化?？梢酝ㄟ^(guò)換熱器或替代的加熱裝置使液態(tài)氨汽化。
[0052]引入的空氣和汽化的氨用內(nèi)腔18徹底混合，同時(shí)接觸催化材料34。隨著混合在催化材料存在下發(fā)生，汽化的氨的氧化可以幾乎是瞬時(shí)的。氨的氧化的放熱性質(zhì)可以將反應(yīng)容器10內(nèi)的溫度提高到超過(guò)900°C的溫度。
[0053]中部16含有至少一個(gè)除熱設(shè)備46，其用來(lái)在負(fù)載催化劑的氣體被過(guò)濾之前在內(nèi)腔18中從所述氣體除熱。因?yàn)樨?fù)載催化劑的氣體的溫度可能超過(guò)900°C，所以在它們穿過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件26之前所述氣體通常被冷卻。除熱設(shè)備46通常位于催化材料34的正下方且在內(nèi)部過(guò)濾器元件26上方。所謂“在內(nèi)部過(guò)濾器元件上方”意圖指除熱設(shè)備46的至少一部分處于比內(nèi)部過(guò)濾器元件26相對(duì)更高的高度。應(yīng)該理解，除熱設(shè)備46還可以被布置使得整個(gè)除熱設(shè)備46在內(nèi)部過(guò)濾器元件26的頂部以上。隨著熱的負(fù)載催化劑的氣體與除熱設(shè)備46接觸，所述熱的負(fù)載催化劑的氣體在進(jìn)入內(nèi)部過(guò)濾器元件26之前被冷卻到1500C _350°C或大約200°C的溫度。
[0054]在一個(gè)實(shí)施方案中，除熱設(shè)備46包括多個(gè)除熱盤管，如圖1所示。所述多個(gè)除熱盤管可以按烙餅取向排列以使除熱設(shè)備46的傳熱面積最大化。除熱設(shè)備46可以與循環(huán)機(jī)構(gòu)連接以確保最佳的傳熱速度。用除熱設(shè)備46俘獲的熱可以被再循環(huán)和用于各種輔助方法，例如生產(chǎn)蒸汽。所述除熱設(shè)備可以使用流體作為傳熱介質(zhì)。
[0055]進(jìn)一步描述上述反應(yīng)，隨著引入的空氣和汽化的氨接觸催化材料34，形成亞硝氣。亞硝氣包含一氧化氮、水蒸氣和殘余氮?dú)狻喯鯕饪梢园ㄆ渌M分也被想到。在亞硝氣形成并且催化材料34被夾帶在其中之后，冷卻的負(fù)載催化劑的氣體向下垂直流過(guò)內(nèi)腔18到過(guò)濾器板24。當(dāng)冷卻的負(fù)載催化劑的氣體到達(dá)過(guò)濾器板24時(shí)，它被轉(zhuǎn)向使得該冷卻的負(fù)載催化劑的氣體在沒(méi)有首先穿過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件26的情況下不可以流到底部14的內(nèi)部體積。因此，該冷卻的負(fù)載催化劑的氣體穿過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件26并且然后進(jìn)入底部14。當(dāng)該冷卻的負(fù)載催化劑的氣體穿過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件26時(shí)，夾帶的催化材料被收集在過(guò)濾器介質(zhì)30中以便稍后加工和回收。底部中存在的氣體基本上不含催化劑材料，例如少于10，5，3,1,0.5,0.1，0.01或0.0Olwt%催化劑材料，基于底部中存在的氣體的總重量。
[0056]如上所述，在冷卻的負(fù)載催化劑的氣體穿過(guò)內(nèi)部過(guò)濾器元件26后，產(chǎn)生過(guò)濾過(guò)的氣體。在一個(gè)可能的實(shí)施方案中，所述過(guò)濾過(guò)的氣體包含亞硝氣和水蒸氣。亞硝氣可以包含一氧化氮、二氧化氮、氮?dú)夂透鞣N其它含氮化合物。所述過(guò)濾過(guò)的氣體可以穿過(guò)一系列冷卻器，以便從所述過(guò)濾過(guò)的氣體除去余熱以產(chǎn)生熱的、過(guò)濾過(guò)的氣體。在某些實(shí)施方案中，將所述過(guò)濾過(guò)的氣體轉(zhuǎn)移至第二反應(yīng)容器以便進(jìn)一步加工。
[0057]在另一個(gè)實(shí)施方案中，再次參照?qǐng)D1，提供了用于氨氧化以生產(chǎn)氧化氮和二氧化氮還原的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括上述的用于氨氧化的第一反應(yīng)容器10。所述第一反應(yīng)容器10將氨催化氧化而提供一氧化氮。第一反應(yīng)容器10還包括內(nèi)部過(guò)濾器元件26，其包括被提供在內(nèi)腔18中的、含陶瓷的過(guò)濾器介質(zhì)30。該系統(tǒng)還包括用于二氧化氮還原的第二反應(yīng)容器。所述第二反應(yīng)容器可以具有各種構(gòu)型和設(shè)計(jì)，只要它們適合于實(shí)現(xiàn)二氧化氮的還原。第二反應(yīng)容器與第一反應(yīng)容器10流體連通并在第一反應(yīng)容器10下游。第二反應(yīng)容器包含NO2還原催化劑。
[0058]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中所述N02還原催化劑可以包含銀。所述銀可以呈純銀(99或99.9wt%Ag)或合金形式。或者，NO2還原催化劑可以包含適合催化二氧化氮的還原反應(yīng)的其它材料。因?yàn)榈谝环磻?yīng)容器10包括內(nèi)部過(guò)濾器元件26，所以催化材料將不會(huì)被輸送到下游，并因此不會(huì)進(jìn)入第二反應(yīng)容器。因此，NO2還原催化劑不會(huì)被來(lái)自第一反應(yīng)容器10的催化材料顯著毒害。
[0059]為了從內(nèi)部過(guò)濾器元件26回收貴金屬，可以使用各種方法和設(shè)備。內(nèi)部過(guò)濾器元件26可以被周期性地從反應(yīng)容器10移除并處理以收集所述催化材料。一旦從反應(yīng)容器10移除內(nèi)部過(guò)濾器元件26，就可以處理過(guò)濾器介質(zhì)30以除去其中聚集的催化材料。例如，可以通過(guò)蒸發(fā),沉淀,過(guò)濾,機(jī)械分離,真空收集及其它方法從過(guò)濾器介質(zhì)30回收貴金屬。
[0060]應(yīng)該理解，本公開不限于新反應(yīng)器的構(gòu)建。通過(guò)移除現(xiàn)有的反應(yīng)容器的現(xiàn)有底部并將本公開的底部16、過(guò)濾器板24和內(nèi)部過(guò)濾器元件26與所述反應(yīng)容器連接，可以翻新現(xiàn)有的反應(yīng)容器以包括內(nèi)部過(guò)濾器元件26。通過(guò)包括內(nèi)部過(guò)濾器元件26、底部14和過(guò)濾器板24，所述翻新的反應(yīng)容器可以有效地過(guò)濾負(fù)載催化劑的氣體。另外，通過(guò)以單個(gè)集成塊從所述翻新的反應(yīng)容器的底降低底部14和因此過(guò)濾器板24和內(nèi)部過(guò)濾器元件26，可以容易地保養(yǎng)所述翻新的反應(yīng)容器和內(nèi)部過(guò)濾器元件26而無(wú)需狹窄的空間進(jìn)入程序。一旦底部14從反應(yīng)容器10下降，就可以替換過(guò)濾器介質(zhì)30。
[0061]還提供了在催化劑存在下將氨氧化成一氧化氮的方法。所述催化劑在氧化過(guò)程中能夠變得被逐出。該方法包括提供包含反應(yīng)器體的反應(yīng)容器。所述反應(yīng)器體包括頂部、底部和中部。所述頂部和中部配合界定內(nèi)腔。該方法還包括在所述內(nèi)腔內(nèi)提供內(nèi)部過(guò)濾器元件并在所述內(nèi)腔中在催化劑存在下氧化氨以形成一氧化氮。所述方法還包括用內(nèi)部過(guò)濾器元件內(nèi)部過(guò)濾在氧化氨的步驟期間被逐出的催化劑并從所述內(nèi)部過(guò)濾器元件收集被逐出的催化劑。
[0062]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述方法可以還包括以下步驟:使所述反應(yīng)器體的底部與所述反應(yīng)器體的中部斷開，和將所述反應(yīng)器體的底部降低到足以從內(nèi)腔移除內(nèi)部過(guò)濾器元件的高度。在某些實(shí)施方案中，從所述內(nèi)部過(guò)濾器元件收集被逐出的催化劑的步驟在所述降低所述反應(yīng)器體的底部的步驟后進(jìn)行。
[0063]所謂內(nèi)部過(guò)濾催化劑是指在沒(méi)有將氣體輸送到反應(yīng)容器內(nèi)部體積以外的情況下過(guò)濾負(fù)載催化劑的氣體。代之地，使所述負(fù)載催化劑的氣體穿過(guò)被布置在所述內(nèi)腔內(nèi)的內(nèi)部過(guò)濾器元件。
[0064]雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以做出各種改變并且等同物可以代替其要素。此外，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可以做出許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。意圖本發(fā)明不限于作為被構(gòu)想用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式所公開的具體實(shí)施方案，而是本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案。
【權(quán)利要求】
1.用于在催化劑存在下將氨氧化成一氧化氮的反應(yīng)容器，所述催化劑在所述氧化過(guò)程中能夠變得被逐出，所述反應(yīng)容器包括: 具有頂部、底部和中部的反應(yīng)器體， 其中所述頂部和中部配合界定內(nèi)腔，在那里所述氨被催化氧化以提供一氧化氮； 延伸過(guò)所述反應(yīng)器體從而將所述底部與所述內(nèi)腔分開的過(guò)濾器板；和提供在所述過(guò)濾器板上的內(nèi)部過(guò)濾器元件，其中所述內(nèi)部過(guò)濾器元件包括界定內(nèi)部體積的過(guò)濾器籠和與所述過(guò)濾器籠相鄰布置并從所述過(guò)濾器板向上伸入所述內(nèi)腔的過(guò)濾器介質(zhì)，和其中所述內(nèi)部過(guò)濾器元件收集在所述氧化過(guò)程中被逐出的催化劑。
2.權(quán)利要求1的反應(yīng)容器，其中所述過(guò)濾器介質(zhì)包括陶瓷。
3.上述任一權(quán)利要求的反應(yīng)容器，還包括布置在所述內(nèi)腔中在所述內(nèi)部過(guò)濾器元件上方的除熱設(shè)備。
4.上述任一權(quán)利要求的反應(yīng)容器，其中所述過(guò)濾器介質(zhì)被布置在所述過(guò)濾器籠的所述內(nèi)部體積中。
5.上述任一權(quán)利要求的反應(yīng)容器，其中所述內(nèi)部過(guò)濾器元件被進(jìn)一步界定為多個(gè)內(nèi)部過(guò)濾器元件。
6.上述任一權(quán)利要求的反應(yīng)容器，其中所述內(nèi)部過(guò)濾器元件還包括過(guò)濾器基座和裝配墊片，其中所述過(guò)濾器基座被布置在所述過(guò)濾器籠和所述過(guò)濾器板之間并將所述過(guò)濾器籠與所述過(guò)濾器板連接，和其中所述裝配墊片被布置在所述過(guò)濾器板和所述過(guò)濾器基座之間。
7.上述任一權(quán)利要求的反應(yīng)容器，其中所述過(guò)濾器籠是圓柱形的。
8.上述任一權(quán)利要求的反應(yīng)容器，其中所述反應(yīng)容器的高度為l-20m，且所述內(nèi)部過(guò)濾器元件的高度為0.5-1.5m。
9.用于在催化劑存在下將氨氧化成一氧化氮的反應(yīng)容器，所述催化劑在所述氧化過(guò)程中能夠變得被逐出，所述反應(yīng)容器包括: 具有頂部、底部和中部的反應(yīng)器體， 其中所述頂部和中部配合界定內(nèi)腔，在那里所述氨被催化氧化以提供一氧化氮； 布置在所述內(nèi)腔內(nèi)并包括含陶瓷的過(guò)濾器介質(zhì)的內(nèi)部過(guò)濾器元件， 其中所述內(nèi)部過(guò)濾器元件收集在氧化過(guò)程中被逐出的催化劑。
10.上述任一權(quán)利要求的反應(yīng)容器，其中所述過(guò)濾器介質(zhì)具有0.1-10微米的有效過(guò)濾尺寸。
11.上述任一權(quán)利要求的反應(yīng)容器，其中所述內(nèi)部過(guò)濾器元件包括100-1000平方英尺的活性過(guò)濾面積。
12.用于氨氧化和二氧化氮還原的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 用于在催化劑存在下將氨氧化以提供一氧化氮的第一反應(yīng)容器，所述催化劑在所述氨氧化過(guò)程中能夠變得被逐出，所述第一反應(yīng)容器包括: 具有頂部、底部和中部的反應(yīng)器體， 其中所述頂部和中部配合界定內(nèi)腔，在那里所述氨被催化氧化以提供一氧化氮； 所述內(nèi)部過(guò)濾器元件包括含陶瓷的過(guò)濾器介質(zhì)并被提供在所述內(nèi)腔中， 其中所述內(nèi)部過(guò)濾器元件收集在所述氨氧化過(guò)程中被逐出的催化劑；和 用于二氧化氮還原的第二反應(yīng)容器，其中所述第二反應(yīng)容器與所述第一反應(yīng)容器流體連通并在所述第一反應(yīng)容器下游，并且包含NO2還原催化劑。
13.權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述NO2還原催化劑包含銀。
14.在催化劑存在下將氨氧化成一氧化氮的方法，所述催化劑在所述氧化過(guò)程中能夠變得被逐出，所述方法包括: 提供包括反應(yīng)器體的反應(yīng)容器， 其中所述反應(yīng)器體包括頂部、底部和中部，和 其中所述頂部和中部配合界定內(nèi)腔； 提供在所述內(nèi)腔內(nèi)的內(nèi)部過(guò)濾器元件； 在所述內(nèi)腔中在催化劑存在下將氨氧化以形成一氧化氮； 用所述內(nèi)部過(guò)濾器元件內(nèi)部過(guò)濾在氨氧化步驟期間被逐出的催化劑；和 從所述內(nèi)部過(guò)濾器元件收集所述被逐出的催化劑。
15.權(quán)利要求14的方法，所述方法還包括: 使所述反應(yīng)器體的底部與所述反應(yīng)器體的中部斷開；和 降低所述反應(yīng)器體的底部到足以從所述內(nèi)腔移除內(nèi)部過(guò)濾器元件的高度，其中在所述降低反應(yīng)器體的底部的步驟后進(jìn)行所述從內(nèi)部過(guò)濾器元件收集所述被逐出的催化劑的步驟。
【文檔編號(hào)】C01B21/26GK104220156SQ201380020199
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月5日
【發(fā)明者】R·A·弗克斯 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司