Die Erfindung betrifft einen Katalysatorträger, wie er beispielsweise für die Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen verwendet werden kann.

Um bei heterogen katalysierten Reaktionen in der Gasphase einen möglichst hohen Umsatz und eine möglichst hohe Ausbeute zu erhalten, sollte eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Gasphase und Katalysatoroberfläche bereitgestellt werden, sodass ein intensiver Austausch zwischen Katalysator und gasförmigen Reaktionskomponenten ermöglicht wird. So sind für heterogen katalysierte Reaktionen Reaktoren entwickelt worden, in denen der Katalysator als lose Schüttung kleiner Katalysatorkörper bereitgestellt wird. Die Schüttung muss dabei so ausgeführt sein, dass einerseits eine große Oberfläche als Kontaktfläche zwischen festem Katalysator und gasförmigen Reaktanden bereitgestellt wird, andererseits aber auch der Druckabfall über den Reaktor hinweg nicht zu groß wird. Es sinkt sonst der Gasdurchsatz durch den Reaktor bzw. ist eine starke Kompression des Reaktionsgases er-

forderlich. Der in den Reaktor eingebrachte Katalysator soll in einem möglichst großem Anteil für die katalysierte Reaktion bereitstehen. Die Schüttung des Katalysators sollte daher keine zu hohe Dichte aufweisen, da sonst der Anteil des Katalysators, der in weiter innen liegenden Abschnitten der Katalysatorkörper angeordnet ist, und somit nicht für eine Katalyse der Reaktion zur Verfügung steht, zu stark ansteigt. Die Katalysatorkörper sollten also ein möglichst großes Verhältnis von Oberfläche des Katalysatorkörpers zu dessen Gewicht aufweisen. Schließlich müssen die Katalysatorkörper eine ausreichend hohe mechanische Stabilität aufweisen, sodass sie bei mechanischer Belastung nicht zerbrechen und zu einem feinteiligen Pulver bzw. Granulat zerfallen, welches die Strömungswege innerhalb der Katalysatorpackung verstopft und zu einem Anstieg des Druckabfalls führt. Die Katalysatorkörper müssen schließlich noch so geformt sein, dass sie beim Einfüllen in den Reaktor die gewünschte Schüttung ausbilden, d.h. die Katalysatorkörper dürfen sich beispielsweise nicht verkanten, sodass sich innerhalb des Reaktors keine größeren Hohlräume ausbilden, die nicht mit Katalysator gefüllt sind.

Neben einfachen Kugeln oder Granulaten sind daher eine ganze Reihe von Katalysatorkörpern entwickelt worden, die eine gleichmäßige Schüttung und eine möglichst große Oberfläche bereitstellen. Obwohl bereits eine große Formenvielfalt für Katalysatorkörper existiert ist jedoch noch immer Platz für Weiterentwicklungen.

Mit Katalysatoren bzw. Katalysatorkörpern gefüllte Reaktoren werden meist kontinuierlich über einen längeren Zeitraum von mehreren Monaten bis hin zu mehreren Jahren betrieben, sodass geringe Zugewinne in der Ausbeute bei der Herstellung der gewünschten Verbindungen bereits große wirtschaftliche Auswirkungen auf die Rentabilität der Anlage haben.

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Ebenso bedeutet ein, wenn auch geringer Zugewinn in der Stabilität der Katalysatorformkorper meist einen bedeutenden wirtschaftlichen Vorteil, da die Betriebszeit der Anlage verlängert werden kann und weniger Unterbrechungen des Herstellprozesses für eine Erneuerung der Katalysatorpackung erforderlich sind.

In der DE 39 35 073 wird ein Verfahren zur katalytischen Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Alkylaromaten bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Wasserdampf und Metall- oxidkatalysator-Formkorpern beschrieben. Die Formkorper weisen eine zahnradartige Gestalt mit mindestens drei Zahnen auf, wobei die folgenden Abmessungsverhaltnisse gelten:

(a) Das Verhältnis Kopfkreisdurchmesser (d ₂ ) : Fußkreisdurchmesser (di) betragt etwa 1,2 bis 2,5 : 1;

(b) Das Verhältnis von Luckenbreite am Zahnfuß (bi) : Zahnbreite (b ₂ ) an der Krone betragt 0,1 bis 0,9 : 1;

(c) Die Luckenbreite am Zahnfuß (bi) betragt mindestens 0, 1 mm.

In der DE 39 34 032 Al wird ein Warmeubertragungs- oder Fullkor- perelement beschrieben, mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Kernbereich, auf welchem in Längsrichtung verlaufende Vorsprunge mit einem T-formigen Querschnitt angeordnet sind.

In der DE 31 41 942 Al werden Katalysatorformkorper mit einer im Wesentlichen zylinderförmigen Gestalt beschrieben, mit mehreren Langsvertiefungen, die sich radial vom Zylinderumfang nach innen erstrecken und dazwischen liegende Erhebungen begrenzen, deren maximale Breite großer ist als diejenige der Vertiefungen.

In der DE 31 18 835 Al wird eine Katalysatorstruktur zur partiellen Oxidation von n-Butan zur Herstellung von Maleinsaurean- hydrid beschrieben. Die Katalysatoren weisen die Form einer Tab-

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lette auf, in deren Zentrum ein Loch oder eine Höhlung angeordnet ist.

In der DE 29 14 079 werden Austausch-Schüttkörper mit reaktivem Material beschrieben, die sich insbesondere für die Spurenstoff- anreicherung aus großen Wassermassen eignen. Die Schuttkörper weisen eine mechanisch stabile Außenkontur und eine vor mechani ^¬ schem Zugriff durch Nachbarkörper geschützte flüssigkeitszugängliche reaktive Oberfläche auf.

In der DE 27 19 543 A werden Keramikkörper zur Aufnahme eines Katalysators, insbesondere für die Umformung von Kohlenwasserstoffen, beschrieben. Der Keramikkörper weist die Form eines Rohres auf, in dessen innerem Hohlraum radial von der Längsachse nach außen verlaufende Stege angeordnet sind.

In der DE 24 25 058 werden Füllkörper aus Keramikmaterial beschrieben, welche die Form von Rohrabschnitten aufweisen. Die Rohrabschnitte weisen mehrere, zueinander parallel verlaufende Längskanäle auf. Dabei können mehrere Längskanäle um einen zentralen Längskanal angeordnet sein.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, einen Katalysatorkörper bereitzustellen, welcher die Herstellung einer möglichst homogenen Katalysatorschüttung ermöglicht, wobei eine möglichst große Oberfläche des Katalysatorkörpers bereitgestellt werden soll.

Diese Aufgabe wird mit einem Katalysatorkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß wird ein zylinderförmiger Katalysatorkörper bereitgestellt, welcher auf seiner Umfangsflache parallel zur Längsachse des Katalysatorkörpers verlaufende Rillen sowie zwi-

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sehen den Rillen verlaufende Stege aufweist. Der Katalysatorkör ^¬ per ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen und die zwischen den Rillen verlaufenden Stege in ihrem Querschnitt die Form eines Kreissegments aufweisen.

Durch die auf der Umfangsflache des Katalysatorkörpers vorgesehenen Rillen und Stege wird die Oberfläche des Katalysatorkörpers vergrößert, sodass bei gleicher Menge an Aktivmasse im Ver ^¬ gleich zu einer reinen Zylinderform auch eine größere Kontaktfläche zwischen Katalysator und gasförmigen Reaktionspartnern bereitgestellt wird. Dadurch lässt sich bei konstanter Katalysatormenge ein höherer Durchsatz der Reaktionspartner durch den Reaktor verwirklichen und als Folge auch eine Steigerung der Ausbeute pro Zeiteinheit. Die Rillen weisen in ihrem Querschnitt die Form eines .Kreissegments auf. Als Querschnitt wird dabei ein Schnitt senkrecht zur Längsachse des Katalysatorkörpers betrachtet. Durch die bogenförmige Ausgestaltung der Rillen werden Spannungskerben vermieden, die zu einem Bruch des Katalysatorkörpers führen können. Zwischen den Rillen verlaufen Stege, deren Querschnitt die Form eines Kreissegments aufweist. Durch die bogenförmige Ausgestaltung des Querschnitts der Stegoberfläche werden Kanten vermieden, die beispielsweise beim Einfüllen der Katalysatorkörper in den Reaktor brechen können. Bei dem erfindungsgemäßen Katalysatorkörper ist der Radius des Kreissegments der Stege unterschiedlich zum Radius des Kreissegments der Rillen gewählt. Die Katalysatorkörper können sich daher nicht in der Weise zusammenlagern, dass ein Steg eines Katalysatorkörpers in der Rille eines anderen Katalysatorkörpers zur Anlage kommt, wobei die korrespondierenden Flächen von Steg und Rille plan aneinander anliegen und eine Verringerung der zur Verfügung stehenden Katalysatoroberfläche bewirken. Ist der Radius des Querschnitts der Stege kleiner als der Radius der Rillen, können die Stege zwar in den Rillen zur Anlage kommen, die Flächen von Rille und Steg liegen jedoch nicht plan aufeinander. In der bevor-

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zugten Ausführungsform ist der Radius des Kreissegments der Stege größer als der Radius des Kreissegments der Rillen. Auf diese Weise können die Stege nicht in die Rillen eindringen und dort zur Anlage gelangen. Der Radius der Kreissegmente der Rillen ist bevorzugt zwischen 1 und 5 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 2 und 3 mm gewählt. Der Radius der Kreissegmente der Stege beträgt vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm, insbesondere bevorzugt zwi ^¬ schen 3 und 4 mm.

Bevorzugt weist der Katalysatorkörper einen zentralen Kanal auf, welcher sich entlang der Längsachse des Katalysatorkörpers erstreckt. Auf diese Weise kann die Oberfläche des Katalysatorkör ^¬ pers weiter vergrößert und die Dichte bzw. das Gewicht des Katalysatorkörpers weiter erniedrigt werden, ohne dass eine wesentliche Einbuße bei der Stabilität des Katalysatorkörpers hingenommen werden muss.

Der zentrale Kanal weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Katalysatorkörper Nebenkanäle auf, die parallel zur Längsachse, jedoch exzentrisch zu dieser verlaufen. Durch die Nebenkanäle wird eine weitere Vergrößerung der Oberfläche des Katalysatorkörpers erreicht und die Menge an aktivem Material, die zur Erzeugung des Katalysatorkörpers benötigt wird, weiter verringert.

Die Nebenkanäle weisen vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf.

Die Anzahl der Nebenkanäle ist vorzugsweise größer als 7, insbesondere bevorzugt größer als 8 gewählt und ist besonders bevorzugt gleich 9. Die Anzahl der Nebenkanäle wird vorzugsweise möglichst hoch gewählt, um die Oberfläche des Katalysatorkörpers möglichst groß ausgestalten zu können und den durch den Kataly-

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satorkörper verursachten Druckabfall möglichst gering zu halten. Andererseits muss ein Kompromiss mit der Stabilität des Katalysatorkörpers gefunden werden. Die Stege zwischen den Nebenkanälen bzw. zwischen dem zentralen Kanal und den Nebenkanälen müssen noch ausreichend breit sein, um die durch die Schüttung verursachte Last auf den einzelnen Katalysatorträger noch aufnehmen zu können.

Die Längsachsen der Nebenkanäle sind vorzugsweise auf einem Kreis bzw. einer Zylinderfläche angeordnet, dessen Mittelpunkt bzw. deren Achse von der Längsachse des Katalysatorkörpers gebildet ist. Der Katalysatorträger erhält dadurch eine im wesentlichen rotationssymmetrische Gestalt, wodurch ein höherer Grad der Freiheit in der Anordnung des Katalysatorkörpers in der Packung des Reaktors erreicht wird, d.h. die Homogenität der Packung des Katalysatorkörpers erhöht sich, wodurch ein gleichmäßiger Gasfluss durch die Reaktorpackung erreicht wird. Der Durchmesser des Kreises, auf welchem die Mittelpunkte bzw. Längsachsen der Nebenkanäle angeordnet sind, beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 20 mm, bevorzugt zwischen 12 und 16 mm.

Der Mittelpunkt des Kreissegments der Stege ist vorzugsweise auf der Längsachse des entsprechenden Nebenkanals angeordnet. Dadurch erhält der Steg, welcher die Nebenkanäle zur Außenseite des Katalysatorkörpers hin begrenzt, eine gleichmäßige Dicke, und die Kräfte, welche auf die Außenseite des Katalysatorkörpers wirken, können durch die Bogenform des Steges in den Katalysatorkörper eingeleitet werden, wodurch sich dessen Stabilität erhöht. Die Bogenform des Steges wird bei einer Ansicht auf die Stirnfläche des Katalysatorkörpers sichtbar.

Die im Katalysatorkörper angeordneten Nebenkanäle weisen bevorzugt einen geringeren Durchmesser auf als der zentrale Kanal. Der Durchmesser des zentralen Kanals kann relativ groß gewählt werden, um dadurch die Oberfläche des Katalysatorkörpers zu ver-

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großem und den durch den einzelnen Katalysatorkorper verursachten Druckabfall zu verkleinern. Der Durchmesser des zentralen Kanals wird dabei so gewählt, dass die zwischen zentralem Kanal und Nebenkanalen angeordneten Stege eine ausreichende Dicke aufweisen um die erforderliche Stabilität des Katalysatorkorpers zu gewahrleisten.

Der Durchmesser des zentralen Kanals ist vorzugsweise zwischen 4 und 8 mm gewählt. Der Durchmesser der Nebenkanale ist vorzugs ^¬ weise zwischen 1,5 und 3 mm gewählt. Die Starke der Stege, welche die Nebenkanale zur Außenseite des Katalysatorkorpers hin begrenzen bzw. die zwischen den Nebenkanalen oder zwischen den Nebenkanalen und dem zentralen Kanal angeordnet sind, ist vorzugsweise großer als 1 mm, bevorzugt großer als 1,5 mm und ins ^¬ besondere bevorzugt zwischen 1,6 und 4 mm gewählt.

Um eine möglichst gleichmaßige Schuttung der Katalysatorkorper im Reaktor zu erreichen, wird der erfindungsgemaße Katalysatorkorper bevorzugt so gestaltet, dass seine Ausdehnung in Richtung der Langsachse naherungsweise dem Durchmesser des Katalysatorkorpers senkrecht zur Langsachse entspricht. Vorzugsweise ist das Verhältnis von Durchmesser des Katalysatorkorpers zu seiner Langsausdehnung zwischen 0,9 und 1,5 gewählt. Der Durchmesser des Katalysatorkorpers ist vorzugsweise zwischen 15 mm und 30 mm gewählt, bevorzugt zwischen 18 und 25 mm und betragt insbesondere bevorzugt etwa 21 mm. Die Ausdehnung des Katalysatorkorpers in Richtung der Langsachse betragt vorzugsweise zwischen 15 mm und 30 mm, bevorzugt zwischen 18 mm und 25 mm, und betragt insbesondere bevorzugt etwa 16 mm.

Um eine möglichst lange Lebensdauer der Schuttung der Katalysatorkorper zu erreichen, müssen die Katalysatorkorper eine ausreichend hohe Festigkeit aufweisen. Dies kann zum einen durch den geometrischen Aufbau des Katalysatorkorpers und zum anderen durch die Festigkeit des Materials erreicht werden, aus welchem

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der Katalysatorkörper hergestellt ist. Vorzugsweise weist der Katalysatorkörper eine Seitendruckfestigkeit von mehr als 700 N auf. Die Seitendruckfestigkeit kann gemessen werden, indem die Kraft bestimmt wird, die mindestens erforderlich ist, um ein Bersten des Katalysatorkörpers zu bewirken, wenn dieser zwischen zwei plane Backen eingespannt wird, wobei die planen Flächen der Backen parallel zur Längsachse des Katalysatorkörpers angeordnet sind.

Der Katalysatorkörper eignet sich insbesondere für eine Verwendung bei der Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen. Bei einer Ausführung als Katalysator für die Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen ist der Katalysatorkörper vorzugsweise im Wesentlichen aufgebaut aus, jeweils berechnet als Metalloxid:

NiO 10 - 20 Gew.-% CaO 10 - 20 Gew.-% Al ₂ O ₃ ad 100 Gew.-%.

Der Katalysatorkörper kann geringe Mengen an Verunreinigungen enthalten. Vorzugsweise beträgt der Anteil an Na sowie SiO ₂ am Katalysatorkörper weniger als 0,05 Gew.-%.

Der erfindungsgemäße Katalysatorkörper lässt sich mit üblichen Verfahren herstellen, beispielsweise durch Extrudieren. Die Bestandteile des Katalysatorkörpers werden dabei zu einem feinen Pulver vermählen, dass vorzugsweise eine mittlere Korngröße D ₅ o von 5 bis 300 μm aufweist, ggf. mit einem Gleitmittel, wie Graphit oder einer langkettigen Fettsäure vermischt und dann, ggf. nach Anmischen mit Wasser, in die gewünschte Form überführt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des oben beschriebenen Katalysatorkörpers für die Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen.

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Die Erfindung wird im weiteren unter Bezugnahme auf eine beigefugte Figur naher erläutert. Diese zeigt:

Fig. 1: einen Querschnitt durch eine Ausfuhrungsform des er- findungsgemaßen Katalysatorkorpers .

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den erfindungsgemaßen Kata- lysatorkorper 1, senkrecht zur Langsachse 2 des Katalysatorkorpers 1 bzw. auf die Stirnflache des erfindungsgemaßen Katalysatorkorpers. Die äußere Umfangsflache 3 des Katalysatorkorpers 1 ist zusammengesetzt aus einer Abfolge von Rillen 4 und Stegen 5. Die Rillen 4 und Stege 5 bilden bei einer Ansicht auf den Querschnitt jeweils Kreissegmente aus, wobei der Radius 6 der Kreissegmente der Rillen 4 kleiner gewählt ist als der Radius 7 der Kreissegmente der Stege 5. Bei nebeneinander angeordneten Kata- lysatorkorpern können daher die Stege 5 des einen Katalysatorkorpers 1 nicht plan an der Oberflache der Rillen 4 des anderen Katalysatorkorpers anliegen. Entlang der Langsachse 2 des Katalysatorkorpers 1 verlauft ein zentraler Kanal 8. Um den zentralen Kanal 8 sind auf einem Kreis 9, dessen Mittelpunkt mit der Langsachse 2 des Katalysatorkorpers 1 zusammenfallt, in regelmäßigem Abstand neun Nebenkanale 10 angeordnet, welche parallel zum zentralen Kanal 8 verlaufen. Der Durchmesser 11 der Nebenkanale 10 ist geringer als der Durchmesser 12 des zentralen Kanals 8. Die Langsachse 13 der Nebenkanale 10 fallt dabei mit der Langsachse bzw. dem Mittelpunkt der Kreissegmente der zugeordneten Stege 5 zusammen, sodass die Nebenkanale zur Außenseite des Katalysatorkorpers 1 hin von einem bogenförmigen Steg 14 begrenzt werden, der eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist. Die Dicke der zwischen zwei Nebenkanalen 10 angeordneten Stege 15 entspricht dabei in etwa der Dicke der bogenförmigen Stege 14. Bei der gezeigten Ausfuhrungsform ist die Dicke der Stege 16, welche zwischen zentralem Kanal 8 und Nebenkanalen 10 angeordnet sind, großer gewählt als die Dicke der Stege 15, wel-

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che zwischen zwei Nebenkanälen 10 angeordnet sind. Der Durchmesser 17 des Katalysatorkörpers 1 entspricht in etwa der Längsausdehnung des Katalysatorkörpers in Richtung der Längsachse 2.

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Bezugs zeichenliste

Katalysatorkörper

Längsachse

Umfangsfläche

Rille

Steg

Radius

Radius zentraler Kanal

Kreis

Nebenkanal

Durchmesser

Durchmesser

Längsachse

Steg

Steg

Steg

Durchmesser