專利名稱：：用于催化的氣相反應的裝置和方法及其應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于催化氣相反應的改進的反應器和通過該反應器實施的方法，特別是涉及改進的氧化方法，如用于氨氧化的方法，其例如可以用作為在制備已內(nèi)酰胺或特別是制備硝酸時的組成成分。
背景技術(shù)：
：在實施催化的氣相反應時，在許多情況下釋放反應熱。通過所述反應熱在反應器內(nèi)引起的溫度升高可以是一危險源，特別是當用爆炸性原料混合物工作時。在放熱的氣相反應中釋放的熱量可以到達反應器的位于反應區(qū)域前的部分，例如通過經(jīng)由加熱的反應器壁的熱傳導、通過由于原料氣的沿逆流方向運動的渦旋的對流或通過熱輻射而達到。作為這種熱傳輸?shù)慕Y(jié)果，原料氣已經(jīng)在到達反應區(qū)域之前這樣強烈地得到加熱，即在到達這區(qū)域前已經(jīng)產(chǎn)生了不期望的副產(chǎn)物或未經(jīng)控制地運行的預反應的結(jié)果。對于以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)實施的放熱的氣相反應的例子是制備硝酸("HN(V，)。這在工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)中通常根據(jù)奧斯特瓦爾德法(Ostwald-Verfahren)通過在Pt/Rh-催化劑處的氨的催化氧化實現(xiàn)。在此NH3非常選擇性地氧化成NO，其然后在另一個工藝過程的運行中氧化成]\02，最后用水在吸收塔中轉(zhuǎn)變成HN03。Pt/Rh-催化劑構(gòu)造成薄的網(wǎng)，和在燃燒器中展開成寬的面。對于這種網(wǎng)的常用的尺寸在0.5-5m直徑的范圍內(nèi)。網(wǎng)充填物的厚度通常根據(jù)所使用的網(wǎng)數(shù)量為幾個毫米至最大為2厘米。網(wǎng)從氣體混合物典型地流過約8-12體積%的氨和空氣，在此在網(wǎng)處通過反應的放熱可調(diào)節(jié)溫度為約850陽950。C。6隨后，熱的原料氣在熱交換器中冷卻，在該熱交換器中產(chǎn)生蒸汽或加熱過程氣體。對于所選擇的大直徑催化劑幾何形狀的原因，在網(wǎng)的非常小的高度時是NH3-氧化由于NO的可能的連續(xù)反應一方面必須以非常小停留時間進行和另一方面流動通過網(wǎng)所造成的壓力損失以及網(wǎng)的機械載荷應盡可能小地保持。所以，在工業(yè)的HN03-生產(chǎn)時根據(jù)壓力區(qū)域以較小的線速度在大氣條件的情況下以在約0.4-1.0m/s的范圍內(nèi)的線速度流過網(wǎng)，在3-7barabs的范圍的中等壓力燃燒時以在約1-3m/s的線速度流過網(wǎng)，并且在8-12barabs的范圍的高壓力燃燒時以在約2-4m/s范圍內(nèi)的線速度流過網(wǎng)，在此速度表示為用于通過反應熱加熱的氣體的空塔速度。此外，如果太快地流過，在Pt/Rh-網(wǎng)上的反應可通過流入的氣體流的冷卻作用而停止("吹熄滅，，現(xiàn)象)。對于氨-空氣-混合物的流入速度的下限是通過可能的熱的氨燃燒的火焰速度標記，以致于在催化劑上點燃的反應的火焰沖擊在任何情況下在催化床前的自由的氣體室中消除。除了經(jīng)典的網(wǎng)狀催化劑外在科學和專利文獻中也描述了使用基于過渡金屬氧化物的非貴金屬-催化劑用于氨氧化。這可以或者單獨使用或者與Pt/Rh-網(wǎng)組合使用。這方面的概況例如在Sadykovetal.《催化劑應用概論A(Appl.Catal.GeneralA)》:204(2000)第59-87頁中找到。應用非貴金屬催化劑的動力是節(jié)省貴金屬，特別是節(jié)省鉑。亦即在氨氧化時消耗貴金屬催化劑并且這樣必須根據(jù)網(wǎng)的載荷在約三個月至一年的間隔內(nèi)更換，這造成了很高的成本。通?；谶^渡金屬氧化物的催化劑也如Pt/Rh-網(wǎng)狀催化劑那樣以較低的流入速度流過。因此在這里特別必需的是，為了不再熄滅一次在催化劑所點燃的氨氧化。基于過渡金屬氧化物的催化劑通常比貴金屬催化劑不活潑并且與貴金屬催化劑比較具有高得多的起動溫度而且具有更高的熄滅溫度。在WO-A-99/25,650中描述了一種措施，如通過使用非常精細顆粒的安裝所謂的燃粒管("燃料管")中的催化劑片，其可降低"熄滅"溫度，而在此不能進一步增加壓力損失。在此在氨的催化氧化時總是存在的問題是，即氨在與實際的氧化催化劑接觸前例如在熱的管壁處點燃氨并且在此未選擇地燃燒成N2和H20或還有N20。在EP-A-1，028，089中描述的是，通過氨燃燒的再輻射到分配器內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，用于輸入NH3/空氣混合物可用于加熱這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由此一部生成的NH3在這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表面上氧化成N20。NH3-提前點火的問題特別在技術(shù)上重要的、高的8-12體積％的NH3濃度時是具有意義的，因為在此通過反應的放熱本身可維持燃燒并且甚至加強燃燒。除了本來的點燃溫度，也就是臨界的表面溫度外，在該表面溫度之上可出現(xiàn)NHr分解物，因此將由NHr分解物自由給出的熱量排出具有極為重要的意義。加載有氨的氣體流通過表面流動得越快(冷卻效應)和氣體流越冷，這種排出就越好。此外，在與催化劑的接觸前縮短了原料氣流的停留時間并且從而縮短了可能的未選擇的預反應的反應時間。在通過Pt/Rh網(wǎng)進行氨的氧化進行工業(yè)制備HN03時，高活性的Pt/Rh-催化劑的低的起動溫度使得較小的約200。C的入口溫度成為可能。以這種方式氨盡管流入速度低，預點火而沒有用于工業(yè)實現(xiàn)該方法的障礙。然而在使用具有較小催化活性的催化劑時必須在原料氣混合物的更高的溫度下(預加熱)工作或具有較小的流入速度或優(yōu)選具有兩種措施的組合。在這些條件下增大氨預點燃的風險。用與鉑網(wǎng)比較具有催化劑床的較小的橫截面和較大深度的蜂窩狀催化劑的試驗現(xiàn)已表明的是，形成所期望的NOx的選擇性在原料氣混合物的較小的流入速度時只是非常小的。從而這樣的方法的經(jīng)濟就成為問題。這種效應理論上通過提高原料氣混合物的流入速度而可補償。然而在實際中流入速度的提高具有限制，因為出現(xiàn)過度地加大壓力損失并且此外可能只能實現(xiàn)氨的不完全燃燒。在其他的工業(yè)運行的放熱的氣相反應時，如其他的氧化反應作為氨氧化、環(huán)氧樹脂化或碳氫化合物的自由基的囟化原則上存在有相同的問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于催化的放熱的氣相反應的反應器和方法，在該反應器和方法中減小所使用的原料氣或原料氣混合物的預點燃或不期望的副反應的運行的風險。本發(fā)明涉及一種用于催化的、放熱的通過將原料氣轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品氣體的氣相反應的反應器，在原料氣的流動方向上看，一入口區(qū)域1、至少一個含有催化劑4的反應區(qū)域2和用于產(chǎn)品氣體的出口區(qū)域3，其中在入口區(qū)域1的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域1和反應區(qū)域2的范圍內(nèi)設(shè)有用于減少熱量從反應區(qū)域2傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域1的組件，和/或其中反應器的內(nèi)壁在入口區(qū)域1的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域1和反應區(qū)域2的范圍內(nèi)由惰性材料制成。原料氣通過入口區(qū)域1輸入到反應器中并且然后流過催化劑4處在其中的反應區(qū)域2。在那里原料氣完全地或部分地在放熱反應時在形成產(chǎn)品氣體的情況下反應，隨后產(chǎn)品氣體通過出口區(qū)域3離開反應器。由于在反應區(qū)域2中所生成的熱量而具有這種風險，即所述熱量通過管道、對流和/或輻射至少部分地以相對于原料氣的逆流地輸送到入口區(qū)域1中并且在那里以不可接受的方式加熱原料氣或在入口區(qū)域l中的反應器壁的表面。為了阻止這種情況或至少使得這種情況變得困難，根據(jù)本發(fā)明在本發(fā)明的第一實施方式中，在入口區(qū)域1的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域1和反應區(qū)域2的范圍內(nèi)設(shè)有用于減少熱量從反應區(qū)域2傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域1中的組件。在本發(fā)明的另一個實施方式中，在入口區(qū)域1的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域1和反應區(qū)域2的范圍內(nèi)的反應器內(nèi)壁由惰性材料構(gòu)成。這個實9施方案阻止原料氣在反應器內(nèi)壁上的催化轉(zhuǎn)變或使得原料氣在反應器內(nèi)壁上的催化轉(zhuǎn)變變得困難。對于術(shù)語"惰性材料，，在本發(fā)明的范疇中應理解為以下這種材料，即所述材料在入口區(qū)域所具有溫度在原料氣中或在入口區(qū)域的內(nèi)壁的表面處的溫度下不發(fā)生不期望的副反應。這種材料附加地可減少熱量從反應區(qū)域2傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域1中。優(yōu)選的實施方案是惰性的和絕熱的材料。惰性材料覆蓋反應器內(nèi)壁。這例如安裝在反應器內(nèi)壁上或以在反應器中的套筒的形式存在或反應器內(nèi)壁由惰性材料構(gòu)成。對于惰性材料的例子是陶瓷、特別是密閉燒結(jié)的陶瓷，并且此外還有石英玻璃、耐火粘土、琺瑯以及具有拋光表面的金屬。作為用于減少熱量從反應區(qū)域2傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域1的組件可以使用不同的溶液配方。在一個實施方式中，在入口區(qū)域1的范圍或在入口區(qū)域1和反應區(qū)域2的范圍內(nèi)設(shè)有一隔熱套6，其相對于反應器外套5隔絕反應器的內(nèi)室。這種隔熱套6基本上以兩種方式起作用。沿著可良好傳導熱的反應器外套5從反應區(qū)域2到達入口區(qū)域1的熱量只能困難地通過差的導熱的隔熱套6而輸送到朝向原料氣的表面上。此外沿著隔熱套6從反應區(qū)域2到入口區(qū)域1上的直接的熱傳導由于隔熱套6的低的導熱性而減少。在第二實施方案中，在入口區(qū)域1的范圍或在入口區(qū)域1和反應區(qū)域2的范圍內(nèi)設(shè)有一個用來導引通過冷卻介質(zhì)的裝置。該裝置部分地接收在反應區(qū)域2中生成的熱量，以致于不再提供向入口區(qū)域l熱傳輸?shù)臒崃?，?或以致于熱量在入口區(qū)域l的位置處導入原料氣，在入口區(qū)域中原料氣還是這樣的冷，使得通過冷卻介質(zhì)的導入所引起的溫度升高是不關(guān)鍵的；或者冷卻介質(zhì)這樣強烈地冷卻與反應區(qū)域2相鄰的入口區(qū)域1，使得入口區(qū)域1的溫度盡管由反應區(qū)域2所導入的熱量但是還是保持在非關(guān)鍵的范圍。特別特選的是反應器還是具有兩種措施的組合。10在另一個優(yōu)選的實施方案中，在根據(jù)本發(fā)明的反應器中在入口區(qū)域l的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域l和反應區(qū)域2的范圍內(nèi)設(shè)有用于減少熱量從反應區(qū)域2傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域1上的組件，并且反應器的內(nèi)壁在入口區(qū)域1的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域1和反應區(qū)域2的范圍內(nèi)由惰性材料構(gòu)成。本發(fā)明還涉及一種用于在使用上述反應器的情況下實施催化的放熱的氣相反應的方法。該方法包括以下措施i)將原料氣導入到反應器的入口區(qū)域1，ii)在原料氣在反應區(qū)域4中在放熱的反應時完全地或部分地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的條件下將原料氣輸送至含有催化劑(4)的反應區(qū)域(2)，iii)通過一出口區(qū)域(3)將已轉(zhuǎn)變的原料氣從反應器輸出，和iv)提供用于減少反應熱量從反應區(qū)域(2)傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域(1)的組件和/或應用一個其內(nèi)壁在入口區(qū)域(1)的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)由惰性材料構(gòu)成的反應器。作為原料氣可以使用不同的氣體或優(yōu)選使用氣體混合物。這種氣體或氣體混合物的性質(zhì)不是關(guān)鍵的，只要其涉及原料氣或原料氣混合物，其在根據(jù)本發(fā)明的反應器中在氣相中在放熱反應時都能夠催化地轉(zhuǎn)變。對于能夠在根據(jù)本發(fā)明的反應器中實施的化學反應的例子是所有類型的氧化反應或其他的放熱的自由基的氣相反應，如卣化反應。優(yōu)選地根據(jù)本發(fā)明的反應用于氨的氧化，特別是用于制備已內(nèi)酰胺和硝酸。同樣優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的反應器用于實施安德盧梭-反應(Andrussow-Reaktion)，特別是用于由氨、氧和碳氫化合物優(yōu)選為曱烷制備氰氫。在以下的描述中，用于制備硝酸的氨氧化例如更清楚地是作為模型反應更詳細地描述。如上所述，原則上根據(jù)本發(fā)明的反應器和方法也適用其他反應。的催化劑。這可以例如以純粹的形式或被承載地作為完全催化劑使用。也可以應用所有常用的催化劑幾何形狀，例如片、顆粒、壓出物或粉末以散料堆、包裝、網(wǎng)或其他的形式，如以整塊的蜂窩體的形式。在此，根據(jù)本發(fā)明特別地能夠使用含過渡金屬氧化物的催化劑，如其在《催化劑應用概論A》:204(2000)第59-87頁、在US-A-5，690，900中或在EP-A-946，290中所描述的那樣。特別合適的是含鈷的催化劑。作為結(jié)構(gòu)類型特別是鈣鈦礦(Perowskite)為優(yōu)選的。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明蜂窩形狀的催化劑用于氨氧化。這例如可作為蜂窩形狀的完全催化劑存在或以蜂窩形狀的載體的形式攜帶，在該載體上和/或在該載體中裝入催化的活性的材料。特別優(yōu)選地使用催化劑，例如以散料堆、包裝或蜂窩的形式，其以流動方向看具有至少3cm，優(yōu)選為至少5cm，特別優(yōu)選為至少10cm和完全特別優(yōu)選為10-200cm的深度。以下的實施例和附圖解釋本發(fā)明但并不限制本發(fā)明。附圖示出圖1:以縱剖視圖示出根據(jù)本發(fā)明的裝置；圖2:以縱剖視圖示出另一個根據(jù)本發(fā)明的裝置；圖3:以縱剖視圖示出另一個根據(jù)本發(fā)明的裝置；圖4:以縱剖視圖示出另一個根據(jù)本發(fā)明的裝置；圖5:以縱剖視圖示出另一個根據(jù)本發(fā)明的裝置；圖6:以縱剖視圖示出根據(jù)本發(fā)明的改型的氨氧化反應器；圖7:以縱剖視圖的形式示出另一個根據(jù)本發(fā)明的裝置。這些附圖在以下的實施例中詳細描述。具體實施方式實施例1在圖1中根據(jù)本發(fā)明的氨氧化裝置解釋了本發(fā)明的原理上的特征。氨氧化裝置可分成三個區(qū)域，即入口區(qū)域l、反應區(qū)域2和出口區(qū)域3。含氨/氧的氣體混合物以下稱為"原料氣混合物，，導入到入口區(qū)域1中并且在緊接的反應區(qū)域2中遇到氨氧化催化劑4。隨后，氧化反應的產(chǎn)品混合物通過出口區(qū)域3離開反應區(qū)域2。在圖1中所示出的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的裝置的所有三個區(qū)域l，2，3都被外套5包圍，該外套附加地為用于催化劑4以及用于隔熱套6的載體。外套5本身可以是壓力容器的壁，或可選擇地外套可安裝在一個腔室中，該腔室本身又被在圖1中未圖示出的壓力外套包圍。隔熱套6用于入口區(qū)域1和反應區(qū)域2的熱去耦，該隔熱套由絕熱的和氣密的材料制成。隔熱套6阻止由于熱傳導通過反應區(qū)域2的外套5到達入口區(qū)域1中的熱量而傳送到原料氣混合物中或使得熱量傳送到原料氣混合物變得困難。由于反應熱量從反應區(qū)域2的熱傳導，在入口區(qū)域中的外套5的部分雖然是熱的，但是熱量向原料氣混合物的傳導由于絕熱的隔熱套6受到強烈地阻止。因為隔熱套6僅僅較小地熱傳導，隔熱套也阻止沿著隔熱套6從反應區(qū)域2向入口區(qū)域1的直接的熱輸送或使得沿著隔熱套6從反應區(qū)域2向入口區(qū)域1的直接的熱輸送變得困難。通過合適地選擇材料和隔熱套6的厚度使隔熱套6的朝向原料氣混合物的壁的溫度保持在原料氣混合物的點火-或反應溫度以下，并且阻止不期望的過早的反應。實施例2在圖2中示出了與在圖1中的類似的裝置。處理在入口區(qū)域l和反應區(qū)域2之間的熱去耦的實現(xiàn)，類似于實施例1的裝置的實施方式。在這個氨氧化裝置中也有入口區(qū)域1、反應區(qū)域2和出口區(qū)域3。含氨/氧的氣體混合物導入到入口區(qū)域1中。此后該混合物在反應區(qū)域2中遇到氨氧化催化劑4。隨后氧化反應的產(chǎn)品混合物通過出口13區(qū)域3而離開反應區(qū)域2。所有三個區(qū)域的外套5都保持有催化劑4。外套5本身可以是壓力容器的壁，或可選擇地該外套可以安裝在一個腔室中，該外套本身又被一壓力外套包圍(在此未圖示出)。在入口區(qū)域1和反應區(qū)域2的高度上，外套5構(gòu)造成雙壁的。在反應區(qū)域2的高度上的雙壁的端部上設(shè)置用于冷卻介質(zhì)的入口7,其與原料氣混合物、在反應器中所期望的反應、催化劑4和產(chǎn)品氣體混合物是相容的。對于在硝酸設(shè)備中的使用，例如空氣可用作為合適的冷卻介質(zhì)。冷卻介質(zhì)在雙壁中流過室9，并且由此冷卻外套5的內(nèi)壁。這樣就可實現(xiàn)反應區(qū)域2與入口區(qū)域1的熱去耦，因為由于熱傳導通過反應區(qū)域2的外套5到達入口區(qū)域1的熱量傳遞到冷卻介質(zhì)中。通過在入口區(qū)域1的高度上的雙壁的末端上的多個小孔10冷卻介質(zhì)進入到入口區(qū)域1中并且與原料氣混合物混合。通過合適地選擇入口7和孔10的間距，以及通過合適地選擇冷卻介質(zhì)的種類、量、流速和入口溫度可以將在原料氣混合物中和在外套5的內(nèi)表面處的溫度控制在原料氣混合物的點火或反應溫度以下并且阻止不期望的過早的反應。實施例3在圖3中示出一個根據(jù)本發(fā)明的裝置，其允許在入口區(qū)域和反應區(qū)域之間的特別有效的熱去耦。在這個氨氧化裝置中也有入口區(qū)域1、反應區(qū)域2和出口區(qū)域3。含氨/氧的氣體混合物導入到入口區(qū)域1中。此后該混合物在反應區(qū)域2中遇到氨氧化催化劑。隨后氧化反應的產(chǎn)品混合物通過出口區(qū)域3而離開反應區(qū)域2。所有三個區(qū)域的外套5都保持催化劑4和隔熱套6。外套5本身可以是壓力容器的壁，或可選擇地外套5可以安裝在一個腔室中，該腔室本身又被一壓力外套包圍(在此未圖示出)。在入口區(qū)域和反應區(qū)域l，2的高度上，外套5構(gòu)造成雙壁的。在那里也安裝用于冷卻介質(zhì)的接口7a，7b。合適的冷卻介質(zhì)例如是水或空氣。冷卻介質(zhì)可以沿原料氣混合物的流動方向或逆著原料氣混合物的流動方向流動。不僅隔熱套6而且用冷卻介質(zhì)對在外套5的雙壁之間的腔室9的裝載用于反應區(qū)域2與入口區(qū)域l熱去耦。由隔熱材料構(gòu)成的且在反應區(qū)域2和入口區(qū)域1的高度上覆蓋外套5的隔熱套6阻止，由于熱傳導通過外套5從反應區(qū)域2到達入口區(qū)域1中的熱量傳輸?shù)皆蠚饣旌衔镏小Ｒ驗楦魺崽?只較小地導熱，所以隔熱套6阻止沿著隔熱套6從反應區(qū)域2到入口區(qū)域1的直接的熱傳輸或使得沿著隔熱套6從反應區(qū)域2到入口區(qū)域1的直接的熱傳輸變得困難。冷卻介質(zhì)流動通過在外套5的雙壁中的室9而流動和由此冷卻外套5的內(nèi)壁。這樣就實現(xiàn)反應區(qū)域2與入口區(qū)域1的另一種熱去耦，因為通過外套5通過熱傳導從反應區(qū)域2到達入口區(qū)域1中的熱量傳遞到冷卻介質(zhì)中。冷卻劑在流過雙壁后通過接口7a，7b其中之一又從在雙壁之間的腔室9流出。由此，隔熱套6的作用通過由冷卻劑冷卻而獲得支持。通過合適地選擇隔熱材料和它的厚度以及合適選擇地冷卻劑使得隔熱套6的朝向原料氣混合物的壁的溫度保持在原料氣混合物的點火溫度或反應溫度以下，并且阻止不期望的過早的反應。實施例4在圖4中示出的是如在圖2中類似的裝置。在此在入口區(qū)域l和反應區(qū)域2之間的熱去耦通過入口區(qū)域的冷卻實現(xiàn)。在這個氨氧化裝置中也存在入口區(qū)域1、反應區(qū)域2和出口區(qū)域3。含氨-/氧的氣體混合物導入到入口區(qū)域1中。此后，該混合物在反應區(qū)域2中遇到氨氧化催化劑4。隨后氧化反應的產(chǎn)品混合物通過出口區(qū)域3離開反應區(qū)域2。所有三個區(qū)域的外套5都保持催化劑4。外套5本身可以是壓力容器的壁，或者可選擇地外套可以安裝在一個腔室中，其本身又由壓力外套包圍(在此未圖示出)。在入口區(qū)域1的高度上外套5構(gòu)造成雙壁的。在反應區(qū)域2的附近中的雙壁的末端安裝一個用于冷卻介質(zhì)的入口7，其與原料氣混合物、在反應器中所期望的反應、催化劑4和產(chǎn)品氣體混合物是相容的。對于在硝酸設(shè)備中的使用，例如可使用空氣作為合適的冷卻介質(zhì)。冷卻介質(zhì)流過在雙壁中的腔室9并且由此在入口區(qū)域1的高度中冷卻外套5的內(nèi)壁。這樣實現(xiàn)入口區(qū)域1與反應區(qū)域2的熱去耦，因為由于通過外套5的熱傳導從反應區(qū)域2到達入口區(qū)域1的熱量傳遞到冷卻介質(zhì)中。冷卻介質(zhì)通過多個在雙壁的位于與原料氣的流動方向相反的末端上的小孔10流入到入口區(qū)域1中并且與原料氣混合物混合。通過合適地選擇入口7和孔10的距離以及通過合適地選擇冷卻劑的種類、量、流動速度和入口溫度可將在原料氣混合物中的和在外套5的內(nèi)表面的溫度控制在原料氣混合物的點火溫度或反應溫度以下，并且阻止不期望的過早的反應。實施例5在圖中示出如在圖3中類似的裝置。然而在此隔熱套6僅僅在入口區(qū)域l的高度中延伸。在這種氨氧化裝置中也存在入口區(qū)域1、反應區(qū)域2和出口區(qū)域3。含氨/氧的氣體混合物導入到入口區(qū)域1中。此后該混合物在反應區(qū)域2中遇到氨氧化催化劑。隨后氧化反應的產(chǎn)品混合物通過出口區(qū)域3離開反應區(qū)域2。所有三個區(qū)域的外套都保持催化劑4和隔熱套6。隔熱套5本身可以是壓力容器的壁，或者可選擇地外套5可以安裝在一個腔室中，其本身又被壓力外套包圍(在此未圖示出)。在入口區(qū)域1和反應區(qū)域2的高度中，外套5構(gòu)造成雙壁的。在此也安裝用于冷卻介質(zhì)的接口7a，7b。冷卻劑可以沿原料氣混合物的方向或逆著原料氣混合物的方向流動。不僅隔熱套6而且用冷卻介質(zhì)對在外套5的雙壁中的腔室9的裝載用于反應區(qū)域2與入口區(qū)域1熱去耦。由絕熱的材料構(gòu)成的且在入口區(qū)域1的高度中覆蓋外套的隔熱套6阻止由于通過外套5的熱傳導從反應區(qū)域2到達入口區(qū)域1的熱量傳遞到原料氣混合物中。因為隔熱套僅僅較小地導熱，所以隔熱套6阻止沿著隔熱套6從反應區(qū)域2向入口區(qū)域1的直接的熱傳輸或使得沿著隔熱套6從反應區(qū)域2向入口區(qū)域l的直接的熱傳輸也變得困難。冷卻介質(zhì)流動通過在外套5的雙壁中的室9并且由此冷卻外套5的內(nèi)壁。這樣實現(xiàn)了反應區(qū)域2與入口區(qū)域1的熱去耦，因為通過外套5的熱傳導從反應區(qū)域2到達入口區(qū)域中的熱量傳遞到冷卻介質(zhì)中。冷卻介質(zhì)在流過雙壁之后通過接口7a，7b其中之一從在雙壁中的腔室9又力充出。隔熱套6的作用通過冷卻介質(zhì)的冷卻而得到支持。通過合適地選擇隔熱材料和它的厚度以及冷卻介質(zhì)將隔熱套的朝向原料氣混合的壁的溫度保持在原料氣混合物的點火溫度或反應溫度以下，并且阻止了不期望的過早的反應。實施例6這個實施方案主要適合于，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氨氧化反應器的現(xiàn)有的外套。在圖6中示出的根據(jù)本發(fā)明的氨氧化反應器。含氧和氨的混合物通過接管而流入到所述裝置中。該混合物通過氨氧化催化劑4而導入，所述氨氧化催化劑在此蜂窩狀地構(gòu)成或位于蜂窩狀的載體上和/或位于蜂窩狀的載體中。在此氨通過反應將一部分在原料混合物中的氧氣轉(zhuǎn)變成氧化氮。通過放熱的反應使得在處于反應區(qū)域2中的氨氧化催化劑4中發(fā)生溫度升高。熱的產(chǎn)品混合物通過孔13在氨氧化催化劑4的后部進入到腔室3中，其為出口區(qū)域。緊接在這個腔室之后，熱的產(chǎn)品氣體導入到在此未圖示出的燃氣輪機或一個或多個在此未圖示出的熱交換器中，用于回收能量或用于過程熱量17的其他的應用。為了實現(xiàn)原料輸入側(cè)與反應區(qū)域2的熱去耦，將氨氧化催化劑4裝入到由耐高溫的絕熱材料，例如由陶瓷或石英制成的套筒14中。由此阻止含氨和氧的原料氣混合物的可能的提前點火。在此氨氧化催化劑松散地處于套筒14中和被擱在支承圏15上，并且-在多組分的催化劑4時-被擱在多個未圖示出的由耐高溫的材料、如陶瓷或石英玻璃制成的支柱上。支承圈15阻止可能的氣體旁路。支柱(假如安裝的話)這樣地構(gòu)造，使得其只是堵住流動橫截面的不重要的部份。為了支持和保護套筒14，其用由耐高溫的材料制成的金屬套筒16包圍。金屬套筒16的下端部具有唇邊17，其支承所述支柱或支承圏15和從而間接地也支承催化劑4。在金屬套筒16的下端部上安裝一柵板18，產(chǎn)品氣體通過該柵板從氨氧化催化劑4流入到腔室3中。柵板18用于金屬套筒16的機械穩(wěn)定和支承可能的支柱(Sttitzbalken)。對于氨氧化催化劑4不只由一部分構(gòu)成而是由多個部分構(gòu)成的情況，在此柵板18用于通過支柱而支承單個的部分。假如套筒14可能以不可預測的方式斷裂，例如由于熱栽荷，那么還阻止金屬套筒16、邊緣17和柵板18從套筒14和氨氧化催化劑4落入到腔室3中。套筒14和金屬套筒16通過螺栓和螺母19與氨氧化反應器的壓力外套20相連接。壓力室朝外通過一個安裝在容器上的壓力法蘭23而封閉。為了更換催化劑，通過松開螺栓連接而去除接管12。隨后松開螺母或螺栓19并且將金屬套筒16和陶瓷或石英玻璃套筒14連同氨氧化催化劑4從反應器中移除。為了將設(shè)備停止狀態(tài)的持續(xù)時間減至最少(也相對于傳統(tǒng)的氨氧化反應器)，在停止狀態(tài)前提供的由金屬套筒16和陶瓷-或石英玻璃套筒14以及新的氨氧化催化劑4構(gòu)成的第二單元立即安裝在反應器中。為了在需要時在運行期間支持氨氧化反應，氨氧化催化劑4可通過點火噴槍25加熱或活化。點火噴槍25包括一個薄的將氫導入到氨氧化反應器中的管和在點火噴槍的開口末端處可將氫氣流點燃的裝置。在氨氧化反應器的彎管中安裝的視孔玻璃26用于點火過程的控制和氨氧化催化劑4在運行期間的狀態(tài)的檢查。控制可人工地用肉眼觀察或借助于相應的測量裝置如光度計進行。為了在氨氧化催化劑4后的腔室3中減輕在壓力容器的壁的材料上的溫度載荷，該壁設(shè)有在內(nèi)側(cè)安裝的散熱管冷卻裝置27。水或其他的冷卻介質(zhì)流過散熱壁的管。實施例7根據(jù)本發(fā)明的氨氧化反應器的在圖7中示出的構(gòu)造在此特別好地適合于裝備用于制備NO的新的裝置，因為不必再匹配已有的熱回收裝置、如蒸汽鍋爐的直徑。與實施例6的反應器的原理上的區(qū)別在于，散熱壁27緊靠在金屬套管16上并且從而在不再需要匹配后接的裝置的通常較大的直徑。在該實施方案中所后接的裝置可與氨氧化反應器匹配。作為金屬套筒16用于所示出的懸掛的替代方案，可以設(shè)置用于支承催化劑4的金屬邊緣17直接安裝在散熱壁27上，而不是安裝在金屬套筒16上。這對結(jié)構(gòu)的機械穩(wěn)定性起有利的作用。其余的在圖7示出的元件相應于圖6的元件。在此涉及孔13、支承圏15、柵板18、螺栓和螺母19、壓力外套20、點火噴槍25和視孔玻璃26。對比實施例8a-8c和才艮據(jù)本發(fā)明的實施例8d在過渡金屬氧化物-蜂窩催化劑用于NH3-氧化的測試時，在其中進行試驗，不同于其他的常用的催化劑尺寸，在比較大的催化劑床的深度5cm時聚焦于在較小的流入面上的流入，在試驗反應器中在大氣條件下在1.0m/s的線速度時發(fā)現(xiàn)關(guān)于NOx的形成的僅僅微小的選擇性。線速度提高至2.0m/s也只導致NOx-選擇性的不足夠的改進。在下表中示出結(jié)果。<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>試驗的實施完全蜂窩狀催化劑(200csi，長5cm，直徑1.8cm)由LaCo03畫鈣鈦礦構(gòu)成，其在由優(yōu)質(zhì)鋼或由石英玻璃制成的管形反應器中使用，以由在空氣中含10%或1%氨構(gòu)成的混合物流過完全蜂窩狀催化劑。反應器管定位在管式爐中，借助于它的幫助能夠補償可能的熱量損失。溫度調(diào)節(jié)通過熱電偶而進行，其設(shè)置在催化劑蜂窩下部(出口側(cè))約0.5cm處。出口溫度統(tǒng)一為900°C。流入-和流出的氣體流的組成成分借助于具有氣室(Gasktivette)的FTIR-分析儀(Avatar型Nicolet公司)進行檢驗。從而在表l中在試驗8a-8c所示出的結(jié)果可以解釋，所輸入的NH3的重要的份額在進入催化劑區(qū)域前分解成N2和1120，如通過相應的實驗在空的反應器管中得到確認。在此在從外部加熱的反應管中在沒有蜂窩催化劑時在l.Om/s的線速度時實現(xiàn)NH3的完全轉(zhuǎn)變，其基本上導致形成N2和H20。假如根據(jù)實施例8c的試驗在由石英玻璃制成的反應器中實施，該反應器是隔熱器和是同樣也是惰性的，因此意外地發(fā)現(xiàn)，極大地提高NOx-選擇性(參見根據(jù)本發(fā)明的實施例8d)。權(quán)利要求1.一種用于催化的放熱的通過原料氣轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品氣體的氣相反應的反應器，沿原料氣的流動方向看，所述反應器包括入口區(qū)域(1)、至少一個含有催化劑(4)的反應區(qū)域(2)和用于產(chǎn)品氣體的出口區(qū)域(3)，其中在入口區(qū)域(1)的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)設(shè)有用于減少熱量從反應區(qū)域(2)傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域(1)的組件，和/或其中反應器的內(nèi)壁在入口區(qū)域(1)的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)由惰性材料制成。2.根據(jù)權(quán)利要求l的反應器，其特征在于，所述用于減少熱量從反應區(qū)域(2)傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域(1)中的組件設(shè)置在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求l的反應器，其特征在于，在入口區(qū)域(l)的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)設(shè)有用于減少熱量從反應區(qū)域(2)傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域(1)的組件，并且反應器的內(nèi)壁在入口區(qū)域(1)的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)由惰性材料構(gòu)成。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的反應器，其特征在于，設(shè)有至少一個隔熱套(6)作為用于減少熱量從反應區(qū)域(2)傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域(1)中的組件，該隔熱套在入口區(qū)域(1)的高度上或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的高度上相對于反應器外套(5)隔絕反應器的內(nèi)室。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的反應器，其特征在于，在入口區(qū)域(l)的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)設(shè)有至少一個用于輸送冷卻介質(zhì)的裝置，作為用于減少熱量從反應器區(qū)域(2)傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域(1)中的組件。6.根據(jù)權(quán)利要求5的反應器，其特征在于，所述用于輸送冷卻介質(zhì)的裝置位于反應器外套(9)中或位于反應器外套(9)的內(nèi)壁處。7.根據(jù)權(quán)利要求4或5的反應器，其特征在于，作為用于減少熱量從反應區(qū)域(2)傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域(1)的組件設(shè)有至少一個隔熱套(6)，該隔熱套在入口區(qū)域(1)的高度上或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的高度上相對于反應器外套(5)隔絕反應器的內(nèi)室，并且在入口區(qū)域(1)的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)設(shè)置至少一個用于輸送冷卻介質(zhì)的裝置。8.根據(jù)權(quán)利要求l的反應器，其特征在于，入口區(qū)域(l)、反應區(qū)域(2)和出口區(qū)域(3)被一反應器外套(5)包圍，該反應器外套附加地是用于催化劑(4)以及用于一隔熱套(6)的載體，所述隔熱套在至少一部分入口區(qū)域(1)的范圍內(nèi)或在反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)和至少一部分入口區(qū)域(l)的范圍內(nèi)將反應器的內(nèi)室與反應器外套(5)絕熱地隔絕，并且從而阻礙熱量從反應區(qū)域(2)傳輸?shù)皆谌肟趨^(qū)域(1)中的原料氣。9.根據(jù)權(quán)利要求l的反應器，其特征在于，入口區(qū)域(l)、反應區(qū)域(2)和出口區(qū)域(3)由一個在入口區(qū)域(1)的高度上或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的高度上構(gòu)造成雙壁的反應器外套(5)包圍，并且在所述雙壁的反應器外套的至少一個末端上設(shè)有一個接口(7)，用于將冷卻介質(zhì)導入到通過雙壁的反應器外套構(gòu)成的腔室(9)中，以便冷卻反應器外套(5)的內(nèi)壁。10.根據(jù)權(quán)利要求9的反應器，其特征在于，在雙壁的反應器外套(5)的內(nèi)壁中設(shè)有至少一個孔(10),冷卻介質(zhì)通過該孔流入到入口區(qū)域(l)中并且與原料氣混合。11.根據(jù)權(quán)利要求9的反應器，其特征在于，在雙壁的反應器外套上設(shè)有用于導入和導出冷卻介質(zhì)的接口(7a，7b)。12.根據(jù)權(quán)利要求8-ll之一的反應器，其特征在于，反應器外套(5)構(gòu)造為壓力容器的壁或安裝在一個被一壓力外套包圍的腔室中。13.根據(jù)權(quán)利要求8-ll之一的反應器，其特征在于，除了所述至少一個隔熱套(6)外，還設(shè)有至少一個雙壁構(gòu)造的反應器外套(5),其附加地是用于催化劑(4)的載體并且具有至少一個用于冷卻介質(zhì)的接口(7)。14.根據(jù)權(quán)利要求l的反應器，其特征在于，所述反應器具有由耐熱的和絕熱的材料制成的套筒(14)，催化劑(4)裝入到所述套筒中。15.根據(jù)權(quán)利要求14的反應器，其特征在于，套筒(14)被一個由耐熱的材料制成的金屬套筒(16)包圍，所述金屬套筒的下端部優(yōu)選設(shè)有一金屬唇邊(17)，并且在金屬套筒(16)的下端部安裝一柵板(18)，從反應器區(qū)域(2)流出的氣體混合物通過該柵板流入到出口區(qū)域(3)中。16.根據(jù)權(quán)利要求15的反應器，其特征在于，套筒(14)和金屬套筒(16)通過螺栓和螺母(19)與反應器的壓力外套(20)相連接。17.根據(jù)權(quán)利要求14-16之一的反應器，其特征在于，設(shè)有一點火噴槍(25)。18.根據(jù)權(quán)利要求14-17之一的反應器，其特征在于，在反應器的壓力容器的壁的內(nèi)側(cè)上設(shè)有一冷卻裝置、優(yōu)選散熱管冷卻裝置(27)，以便減輕在反應區(qū)域(2)之后的在出口區(qū)域(3)中的壓力容器的壁的溫度載荷。19.根據(jù)權(quán)利要求l-18之一的反應器，其特征在于，催化劑(4)含有過渡金屬氧化物。20.根據(jù)權(quán)利要求l-19之一的反應器，其特征在于，催化劑(4)以蜂窩的形式構(gòu)成或安置在構(gòu)造成蜂窩形狀的載體材料上和/或安置在構(gòu)造成蜂窩形狀的載體材料中。21.根據(jù)權(quán)利要求l-20之一的反應器，其特征在于，催化劑以散料堆或包裝的形式存在，在流動方向上看具有至少3cm的深度。22.—種用來在使用根據(jù)權(quán)利要求1的反應器的情況下實施催化的、放熱的氣相反應的方法，包括下列措施i)將原料氣導入到反應器的入口區(qū)域(1)，ii)在原料氣在反應區(qū)域(4)中在放熱的反應時完全地或部分地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的條件下將原料氣輸送至含有催化劑(4)的反應區(qū)域(2)，iii)通過一出口區(qū)域(3)將已轉(zhuǎn)變的原料氣從反應器輸出，和iv)提供用于減少反應熱量從反應區(qū)域(2)傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域(1)的組件和/或應用一個其內(nèi)壁在入口區(qū)域(1)的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)由惰性材料構(gòu)成的反應器。23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，使用含有氨和氧的氣體混合物作為原料氣。24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，原料氣用于氨的氧化并且將所得到的產(chǎn)品用于制備已內(nèi)酰胺和/或硝酸。25.根據(jù)權(quán)利要求22-24之一的方法，其特征在于，使用含有過渡金屬氧化物的催化劑。26.根據(jù)權(quán)利要求22-25之一的方法，其特征在于，使用蜂窩形構(gòu)造的催化劑。27.根據(jù)權(quán)利要求22-26之一的方法，其特征在于，催化劑以催化劑散料堆或催化劑包裝的形式存在，并在流動方向上看具有至少3cm的深度。28.—種根據(jù)權(quán)利要求1-21之一的反應器用于氨氧化的應用。29.根據(jù)權(quán)利要求28的應用，其特征在于，反應器集成在一個用于制備已內(nèi)酰胺或硝酸的設(shè)備中。全文摘要本發(fā)明描述一種用于催化的、放熱的氣相反應的改進的反應器，在原料氣的流動方向上看，所述反應器包括入口區(qū)域(1)、含有至少一種催化劑(4)的反應區(qū)域(2)和用于產(chǎn)品氣體的出口區(qū)域(3)。反應器在入口區(qū)域(1)的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)具有用于減少熱量從反應區(qū)域(2)傳輸?shù)饺肟趨^(qū)域(1)的組件，例如隔熱套(6)和/或具有用于輸送冷卻劑的裝置，并且從而減小所使用的原料氣混合物的提前點火或在入口區(qū)域(1)中的不期望的副反應的運行的風險，和/或在此在入口區(qū)域(1)的范圍內(nèi)或在入口區(qū)域(1)和反應區(qū)域(2)的范圍內(nèi)反應器的內(nèi)壁由惰性材料制成。該反應器能夠特別用于氨氧化例如在制備硝酸的設(shè)備中應用，其中優(yōu)選用蜂窩狀構(gòu)成的具有較小橫截面的過渡金屬催化劑作為通常使用的鉑網(wǎng)。文檔編號C01B21/26GK101678297SQ200880018951公開日2010年3月24日申請日期2008年5月28日優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日發(fā)明者B·欣德根,J·富克斯,M·施韋弗,M·格羅沃斯,R·毛雷爾,R·西費特申請人:猶德有限公司