Solid shaped body and use of the solid shaped body

Abstract

A solid shaped body having a cylindrical form with a first base area, a second base area and a lateral area, wherein the solid shaped body comprises a first number of flutes in the lateral area, each extending from the first base area to the second base area, and a second number of openings, each extending from the first base area to the second base area. The invention fur-ther relates to a process comprising contacting a reactant mixture with said solid shaped body and the use of the solid shaped body as a catalyst.

Description

Solid shaped body and use of the solid shaped bodyDescription

[0001] The present invention relates to a solid shaped body having a cylindrical form with a first base area, a second base area and a lateral area, wherein the solid shaped body comprises a first number of flutes in the lateral area, each extending from the first base area to the second base area, and a second number of openings, each extending from the first base area to the second base area. The invention further relates to a process comprising contacting a reactant mixture with said solid shaped body and the use of the solid shaped body as a catalyst.

[0002] The performance of solid shaped bodies, especially when used as catalysts, strongly depends on the shape and thus on the geometry of the shaped bodies. Mechanical strength, pressure drop, packing bed density and bed mass diffusion coefficient constitute examples of perfor-mance indicators. Further important parameters are the weight of a single solid shaped body, the specific surface area and heat transport as well as mass transport properties.

[0003] Solid shaped bodies are for example applied in reforming of hydrocarbons to synthesis gas, in which Ni-or Co-containing oxide-based catalysts can be used.

[0004] US2005 / 212153 A1 is directed to a ceramic packing element suited to use as a bed limiter hav-ing a generally uniform cross-section in the length direction with the basic shape of a bow-tie and having a plurality of through passages parallel to the length dimension.

[0005] WO 2010 / 029324 A1 is directed to a catalyst unit comprising a cylinder, which exhibits five holes arranged in a pentagonal pattern as well as five riffles.

[0006] WO 2010 / 029323 A1 is directed to a catalyst unit in the form of a cylinder having a length C and diameter D, which has one or more holes extending therethrough, wherein said cylinder has domed ends of lengths A and B, such that (A+B+C)  / D is in the range 0.50 to 2.00, and (A+B)  / C is in the range 0.40 to 5.00.

[0007] US2006 / 0204414 A1 is directed to a system for treatment of one or more flowing materials. The system includes a shell and a support bed in the shell comprising a plurality of support ele-ments.

[0008] WO 2006 / 114320 A1 is directed to a cylindrical catalyst member, wherein embossings are pro-vided on the circumferential surface of the catalyst member.

[0009] WO2022 / 023194 A1 is directed to a solid shaped body having a cylindrical form with a first base area, a second base area and a lateral area, wherein the solid shaped body comprises a first number of flutes in the lateral area, each extending from the first base area to the second base area, and a second number of openings, each extending from the first base area to the second base area, and wherein the second number of openings is in a range from 2 to 8, the second number of openings is larger than the first number of flutes and wherein a ratio between a first radius of at least one flute and a second radius of at least one opening is at least 1.15.

[0010] SU957948 is directed to catalyst supports for the conversion of hydrocarbons and can be used in chemical, petrochemical, food, construction and metallurgical industries for the catalytic con-version of hydrocarbons.

[0011] The geometries of shaped-bodies influence their performance indicators. Often, geometries of catalytic solid shaped bodies are optimized only with regard to one performance indicator, i.e. a better pressure drop or a larger surface area, whereas other key-performance-indicators (KPI’s ) such as mechanical strength and density of packed bed are rather neglected. It is an objective of the present invention to provide solid shaped bodies, which provide an improvement in at least two key-performance-indicators, such as high mechanical strength and low reactor pres-sure drop, whereas at the same time a satisfactory performance of the remaining key-perfor-mance-indicators such as a large surface area and density of the packed bed is achieved. Thus, the solid shaped bodies shall offer a directed compromise between various key-performance-indicators.

[0012] This object is achieved by a solid shaped body (1) having a cylindrical form having a first maxi-mum radius (1R) with a first base area (3) , a second base area (5) and a lateral area (7) , wherein the solid shaped body (1) comprises a first number of flutes (9) in the lateral area (7) , each extending from the first base area (3) to the second base area (5) , and a second number of openings (11) , each extending from the first base area (3) to the second base area (5) , and wherein the second number of openings (11) is larger than the first number of flutes (9) , wherein at least one flute (9) has a second maximum radius (9R) and at least one opening (11) has a third maximum radius (11R) , wherein the ratio of the second maximum radius (9R) and the third maximum radius (11R) is less than 1.

[0013] A new type of geometry has been found providing a good compromise between the key-perfor-mance indicators (1) , (2) , (3) and (4) , wherein at least (1) and (2) are improved compared to the state-of-the-art, as follows:

[0014] (1) Mechanical Strength

[0015] (2) Pressure Drop

[0016] (3) Density of packed bed

[0017] (4) Specific surface area of packed bed in reactor.

[0018] Since the form of the flute is not necessarily a segment of a circle and the opening is not neces-sarily in the form of a circle, the term “maximum radius” is used to make clear which radius of the segment of the geometrical figure forming the flute and the geometrical figure forming the opening is meant. In case that the flute is in the form of a segment of a circle and / or the opening is in the form of a circle, the “maximum radius” is the radius of the respective circle.

[0019] Preferably, the flutes (9) are in their cross section in the form of a segment of a circle.

[0020] Since the flutes are not present in the solid shaped body of the present invention in the form of a full circle or in the form a full ellipsoid but in the form of a segment of a circle or a segment of an ellipsoid, the flutes have a fictive center of their cross-sectional area (9C) as well as a fictive radius (9R) . The fictive center of the flute may be located inside or outside or exactly on the outer wall (outer edge) of the solid shaped body.

[0021] The solid shaped body possesses a basic shape of a circular cylinder having a first maximum radius (1R) , wherein the first base area and the second base area are preferably arranged in parallel to each other, especially in case of plane base areas, and / or as mirror images, espe-cially in case of curved or domed base areas. The first base area and the second base area are preferably joined by the lateral area. The lateral area comprises a first number of flutes (9) , such that a circumference of a cross-section of the shaped body is intermitted by the flutes, which can also be referred to as riffles or embossings. The flutes preferably have rounded edges.

[0022] The solid shaped body further comprises a second number of openings (11) , which can also be referred to as holes and which extend through the solid shaped body from the first base area to the second base area. The first number refers to the flutes and the second number refers to the openings. A circumference of the openings in a cross-sectional view is completely surrounded by the shaped body, whereas in contrast thereto, the flutes are solely located at the external cir-cumference of the solid shaped body, being concave parts of the circumference of the solid shaped body.

[0023] The terms “extending from the first base area (3) to the second base area (5) ” , “extend through the solid shaped body from the first base area to the second base area” , “extend from the first base area 3 to the second base area 5 of the solid shaped body 1” cover domed and not domed solid shaped bodies 1. It is to be understood that the openings 11 and flutes 9 extend through the whole solid shaped body, from the top to the bottom.

[0024] The solid shaped body of the present invention has a cylindrical form.

[0025] The solid shaped body is therefore a cylinder composed of two congruent circles in parallel planes (first and second base area (without domes) ) .

[0026] The first maximum radius is the radius of each base area. The altitude is a perpendicular seg-ment from the plane of one base area to the plane of the other and the height without domes of the cylinder is the length of the altitude.

[0027] The central axis (1C) is the segment containing the centers of the two base areas. The central axis is perpendicular to the planes of the two base areas.

[0028] Preferably, longitudinal axes, more preferable the central axis, of the solid shaped body, the flutes and / or the openings, respectively, are arranged in parallel to each other. The term “in par-allel” is understood in that the longitudinal axes, more preferable the central axis, of the solid shaped body, the flutes and / or the openings, respectively, enclose an angle of less than 20°, preferably of less than 10°, more preferably of less than 5° and most preferably of less than 2°.

[0029] The solid shaped body comprises more openings than flutes. In particular, the difference be-tween the second number of openings and the first number of flutes is exactly 1, such that the solid shaped body preferably comprises one more opening than flutes.

[0030] Preferably, the solid shaped body comprises at least 5 flutes (9) , preferably 5, 6, 7, 8 or 9 flutes, more preferably 5 or 6 flutes. The flutes are preferably arranged in equidistance to adjacent flutes and to the central axis of the solid shaped body.

[0031] The preferred number of openings in the solid shaped body is at least 6, preferably 6, 7, 8, 9 or 10, more preferably 6 or 7.

[0032] The ratio between the second maximum radius of the at least one flute and the third maximum radius of the at least one opening is less than 1, preferably 0.25 to 0.99, more preferably 0.40 to 0.95.

[0033] Each opening has preferably a circular or elliptic cross-section, preferably a circular cross sec-tion (i.e. is in the form of a circle) . The third maximum radius can be the radius of the circular or the maximum radius of the elliptic cross-section. An elliptic cross-section is characterized by one minimum radius, and one maximum radius, labeled as, in relation to the center of the solid shaped body, radial (minimum) radius and tangential (maximum) radius, respectively. The third maximum radius of the at least one opening refers to the tangential radius (maximum radius) of the elliptic cross-section.

[0034] The smaller radius of the ellipse can extend in radial or tangential direction, referring to the solid shaped body. A ratio between the tangential radius to the radial radius of the elliptic cross-sec-tion of the at least one peripheral opening is preferably in a range from 0.2 to 1.7, more prefera-bly from 0.3 to 1.6.

[0035] The third maximum radius of the at least one opening is preferably in a range from 0.5 mm to 2.5 mm, more preferably in a range from 0.8 mm to 2 mm.

[0036] The maximum radius of the at least one peripheral opening (sixth maximum radius) is preferably in a range from 0.5 mm to 2.5 mm, more preferably in a range from 0.8 mm to 2.0 mm. Most preferably, all of the peripheral openings have the same sixth maximum radius and further most preferably, all of the peripheral openings have cross sections in the form of a circle and the maximum radius is the radius of the circle.

[0037] The central opening has a seventh maximum radius and the seventh maximum radius is prefer-ably equal to or larger than the at least one sixth maximum radius of the at least one peripheral opening. More preferably, the seventh maximum radius is equal to or larger than all of the sixth maximum radii of all of the peripheral openings. The maximum radius of the central opening (seventh maximum radius) is preferably in a range from 0.5 mm to 2.5 mm, more preferably in a range from 0.8 mm to 2.0 mm, with the proviso that the seventh maximum radius is preferably equal to or larger than the at least one sixth maximum radius of the at least one peripheral opening.

[0038] The central opening preferably has a circular cross-section. The at least one peripheral opening preferably has a circular cross-section.

[0039] Preferably, the second number of openings (11) comprises one central opening (21) and at least one peripheral opening (23) ,

[0040] wherein the central opening (21) preferably has a cross section in the form of a circle and / or wherein the at least one peripheral opening (23) preferably has a cross section in the form of a circle.

[0041] Preferably, the at least one peripheral opening (23) has a sixth maximum radius (23R) and the sixth maximum radius (23R) is equal for all of the peripheral openings (23) , and the central opening (21) has a seventh maximum radius (21R) and the seventh maximum radius (21R) is preferably equal to or larger than the sixth maximum radius (23R) of the at least one peripheral opening (23) .

[0042] Each flute has preferably a cross-section in the form of a segment of an ellipse or circle, prefer-ably in the form of a circle. The second maximum radius can be the radius of the circular or the maximum radius of the elliptic cross-section. The second maximum radius of the at least one opening refers to the tangential radius (maximum radius) of the elliptic cross-section. Preferably, at least one flute, more preferably all flutes have a cross-section in the form of a segment of a circle.

[0043] The second maximum radius of the at least one flute is preferably in a range from 0.4 mm to 2.8 mm, more preferably in a range from 0.5 mm to 2.5 mm.

[0044] Preferably, the second number of openings comprises one central opening and at least one pe-ripheral opening. In this case, the second number of openings is the sum of the number of pe-ripheral openings and the central opening. The circumference of the at least one peripheral opening is still completely comprised in the solid shaped body and surrounded by the solid shaped body. The central opening comprises a first center and preferably extends along the central axis of the solid shaped body. In particular, the first center is located on the central axis of the solid shaped body. Center is understood as the geometric center. A potential offset be-tween the first center of the central opening and the central axis of the solid shaped body is smaller than an offset between a second center of a peripheral opening and the central axis of the solid shaped body.

[0045] Preferably, the peripheral openings are arranged in equidistance to adjacent peripheral open-ings and in equidistance to the central opening, referring to the centers of the central opening and the peripheral openings, respectively.

[0046] Preferably, the central opening has a cross section in the form of a circle. Further preferably, the at least one peripheral opening has a cross section in the form of a circle. More preferably, all openings have a cross section in the form of a circle.

[0047] Preferably, the first number of flutes is equal to the third number of peripheral openings. More preferably, each of the at least one peripheral openings is arranged between two flutes. Corre-spondingly, the peripheral openings and the flutes are preferably arranged in separate seg-ments of the circular cross-section of the solid shaped body, respectively. The segment, where a peripheral opening, but no flute, is arranged, can also be referred to as lobe. Preferably, one lobe is arranged between two flutes and one flute is arranged between two lobes. Accordingly, flutes and lobes are preferably arranged on the circumference, and thus on the lateral area, of the solid shaped body in an alternating manner.

[0048] Preferably, the solid shaped body comprises a fourth number of lobes in the lateral area, each extending from the first base area to the second base area of the solid shaped body and are ar-ranged between two flutes, wherein at least one lobe having a cross section in the form of a segment of a circle has a fourth radius, wherein the fourth radius is equal to the first maximum radius of the solid shaped body.

[0049] The at least one lobe preferably has two fillets, wherein the two fillets preferably have a cross section in the form of a segment of a circle having a fifth radius, and the ratio between the sec-ond maximum radius of at least one flute and the fifth radius of at least one fillet is preferably larger than 0.2, more preferably larger than 0.25, most preferably larger than 0.3.

[0050] The solid shaped body preferably has a maximum diameter and a maximum height and prefera-bly a ratio between the maximum diameter and the maximum height of from 0.4 to 3.0, prefera-bly 0.5 to 2.8, more preferably 0.6 to 2.6.

[0051] Since the height of the solid shaped body is not necessarily uniform (it may for example be domed) , the term “maximum height” (1Hmax) is used to make clear which height of the solid shaped body is meant.

[0052] The “height” (1H) of the solid shaped body as understood in the present application is the dis-tance between the first base are (3) and the second base area (5) without domes (plane base areas) . In the case that no domes are present, the “maximum height” is identical with the height of the solid shaped body. However, in case that the solid shaped body is domed (i.e. the solid shaped comprises one or two domes) , the “maximum height” of the solid shaped body is the height of the domed solid shaped body (i.e. the solid shaped body including one or two domes) .

[0053] Further, the solid shaped body preferably has a ratio between the second maximum radius of the at least one flute and the maximum diameter of the solid shaped body of from 0.02 to 0.7, preferably 0.03 to 0.6, more preferably 0.04 to 0.5. Preferably, all flutes have the same maxi-mum radius, referred to as the second maximum radius.

[0054] Preferably, the solid shaped body according to the present invention is symmetrical.

[0055] A body is symmetrical in the sense of the present invention if it can be transformed by a geo-metrical operation, the symmetry operation (cover operation) , into a position that is indistin-guishable from its initial position.

[0056] In a preferred embodiment, the central axis of the solid shaped body is a 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-or 9-fold rotary axis, preferably a 4-, 5-or 6-fold rotary axis.

[0057] If congruence is achieved n times during 360° rotation, or if the smallest angle of rotation re-quired to achieve congruence is 360° / n, then this is an axis of count n (n-count axis of rotation) .

[0058] In a further preferred embodiment, the solid shaped body comprises 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9 mirror planes comprising the central axis, preferably 4, 5, or 6 mirror planes comprising the central axis.

[0059] A mirror plane divides a body into two halves in such a way that they behave like image and mirror image.

[0060] In a further more preferred embodiment, the solid shaped body the central axis of the solid shaped body is a 4-or 6-fold rotary axis and comprises 4-or 6-mirror planes comprising the central axis.

[0061] In a further preferred embodiment, the solid shaped body comprises one mirror plane in parallel to the first and second base area, i.e. perpendicular to the central axis.

[0062] Preferably, a ratio between a first distance from the first center of the central opening, the cen-tral axis of the solid shaped body (1C) , to a second center of the at least one peripheral opening (23C) and the maximum diameter of the solid shaped body is in a range from 0.10 to 0.50, more preferably from 0.15 to 0.45, most preferably 0.20 to 0.40.

[0063] The first distance from the first center of the central opening, in particular from the central axis of the solid shaped body, to the second center of the at least one peripheral opening is prefera-bly in a range from 1.5 to 10.0 mm, more preferably from 2.5 to 8.0 mm, most preferably 3.0 to 6.0 mm.

[0064] The maximum diameter of the solid shaped body is preferably in a range from 6 to 22 mm, more preferably from 7 to 20 mm, most preferably from 8 to 18 mm.

[0065] In a preferred embodiment, the solid shaped body has an outer edge and the openings are sep-arated from each other and from the outer edge of the solid shaped body by walls having a thickness of at least 0.8 mm, preferably 0.8 to 4 mm, more preferably 1 to 3 mm; and fhe flutes and the openings are separated from each other by walls having a thickness of at least 0.8 mm, preferably 0.8 to 4 mm, more preferably 1 to 3 mm.

[0066] Preferably, in the inventive solid shaped body, the ratio of (the distance from the first center of the central opening (1C) to the second center of a periph-eral opening (23C) ) to (the sum of the maximum radii of the central opening (21R) and the of the peripheral opening (23R) ) is larger than 1 (wall 1 (1W) ) ;

[0067] and

[0068] the ratio of (the maximum radius of the solid shaped body (1R) ) to (the sum of the distance from the first center of the central opening (1C) to the second center of a peripheral opening (23C) and the second maximum radius of the peripheral opening) is larger than 1 (wall 4 (4W) ) ;

[0069] and

[0070] the ratio of (the distance of a second center of a peripheral opening (23C) to the center of an adjacent flute (9C) ) to (the sum of the maximum radii of the flute and of the peripheral opening) is larger than 1 (wall 3 (3W) ) .

[0071] Further preferably, in the inventive solid shaped body, the ratio of (the distance from the second center of a peripheral opening (23C) to the second center of an adjacent peripheral opening (23C) ) to (the sum of the maximum radii of both peripheral open-ings) is larger than 1 (wall 2 (2W) ) .

[0072] In the description of the walls between the openings in the solid shaped body according to the present invention, different distances are mentioned:

[0073] Distance 1 (D1) :

[0074] The distance from the first center of the central opening (1C) to the second center of a periph-eral opening (23C) .

[0075] Distance 2 (D2) :

[0076] The distance from the second center of a peripheral opening (23C) to the second center of an adjacent peripheral opening (23C) .

[0077] Distance 3 (D3) :

[0078] The distance of a second center of a peripheral opening (23C) to the center of an adjacent flute (9C) .

[0079] Distance 4 (D4) :

[0080] The sum of the distance from the first center of the central opening (1C) to the second center of a peripheral opening (23C) and the second maximum radius of the peripheral opening (i.e. D1 plus the second maximum radius of the peripheral opening) .

[0081] Preferably, a ratio between the maximum diameter of the solid shaped body and a height of the solid shaped body (1H, without domes) is in a range from 0.4 to 3, more preferably from 0.5 to 2.8, most preferably from 0.6 to 2.6.

[0082] Preferably, the height (1H, without domes) of the solid shaped body is in a range from 4 to 16 mm, more preferably from 5 to 14 mm.

[0083] Further, the lateral area of the solid shaped body can be divided in a straight part and two in-clined parts, wherein the straight part is preferably located, for example in the form of a belt, be-tween the two inclined parts. A surface of the straight part is more preferably oriented in parallel to the central axis of the solid shape body.

[0084] The straight part of the lateral area, which can also be referred to as slit, has a slit length. In this embodiment, a ratio between the slit length and the maximum height of the solid shaped body is preferably up to 1. More preferably, the slit length is in a range from 4 mm to 16 mm, even more preferably from 5 mm to 14 mm. In particular, the straight part of the lateral surface exhibits the maximum diameter of the solid shaped body.

[0085] In the case where inclined parts of the lateral area are present, the inclined parts of the lateral area are preferably inclined from the straight part towards the central axis of the solid shaped body. Preferably, the inclined parts are inclined by an angle, which can also be referred to as pitch angle, in a range from 0.1° to 5.0°, more preferably from 1.0° to 4.0.

[0086] The first base area and / or the second base area of the solid shaped body are domed or not domed, preferably domed. More preferably, the first base area and the second base area are domed.

[0087] In particular, a ratio between a sum of the maximum height of two domes and the height (1H) of the solid shaped body (1) (without domes) is in a range from 0.05 to < 0.40.

[0088] Further, a ratio between the maximum height of one dome and the height (1H) of the solid shaped body (1) (without domes) is in a range from 0.01 to 0.195.

[0089] Preferably, the maximum height of each dome is each independently in a range from 0.01 to 3 mm, more preferably from 0.1 to 2 mm. More preferably, the maximum height of both domes is identical.

[0090] The dome is understood as top and bottom part, respectively, of the solid shape body, where its surface is curved in two directions. Correspondingly, the dome, and thus the dome height ends where the lateral area is curved in only one direction, which is the radial direction referring to the solid shaped body.

[0091] The solid shaped body according to the present invention provides a good compromise between the key-performance indicators mechanical strength (1) , pressure drop (2) , density of packed bed (3) and specific surface area of packed bed in reactor (4) , wherein at least (1) and (2) are improved compared to state-of-the-art.

[0092] The solid shaped body according to the present invention is preferably characterized by a mini-mum side crushing strength of at least 60 N, preferably of at least 80 N, determined as de-scribed in Reference Example 1 in WO2020 / 157202A1.

[0093] The invention further relates to the use of the solid shaped body according to the present inven-tion as a catalyst, preferably for hydroprocessing, hydrogenation, reforming, catalytic partial oxi-dation, water-gas shift reactions, methanation, hydrocarbon synthesis by the Fischer-Tropsch reaction, methanol synthesis, ammonia synthesis, conversion of ammonia, e.g. ammonia re-forming to hydrogen and nitrogen, or ammonia oxidation and nitrous oxide decomposition reac-tions, or recovery of heavy metals such as mercury and arsenic from contaminated gaseous or liquid fluid streams, more preferably for reforming.

[0094] Further, the invention relates to a process comprising contacting a reactant mixture with the solid shaped body according to the present invention, wherein the process is preferably se-lected from hydroprocessing, hydrogenation, reforming, catalytic partial oxidation, water-gas shift reactions, methanation, hydrocarbon synthesis by the Fischer-Tropsch reaction, methanol synthesis, ammonia synthesis, ammonia oxidation and nitrous oxide decomposition reactions, and recovery of heavy metals such as mercury and arsenic from contaminated gaseous or liq-uid fluid streams, more preferably for reforming.

[0095] Reforming in the meaning of the present invention is especially steam reforming of hydrocar-bons, including pre-reforming, catalytic steam reforming, autothermal reforming and secondary reforming, ammonia reforming to N2 and H2, steam reforming of hydrocarbons with co-feeding of ammonia and / or carbon dioxide. Most preferred is steam reforming of hydrocarbons or hydro-carbon mixtures (e.g. natural gas, light gasoline, methanol, biogas or biomass) to a synthesis gas comprising hydrogen and carbon monoxide, preferably with co-feeding of ammonia and / or carbon dioxide; or ammonia reforming to nitrogen and hydrogen. The hydrocarbons or hydro-carbon mixtures in steam reforming preferably comprise hydrocarbons selected from the group consisting of methane, ethane, propane and butane, wherein the hydrocarbons or hydrocarbon mixtures more preferably comprise methane.

[0096] Water-gas shift in the meaning of the present invention preferably includes isothermal-shift, sour shift, low-temperature shift, intermediate temperature shift, medium temperature shift and high temperature shift reactions. It also includes the reverse reaction, where CO2 is reacted with hy-drogen to form CO and water. This so-called reverse water gas shift reaction can be conducted at low temperatures of up to 300℃ up to high temperatures of up to 1000℃.

[0097] Hydroprocessing in the meaning of the present invention is the reaction of oil fractions with hy-drogen. Hydroprocessing includes hydrotreating and hydrocracking.

[0098] Hydrotreating covers the removal of contaminants and upgrading oil fractions. The contami-nants referred typically are sulfur, nitrogen, oxygen bearing compounds, metals, aromatics. Hy-drotreating is for example used in the production of low sulfur fuels to reduce emissions, as re-moving the S reduces SOx emissions when fuels are combusted.

[0099] In hydrocracking heavier oil fractions are converted into lighter oil fractions

[0100] The processes mentioned above are known by a person skilled in the art.

[0101] The solid shaped body according to the present invention preferably comprises at least one metal compound selected from at least one metal oxide, metal hydroxide, metal carbonate, metal hydroxycarbonate and a mixture thereof; and / or at least one metal. Preferably, the solid shaped body comprises at least one metal oxide or at least one metal oxide and at least one metal. Further preferably, the solid shaped body comprises at least aluminum and oxygen, pref-erably aluminum, oxygen and at least one further metal.

[0102] More preferably, the solid shaped body comprises a mixed oxide. A mixed oxide is as under-stood in the present application is an oxide that contains more than one metal or metals of a single element in more than one oxidation state. Preferably, the mixed oxide comprises oxygen, aluminium and at least one further metal. The mixed oxide more preferably comprises oxygen, aluminum and at least one alkaline earth metal such as magnesium.

[0103] In a further preferred embodiment, the solid shaped body comprises - in addition to the mixed oxide comprising oxygen, aluminum and at least one alkaline earth metal such as magnesium -at least one of nickel, ruthenium and an alkaline metal such as potassium.

[0104] In a further preferred embodiment, the solid shaped body according to the present invention comprises a mixed oxide, wherein the mixed oxide comprises oxygen, aluminium, cobalt and at least one selected from rare earth metals such as lanthanum and optionally alkaline earth met-als such as strontium or barium.

[0105] It is preferred that the solid shaped body comprises from 50 weight-%to 100 weight-%, more preferably from 60 weight-%to 100 weight-%, even more preferably from 70 weight-%to 100 weight-%, further preferably from 80 weight-%to 100 weight-%, in particular from 90 weight-%to 100 weight-%, in particular preferably from 95 weight-%to 100 weight-%, most preferably from 99 weight-%to 100 weight-%of the mixed oxide and optionally at least one suit-able binder. Even more preferably, the solid shaped body comprises from 99.5 weight-%to 100 weight-%, most preferably from 99.9 weight-%to 100 weight-%of the mixed oxide. In a fur-ther preferred embodiment, the solid shaped body consists of the mixed oxide. Suitable and preferred mixed oxides are mentioned above and below.

[0106] In the case, where the mixed oxide comprises nickel, the mixed oxide preferably comprises at least nickel-magnesium mixed oxide and magnesium spinel and aluminum preferably in the form of aluminum oxide hydroxide. The nickel-magnesium mixed oxide has preferably an aver-age crystallite size of ≤100 nm, more preferably ≤ 70 nm, even more preferably ≤ 50 nm. The magnesium spinel phase has preferably an average crystallite size of ≤ 100 nm, more prefera-bly ≤ 70 nm, even more preferably ≤ 50 nm. The proportion of nickel in the mixed oxide is pref-erably in the region of 30 mol-%, more preferably in a range from 6 mol-%to 30 mol-%, the pro-portion of magnesium is preferably in the range of 8 mol-%to 38 mol-%, more preferably 23 mol-%to 35 mol-%, and the proportion of aluminum is preferably in the range of 50 mol-%to 70 mol-%.

[0107] The solid shaped body can be produced for example as described in WO2013 / 068905, espe-cially when the solid shaped body comprises the mixed oxide comprising nickel.

[0108] In the case, where the mixed oxide comprises cobalt, a weight ratio of cobalt relative to alumi-num, calculated as elements, is preferably at least 0.17: 1 in the mixed oxide.

[0109] As regards the contents of cobalt, rare earth metal such as lanthanum and aluminum in the mixed oxide comprised in the solid shaped body, no particular restriction applies.

[0110] The solid shaped body can generally be produced by any process known in the art, for example as described in WO2022 / 023194.

[0111] It is generally preferred that the solid shaped body is a calcined solid shaped body, wherein the calcination has been performed in a gas atmosphere having a temperature generally in a range of from 600℃ to 1400℃, more preferably in a range of from 700℃ to 1300℃, wherein the gas atmosphere preferably comprises oxygen, for example one or more of oxygen, air, or lean air. Preferably, the calcining is performed for 2 h to 20 h.Brief description of the drawings

[0112] The present invention is described in more detail in the accompanying drawings, in which:

[0113] Figure 1 shows a top view of a solid shaped body of a preferred embodiment with a cy-lindrical form comprising seven openings and six flutes.

[0114] Figure 2 shows a longitudinal section of a solid shaped body with a cylindrical form.

[0115] Figure 3 shows a side view of a solid shaped body of a first embodiment of a solid shaped body with a cylindrical form comprising four flutes and five openings.

[0116] Figure 1 shows a top view of a preferred embodiment of a solid shaped body 1 having a cylin-drical form and comprising six flutes 9 and seven openings 11. The flutes 9 are located at the lateral surface 7 of the solid shaped body 1. Further, the flutes 9 and the openings 11 extend from the first base area 3 to the second base area 5 of the solid shaped body 1. In the preferred embodiment shown herein the flutes 9 are arranged in equidistance to each other and have a second maximum radius 9R, which is smaller than a third maximum radius 11R of at least one opening 11.

[0117] The seven openings 11 comprise one central opening 21 and six peripheral openings 23. In the preferred embodiment shown herein each peripheral opening 23 is arranged between two flutes 9 and vice versa. Two adjacent flutes 9 are separated from each other by a lobe 37. Thus, the solid shaped body 1 according to the preferred embodiment shown in figure 1 comprises six lobes 37.

[0118] In the preferred embodiment shown in figure 1, each peripheral opening 23 is located in one of the lobes 37. The peripheral openings 23 have circular cross sections and therefore the sixth maximum radius 23R is the radius of the opening.

[0119] The central opening 21 has a seventh maximum radius 21R. In the preferred embodiment shown in figure 1, the central opening 21 has a circular cross section and therefore the seventh maximum radius 21R is the radius of the opening. Further, the central opening 21 has a first center 1C, being located on a central axis 1C of the solid shaped body 1, and the peripheral openings 23 have second centers 23C. In the preferred embodiment shown in figure 1, a first distance between the first center 1C of the solid shaped body 1 and the second center 23C of the peripheral openings 23 is represented as the radius of a circle, on which the second centers 23C of the peripheral openings 23 are located.

[0120] In addition, in the preferred embodiment shown in figure 1, the first maximum diameter 1D of the solid shaped body is represented as radius of a circle, on which the third centers 9C of flutes 9 are located. Each third center 9C refers to a fictive circle, an arc of which is forming one of the flutes 9.

[0121] Figure 2 shows a longitudinal section of a preferred solid shaped body 1 having a cylindrical form. The solid shaped body 1 comprises a first base area 3 and a second base area 5, which are connected by a lateral area 7. The lateral area 7 comprises a slit 6 and a pitch angle 8. In the illustrative embodiment of figure 1, the first base area 3 and the second base area 5 are domed with a dome height 36. The solid shaped body 1 has a maximum height including both domes 1Hmax, a height excluding both domes 1H and a diameter 1D.

[0122] Figure 3 shows a side view of a preferred solid shaped body 1 with a cylindrical form and com-prising six flutes 9 and seven openings 11. The flutes 9 are located at the lateral surface 7 of the solid shaped body 1. Further, the flutes 9 and the openings 11 extend from the first base area 3 to the second base area 5 of the solid shaped body 1. In the illustrative embodiment of figure 3, the first base area 3 and the second base area 5 are domed with a dome height 36. The solid shaped body 1 has a maximum height including both domes 1Hmax and a height ex-cluding both domes 1H.

[0123] Examples and comparative examples

[0124] The given reference numerals refer to figures 1, 2 and 3, respectively.

[0125] Description of the geometries

[0126] All parametrized geometries described here have been created using Computer Aided Design (CAD) or an automatic three-dimensional finite element mesh generator. Table 1 shows in-ventive example (B) and a comparative example (A) of a parametrization.

[0127] Table 1 –Examples of parametrized geometries, dimensions in mm.

[0128] Comparison of properties of geometries

[0129] Experiments:

[0130] (a) CFD simulation:

[0131] Simulation of the Pressure Drop

[0132] The correlation between pressure drop and catalyst shape was calculated via numerical flow simulation, which completely resolves the flow in the spaces between the catalyst bed. The pro-cedure consists of three consecutive steps. First, the geometry of the bed is created. For this purpose, a CAD (Computer Aided Design) model of a single shaped catalyst body is created with any CAD program. This determines the shape of the catalyst (e.g. cylinder, ring, trilobe, etc. ) . A tube with an internal diameter typical of a technical reactor (～100 mm) is used as the outer container for the bulk material. Both the digital container geometry and the digital catalyst geometry are fed into a simulation program which makes it possible to calculate the arrange-ment of the shaped catalyst bodies as they are filled into the container, using Newton's equa-tions of motion. Pressure drop calculations were performed with air at ambient temperature and different gas space velocities (GHSV, gas hourly space velocity) . Values from the scientific liter-ature for air at a constant operating pressure of 1 bar and temperature of 20℃ were used for the thermodynamic and transport properties of the gas. The calculated pressure drop character-istics can be transferred to the real operating conditions by using dimensionless numbers.

[0133] Simulation of Geometric Surface and Geometric Volume

[0134] A CAD (Computer Aided Design) model of a single shaped catalyst body is created with any CAD program to calculate the geometric surface and geometric volume.

[0135] Simulation of Side Crush Strength

[0136] A CAD (Computer Aided Design) model of a single shaped catalyst body is created with any CAD program to calculate the side crush strength of the body. A numerical method is used (ex-ample, Finite Element Analysis) to simulate a side crush strength test.

[0137] In table 2 calculated values of the inventive example B and the comparative example A are shown.

[0138] Table 2

[0139] The inventive solid shaped body (B) showed an improved lowest (minimum) crushing strength as well as an improved pressure drop while other parameters such as packed bed density and specific surface are comparable compared to the comparative solid shaped body A.

[0140] Comparative example

[0141] The catalyst comprising cobalt was prepared following the process described in Example 2 of PCT / EP2023 / 068006 and Example 1 of WO 2020 / 157202 for extrudates and pellets preparation respectively.

[0142] 30.7 kg aqueous AlOOH (Disperal; Sasol; containing 77.9 weight-%of Al calculated as Al2O3) , 5.5 kg cobalt (II) carbonate hydrate (containing 46 weight-%of Co; Umicore, Todini) , 16.1 kg lan-thanum (III) carbonate hydrate (containing 39.3 weight-%La; Mongolia Baotuo Steel Rare Earth Int. trade co. ltd) were pre-mixed for several minutes in a kneader. Then, 23 kg aqueous formic acid (containing 37 weight-%formic acid; based on formic acid having 98-100 weight-%, BASF SE) were added under mixing and a dough-like homogeneous pink mass was formed.

[0143] The kneading mass was then shaped into 6 mm ropes. The ropes were dried at 95-120 ℃ for 10 h, subsequently calcined for 4 h at 400-440 ℃. Thereafter, the calcined extrudates were grinded. Then, the material was sieved using sieves with a mesh of 1 milimeter. The sieved powder (83 wt% (fraction 0.3-1 mm) + 17 wt% (fraction<0.3 mm) ) was then mixed with 3 weight-%graphite (Asbury Graphite 3160) and 3 weight-%microcrystalline cellulose (Vivapur SCG102) . The resulting mixture was tableted to moldings having a four-hole cross-section as shown in Wo 2020 / 157202.

[0144] For calcination, the moldings were heated within 3 hours to a temperature of 700 ℃ and said temperature was hold for 1 hour. Then the moldings were heated further to a temperature in the range of from 1170 to 1200 ℃, and the temperature was hold in this range for 4 hours. The cal-cination was done in an annealing furnace.

[0145] The cobalt content of the calcined moldings was 7.2 weight-%, the lanthanum content 18.6 weight-%and the aluminum content 36 weight-%, calculated as the elements, respectively. 10 samples of the finally calcined moldings of Example 1 were characterized with regard to the minimum crushing strength. The results are listed below. Further, the diameter, the height and the mass of each sample are listed as well.

[0146] Inventive example

[0147] The catalyst comprising cobalt was prepared following the process described in the comparative example, but in the new hexalobe geometry.

[0148] Details for tableting step for the inventive and the comparative catalyst tableting was done on a Korsch E150+ tableting press. The tableting was done at a constant main compaction / cross section area of tool of 0.32 kN / mm2 for two different geometries were used.

[0149] Results:

[0150] Table 3. Physical properties of 1200℃ calcined pellets

[0151] The minimum side crushing strength of the final shaped bodies was determined experimentally using a commercial material testing machine of the type BZ2.5 / TS1S from Zwick, which allowed testing of the mechanical properties according to DIN EN ISO 7500-1: 2018-06. For each type of solid shape body, 10 individual solid shape bodies were investigated. The applied analysis method included a preload of 0.5 N and a preload velocity of 10 mm / min. Analysis velocity was 1.6 mm / min.

[0152] The diameter and the height of the individual solid shaped bodies were determined by means of a caliper. The weight of the solid shaped bodies was determined by an analysis balance. Typi-cally, 10 shaped bodies were analyzed and the average value was considered.

[0153] Pressure drop was determined in a flow reactor at ambient temperature and pressure. Air was used as gas mixture. A tube with an inner diameter of 100 mm was filled with the catalyst parti-cles in a height of 400 mm. Air flow rate was varied stepwise between 0 and 150 Nm3 / h.

[0154] The inventive shape shows an improved minimum side crushing strength as well as improved pressure drop compared to the state of the art. The packed bed density is comparable.

[0155] Reference numerals 1   Solid shaped body 1R  First maximum radius of the solid shaped body 3   First base area 5   Second base area 7   Lateral area 9   Flute 11  Opening 9R  Second maximum radius of the flute 9D  Second maximum diameter of the flute 11R Third maximum radius of the opening 11D Third maximum diameter of the opening 21  Central opening 23  Peripheral opening 1C  Central axis = first center of the central opening 37  Lobes 37R Fourth radius of the lobe 38  Fillet 38R Fifth radius the fillet 1D  First maximum diameter of the solid shaped body 1Hmax Maximum height of the solid shaped body 23R Sixth maximum radius of the peripheral opening 23D Sixth maximum diameter of the peripheral opening 21R Seventh maximum radius of the central opening 21D Seventh maximum diameter of the central opening 35  Maximum height of both domes 36  Maximum height of one dome 1H  Height of the solid shaped body without domes 23C Second center of the peripheral opening 9C  Third center of the flute 6   Slit 8   Pitch angle 1W  Wall 1 2W  Wall 2 3W  Wall 3 4W  Wall 4

Claims

1.Solid shaped body (1) having a cylindrical form having a first maximum radius (1R) with a first base area (3) , a second base area (5) and a lateral area (7) ,wherein the solid shaped body (1) comprises a first number of flutes (9) in the lateral area (7) , each extending from the first base area (3) to the second base area (5) , anda second number of openings (11) , each extending from the first base area (3) to the sec-ond base area (5) , andwherein the second number of openings (11) is larger than the first number of flutes (9) , wherein at least one flute (9) has a second maximum radius (9R) and at least one opening (11) has a third maximum radius (11R) , wherein the ratio of the second maximum radius (9R) and the third maximum radius (11R) is less than 1.2.Solid shaped body (1) according to claim 1, wherein the flutes (9) have a cross section in the form of a segment of a circle.3.Solid shaped body (1) according to claim 1 or 2, wherein the second number of openings (11) comprises one central opening (21) and at least one peripheral opening (23) , wherein the central opening (21) preferably has a cross section in the form of a circle and / or wherein the at least one peripheral opening (23) preferably has a cross section in the form of a circle.4.Solid shaped body (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid shaped body is symmetrical, preferably the solid shaped body (1) comprises a central axis (1C) , wherein the central axis of the solid shaped body is a 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-or 9-fold rotary axis.5.Solid shaped body (1) according to any one of claims 1 to 4, wherein the solid shaped body (1) comprises a fourth number of lobes (37) in the lateral area (7) , each extending from the first base area (3) to the second base area (5) of the solid shaped body and ar-ranged between two flutes, wherein at least one lobe (37) has a cross section in the form of a segment of a circle having a fourth radius (37R) , wherein the fourth radius (37R) is equal to the first radius (1R) of the solid shaped body (1) .6.Solid shaped body (1) according to claim 5, wherein at least one lobe (37) has two fillets (38) , wherein the two fillets (38) preferably have a cross section in the form of a segment of a circle having a fifth radius (38R) , and the ratio between the second maximum radius (9R) of at least one flute (9) and the fifth radius (38R) of at least one fillet (38) is larger than 0.2.7.Solid shaped body (1) according to any one of claims 1 to 6, wherein the solid shaped body (1) comprises at least 5 flutes (9) , preferably 5, 6, 7, 8 or 9 flutes (9) , more preferably 5 or 6 flutes (9) .8.Solid shaped body (1) according to any one of claims 1 to 7, wherein the solid shaped body has a maximum diameter (1D) and a maximum height (1Hmax) and a ratio between the maximum diameter (1D) and the maximum height (1Hmax) of from 0.4 to 3.0.9.Solid shaped body (1) according to any one of claims 3 to 8, wherein the at least one pe-ripheral opening (23) has a sixth maximum radius (23R) and the sixth maximum radius (23R) is equal for all of the peripheral openings (23) , and wherein the central opening (21) has a seventh maximum radius (21R) and the seventh maximum radius (21R) is prefera-bly equal to or larger than the sixth maximum radius (23R) of the at least one peripheral opening (23) .10.Solid shaped body (1) according to any one of claims 3 to 9, wherein the first number of flutes (9) is equal to a third number of peripheral openings (23) .11.Solid shaped body (1) according to any one of claims 3 to 10, wherein each of the at least one peripheral openings (23) is arranged between two flutes (9) .12.Solid shaped body (1) according to any one of claims 1 to 11, wherein the first base area (3) and / or the second base area (5) are domed.13.Solid shaped body (1) according to claim 12, being domed at the first base area (3) and at the second base area (5) , wherein a ratio between a sum of the maximum height (35) of both domes and the height (1H) of the solid shaped body (1) without domes is in a range from 0.05 to < 0.40.14.Solid shaped body (1) according to any one of claims 1 to 13, wherein the solid shaped body (1) comprises at least one metal compound selected from at least one metal oxide, metal hydroxide, metal carbonate, metal hydroxycarbonate and a mixture thereof; and / or at least one metal.15.A process comprising contacting a reactant mixture with the solid shaped body (1) accord-ing to any one of claims 1 to 14, wherein the process is preferably selected from hydropro-cessing, hydrogenation, reforming, catalytic partial oxidation, water-gas shift reactions, methanation, hydrocarbon synthesis by the Fischer-Tropsch reaction, methanol synthesis, ammonia synthesis, conversion of ammonia, or ammonia oxidation and nitrous oxide de-composition reactions, and recovery of heavy metals such as mercury and arsenic from contaminated gaseous or liquid fluid streams, more preferably for reforming.16.Use of the solid shaped body (1) according to one of claims 1 to 14 as a catalyst, prefera-bly for hydroprocessing, hydrogenation, reforming, catalytic partial oxidation, water-gas shift reactions, methanation, hydrocarbon synthesis by the Fischer-Tropsch reaction, methanol synthesis, conversion of ammonia, or ammonia synthesis, ammonia oxidation and nitrous oxide decomposition reactions, or recovery of heavy metals such as mercury and arsenic from contaminated gaseous or liquid fluid streams, more preferably for re-forming.

Images