[發(fā)明專利]高剪切旋轉(zhuǎn)固定床反應(yīng)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980116981.3
• 申請日: 2009-06-02
• 公開（公告）號: CN102026716A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿巴斯·哈桑;雷福德·G·東尼;格雷戈里·博爾西格;阿齊茲·哈桑;易卜拉西姆·巴蓋爾扎德
• 申請（專利權(quán)）人: HRD有限公司
• 主分類號: B01J8/04
• 分類號: B01J8/04;B01J8/10;B01J19/28
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 劉慧;楊青

關(guān)于聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)的陳述

不適用。

背景

技術(shù)領(lǐng)域

總的來說，本發(fā)明涉及非均相催化反應(yīng)。更具體來說，本發(fā)明涉及用于將反應(yīng)物與催化劑相接觸、由此獲得所需產(chǎn)物的裝置和方法。

背景技術(shù)

涉及液體、氣體和固體的化學(xué)反應(yīng)的速率取決于接觸時(shí)間、溫度和壓力。在需要將不同相(例如固相和液相，液相和氣相，固相、液相和氣相)的兩種或多種原材料進(jìn)行反應(yīng)的情況下，控制反應(yīng)速率的限制因素之一是反應(yīng)物的接觸時(shí)間。當(dāng)反應(yīng)速率加速時(shí)，可以減少停留時(shí)間，從而增加可獲得的通量。

在非均相催化反應(yīng)的情況下，存在著使反應(yīng)過的產(chǎn)物從固體催化劑表面移除以允許催化劑催化其他反應(yīng)物這一附加的限速因素。反應(yīng)物和/或催化劑的接觸時(shí)間通常由向參與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物提供接觸的混合來控制。

不受理論的限制，在乳液化學(xué)中已知分散在液體中的亞微米粒子或氣泡主要通過布朗運(yùn)動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這些亞微米尺寸的粒子或氣泡在通過固體催化劑粒子的邊界層時(shí)可能具有更高的移動(dòng)性，從而通過增加反應(yīng)物的運(yùn)輸促進(jìn)和加速催化反應(yīng)。

在漿液反應(yīng)器和固定床反應(yīng)器中使用小尺寸固體催化劑粒子存在困難。例如，在待催化的反應(yīng)高度放熱(例如氣體向液體烴類的費(fèi)-托(Fischer-Tropsch)轉(zhuǎn)化)的情況下，由于不能適當(dāng)?shù)乜刂品磻?yīng)器的溫度，固定床操作可能是不適合的。漿液操作可以克服溫度控制問題，但同時(shí)存在著在催化劑再循環(huán)、處理和/或再生以及產(chǎn)品銷售或進(jìn)一步加工之前，將小的催化劑粒子與產(chǎn)物分離開的問題。

因此，在工業(yè)上對用于將反應(yīng)物與固相催化劑相接觸的改進(jìn)的裝置、系統(tǒng)和方法，存在著需求。

發(fā)明內(nèi)容

本文公開了包含至少一個(gè)接觸表面的反應(yīng)器，所述接觸表面由催化劑制成、涂層或浸漬，其中接觸表面包含燒結(jié)金屬或陶瓷。反應(yīng)器可以包含至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)定子。接觸表面可以包含所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子的至少一部分、所述至少一個(gè)定子的至少一部分、或所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)定子二者的至少一部分。在實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子能以至少22.9m/s(4,500ft/min)的尖端速度旋轉(zhuǎn)，其中尖端速度被定義為πDn，其中D是轉(zhuǎn)子的直徑，n是旋轉(zhuǎn)頻率。在實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子能以至少40.1m/s(7,900ft/min)的尖端速度旋轉(zhuǎn)。在實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子能以至少225m/s(44,200ft/min)的尖端速度旋轉(zhuǎn)。在實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子與所述至少一個(gè)定子由1μm(0.00004英寸)到約4mm(0.016英寸)范圍的剪切間隙隔開，其中剪切間隙是轉(zhuǎn)子與定子之間的最小距離。在實(shí)施方案中，運(yùn)行過程中由所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)所提供的剪切速率是至少20,000s^-1，其中剪切速率被定義為尖端速度除以剪切間隙，其中尖端速度被定義為πDn，其中D是轉(zhuǎn)子的直徑，n是旋轉(zhuǎn)頻率。

在實(shí)施方案中，反應(yīng)器包含至少兩個(gè)由催化劑制成、涂層或浸漬的接觸表面。至少一個(gè)接觸表面可以由與至少一個(gè)其它接觸表面不同的催化劑制成、涂層或浸漬。反應(yīng)器可以包含至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)定子，其中所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子包含至少一個(gè)轉(zhuǎn)子尖端環(huán)，所述至少一個(gè)定子包含至少一個(gè)定子尖端環(huán)，其中轉(zhuǎn)子尖端和定子尖端形狀互補(bǔ)，并且其中所述至少一個(gè)接觸表面包含所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)的至少一部分、至少一個(gè)定子環(huán)的至少一部分、或兩者。在實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)定子環(huán)的至少一部分由催化劑制成、涂層或浸漬，所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子環(huán)的至少一部分由不同催化劑制成、涂層或浸漬。在實(shí)施方案中，反應(yīng)器包含至少兩組形狀互補(bǔ)的轉(zhuǎn)子/定子環(huán)，并且一組環(huán)的接觸表面由與另一組轉(zhuǎn)子/定子環(huán)的接觸表面不同的催化劑制成、涂層或浸漬。在某些應(yīng)用中，反應(yīng)器包含至少兩個(gè)發(fā)生器，其中每個(gè)發(fā)生器包含轉(zhuǎn)子和形狀互補(bǔ)的定子。第一個(gè)發(fā)生器的接觸表面可以由與第二個(gè)發(fā)生器的接觸表面不同的催化劑制成、涂層或浸漬。由一個(gè)發(fā)生器提供的剪切速率可以大于、小于或等于由另一個(gè)發(fā)生器提供的剪切速率。在實(shí)施方案中，催化劑選自加氫催化劑、羥基化催化劑、部分氧化催化劑、加氫脫硫催化劑、加氫脫氮催化劑、加氫精制催化劑、重整催化劑、水合催化劑、加氫裂化催化劑、費(fèi)-托催化劑、脫氫催化劑和聚合催化劑。