[發明專利]平行的噴射環流反應器

有效

• 申請號: 200980134035.1
• 申請日: 2009-07-09
• 公開（公告）號: CN102137715A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: M·貝克爾;R·弗蘭克;W·比施肯;A·伯爾納;J·霍爾茨
• 申請（專利權）人: 贏創奧克森諾有限責任公司
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 趙辛;梁冰

技術領域

本發明涉及一種用于連續地轉化一種具有至少另一種流體的液體的裝置。

背景技術

液體是一種基本上不可壓縮的可流動的介質。氣體是一種可以壓縮的可流動的介質。流體或者是一種液體，或者是一種氣體。一種尤其是借助于一種氣體或者一種液體而流化的，在一定條件下為粉末狀的固體材料按照本發明同樣也是一種流體。

按照本發明，輸入的液體是指一種材料或者混合材料，它位于整套裝置里在反應條件下處于流體的集合狀態，并且具有至少一種反應物。所謂氣體是指一種純的氣體或者一種混合氣體，后者具有至少一種反應物和必要時一種惰性氣體。具有兩種反應物的氣體的一種實例是由氫和一氧化碳組成的合成氣體，它例如使用于加氫甲酰化。

對于噴射環流反應器(英語jet?loop?reactor)來說，按照本發明是指一種用于連續地轉化一種液體和至少另一種流體的裝置，其中液體在壓力下經過一個噴嘴進入反應腔里，并縱向沿著主流動方向流過反應腔，在反應腔的位于噴嘴對面的端部反向，迎著主流動方向返回流動，并重新在主流動方向上加速，從而在反應腔之內形成一種內部的液體回路(環路)。第二種流體被液體流動一起帶走，并對于沿著回路的行程作出反應。液體因此用作為工作射流介質。為了使動能傳入液體，反應腔配置有一個外部液體回路，在這回路里一部分液體在反應腔之外的回路里運行。在外部液體回路里設有一個泵，它給液體流加上了用于在反應器里建立環路流動所必需的動能。噴嘴相應地從外部液體回路供給液體。已知的噴射環流反應器表示于圖1a和1b中。

在噴射環流反應器技術方面良好的入門資料為：P.Zehner，M，Krause所著“泡罩塔”，Ullmann’s工業化學百科全書，電子釋放，第7卷，4章，Wiley-VCH，Weinheim(2005)。

對于在氣體/液體系統里或者也在氣體/液體/液體-系統里有效地實施多相反應來說，為了避免材料運輸的限制，所參與相的強烈混合具有重要意義。這在技術上通過一系列不同的反應器方案來實現，在攪拌壓煮鍋處開始，經過泡罩塔和裝料體柱一直到具有靜力混合器的管式反應器。[K.Schuegerl；”用于嗜氧微生物過程的生物反應器”；Chem-ing-Tech.52，(12)，1980，951-965]。這種系統的缺點在于：其材料轉換系數(k_La)部分來說比較低。

為了改善材料的轉換，特別是在多相催化器里，已經開發了各種不同的反應器方案，它們的共同的特征是回路流動大。[E.H.Stitt：“精細化工的可供選擇的多相反應器-在攪拌槽那邊的領域？”化學工程。J.90，2002，47-60]。通過相應的混合裝置，如噴嘴或者孔板，產生必需的材料交流面。基于多料噴嘴的特殊反應器已經做過深入的試驗。[N.Raebiger；“在射流驅動的環路反應器中的流體動力學和物料交換”；實踐工藝技術：熱工技術，TUEV出版社，Rheinland公司，科隆，1988]，并且，如在DE?19836807中所述的那樣，成功地使用在一種加氫甲酰化的試驗設備中。反應器的特征在于，高的空間-時間-增益和在氣體-和液體相之間的物料轉換速度。此外取消了通常對于氣體反饋必需的環路壓縮器，這是因為未轉換的氣體通過噴嘴在反應器里又重新分散成液體。在反應器里的氣體含量可以通過料位和噴嘴的氣體抽吸相對位置自由選擇。在反應器里出現的大的循環流除此之外可以實現一種差不多無梯度的運行方式。

在一種單個的噴射環流-反應器里高度/直徑比這里只能在從3至10的狹窄范圍里變動，以便保證在可代表的反應器結構高度時充足的反應容積。混合性能和物料轉換在敦實的實施形式中受到負面的影響，這只是可以有條件地通過在一個反應器里布置幾個噴嘴和引導管來補償【Y.Gan?et?al.；”具有低的高度-直徑比的噴射環流反應器的配置研究”；化學反應器工程技術。15(3)，1999，268-274】。此外由于表面-容積比小更使排熱變差。這可能使得在反應器里采用場管用于放大熱交換面成為必要，例如在DE?19854637中所述的那樣，因而除了內部的循環流動影響之外，還要考慮較高的結構費用。

具有一種長細比(反應器的高度與反應器的直徑之比)H/D＞10的反應器可以實現比較更大的氣體含量，然而并不適合于由于小的容積而按比例放大。根據得出的反應器高度，在反應器放大至至關重要的反應容積時越來越產生高的內部壓力損失，并以此形成一種超高的能量消耗，這導致了反應器能力的明顯變差。由于較小的直徑這里然而可以實現一種充足的熱交換功率，而沒有附帶的損失。

發明內容