[發明專利]逆流混合反應器

有效

• 申請號: 201310588991.5
• 申請日: 2005-02-11
• 公開（公告）號: CN103831074B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 愛德華·亨利·萊斯特;巴里·詹姆斯·阿佐帕爾迪
• 申請（專利權）人: 普羅米斯粒子有限公司
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24;B01J3/00;B22F1/00;B22F9/24;B82Y30/00;C01F17/00;C01G23/04;C01G25/02;C01G3/02;C01G5/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;吳鵬章

一種用于有效混合不同密度的流體流的混合反應器。在優選實施方案中，所述流體中的一種是超臨界水，另一種是鹽的水溶液。因而，該反應器使得金屬氧化物納米顆粒的生產能夠成為連續過程，而沒有任何現有反應器設計中固有的混合不充分所導致的反應器堵塞的風險。

本申請是名為“逆流混合反應器”、申請號為200580004767.0之中國專利申請的分案申請，申請200580004767.0是根據專利合作條約于2005年2月11日提交的國際申請(PCT／GB2005／000483)進入中國國家階段的國家申請。

技術領域

本發明涉及使得能夠有效混合流體流的逆流混合反應器。更具體而言，一種流可以為加熱、加壓或超臨界的流體，而另一種為較高密度的流體。更優選的是，一種流可以為超臨界水(scH2O)，另一種為含金屬的溶液。最優選的是，本發明可用于在高溫水中連續合成金屬或金屬氧化物納米顆粒，而不堵塞輸送管線，并且與現有的反應器設計相比改善了對顆粒尺寸與形狀的控制。

背景技術

納米級尺寸的金屬和金屬氧化物顆粒具有廣泛的用途，包括(但不限于)用于催化劑、顏料、拋光劑、紫外吸收劑和陶瓷中。眾所周知，此類顆粒可通過金屬鹽水溶液與加熱、加壓或超臨界的水的化學反應而形成。原理上，由于該方法允許反應作為連續過程實施，因此其在成本和可行性方面具有超過其它納米顆粒生成方法的顯著優點。然而，難以使用該方法在商業規模上實施反應，這是因為現有反應器構造不允許有效控制沉淀反應，導致頻繁堵塞反應器以及不能充分控制顆粒尺寸和形狀。因此，在該過程中，水和鹽溶液混合的反應器的設計對于所生產的納米顆粒的尺寸和性質極其重要。

本發明詳細描述了一種生產一系列可具有催化活性的金屬和金屬氧化物納米顆粒的更有效和通用的方法，因而該方法顯然具備工業應用性。

顆粒尺寸對催化過程和其它用途會是重要的，并且顆粒尺寸取決于金屬性質以及所希望的應用。例如，商業上有用的氧化鈰(來自于Johnson Matthey)具有250m²／g的表面積，而具有60-100m²／g的較低表面積的銀顆粒也是商業上有用的。并非最優的是，本發明的反應器生產表面積為100m²／g的CeO₂。原則上，這可以利用關注于通過調節操作條件和金屬鹽濃度而降低顆粒尺寸的附加工作而得以明顯改善。

雖然催化劑的表面積非常重要，但是顆粒的物理性質液可以決定其在所希望的應用上的成功。例如，氧化鋯納米顆粒通常在結構上是無定形的，此種形態不適用于許多催化應用。本發明的反應器已經制備出有用得多的結晶ZrO₂。

超臨界流體、尤其是超臨界水已經用于生產金屬納米顆粒(Adschiri，Kanazawaet a1.1992；Adschiri，Hakuta et a1.2000；Galkin，Kostyuk et a1.2000：Adschiri，Hakuta et a1.2001；Cabanas，Darr et a1.2001；Cote，Teja et a1.2002；Hao andTeja2003；Viswanathan and Gupta2003；Viswanathan，Lilly et a1.2003)，然而，現有方法均使用基于T-或Y-形反應器的變體(圖1)。

這些方法的主要局限性在于顆粒沉淀的位置不可控。已知顆粒很容易在反應器輸送管線中沉淀，尤其是在進口管處。已經發現T形構件反應器在較高密度流體進口處頻繁發生堵塞，導致需要清洗和重裝反應器的時間成本和不便。這些堵塞可發生在較高密度流體進料到達T形構件處的幾分鐘之內。此外，如果系統處于壓力下，則存在與頻繁堵塞相關的明顯的健康和安全隱患(即爆炸風險增加)。本發明由基本消除上述問題的新型反應器設計組成。

發明內容

因而，根據本發明第一方面，提供用于連續混合兩種或更多種不同密度流體的逆流混合反應器，包括第一進口和出口，其特征在于一個或多個其它進口與第一進口完全相反，并位于出口內。