[发明专利]用于有机化合物反应的催化活性膜孔流动反应器

说明书

本发明涉及一种催化活性膜孔流动反应器(Membranporendurchflussreaktor)、所用的膜和在应用这类反应器情况下的方法。

在工业领域，有机物质的氢化用各类反应器进行。该反应器粗略可分为固定床反应器和悬浮物反应器。在催化氢化反应中喷淋膜反应器(Rieselfilmreaktor)是最具工业意义的。(Al-Dahhan等人，Ind.EngngChem.Res.36(1997)3292-3314，Saroha等人，Rev.Chem.Engng 12(996)207)。为减少在催化剂颗粒中由多孔扩散引起的传质限制，使用壳式催化剂。应用喷淋膜反应器的主要优点是，反应后不需反应溶液和催化剂之间的分离。此外，该反应器可连续运行。另一种在工业中使用的适于三相氢化的反应器类型是浆液反应器。由于其结构的简单性、更简易下实施和大的灵活性，该浆液反应器最常用于工业规模的氢化反应。也经常使用泡罩塔反应器，特别是在有机合成领域如氧化、氯化、氢化。对适于三相反应的新型反应器类型的研制如膜式反应器进行了大量研究。Kuzin等人，(Kuzin等人，Catalysis Today 79(2003)105-111)描述了膜式反应器在三相反应中的应用。该大部分由镍制成的膜一方面用作载体，另一方面用作气体和液体相遇的介质。De Vos(de Vos等人，Chem.Eng.Sci.37(1982)1719)报导了陶瓷膜在强放热反应中的应用。

在三相氢化中，氢在液相中的低溶解度通常成为传质的限制。Cini和Harold(Cini，Harold，AIChE Journal 37(1991)997-1008)描述了按照扩散器原理的催化膜式反应器。与悬浮物催化剂相比，可将反应速度提高到20倍。该筒形膜由大孔和微孔的陶瓷材料制成。另一种膜式反应器是所谓的催化活性膜孔流动反应器。该膜孔流动反应器可明显改进传质过程。这导致反应器效率的增加和选择性的提高。

Golman等人，(Golman等人，J Chem.Eng.Jpn.30(1997)507-513)指出，所需的中间产物的产率和选择性与膜特性、膜的催化活性和通过膜的对流输送有很大关系。其中传质主要以对流实现的反应过程使得可完全利用催化剂的表面。由此通过调节通过催化活性多孔膜的对流输送可对后续反应达到完全的反应控制。

在公开的文献中，有一系列的出版物论及膜孔流动反应器。在WOA98/10865中公开了一种具有孔大小为0.5-2nm的无定形微孔膜的膜孔流动反应器。该膜的目的是通过防止基于(双倍)分子尺寸的孔大小的反混来抑制后续反应。但这类膜反应器由于非常小的孔大小而具有非常大的压力损失，以致在大规模工业运行中是不经济的。在USA5492873中使用具有膜的膜反应器，但该膜仅对一种反应物是可渗透的，对其它反应物和催化剂毒物是不可渗透的。由此可防止催化剂中毒。在这类装置中的反应区仅通过表面产生，以致该催化剂的利用率和时空产率非常低。

RUA2083540描述了一类氢化反应过程，在该反应过程中有机物质在分开的搅拌罐中用氢饱和，然后引导该溶液穿过外部床。该反应器概念虽然利用有机溶液的预饱和原理，但未能实现克服内部的传质限制问题。

尽管对适于非饱和有机物质氢化的工业使用的反应器的各种类型进行了改进，但如固定床或喷淋床的对流反应器的效率仍远低于具有固有动力学量度的浆液反应器的效率(Meile等人，Ind.Eng.Chem.Res.41(2002)1711-1715)。这表明存在这类反应器中的传质限制仍明显存在。换句话说，该高的传质限制仍导致催化剂的无效利用。此外，目前的反应器装置失败于不断地钝化，以致仅可有短的使用寿命。

因此，本发明的目的在于从现有技术出发提供一种所谓的催化性膜孔流动反应器，使用该反应器特别可在无传质限制下进行氢化反应，并具有明显长的使用寿命。这种膜孔流动反应器应具有相应于或超过常规反应器的效率。

意外地发现，如果设定通过膜的足够高的对流体积流量，使所有催化活性颗粒与反应溶液呈最佳接触，则与其它的常规反应器相此，催化性膜孔流动反应器具有较高的时空产率。

因此，本发明的主题在于提供一种用于反应，特别是有机化合物的氢化的催化活性膜孔流动反应器。