[发明专利]成型的催化剂颗粒

说明书

本发明涉及可以包括催化活性组分的颗粒，其呈三维椭球体形状的形式，具有三个主要轴，其中至少两个轴具有不同的长度。这种颗粒的床可用于形成流体可以流动通过其中的颗粒床。

本发明涉及催化剂颗粒、包含这种催化剂颗粒的床的反应器和通过这种催化剂颗粒催化的化学反应。

传统的催化剂粒料和催化剂载体可以通过其制造性质显示设计和结构的二维复杂性，但几乎总是要求这些几何形状通过挤出或压片方法延伸到第三维度。因此，该第三个维度对几何复杂性几乎没有可能。催化剂的性能部分取决于催化剂科学家促进和控制反应物气体或液体料流与催化剂本身的相互作用的能力。这种能力受到对粒料几何形状的有限控制的制约。

可以使用包括3D打印技术的添加层制造方法制成的新的颗粒设计可以提供非常高的表面积比体积的催化剂，以及反应物在催化剂粒料之上和通过催化剂粒料的流量的控制。反应物和产物通过催化剂颗粒的流量的控制改善了由于通过床的反应分布控制湍流和边界层特征的机会。当与增强的床填充相组合时，这特别有效，所述增强的床填充相允许通过改变垂直和横向地通过床的流量来控制催化剂床中的热分布。新的催化剂颗粒形状允许3D打印方法的优点以有助于改善催化剂床中的化学反应和流体流量的控制。

根据本发明，我们提供了呈三维成型颗粒形式的催化剂颗粒，其呈具有不超过两个相等长度的主轴的椭球体的一般形式。

我们进一步提供包含多个催化剂颗粒的催化剂床或吸附剂床，每个所述催化剂颗粒具有三维成型颗粒的形式，其呈具有不超过两个相等长度的主轴的椭球体的一般形式。

根据本发明的另一方面，我们提供催化剂床，其包含在容器内含有的多个根据本发明的催化剂颗粒。

我们进一步提供了进行化学反应的方法，包括使至少一种含有至少一种起始化合物的流体与根据本发明的催化剂床接触的步骤。

我们进一步提供处理流体混合物以通过使流体混合物与根据本发明的催化剂床接触来选择性地去除混合物的一种或多种目标组分的方法。

椭球体是具有三个主轴的几何三维形状。当所有轴相等时，椭球体称为球体。因此，本发明的椭球体催化剂颗粒的全部三个主要轴不都相同。当椭球体的两个主要轴相等时，形状称为扁圆(或扁长)球状体或旋转椭球体。下面将使用术语“球状体”来表示任何具有两个且仅两个相等长度的主要轴的椭球体。因此，本发明的催化剂颗粒具有三轴椭球体(即所有三个主要轴具有不同的长度)或球状体的形式。椭球体颗粒的所有三个主要轴可以具有不同的长度。

本发明的特别的优点是，椭球体颗粒可以实现比常规成型的球形或圆柱形颗粒更高的填充密度。当填充密度较高时，用于与流体料流接触的可用表面较大，但是通常的代价是流动阻力增加，其通常表现为通过床的压降增加。较大的可用表面影响在这种颗粒的床内发生的化学反应的关键性质，这使得能够更好地控制反应。可以选择催化剂颗粒的可用表面以控制催化剂床中的反应速率、接触时间和传热。椭球体颗粒的形状由其三个主轴的相对长度控制。主轴的相对长度决定了填充密度。球状体的轴的比例可以被称为纵横比。

椭球体催化剂颗粒可以是实心的，或者它们可以包括空隙空间。术语“空隙空间”不旨在包括形成催化剂颗粒的材料的颗粒之间的微观空间，例如孔或空间。本文所用的空隙空间是指颗粒内的宏观空间。空隙空间可以包括内腔、表面凹槽或压痕或颗粒内通道(以下称为“通道”)，或多于一种类型的空隙空间的组合，其从颗粒的表面上的第一位置通过颗粒的内部延伸到颗粒的表面上的第二位置。通道总是包括在颗粒表面处的开口，使得流体可以进入和离开颗粒。颗粒可以包括多于一个通道。颗粒可以包括例如1至24个颗粒内通道。催化剂颗粒的每cm²颗粒横截面可以包括1至100个通道。

当颗粒包括内腔时，该腔优选地与颗粒的外表面处的开口连通。该腔可以与颗粒的外表面处一个或多于一个开口连通。0至30、优选2至20个开口可以存在于颗粒的外表面中。催化剂颗粒的每cm²的颗粒横截面可以包含0至100个开口。颗粒中可以存在多于一个腔。