[发明专利]用于表征催化过程的设备和方法

说明书

本发明涉及一种表征催化过程的方法，其包括具有平行布置的两个或更多个反应链的反应体系，其中各反应链包括多个串联的反应室或单个反应室。在也称为CPC方法的方法中，向各反应链提供反应物流。提供给反应链的反应物流在不同的反应链中经历不同数量的工艺步骤。对从反应链排出的产物流进行分析表征，其中表征中获得的数据以相对术语表示，此处优选包括差值计算。CPC方法可以以非常通用的方式使用，并且特征在于非常高的精度。质量平衡达到+/‑10％重量或更低的标准偏差。此外，本发明涉及一种用于实施CPC方法的装置，或者涉及一种用于同时实施多种CPC方法的装置。因此，本发明还涉及高通量研究领域。

本发明涉及一种表征催化过程的多步方法，优选实验室方法，其在下文中称为CPC方法。CPC方法涉及催化剂的开发和特别适合所述过程的那些催化剂的识别。通过使用CPC方法，可基于实验室试验来优化工业集成方法，并因此提高产率、生产率和催化剂使用寿命。此外，还应当注意的是，CPC方法可与计算机辅助方法结合，或者可对改进计算机辅助模拟作出贡献，因为CPC方法提供了具有高精度的实验数据。本发明的方法包括至少一个具有至少两个平行布置的反应链的反应体系。至少一个反应链，即第一反应链，包括两个或多个反应室的串联布置。至少一个另外的反应链包括反应室的串联布置，其中反应室的数量比第一反应链中的反应室少至少一个。反应体系中的平行布置的反应室(优选填充有催化剂)与反应物流接触。反应物流可为单相的气体或液体料流或气体和/或液体的多相组合。对反应体系内产生的来自多步方法的不同工艺步骤的产物流进行分析表征。用于实施本发明方法的装置优选装备有一组反应体系。在该实施方案中，所述方法可以以平行方式用多个反应体系进行。因此，在优选实施方案中并且与反应器系统的平行化一起，本发明的一个方面还涉及高通量研究领域。由于通过本发明的装置和本发明的方法可以研究在工业相关的工艺条件下的复杂催化过程，因此该装置和方法具有很大的工业利益。

现有技术公开了用于研究催化剂或化学过程的多步装置和方法。这些的一个实例是Richard F.Bauman等的PCT申请WO2008/080365A1，其描述了用于催化加氢和处理具有高杂质比例的原料的多步反应器管布置。与相对不挥发的原料的处理相结合，为了逐步实施原料的改质，使用多步方法和不同的催化剂是重要的。

在标题为“Catalyst Test for Hydrochyzed and Hydrophilization”的 PTQMagazine Q12015(第121-127页)的文章中，Jochen Berg等描述了在工业相关条件下通过高通量装置对加氢处理进行研究。该文章还提出了涉及催化剂测试的案例研究，所述催化剂以堆叠布置引入到各管式反应器内，然后在相同的进料条件下测试。该高通量装置由多个平行布置的管式反应器组成，其中不同的工艺步骤在各管式反应器的堆叠布置中进行。整个过程包括以下三个工艺步骤：1.常压油蒸馏残渣的脱金属(HDM)，2.在中等脱硫(HDS)活性下HDS，和3.在高脱硫(HDS)活性下HDS。

Godini等在Journal IndustrialEngineering Chemistry Research (2012)，第51卷第22期(第7747-7761页)中描述了一种优化用于氧化性甲烷偶联的化学过程的方法。该方法在于具有一个或两个串联的反应室的两个反应链的优化实施方案。反应链和反应室的数量和操作关系用于使整个过程的输出最大化。反应室，特别是位于两个反应链中的第一反应室，即固定床反应器(FBR)和常规填充膜反应器(CPBMR)，在此执行不同的功能并构成不同的工艺步骤。工艺优化基于三个反应室之间的操作关系的理论评估。与三个反应室的单独性能有关的信息来自对三个反应室的单独研究，而没有所述过程中的操作关系。

本发明的问题是提供一种方法，通过该方法可以以高精度和高准确度进行催化测试。另一个要解决的问题是以如下方式设置该方法，即，使得该方法也可用于检查具有如下特征—即各工艺步骤需要不同的催化剂体系和/或单独可调节的反应条件—的多步反应序列。