[发明专利]一种在微通道反应器内进行催化剂集成的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种在微通道反应器内进行催化剂集成的方法，包括：将催化剂放入到微通道反应器底部加热至熔化获得液态催化剂；然后使用气体通过底部进气的方式将获得的液态催化剂吹至微通道反应器的内壁面形成液态催化剂液膜即可完成微通道反应器与催化剂的集成。将本发明所提供的微通道反应器催化剂集成方法应用于氧化硼催化丙烷氧化脱氢制丙烯的反应，烯烃选择性可高达95％。本发明所提供的微通道反应器催化剂集成方法简便易操作，集成效率高，解决了现有的微通道反应器催化剂集成困难的问题。本发明所使用的微通道反应器可以快速转移反应产生的反应热量，保证反应在恒温条件下完成，从而提高烷烃氧化脱氢反应的选择性，应用前景十分广阔。

技术领域

本发明属于微通道反应器的应用技术领域，具体涉及一种在微通道反应器内进行催化剂集成的方法及其应用。

背景技术

微通道反应器起源于微电子行业，是在上世纪90年代开始迅速发展的一个研究方向(郑亚锋，赵阳，辛峰.微反应器研究及展望[J].化工进展，2004(05)：461-467)。微通道反应器最重要和最直观的特征是其内部通道尺寸在微米级别，通常认为微通道反应器的特征尺寸在10～1000μm之间(凌芳，顾小焱，柯德宏，王涛.微通道反应器的发展研究进展[J].上海化工，2017，42(04)：35-38)。微通道反应器有许多优点：例如，传热传质快、安全性高及可数增放大等；但由于受其尺寸限制，微通道反应器填充催化剂通常比较困难。常见的催化剂填充技术有填充床反应器技术和涂层技术，此外，还可以由活性材料来制成反应器或由活性材料制成微通道等方式来改进微通道反应器(Chen G，Li S，Yuan Q.Pd-Zn/Cu-Zn-Alcatalysts prepared for methanol oxidation reforming in microchannel reactors[J].Catalysis Today，2007，120(1)：63-70)。

填充床反应器是将催化剂压片并筛分至一定目数，通过选用球形和适宜的催化剂颗粒后将催化剂直接填充在微通道反应器内，这种填充方式反应气与催化剂的接触效率高，但床层压降一般较大(Yube K，Furuta M，Mae K.Selective oxidation of phenolwith hydrogen peroxide using two types of catalytic microreactor[J].CatalysisToday，2007，125(1-2)：56-63)。催化剂集成是指将催化剂固定和集合化，常用的方法有物理直接涂覆法，化学刻蚀法或由活性材料制造反应器或微通道。物理直接涂覆是将催化剂与粘结剂制成溶液直接物理涂覆到微通道反应器内壁面(Chu B，An H，Chen X，etal.Phase-pure M1 MoVNbTeOx，catalysts with tunable particle size for oxidativedehydrogenation of ethane[J].Applied Catalysis A General，2016,524：56-65)，物理直接涂覆方法制备的催化剂涂层床层压降小，但是涂层的均匀性不易控制且容易剥落；化学刻蚀法是指将反应器壁面或者反应通道通过湿法蚀刻等方法将活性组分集成到微通道反应器壁面(Chen G，Li S，Yuan Q.Pd-Zn/Cu-Zn-Al catalysts prepared for methanoloxidation reforming in microchannel reactors[J].Catalysis Today，2007，120(1)：63-70)，这种方法涂层比较牢固，解决了物理涂覆的涂层容易脱落的问题，但是操作较为复杂且成本也比较高；由活性材料制造的反应器或微通道，其微通道壁面材料即是反应活性位(Kestenbaum H，Oliveira ALD，Schmidt W，et al.Silver-Catalyzed Oxidation ofEthylene to Ethylene Oxide in a Microreaction System[J].Industrial&Engineering Chemistry Research，2005，41(4)：710-719)，这种方式虽然操作较为简单，但是材料的选择却有很大的局限性。