[发明专利]实现悬浮在液体中的催化剂转化的方法与反应器

说明书

本发明涉及实现催化反应的方法与反应器，在该反应中，催化剂悬浮在液相中，该液相可以已包含一种液体或悬浮固体反应物，也经常存在气相，反应物由气相溶进液相，典型的该类反应是氧化作用与氢化作用。

泡罩塔和能搅拌的容器特别适合实现这类反应，悬浮反应技术在(Ullmanns Encyclopudie der technischen Chemie)第四版1973。第三期494～518页有详细描述。这类反应的根本问题是保证反应物与悬浮在液相中的催化剂之间充分接触。

悬浮反应的反应器要求能供应机械能。能量通过搅拌器，射流或上升的气泡传入，以保持固体微粒悬浮。然而，提高这种机械能的供给，使其超过悬浮所需的能量并不能使液相与悬浮固体微粒间的物质传递有明显改善，因为能达到的相对速度只能在一定程度超过沉积速率。使用夹有大尺寸微粒(由1至10mm)的催化微粒就是为了提高这种相对速度，尤其是在流化床方法中。即使这些较大的微粒相对于周围液体的速度理想，它们单位体积表面积较小这一点也从另一方面限制了转化程度。这两方面的作用经常是互补的，因此提高转化程度的问题仍未解决。

获得较高的相对速度只有通过废除在固定基反应器中的悬浮步骤来实现。除了固定基，也可以用涂有催化物质的金属或纤维，让液相或气相从上面流过。这种反应器在EP068 862、EP201 614和EP448 884中有描述。但是这些反应器有一个缺点，就是催化物质只能通过替换涂层组分才能再生。这很贵，并且，当不纯的反应物有可能污染催化物质时，需使用昂贵的保护措施，如应超提纯起始物质。

本发明的目的是提供实现上述类型的催化悬浮反应的方法与反应器。使之获得较高的空间-时间率。

我们发现通过本申请中描述的过程就能达到这个目的。在反应器中实现催化反应过程时有一个液相，该液相中至少有一种催化剂是悬浮的，而且该反应可能另外还有一个气相，该液相及可能有的气相至少部分是(即它们的体积或路径有一部分是)通过反应器中一种有小孔或管道的装置供给的。小孔或管道的水力直径为0.5至20mm，1至10mm更佳，最佳为1至3mm。反应物可以以液相，固相或气相输入，并且可以溶于液相。本发明中反应物输入时的聚集状态并不重要。水力直径的定义是4倍小孔的横截面与圆周之比。在特殊情况下，管道的理想宽度的选择尤其依赖于流经液体的粘度、悬浮微粒的尺寸、气相的存在与否及气相类型。液相粘度越大，管道宽度必须越大。液相动力粘度在10至200NS/m²的情况下，理想的水力直径为1至3mm。有气相存在时，水力直径应增大10至50％。

在新的方法中，催化剂微粒相对于液相具有较大的移动，因为在狭窄的小孔和管道中它们相对于周围液体的运动减速，这种减速可能是由微粒与管道壁的碰撞或微粒在管道壁粗糙表面的滞留引起的。在新方法中，可以使用的催化剂微粒的平均尺寸为0.0001至2mm，在0.001至0.1mm之内更好。在0.005至0.05mm最好。这些单位体积表面积大的微粒效果比较好是因为通过狭窄的阻隔板时它们能实现相对于液体的移动。因而能获得实际上较高的空间-时间率。实验证明，即使催化剂微粒的小的移动或小部的减速都能导致反应的加速。

有完成输入相的小孔或管道的装置可以包括底基，针织纤维，开孔泡沫体结构，它最好是由塑料(如聚氨酯或蜜胺树脂)或陶瓷制成，或一种原则上在蒸馏或提取技术中几何形状已知的填充元素，即依据其几何形状，这种填充元素有压力损失小的优点，如由Montz A3，和SulzerBX.DX和EX设计的金属丝网状填充物。然而，就本发明的目的而言，原则上，填充物的水力直径实际比较小，通常比在蒸馏或提取技术中可比较的阻隔板小，一般为其至。金属丝网状填充物尤其有利，这大概是由于事实上一部分悬浮物并不是顺着管道形状运动而是穿过网格。除了网状填充物，其它纺织的，针织的或毡制的液体可以渗透的物质也能用在本发明中。更合适的填充物是最好没有孔眼或其他大的孔洞的平展的金属片，例如根据Montz B1和Sulzer Mellapak设计的填充物。多孔控制金属网填充，例如Montz BSH类型的填充物，也很理想。同时，象穿孔之类的小孔必须适当小。在本发明中，决定填充物合适与否的，不是它的几何形状，而是填充物中流体的小孔的尺寸或管道的宽度。