从液体反应剂形成产物的改进的催化方法技术

使含有反应剂的液体通过多孔陶瓷蜂窝体以制造反应产物，其中蜂窝体壁的孔隙率使得含有反应剂的液体充分渗入壁中，并且随着含有反应剂的液体从整体陶瓷蜂窝体的入口端流向出口端，反应剂发生反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用催化剂从液体反应剂形成产物的改进方法。具体而言，本专利技术涉及使用生物催化剂(例如酶)形成产物的方法。
技术介绍
许多商业上重要的反应都采用液体反应剂。典型的采用在液体中的反应剂的反应使用了在载体上的催化剂。已经使用了许多载体，例如二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝复合材料和各种形式的碳。通常，这些反应在反应器中进行，其中催化剂-载体以粉末、球粒或碎片形式装填在反应器(通常被称作固定床反应器)中。不幸的是，这些反应器已经证实不可用于快速反应，因为它们往往受到扩散限制。也就是说，如果扩散相对于反应速率而言较慢，那么只有催化剂结构的外壳层有效地用于扩散到催化剂中的反应剂的转化，而反应剂不能到达催化剂的内部。因此，没有利用所有催化剂。此外，扩散限制容易降低产品质量，例如降低的收率和存在不合意的副反应产物。为了克服这种扩散限制，可以降低催化剂-载体的粒度，但这会提高通过反应器的压降并导致床堵塞增加之类的其它问题。近来，在改进填充床型反应器的尝试中，已经使用了陶瓷蜂窝体(ceramic honeycomb)载体。虽然这些反应器已经表现出改进的质量传递和低压降，但它们的应用仍然有限，因为在液体沿通道往下移动时可参与反应的催化剂仅限于通道壁上存在的少量催化剂。此外，由于这种扩散限制以及例如催化剂对孔隙的堵塞(这造成壁中的催化剂不能参与反应)，催化剂的量受到限制。因此，需要提供一种能够避免现有技术中如上所述的一个或多个问题的使液体或液体中的反应剂反应的方法。专利技术概述本专利技术是一种从液体形成反应产物的方法，其包括(a)使含有反应剂的液体流入具有通过相邻通道连接的入口端和出口端的陶瓷蜂窝体，这些通道从陶瓷蜂窝体的入口端延伸向出口端，并且这些通道由多个交错的薄多孔分隔壁限定，在分隔壁上含有催化剂，其中分隔壁的孔隙率使得含有反应剂的液体充分渗入该壁，且随着含有反应剂的液体从整体陶瓷蜂窝体的入口端流向出口端，反应剂发生反应；和(b)从陶瓷蜂窝体的出口端收集反应产物。该方法可用于可使用在液体中的反应剂形成反应产物的任何应用领域。反应的例子包括氢化、羟基化、酶催化反应、烷基化、氧化、酯化、脱酯化和加氢甲酰基化。专利技术详述本方法采用陶瓷蜂窝体。该蜂窝体可以具有任何可用形状，并且蜂窝体的通道可以具有任何有用形状(例如圆形、正方形、矩形和六边形)。陶瓷蜂窝体可以是任何合适的陶瓷，例如本领域已知的那些。示例性陶瓷包括氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅和氮化铝、氧氮化硅和碳氮化硅、富铝红柱石、堇青石、β锂辉石、钛酸铝、硅酸铝锶、硅酸铝锂。优选的陶瓷包括碳化硅、堇青石和富铝红柱石或它们的结合。在美国专利Nos.US 6,669,751B1和WO公开EP 1142619A1、WO2002/070106A1中描述了示例性碳化硅。WO 2004/011386A1、WO2004/011124A1、US 2004/0020359A1和WO 2003/051488A1描述了其它合适的多孔体。优选地，陶瓷蜂窝体是具有针状微结构的富铝红柱石蜂窝体。这种针状陶瓷的例子包括美国专利Nos.5,194,154、5,173,349、5,198,007、5,098,455、5,340,516、6,596,665和6,306,335；美国专利申请公开2001/0038810和国际PCT公开WO 03/082773描述的那些。当蜂窝体是具有针状微结构的陶瓷时，颗粒的平均长宽比通常大于2(长为宽的2倍)。优选地，平均长宽比为至少大约10，更优选至少大约15。数种因素关系到液体是否充分渗入蜂窝体的壁。这些因素的例子包括蜂窝体孔隙的数量和类型以及表面张力。通常，当至少大约5％的静液分数(static liquid fraction)归因于已渗入陶瓷蜂窝体壁的液体时，液体充分渗透。优选地，根据在泰勒流(Taylor flow)下的脉冲染料停留时间分布(RTD)实验所测，至少大约10％，更优选至少大约15％，再优选至少大约20％，最优选至少大约40％的静液分数归因于已渗入陶瓷蜂窝体壁的液体。泰勒流是根据G.I.Taylor，Journal ofFluid Mechanics，10，161-165，(1960)所述的通过通道的气泡和液体的交替流。如下测定渗透液体的百分比从本专利技术的方法的静液分数中减去对于致密蜂窝体和在相同条件下的液体获得的一层的静液分数。流过致密蜂窝体的液体的静液分数可以通过如Aussilous等，Physics ofFluids，12(10)，2367-2371(2001)和F.P.Bretherton，Journal of FluidMechanics，10，166-188，(1960)所述的已知方法和相关性进行计算。要理解的是，测定静液分数的方法包括使含有反应剂的液体和气体流过陶瓷蜂窝体的通道。通常，气体-液体流具有大约1×10-6至大约0.1的毛细管数。优选毛细管数为至少大约1×10-5，更优选至少大约1×10-4至优选最多大约0.05，更优选最多大约0.01。毛细管数是流速乘以液体粘度除以液-气界面的表面张力，这是本领域公知的并如Aussilous等，Supra；F.P.Bretherton，Supra；Kolb，ChemicalEngineering Science，46(9)2181-2195，(1991)；和Thulasidas，ChemicalEngineering Science 50(2)，183-199，(1995)所述。液体充分渗透并反应，这通常显示为与含有相同量的主要位于通道壁上的催化剂的类似蜂窝体(也就是，低孔隙率“＜40％”蜂窝体)相比，每克催化剂活性的提高。反应越快，这种效果通常越明显。活性是例如对于每单位整料体积或每克催化剂物种，反应剂转化成产物的比率。优选地，每克催化剂的活性提高至少大约5％，更优选至少大约10％，再优选20％，最优选至少大约50％更多活性。在一些情况下，活性可以提高2、3或5倍。使用液体在容器中的停留时间分布测定其中的静液分数(stagnant liquid fraction)。通过在反应器进料中加入一脉冲(a pulseof)示踪剂并记录其何时离开反应器，由此获得停留时间分布。在由停留时间分布测定静液分数时，使用活塞-分散-交换(PDE)模型。在该模型中，将反应器中的流体分成静态和动态部分。动态部分以平均速度(使该平均速度进行无规波动)流动。此外，物质可以在动态和静态部分之间交换。当将理论曲线与实验曲线进行比较时，该模型可以测定三个参数(a)容器中被视为静态的液体的分数(静液分数)，(b)静态和动态液体分数之间的交换率(质量交换)，和(c)无规速度波动的幅度(分散性)。PDE模型非常完善，并由Stegeman D等，Industrial&EngineeringChemistry Research，35(2)，378-385(1996)和Iliuta I，Thyrion F等，Chemical Engineering Science，51，4579-4593(1996)所述。适合本专利技术的陶瓷蜂窝体壁的特定孔隙率和孔径大小取决于特定蜂窝体、催化剂、液体和液体表面张力等的数个因素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从液体形成反应产物的方法，其包括：　　　　（ａ）使含有反应剂的液体流入具有通过相邻通道连接的入口端和出口端的陶瓷蜂窝体，这些通道从陶瓷蜂窝体的入口端延伸向出口端，并且这些通道由多个交错的薄多孔分隔壁限定，在分隔壁上含有催化剂，其中分隔壁的孔隙率使得含有反应剂的液体充分渗入该壁，且随着含有反应剂的液体从整体陶瓷蜂窝体的入口端流向出口端，反应剂发生反应；和　　　　（ｂ）从陶瓷蜂窝体的出口端收集反应产物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MT克罗伊策，SA沃林，JA毛利因，F卡普泰因，KM德拉陶德尔，
申请(专利权)人：陶氏环球技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]