以高选择性和产率进行非均相催化反应的方法技术

提供了一种有成本效益的方法用于以优化的产量和选择性进行催化特别是也是放热、吸热或自热反应。使用的体系是壁流整体，其由进气通道的往复的闭合使得来自进气通道的气流强制通过多孔壁进入出口通道。这样进行操作，使得质量传递和热传递基本上完全由对流决定，并且与扩散有关的导热现象可以忽略。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于高选择性和高产率并高能效地进行非均相催化气相反应的方法， 特别是包括放热、自热和/或吸热发生反应。在固定床反应器中，控制工艺温度是进行催化反应的主要问题之一。特别是对于 强放热或强吸热反应，这一点尤其如此。在许多情况下，要求的反应仅在窄的温度窗进行。 在低于该温度窗的温度下，反应速率低；反之，在高于该温度窗的温度下，发生副反应并降 低选择性。在反应器中，对于放热和吸热反应，只有当从反应器中除去热或者向反应器供热 时，或者注意在反应器内部提供良好的热传递时，才能实现恒温分布。无论任何形式的放热，在反应期间希望尽可能低的温度分布，因为由此可能降低 由所谓热斑引起的对催化剂的损害。此外，由于动力参数因此可以被认为是恒定的，以及从 而其它工艺参数可以更加优化，温差的避免容许转换-选择性行为提高。此外，放热反应总 是特别有能效的，只要反应器原则上容许放出的反应热用于连续反应。在固定床反应器中进行且其产率和选择性决定性地取决于反应温度良好控制的 放热反应的技术上重要的实例是烃的部分氧化、氯化和芳构化。吸热反应的重要实例是水 煤气变换反应、重整反应和脱氢作用。被称为自热(autothermal)过程的主要是自热重整 反应。此外，存在放热和吸热反应的联合如例如在苯乙烯或甲醛的合成中。所有形式的催 化燃烧都是借助于放出的热的强烈放热反应的实例。已知用于在催化固定床反应器中控制反应温度的各种方法。一系列方法的目标在 于改善排热和/或供热。为此，例如可以将催化剂填充至由热交换器介质环流的管中。就 主体材料反应器(bulk materialreactors)来说，也可能的是将具有热载体的盘管放在床 内部。进一步的方法在于在一系列分别具有插入的换热器的绝热反应器中进行反应。也提出在整体反应器中进行催化反应，如以大规模用于汽车废气清洁的所谓 蜂窝体。借助于这些，热交换可以通过在整体的一些通道中将冷却液循环而加强(US 6 143 943)。到反应器外壁的传热能通过由具有良好导热性的材料生产整体而改进 (US2002/0038062A1)。用于催化燃烧反应的整体的载体被认为是来自尤其是DE^37111的 可能的反应体系。DE 196 53 991 Al描述了用于进行吸热催化反应的整体逆流反应器。该逆流反应 器具有平行的加热和反应通道。该反应通道在其内壁上由用于待进行的催化转化催化剂涂 覆，而加热通道在其内壁具有用于燃烧气体/空气混合物的催化燃烧的催化剂。该反应器 不适于进行选择性反应，因为沿反应器的温度从在反应器输入口的150°C升到在中部的直 至1000°C，然后直到输出口又下降到大约150°C。除反应温度外，在反应器中的停留时间也对产率和选择性有决定性的影响。一系 列部分氧化反应和脱氢作用可在所谓毫秒反应器中进行(J. Krummenacher，L. D. Schmidt, J. Catalysis, 2004, 222,429-438)。在这种情况下，在反应器中的接触时间选择为短至使得 希望的反应以高选择性进行。从而避免反应物的较慢的完全氧化。毫秒反应器经常由整体 料(monoliths)组成，反应混合物以如此高的速度流过，使得在反应器中的停留时间的数 量级为几个毫秒。应用毫秒反应器中的限制因素在于在整体料通道中的扩散限制。这些的3效果在于不再是所有的反应物分子都与表面结合，因此仅仅能达到低的转换。由于在小反 应体积上的集中发热，就毫秒反应器而言，反应温度的控制成为一个特别的问题。该问题 的解决方案在于联合放热和吸热反应以及使它们在片状或整体催化剂的相邻通道内进行 (G. A. Deluga, J. R. Salge, X. E. Verykios, L. D. Schmidt, Science, 2004，303，993—997)。EP1300193A1提出通过引导排出气体通过催化涂层而清洁内燃机的废气。例如，为 此使用通道壁上涂有催化剂的所谓壁流过滤器(Wallflow filters)是可能的。壁流过滤器尤其在废气后处理体系中的应用而是已知的，在其中将它们用作灰粒 过滤器。它们主要是整体蜂窝体，其由许多平行走向的通道组成且配置有方形截面，它们的 壁至少部分由能被流过的多孔材料产生，且它们的通道可选地在流入端和在流出端密封。 结果使得在整体材料通道之间的间壁产生强制流，因为通过的气流仅仅通过进气通道就可 进入该体系并仅仅通过排气通道放出。这些通道或这些通道的气室密度一般在10和150cm2 之间，而壁厚在0. 1到0. 5mm的范围。这样的过滤系统的沉积灰粒的目标燃烧(再生)的模式是通用的，由于Bissett 等的著作(Chemical Engineering Science，1984，39，1233)，它们基于考虑到包含一半的 进气通道、多孔壁和一半的排出通道的单个通道系统作为整个体系的代表，这样的具有带 有催化性质的多孔壁的体系的2D模型是已知的，例如由Votsmeier等人(App 1. Cat. B Environmental,2007,70，233-240)。如例如EP1355048中所述，可将实际的催化活性材料以洗涂层(wash coat)形式 施加到壁流过滤器。然而，另外或者作为替代，将催化剂均勻地引入该多孔壁也是可能的 (DE102004040548)。在将上述壁流过滤器用于催化进行的反应所遇到的问题在于可能发生从多孔壁 至在进气通道中的反应物料流上的质量传递和热传递。以这种方式沿进气通道的通道可能 形成浓度和温度梯度。这对于实际转化是起反作用的，因为随通道长度的强烈不同的停留 时间和温度升高可能导致低选择性和转化率。本专利技术的目的在于说明一种用于进行放热、吸热和自热式非均相催化化学气相反 应的方法，用该方法不会出现诸如热传递这样的缺陷。特别是，该方法应当容许以高选择 性、产率和能效在气态起始物之间进行反应的可能性。该目标和以明显的方式由现有技术产生的进一步的目标通过具有本申请权利要 求1的特征的方法实现。该方法的优选的改进列在从属于权利要求1的从属权利要求中。这些目标及其令人惊讶地实现，但更加有利的是，由于这样的事实，即用于进行有 机分子的合成的非均相催化气相反应的方法在作为反应器的壁流过滤器中进行，在这种情 况下，将催化剂嵌入过滤器间壁和壁流过滤器的通道直径(d)的孔中，选择后者的材料和 孔隙直径以及反应物气体料流的流入速度(u彳使得产生> 10的径向Wclet数(Pee。， 以及此外选择通道长度(1)使得在给定条件下在该通道内层流气流占主导地位。本专利技术完全涉及用于合成有机分子的非均相催化气相反应。尽管现在壁流过滤器 作为废气清洁装置中的特别的过滤器，特别是在机动车辆和发电厂中，是常见的，但是在其 中发生的反应不认为是产生有机分子的。相反，有机分子通过这样的废气清洁装置被破坏， 而产生或多或少危害较小的无机化合物如C02、CO、NO、NO2或H20。在本方法和废气清洁特 别是在机动车辆中的废气清洁之间进一步的区别事实在于，操作条件实质上不同于在机动车辆或静态发电厂废气催化中运行的颗粒过滤器，其中一般存在ioooootr1到UOOOOtr1的 最大空间速度，这对于将要本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在作为反应器的壁流过滤器中进行非均相催化气相反应以合成有机分子的方法，将催化剂嵌入过滤器间壁的孔中，其特征在于，选择壁流过滤器的通道直径（ｄ）、材料及其孔隙直径以及反应性气体料流的流入速度（ｕ↓［径向］），使得产生≥１０的径向Ｐ＊ｃｌｅｔ数（Ｐｅ↓［径向］），以及此外选择通道长度（１）使得在给定条件（Ｒｅ≤２３００）下在通道内部层流气流占主导地位。

【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：M·沃茨梅尔，
申请(专利权)人：尤米科尔股份公司及两合公司，
类型：发明
国别省市：DE