[发明专利]向微通道反应器加载微粒或者从微通道反应器卸载微粒

说明书

相关申请

本申请要求2007年11月5日提交的美国临时专利申请系列号第60/985,628号以及2008年9月5日提交的美国临时专利申请系列号第61/094,859号的优先权。

政府权利

本发明是根据第W56HZV-07-C-0276号合同，在政府基金资助下进行的。美国政府享有本发明的某些权利。

引言

微粒材料(也称为粉末)形式在微通道中的应用有三个重要方面：将所述微粒材料加入或加载入所述微通道中；对所述加载过程进行质量控制和保证；将微粒从微通道移出或者卸载。

将微粒材料加载入微通道的重要参数如下：1)所述通道均匀地填充，2)可以将两种或者更多种不同的微粒材料加载入各个微通道中，各自置于所需的位置，3)装填的微通道达到其装填表观体密度(以避免在装置操作或运输过程中额外发生沉降)，在加载的催化剂床中不存在空隙或夹杂物。很关键的一点是，对于多通道装置，其中各个通道要实现基本一致的床高度和密度，因为这些参数会影响压降和造成流体分布不均。

可以设想，可以使得具体制造的床具有不均一的密度或者高度，以改变或者影响流动分布，但是一般情况下，人们的目的是产生基本均一的流动分布，其中各个通道之间的流动偏差小于20％，优选小于10％，最优选小于5％。

很重要的一点是，要精确地向通道中加载催化剂以及/或者惰性微粒，这是因为如果在反应过程中产生或消耗大量的热量，则催化剂需要足够靠近散热装置(例如装有冷却剂的相邻的通道)。对于吸热反应，催化剂需要足够靠近热源，以维持反应。如果催化剂和/或惰性材料的设置不够精确，则会由于增加副产物生成量或者降低转化率，从而导致反应器生产能力损失。我们的目标是在微通道设备中快速、精确并反复地进行加载，所述微通道设备包括数百个或者数千个平行的装有微粒的工艺通道。

本发明还描述了一种从微通道卸载微粒催化剂的方法，该方法使得反应器设备可以重新用于两种或者更多种应用。在一些实施方式中，所述反应器可以重复使用数十次或者数百次。在每次重新加载循环中，所述反应器可以使用相同的或者不同的催化剂加载来重新使用。理想情况下，催化剂不会受到常规操作条件的负面影响，因此在其行使功能结束时，催化剂仍然是自由流动的颗粒或者粉末，其会在重力影响下、或者在重力与其它温和的物理激励作用结合影响下离开反应器。会导致催化剂难以排出的因素包括：压实，烧结和结块。

压实的机理是床的密度的物理变化，主要可以通过使得床适当地沉降至装填表观体密度来避免这一问题。但是如果催化剂或惰性材料经历物理破坏，则这一条件可能恶化。烧结的机理是热引发的相邻催化剂颗粒的粘结，通常在升高的温度下发生。除非反应本身是在接近可以发生烧结的温度下进行的，否则烧结只会在操作混乱或者反应条件不受控制的情况下成为问题。颗粒或粉末结块的机理包括独立的颗粒被外界物质粘连在一起，例如在费-托合成中，是被高分子量石蜡粘连在一起。通过物理、化学、热学或这些方法的结合逆转这种过程是本文所述一些实施例的焦点。

发明内容