[发明专利]用于进行平衡限制的反应的反应器

说明书

本发明涉及一种用于进行平衡限制的反应的反应器，包括用于容纳催化剂(6)的反应室(4)，还包括适用于容纳吸着剂(10)的吸着室以及原料输入装置(12)和吸着剂输入装置(14)，其特征在于，反应室(4)和吸着室通过透气的、阻挡吸着剂(10)的液滴的元件(16)分隔。

本发明涉及一种用于进行平衡限制的反应的反应器以及一种用于运行该种反应器的方法。

很多在技术上具有重要意义的化学反应是平衡限制或者说平衡受限的。这意味着在建立化学平衡时，反应物或者说反应原料之间向反应产物的反应是不完全地进行的，也就是不完全处于产物侧。因此在化学平衡中始终并存产物和原料。这在传统的化学合成中例如是由氢气与一氧化碳或二氧化碳生成甲醇的反应或者是由氢气与氮气生成氨气的反应，即所谓的哈柏法(Haber-Bosch-Verfahren)。这些反应如今工业化地在非均相催化的固定床反应器或浆体反应器中进行。正如所描述的，原料在简单地通过反应器时仅部分被转化。之后提取原料与产物的混合物并且通常将反应产物分离，其中，未转化的原料再循环到反应起始点。在工业规模上，对部分大量的气体的再循环导致了设备方面的高耗费。此外产生了其它技术上的挑战，其在整体上明显对工艺流程造成了提高成本方面的影响。在此，一方面应当提到的是反应器中的压力损失，所述压力损失在大量的再循环中必须被补偿。此外，在再循环中惰性气体和外部气体在循环中积聚，这对反应进行产生负面影响并且例如导致了更大的反应器体积。此外，在再循环中一方面始终导致原料的损失，这又对转化效率产生了负面影响。此外，回引的气体量导致了通过反应器的较高的气体体积流，这提高了反应器的结构尺寸并且由此又导致了反应器成本的升高。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于进行平衡限制的反应的反应器，所述反应器相对于现有技术具有更小的构型并且能够更低成本地运行。本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种方法，所述方法提供了与所述反应器同样的优点。

所述技术问题通过以下技术方案解决。

根据本发明，用于进行平衡限制的反应的反应器包括用于容纳催化剂的反应室并且还包括适用于容纳吸着剂的吸着室。此外，反应器还包括原料输入装置和吸着剂输入装置。反应器的特点在于，反应室和吸着室由透气的、隔绝或者说阻挡吸着剂的液滴或颗粒的元件分隔开。通常使用液态的吸着剂，其中，原则上形式为细颗粒状的固体也能够用作吸着剂。

通过相应的元件分隔反应室和吸着室的作用在于，气态的原料和产物能够无阻碍地在反应室和吸着室之间往复流动，其中，吸着剂的液滴留在吸着室中并且不会到达反应室中。因为在催化剂材料与液态的吸着剂接触时，反应材料的作用方式将受到不良影响，所以将所述液滴与反应室分隔是适宜的。

在此特别适宜的是，元件的通孔具有小于100μm、优选小于10μm、特别优选小于0.5μm的直径。根据通常形式为水溶液、油或离子液体的吸着剂的黏度以及元件表面被所述吸着剂润湿的情况，通孔的尺寸或者直径能够或者必须相应地适配。

被证明适宜的是，元件设计为纺织物的形式，尤其是设计具有基于玻璃、金属材料、陶瓷材料或碳的纤维。在此尤其适宜的是使用金属网、金属纱或拉伸金属。

在另一种实施形式中，元件设计为膜的形式，所述膜的特点是对原料和产物的选择透过性，并且在此是隔绝液体的。

在本发明的另一种实施形式中，反应器具有上部区域和下部区域，其中，在所述上部区域中设置有吸着剂输入装置并且在所述下部区域中设置有吸着剂排出装置。由此能够从反应器中导出装载有产物的吸着剂并且通过输入装置又将未装载的吸着剂导回。

同样被证明为适宜的是，元件阻挡液滴的作用是可变的，并且在此从反应器的上部区域向下部区域减弱。根据一种设计方案，上部区域中设置有吸着剂输入装置并且在该区域中引入和喷洒液体的吸着剂。在此适宜的是，在该区域中存在更强的防止液滴穿过元件的隔绝效果。因此例如在使用纺织物元件时能够从上部区域向下部区域增大通孔的直径、也就是增大网孔尺寸。这也可以意味着，反过来在上部区域中液滴的穿透性完全被元件抑制或者该区域是完全密封的。