[发明专利]一种使用微泡沫填充床进行气液固反应的装置和方法

说明书

气液固反应同时涉及气、液、固三种相态，在精细化工、制药过程以及废水处理等领域都发挥巨大作用。气液固反应一般依托搅拌釜、鼓泡塔和滴流床等传统多相反应器进行，而这些反应器常存在界面面积低、传质传热效率差等问题。本发明提出一种使用微泡沫填充床进行气液固反应的装置和方法，由于微泡沫填充床具有微米级特征尺寸，孔隙率高和压降小等优点，其用于气液固反应具有混合效率高，反应速度快，传热迅速和催化剂易于更换等优点，可广泛用于精细化工、医药和环境等领域。

技术领域

本发明属于化学工业中反应器用于气液固催化过程技术领域，更具体地说，本发明涉及一种使用微泡沫填充床进行气液固反应的装置和方法。

背景技术

气液固反应是一种同时存在气、液、固三种不同相态的反应过程。目前气液固反应在精细化工、制药过程以及废水处理等领域都发挥巨大作用。气液固反应一般依托搅拌釜、鼓泡塔和滴流床等传统多相反应器进行，而这些反应器常存在界面面积低、传质传热效率低和潜在的安全问题。例如，在传统搅拌釜反应器内多相流体间的传质限制将导致催化加氢过程较低的反应速率和转化率。同时，为保证反应效果，常见的气液固反应如加氢反应过程，系统压力通常在1Mpa以上，过高的压力将带来安全隐患和高额设备费。而对于使用氧气的氧化反应过程，由于气液传质效率低，反应器通常比较大，且对于搅拌釜这样的间歇反应器存在气相空间，大大增加了反应过程的危险性。因此，这类气液固反应均存在着反应效率低、反应器体积大和过程安全性低等问题，亟需新的技术对过程进行改进。

随着微技术的发展，微泡沫填充床反应器将有望克服上述问题。由于微泡沫填充床反应器其小的反应器尺寸和填充了微米级别整体催化剂，从而具有良好的混合和传递特性。同时，整体催化剂具有众多弯曲通道和高的孔隙率，使微泡沫填充床反应器流体流动阻力较低且能量利用率较高。此外，微泡沫填充床反应器还具有耐高压和催化剂易于回收等优点。因此，将基于微泡沫填充床技术发展新型的连续反应过程，用于气液固反应，具有很好的前景。

发明内容

本发明针对气液固反应过程的特点，提出一种基于微泡沫填充床反应器用于气液固反应的装置和方法。利用了微泡沫整体式催化剂低流动阻力以及强化混合和传递的特性，降低压降和能耗，提高微填充床反应器气液固过程反应效率和能量利用率，同时催化剂易于回收。具体技术方案如下：

一种使用微泡沫填充床进行气液固反应的装置，主要包括：气液预混合器、微泡沫填充床、背压阀、相分离器；其特征在于：气液预混合器设置有气体进口和液体进口，其出口与微泡沫填充床相连，微泡沫填充床出口依次连接相分离器和背压阀。

所述的微泡沫填充床中填充微泡沫材料，所述微泡沫材料是以活性炭纤维、泡沫金属、泡沫陶瓷以及以他们为载体的整体式催化剂。

所述的微泡沫材料，其特征在于填充微泡沫的方式为逐块装填和整块装填，且微泡沫载体体积与填充床体积比范围为0.1～1。

所述的微泡沫材料，其特征在于泡沫材料的平均孔尺寸为50～1000微米，孔隙率范围为0.3～0.99。

所述的微泡沫填充床内径与整体催化剂平均孔尺寸比大于10，微型泡沫填充床长径比范围为4～100。

一种使用微泡沫填充床进行气液固反应的方法，包括以下步骤：

1)控制气液预混合器的进气气体流量，同时开启背压阀增加背压直至所需压力值；

2)控制气液预混合器的液体流量，将气体与待反应液体混合，两相流体通过装填有微泡沫材料的微泡沫填充床；

3)在微泡沫填充床内气液固三相充分接触，完成反应；

4)气液混合物流出微泡沫填充床后在相分离器内实现气液分相，气体去尾气处理系统，含有产物的液体进入后续单元。

所述的一种基于微泡沫的填充床反应器用于气液固反应的方法，其特征在于气体进料气体可为氢气、氧气、空气以及臭氧。