EA019753B1 - Реактор, устройство и способ проведения гетерогенного катализа - Google Patents

Реактор, устройство и способ проведения гетерогенного катализа Download PDF

Info

Publication number
EA019753B1
EA019753B1 EA201100147A EA201100147A EA019753B1 EA 019753 B1 EA019753 B1 EA 019753B1 EA 201100147 A EA201100147 A EA 201100147A EA 201100147 A EA201100147 A EA 201100147A EA 019753 B1 EA019753 B1 EA 019753B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
rotor
catalyst
stator
arns
reactor
Prior art date
Application number
EA201100147A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201100147A1 (ru
Inventor
Аббас Хассан
Райфорд Г. Энтони
Грегори Босинге
Азиз Хассан
Ибрагим Багхерзадех
Original Assignee
ЭйчАДи КОПЭРЕЙШН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЭйчАДи КОПЭРЕЙШН filed Critical ЭйчАДи КОПЭРЕЙШН
Publication of EA201100147A1 publication Critical patent/EA201100147A1/ru
Publication of EA019753B1 publication Critical patent/EA019753B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1806—Stationary reactors having moving elements inside resulting in a turbulent flow of the reactants, such as in centrifugal-type reactors, or having a high Reynolds-number
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/271—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator
    • B01F27/2711—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator provided with intermeshing elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/271—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator
    • B01F27/2714—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator the relative position of the stator and the rotor, gap in between or gap with the walls being adjustable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/81—Combinations of similar mixers, e.g. with rotary stirring devices in two or more receptacles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/81—Combinations of similar mixers, e.g. with rotary stirring devices in two or more receptacles
    • B01F33/811—Combinations of similar mixers, e.g. with rotary stirring devices in two or more receptacles in two or more consecutive, i.e. successive, mixing receptacles or being consecutively arranged
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J10/00—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
    • B01J10/007—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J14/00—Chemical processes in general for reacting liquids with liquids; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J14/005—Chemical processes in general for reacting liquids with liquids; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/008—Processes for carrying out reactions under cavitation conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/20—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/20—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium
    • B01J8/22—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium gas being introduced into the liquid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/30—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds
    • C07C209/32—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds by reduction of nitro groups
    • C07C209/36—Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds by reduction of nitro groups by reduction of nitro groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings in presence of hydrogen-containing gases and a catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/03—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by addition of hydroxy groups to unsaturated carbon-to-carbon bonds, e.g. with the aid of H2O2
    • C07C29/04—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by addition of hydroxy groups to unsaturated carbon-to-carbon bonds, e.g. with the aid of H2O2 by hydration of carbon-to-carbon double bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/09—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by hydrolysis
    • C07C29/10—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by hydrolysis of ethers, including cyclic ethers, e.g. oxiranes
    • C07C29/103—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by hydrolysis of ethers, including cyclic ethers, e.g. oxiranes of cyclic ethers
    • C07C29/106—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by hydrolysis of ethers, including cyclic ethers, e.g. oxiranes of cyclic ethers of oxiranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/27—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation
    • C07C45/32—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen
    • C07C45/33—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties
    • C07C45/34—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties in unsaturated compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/27—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation
    • C07C45/32—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen
    • C07C45/37—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of >C—O—functional groups to >C=O groups
    • C07C45/39—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of >C—O—functional groups to >C=O groups being a secondary hydroxyl group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/255—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting
    • C07C51/265—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting having alkyl side chains which are oxidised to carboxyl groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/08—Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides with the hydroxy or O-metal group of organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12C—BEER; PREPARATION OF BEER BY FERMENTATION; PREPARATION OF MALT FOR MAKING BEER; PREPARATION OF HOPS FOR MAKING BEER
    • C12C11/00—Fermentation processes for beer
    • C12C11/02—Pitching yeast
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00105—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids part or all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/19—Details relating to the geometry of the reactor
    • B01J2219/194—Details relating to the geometry of the reactor round
    • B01J2219/1941—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2601/00—Systems containing only non-condensed rings
    • C07C2601/12—Systems containing only non-condensed rings with a six-membered ring
    • C07C2601/16—Systems containing only non-condensed rings with a six-membered ring the ring being unsaturated

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

Реактор, содержащий по меньшей мере одну контактную поверхность, выполненную из катализатора, покрытую или пропитанную катализатором, при этом контактная поверхность содержит спеченный металлический порошок или керамику, а реактор выполнен для обработки потока реагентов сдвигающим усилием. Устройство для проведения гетерогенного катализа включает в себя вышеупомянутый реактор и насос, выполненный для подачи реагентов по меньшей мере в один реактор. Способ проведения гетерогенного катализа включает введение реагентов в реактор, содержащий по меньшей мере одну контактную поверхность, выполненную из катализатора, покрытую или пропитанную катализатором, при условиях, которые способствуют образованию желаемого продукта, при этом контактная поверхность содержит спеченный металл или керамику, а также образование дисперсии реагентов в реакторе, при этом дисперсия содержит капли или пузырьки газа реагента со средним диаметром менее чем приблизительно 5 мкм.

Description

Настоящее изобретение относится, в общем, к гетерогенному катализу. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству и способу введения реагентов в соприкосновение с катализатором, в результате чего получается желаемый продукт.
Сведения о предшествующем уровне техники
Скорость химических реакций, включающих жидкость, газы и твердые вещества, зависит от продолжительности контакта, температуры и давления. В тех случаях, когда желательно, чтобы реагировали два или более исходных материала, находящихся в различных фазах (например, твердое вещество и жидкость; жидкость и газ; твердое вещество, газ и жидкость), одним из ограничивающих факторов, регулирующих скорость реакции, является продолжительность контакта реагентов. При ускорении реакции возможно снижение продолжительности обработки, что тем самым повышает достигаемую пропускную способность.
В случае гетерогенного катализа имеется дополнительный фактор, ограничивающий скорость, заключающийся в удалении прореагировавших продуктов с поверхности твердого катализатора, которые не позволяют катализатору катализировать реакцию оставшихся реагентов. Продолжительность контакта реагентов и/или катализатора часто регулируют перемешиванием, которое обеспечивает контакт с реагентами, участвующими в химической реакции.
Не стремясь ограничиться теорией, в химии эмульсий известно, что субмикронные частицы или пузырьки, диспергированные в жидкости, претерпевают движение в основном за счет эффектов броуновского движения. Подобные субмикронные частицы или пузырьки могут обладать большей подвижностью через пограничные слои частиц твердого катализатора, облегчая и ускоряя тем самым каталитическую реакцию за счет улучшенного переноса реагентов.
Использование в суспензионных реакторах или реакторах с неподвижным слоем твердого катализатора с небольшим размером частиц связано с определенными проблемами. Например, в тех случаях, когда катализируемая реакция является очень экзотермической (например, конверсия газов в жидкие углеводороды по Фишеру-Тропшу), проведение процесса в неподвижном слое может оказаться неприемлемым из-за невозможности адекватно регулировать температуру реактора. Проведение процесса в суспензии позволяет решить проблему, связанную с регулированием температуры, однако при этом возникает проблема, связанная с отделением небольших частиц катализатора от продукта до повторного использования, сброса и/или регенерации катализатора, сбыта или последующей переработки продукта.
Соответственно, в промышленности существует необходимость в улучшенном устройстве, системах и способах введения реагентов в контакт с твердым катализатором.
Сущность изобретения
В данном документе раскрывается реактор, включающий по меньшей мере одну контактную поверхность, выполненную из катализатора, покрытую катализатором или пропитанную катализатором, и характеризующийся формой, позволяющей обработку потока реагентов усилием сдвига, при этом контактная поверхность содержит спекшийся металлический порошок или керамику. Реактор может содержать по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один статор. Контактной поверхностью может являться по меньшей мере часть по меньшей мере одного ротора, по меньшей мере часть по меньшей мере одного статора или по меньшей мере часть по меньшей мере одного ротора и одного статора. По меньшей мере один ротор может быть отделен от по меньшей мере одного статора зазором, равным сдвигу, представляющим собой минимальное расстояние между ротором и статором и составляющим от 1 мкм до 4 мм. В вариантах осуществления изобретения по меньшей мере один ротор может вращаться с окружной скоростью конца лопатки не менее 22,9 м/с (4500 футов/мин), при этом окружная скорость определяется как πΌη, где Ό - диаметр ротора, а η - частота вращения. В вариантах осуществления по меньшей мере один ротор может вращаться с окружной скоростью не менее 40,1 м/с (7900 фунтов/мин). В вариантах осуществления по меньшей мере один ротор может вращаться с окружной скоростью не менее 225 м/с (44200 фунтов/мин). В вариантах осуществления по меньшей мере один ротор отделен по меньшей мере от одного статора сдвиговым зазором, ширина которого составляет от 1 мкм (0,00004 дюйма) до 4 мм (0,016 дюйма), где сдвиговый зазор - это минимальное расстояние между ротором и статором. В вариантах осуществления скорость сдвига, обеспечиваемая по меньшей мере одним ротором, в процессе работы составляет по меньшей мере 20000 с-1, где скорость сдвига определяется как окружная скорость конца лопатки, деленная на величину сдвигового зазора, а окружная скорость определяется как πΌη, где Ό - диаметр ротора, а η - частота вращения.
По меньшей мере часть по меньшей мере одного статора может быть выполнена из катализатора, покрыта катализатором или пропитана катализатором, а по меньшей мере часть по меньшей мере одного ротора выполнена из другого катализатора, покрыта другим катализатором или пропитана другим катализатором.
В вариантах осуществления изобретения реактор содержит по меньшей мере две контактные поверхности, выполненные из катализатора, покрытые катализатором или пропитанные катализатором. По меньшей мере одна контактная поверхность может быть выполнена из катализатора, покрыта катализа
- 1 019753 тором или пропитана катализатором, иным, чем катализатор, из которого выполнена, покрыта или пропитана, по меньшей мере, другая контактная поверхность. Реактор может содержать по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один статор, где по меньшей мере один ротор содержит по меньшей мере одно кольцо роторных лопаток, а по меньшей мере один статор содержит по меньшей мере одно кольцо статорных лопаток, при этом роторные и статорные лопатки имеют комплементарную форму, а по меньшей мере одна контактная поверхность включает по меньшей мере часть по меньшей мере одного роторного кольца, по меньшей мере часть по меньшей мере одного статорного кольца или и то и другое. В вариантах осуществления по меньшей мере часть по меньшей мере одного статорного кольца изготовлена из катализатора, покрыта или пропитана катализатором, а по меньшей мере часть по меньшей мере одного роторного кольца изготовлена из другого катализатора (отличающегося от катализатора статорного кольца), покрыта или пропитана другим катализатором. В вариантах осуществления реактор содержит по меньшей мере два набора роторных/статорных колец с комплементарной формой, а контактная поверхность одного набора колец изготовлена из катализатора, покрыта или пропитана катализатором, отличающимся от катализатора контактной поверхности другого набора роторных/статорных колец. В некоторых применениях реактор содержит по меньшей мере два модуля, каждый из которых содержит ротор и комплементарный ему по форме статор. Контактная поверхность первого модуля может быть выполнена из катализатора, покрыта катализатором или пропитана катализатором, иным, чем катализатор, из которого выполнена, покрыта или пропитана контактная поверхность второго модуля. Скорость сдвига, вырабатываемого одним генератором, может быть больше, меньше или равна скорости сдвига, вырабатываемого другим модулем. В вариантах осуществления катализатор выбран из группы, включающей катализаторы гидрирования, гидроксилирования, частичного окисления, гидродесульфирования, гидродеазотирования, гидроочистки, риформинга, гидратации, гидрокрекинга, Фишера-Тропша, дегидрирования и полимеризации.
Также в данном документе раскрывается устройство для проведения гетерогенного катализа, которое включает по меньшей мере один реактор, содержащий по меньшей мере одну контактную поверхность, выполненную из катализатора, покрытую катализатором или пропитанную катализатором, при этом контактная поверхность содержит спекшийся металлический порошок или керамику, а также насос, выполненный с возможностью подачи реагентов по меньшей мере в один реактор. В вариантах осуществления устройство содержит по меньшей мере два реактора, каждый из которых содержит по меньшей мере одну контактную поверхность, выполненную из катализатора, покрытую катализатором или пропитанную катализатором, при этом контактная поверхность содержит спекшийся металлический порошок или керамику.
Также в данном документе раскрывается способ проведения гетерогенного катализа, который включает введение реагентов в реактор, имеющий по меньшей мере одну контактную поверхность, выполненную из катализатора, покрытую катализатором или пропитанную катализатором, при условиях, которые способствуют образованию желаемого продукта, при этом контактная поверхность содержит спекшийся металл или керамику, а также образования дисперсии реагентов в реакторе, при этом дисперсия содержит капли или газообразные пузырьки реагента. Средний диаметр капель или газообразных пузырьков реагента в дисперсии может быть меньше или равен 5 мкм.
Реактор может содержать по меньшей мере две контактные поверхности, выполненные из катализатора, покрытые катализатором или пропитанные катализатором. По меньшей мере одну контактную поверхность выполняют из катализатора, покрывают катализатором или пропитывают катализатором, иным, чем катализатор, из которого выполняют, покрывают или пропитывают, по меньшей мере, другую контактную поверхность. В вариантах осуществления реактор содержит по меньшей мере два модуля, каждый из которых содержит ротор и комплементарный ему по форме статор, а контактная поверхность первого модуля выполнена из катализатора, покрыта катализатором или пропитана катализатором, иным, чем катализатор контактной поверхности второго модуля. Катализатор может быть выбран из группы, включающей катализаторы гидрирования, гидроксилирования, частичного окисления, гидродесульфирования, гидродеазотирования, гидроочистки, риформинга, гидратации, гидрокрекинга, Фишера-Тропша, дегидрирования, полимеризации и комбинации указанных катализаторов. Реактор может быть снабжен по меньшей мере одним ротором и по меньшей мере одним статором, который отделяют от ротора зазором, равным сдвигу, представляющим собой минимальное расстояние между по меньшей мере одним ротором и по меньшей мере одним статором, при этом контактную поверхность выполняют по меньшей мере на части по меньшей мере одного ротора, по меньшей мере на части по меньшей мере одного статора или по меньшей мере на части ротора и статора, а обработку реагентов осуществляют высокой скоростью сдвига, составляющей по меньшей мере 20000 с-1, где скорость сдвига представляет собой окружную скорость конца лопатки ротора, деленную на величину зазора, равного сдвигу, а окружную скорость определяют как πΌη, где Ό - диаметр ротора, а η - частота его вращения. В вариантах осуществления изобретения при воздействии на реагенты сдвигающего усилия со скоростью не менее 20000 с-1 создается локальное давление не менее 1034,2 МПа (150000 фунтов/кв.дюйм) на конце лопатки по меньшей мере одного ротора. В вариантах осуществления изобретения энергопотребление реактора в процессе обработки реагентов сдвигающим усилием превышает 1000 Вт на кубический метр жидкости, содержа
- 2 019753 щейся внутри реактора. Контактная поверхность может включать по меньшей мере часть по меньшей мере одного ротора, по меньшей мере часть по меньшей мере одного статора или по меньшей мере часть и того и другого. По меньшей мере один ротор может содержать по меньшей мере одно кольцо роторных лопаток, и/или по меньшей мере один статор может содержать по меньшей мере одно кольцо статорных лопаток. Роторные и статорные лопатки могут иметь комплементарную форму. По меньшей мере одна контактная поверхность может включать по меньшей мере часть по меньшей мере одного кольца ротора, по меньшей мере часть по меньшей мере одного кольца статора или по меньшей мере часть и того и другого. В вариантах осуществления по меньшей мере часть по меньшей мере одного статорного кольца изготовлена из катализатора, покрыта или пропитана катализатором, а по меньшей мере часть по меньшей мере одного роторного кольца изготовлена из другого катализатора (отличающегося от катализатора статорного кольца), покрыта или пропитана другим катализатором. Реактор может содержать по меньшей мере два набора роторных/статорных колец с комплементарной формой. Контактная поверхность одного набора колец может быть изготовлена, покрыта катализатором или пропитана катализатором, иным, чем катализатор контактной поверхности другого набора роторных/статорных колец.
Стадия обработки реагентов сдвигающим усилием со скоростью не менее 20000 с1 может включать вращение по меньшей мере одного ротора с окружной скоростью не менее 22,9 м/с (4500 футов/мин), при этом окружную скорость определяют, как πΌη, где И - это диаметр ротора, а η - частота вращения. В вариантах осуществления по меньшей мере один ротор вращается с окружной скоростью не менее 40,1 м/с (7900 фунтов/мин). В вариантах осуществления по меньшей мере один ротор вращается с окружной скоростью не менее 225 м/с (44200 фунтов/мин). По меньшей мере один ротор может быть отделен по меньшей мере от одного статора сдвиговым зазором, ширина которого составляет от 1 мкм (0,00004 дюйма) до 4 мм (0,016 дюйма), где сдвиговый зазор - это минимальное расстояние между ротором и статором. Реактор может содержать по меньшей мере два модуля, при этом каждый модуль содержит ротор и статор с комплементарной формой. Скорость сдвига, вырабатываемая одним модулем, превышает скорость сдвига, вырабатываемую другим модулем. В вариантах осуществления контактная поверхность первого модуля может быть изготовлена, покрыта или пропитана катализатором, отличным от катализатора контактной поверхности второго модуля. Отдельные варианты осуществления вышеописанных способов или устройств необязательно обеспечивают снижение общей стоимости за счет уменьшения расхода катализатора, обеспечения увеличенной пропускной способности по текучей среде, эксплуатации при пониженной температуре и/или давлении, а также за счет сокращения капитальных и/или эксплуатационных расходов. Эти и другие варианты осуществления и возможные преимущества станут очевидны при рассмотрении следующего подробного описания и чертежей.
Перечень фигур, чертежей и иных материалов
Для более подробного описания предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения дается ссылка на прилагаемые чертежи, в которых фиг. 1 - схема вращающегося устройства с неподвижным слоем катализатора согласно варианту осуществления настоящего изобретения, включающего внешнее диспергирование большим сдвигающим усилием;
фиг. 2 - продольный разрез многоступенчатого вращающегося устройства с неподвижным слоем, используемого в варианте осуществления изобретения.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Система обозначений и номенклатура.
Используемый в этом документе термин дисперсия относится к сжиженной смеси, которая содержит два различимых вещества (или фазы), которые неохотно смешиваются или растворяются друг в друге. Используемый в этом документе термин дисперсия включает непрерывную фазу (или матрицу), которая удерживает внутри себя дискретные капли, пузыри и/или частицы другой фазы или вещества. Термин дисперсия, таким образом, может относиться к пенам, которые содержат пузырьки газа, суспендированные в жидкой непрерывной фазе, эмульсиям, в которых капли первой жидкости диспергированы по непрерывной фазе, содержащей вторую жидкость, не смешиваемую с первой жидкостью, и непрерывные жидкие фазы, по которым распределены твердые частицы. Используемый в этом документе термин дисперсия охватывает непрерывные жидкие фазы, по которым распределены пузырьки газа, непрерывные жидкие фазы, по которым распределены твердые частицы (например, твердый катализатор), непрерывные фазы первой жидкости, по которым распределены капли второй жидкости, по существу, нерастворимой в непрерывной фазе, и жидкие фазы, по которым распределены любые виды твердых частиц или комбинации этих частиц, несмешивающихся с жидкими каплями, и пузырьки газа. Следовательно, дисперсия может существовать в одних случаях в виде гомогенной смеси (например, фаза жидкость-жидкость), а в других - в виде гетерогенной смеси (например, газ-жидкость, твердое веществожидкость или газ-твердое вещество-жидкость), в зависимости от природы смешиваемых материалов.
Аббревиатура ВРНС расшифровывается как вращающийся реактор с неподвижным слоем. Термин вращающийся реактор с неподвижным слоем используется в данном документе для обозначения реактора, содержащего по меньшей мере один вращающийся элемент и контактную поверхность, которая изготовлена из катализатора, покрыта или пропитана катализатором. Использование прилагательного
- 3 019753 неподвижный в фразе вращающийся реактор с неподвижным слоем катализатора указывает на то, что катализатор закреплен к или содержит контактную поверхность и, таким образом, не может свободно двигаться вдоль пути движения текучей среды (который указан на фиг. 2 стрелкой 260). В некоторых случаях катализатор не вращается, а контактная поверхность, изготовленная из катализатора или покрытая либо пропитанная катализатором, может являться по меньшей мере частью статора в устройстве ротор/статор. В качестве альтернативы неподвижный катализатор может, например, вращаться вокруг оси 260, как указано стрелкой 265 или в противоположном направлении, а контактная поверхность, изготовленная из катализатора или покрытая либо пропитанная катализатором, может быть по меньшей мере частью ротора в устройстве ротор/статор.
Выражение контактная поверхность используется для обозначения какой-либо части или доли ВРНС, которая соприкасается с текучей средой, проходящей через вращающийся реактор с неподвижным слоем катализатора. Контактная поверхность может являться частью ротора или является всей поверхностью ротора, а также частью статора или всей поверхностью статора. Например, контактной поверхностью может являться всё или часть кольца или поверхности кольца ротора либо всё или часть кольца или поверхности кольца статора.
Термин керамика используется для обозначения любых твердых, термостойких и коррозионностойких материалов, полученных формованием нерудного минерала, например глины, с последующим обжигом при высокой температуре. Такие предметы, как гончарные, фарфоровые изделия и плитка, обычно изготавливают из керамики.
Термин спекание используется для обозначения способа изготовления предметов из порошка путем нагрева материала (ниже его температуры плавления) до тех пор, пока его частицы не скрепятся друг с другом. Сваривание и увеличение области контакта между двумя или более первоначально отличными частицами в процессе спекания обычно проводится при температурах ниже температуры плавления, но выше половины абсолютной температуры плавления. Спекание традиционно используют при изготовлении керамических изделий посредством обжига оксидной керамики, а также в порошковой металлургии. Термин спекаемые материалы, который будет использоваться в данном документе, охватывает как металлические, так и керамические материалы. К спекаемым материалам относятся, помимо прочего, сплавы на железной основе (низколегированная и высоколегированная сталь) и цветные (легкие и тяжелые) сплавы, интерметаллические соединения редкоземельных элементов, керамика (оксидная и неоксидная) и керметы (металлокерамика).
Выражение порошковая металлургия используется для обозначения способа металлообработки, используемого при производстве деталей простой и сложной формы из разнообразных металлических и легированных порошков. Способ включает формование порошка с последующим связыванием отдельных частиц путем нагрева и/или механической обработки. Порошковая металлургия может являться очень быстро переналаживаемым и автоматизированным экологически безопасным способом с относительно низким расходом энергии и высоким коэффициентом использования материалов. Порошковая металлургия может быть использована для изготовления высококачественных деталей с высокими требованиями по точности при низкой стоимости. Обработка способом порошковой металлургии может применяться для широкого круга порошков железных и цветных сплавов, керамических порошков и смесей металлических и керамических порошков (композиционных порошков). Способ порошковой металлургии может включать прессование и спекание, литьевое формование порошка и обработку по всей плотности. Обычно изготовленные прессованием или спеканием детали, которые находят широкое применение, не требуют последующей обработки. Такие детали обычно содержат поры. Свойства, допустимые отклонения и качество обработки поверхности деталей могут быть откорректированы посредством вспомогательных операций, например допрессовыванием, повторным спеканием, механообработкой, термообработкой, различными способами обработки поверхностей или комбинацией указанных вспомогательных способов. Размер пор и/или проницаемость можно регулировать известными способами, например, посредством внедрения выщелачиваемых частиц, которые способны растворяться после формирования изделия под действием кислоты или других средств.
Независимо от способа обработки, производство деталей посредством порошковой металлургии начинается с исходного сырья в форме порошка. Порошок представляет собой тонкоизмельченное твердое вещество с максимальным размером частиц менее 1 мм (0,04 дюйма). Существует четыре основных способа, используемых для получения металлических порошков: механическое растирание, химические реакции, электролитическое осаждение и распыление расплавленного металла. Металлические порошки могут принимать разнообразные формы. Форма частиц влияет на площадь поверхности порошка, его проницаемость, текучесть и плотность при сжатии. Химический состав и чистота порошка также влияют на характеристики сжимаемости порошка.
Общие сведения.
В устройстве и способе проведения каталитической реакции, включающем взаимодействие реагентов под действием больших сдвиговых усилий с использованием вращающейся конструкции, применяется внешнее механическое устройство с высокой скоростью сдвига для обеспечения быстрого контакта и перемешивания реагентов в регулируемой среде реактора/мешалки. Реакторная установка, которой явля
- 4 019753 ется внешний вращающийся реактор с неподвижным слоем (ВРНС), или мешалка, описанная в этом документе, может уменьшать ограничения на массоперенос и тем самым позволяет подойти более близко к кинетическим ограничениям реакции. Улучшенное перемешивание может также обеспечить усреднение температуры в зоне(ах) реакции. Улучшенный контакт за счет приложения большого сдвигового усилия позволяет увеличить пропускную способность и/или снизить количество катализатора в сравнении с традиционными способами.
Другие возможные применения раскрытых устройства и способа станут очевидны по мере чтения описания и после просмотра прилагаемых чертежей. В то время как в нижеследующем описании могут быть приведены особые примеры, предусматриваются и другие варианты осуществления. Варианты осуществления, описанные в данном документе, приведены лишь в качестве примера и не ограничиваются ими. К примеру, вращающееся устройство с высокой скоростью сдвига и неподвижным слоем катализатора и соответствующий способ могут использоваться для проведения различного гетерогенного катализа, что станет очевидно по мере прочтения нижеследующего описания. Различные значения размеров, количеств, объемов, скоростей и других числовых параметров представлены с целью иллюстрации принципов изобретения и пояснения их на примерах, но не с целью ограничения изобретения числовыми параметрами и значениями, проиллюстрированными, описанными и указанными каким-либо иным образом в данном документе. Подобным же образом, если специально не оговорено, порядок проведения стадий не считается критичным. Различные пояснения вариантов осуществления, обсуждаемых ниже, могут даваться по отдельности и в любом сочетании с целью достижения желаемых результатов.
Устройство для контактирования реагентов с гетерогенным катализатором под действием высокого сдвигающего усилия.
Далее описывается вращающееся устройство с высокой скоростью сдвига и неподвижным слоем катализатора в отношении фиг. 1, которая представляет собой технологическую схему варианта осуществления устройства 100 с высокой скоростью сдвига. К основным компонентам представленного устройства относятся внешний вращающийся реактор с неподвижным слоем (ВРНС) 40 с высокой скоростью сдвига и насос 5. ВРНС 40 содержит по меньшей мере одну поверхность, изготовленную из катализатора, покрытую катализатором либо пропитанную катализатором. Кроме того, далее каждый из этих компонентов описывается более подробно. Линия 21 подсоединена к насосу 5 для введения реагентов в насос 5. Линия 13 соединяет насос 5 с ВРНС 40, а линия 10 выносит продукт из ВРНС 40.
Дополнительные компоненты или технологические переходы могут быть размещены при желании между поточной линией 10 и ВРНС 40 либо перед насосом 5 или ВРНС 40, что станет очевидно по мере прочтения описания способа с высокой скоростью сдвига, представленного далее в данном документе.
Например, линия 20 может быть подсоединена к линии 21 или линии 13 от поточной линии 10, так что текучая среда из поточной линии 10 может быть рециркулирована в ВРНС 40. Продукт может быть выведен из устройства 100 через поточную линию 10. Поточная линия 10 представляет собой любую линию, в которую поступают жидкие и газообразные продукты и любые непрореагировавшие реагенты из ВРНС 40.
Вращающийся реактор с неподвижным слоем и высокой скоростью сдвига.
Внешний вращающийся реактор с неподвижным слоем (ВРНС) 40 и высокой скоростью сдвига, который иногда называют вращающимся реактором с неподвижным слоем или вращающимся перемешивающим устройством с высокой скоростью сдвига, сконструирован для приема входящего потока, содержащего реагенты, через линию 13. В качестве альтернативы ВРНС 40 может быть сконструирован под прием реагентов через отдельные впускные линии. Хотя на фиг. 1 показан только один ВРНС, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления устройства могут содержаться два или более ВРНС, расположенных либо последовательно, либо параллельно.
ВРНС 40 - это механическое устройство, в котором используется один или группа модулей, содержащих набор ротор/статор, в каждом из которых имеется зазор между статором и ротором. Зазор между ротором и статором в каждой модульной установке может быть зафиксирован или может регулироваться. ВРНС 40 сконструирован таким образом, что может обеспечивать эффективный контакт реагентов с катализатором внутри реактора при определенной скорости вращения. ВРНС имеет кожух или корпус, наличие которого позволяет регулировать давление и температуру текучей среды внутри него.
Перемешивающие устройства с высокой скоростью сдвига обычно подразделяют на три общих класса на основе их способности перемешивать жидкости. Перемешивание - это процесс сокращения размера частиц или неоднородных веществ внутри жидкости. Одной из мер степени или тщательности перемешивания является плотность энергии на единицу объема, которую создает перемешивающее устройство для разрыва частиц текучей среды. Классы отличаются по плотностям передаваемой энергии. К трем классам промышленных мешалок с плотностью энергии, достаточной для образования равномерного образования смесей или эмульсий с размером частиц в диапазоне от субмикрона до 50 мкм, относятся клапанные устройства гомогенизации, коллоидные мельницы и быстроходные мешалки. В первом классе высокоэнергетических устройств, называемых клапанными устройствами гомогенизации, обрабатываемая жидкость нагнетается под очень высоким давлением через клапан с узким зазором в устройство с пониженным давлением. Перепады давления вдоль клапана и возникающие в результате турбулентность
- 5 019753 и кавитация разрушают любые частицы в жидкости. Эти клапанные устройства наиболее широко применяются при гомогенизации молока и могут давать частицы со средним размером в диапазоне от субмикрона до 1 мкм.
На противоположном конце спектра плотности энергии находится третий класс устройств, называемых низкоэнергетическими устройствами. У этих устройств обычно имеются лопастные мешалки и жидкостные роторы, вращающиеся с высокой скоростью в резервуаре обрабатываемой текучей среды, которой наиболее часто является пищевой продукт. Эти низкоэнергетические устройства обычно используют в тех случаях, когда в обрабатываемой жидкости допустимый средний размер частиц превышает 20 мкм.
Между низкоэнергетическими устройствами и клапанными устройствами гомогенизации, в показателях плотности энергии перемешивания, передаваемой жидкости, находятся коллоидные мельницы и другие высокоскоростные роторно-статорные устройства, которые классифицируются как устройства с промежуточной энергией. Типовая конструкция коллоидной мельницы включает конический или дисковый ротор, который отделен от комплементарного ему статора с жидкостным охлаждением посредством точно регулируемого зазора между ротором и статором, величина которого обычно составляет от 0,025 до 10 мм (0,001-0,40 дюйма). Роторы обычно приводятся в движение электрическим двигателем непосредственно или через ленточный механизм. По мере вращения ротора с высокой скоростью он накачивает жидкость между внешней поверхностью ротора и внутренней поверхностью статора, при этом сдвиговые усилия, генерируемые в зазоре, способствуют обработке текучей среды. Многие коллоидные мельницы с надлежащей настройкой позволяют получать частицы в обрабатываемой текучей среде со средним размером от 0,1 до 25 мкм. Такие возможности делают коллоидные мельницы пригодными для различных применений, включая обработку коллоида и водомасляной эмульсии, например обработку, которая требуется для составления косметических средств, кремниевой/серебряной амальгамы и для перемешивания кровельной мастики. ВРНС содержит по меньшей мере один вращающийся элемент, который создает механическое усилие, прикладываемое к реагентам. ВРНС содержит по меньшей мере один статор и по меньшей мере один ротор, разделенные зазором. Например, роторы могут иметь форму конуса или диска и могут быть отделены от статора с комплементарной формой. В вариантах осуществления как ротор, так и статор имеют группу колец, расположенных на одной окружности и имеющих лопатки с комплементарной формой. Кольцо может иметь единственную поверхность или лопатку, окружающую ротор или статор. В вариантах осуществления как ротор, так и статор имеют более двух колец, расположенных на одной окружности, более 3 колец и более 4 колец. Например, в вариантах осуществления каждый из трех модулей содержит ротор и статор, каждый из которых имеет 3 комплементарных кольца, посредством которых обрабатываемый материал проходит через 9 сдвиговых зазоров или ступеней при прохождении через ВРНС 40. В качестве альтернативы каждый из трех модулей может содержать четыре кольца, посредством которых обрабатываемый материал проходит через 12 сдвиговых зазоров или ступеней при прохождении через ВРНС 40. В некоторых вариантах осуществления возможна регулировка статора(ов) с целью установки необходимого сдвигового зазора между ротором и статором каждого модуля (набора ротор/статор). Каждый модуль может приводиться в движение любой подходящей системой привода, сконструированной для обеспечения необходимого вращения.
В некоторых вариантах осуществления ВРНС 40 содержит одноступенчатую камеру диспергирования (т.е. единственный набор ротор/статор, единственный модуль с высокой скоростью сдвига). В некоторых вариантах осуществления ВРНС 40 представляет собой многоступенчатый диспергатор, встроенный в линию, и имеет группу модулей. В отдельных вариантах осуществления ВРНС 40 содержит по меньшей мере два модуля. В других вариантах осуществления ВРНС 40 содержит по меньшей мере три модуля. В некоторых вариантах осуществления ВРНС 40 представляет собой многоступенчатый смеситель, посредством которого скорость сдвига (которая, как было упомянуто выше, изменяется пропорционально окружной скорости и обратно пропорционально ширине зазора между ротором и статором) варьируется в зависимости от продольного расположения по направлению потока, что дополнительно описывается далее в этом документе.
Согласно данному описанию по меньшей мере одна поверхность внутри ВРНС 40 изготовлена из катализатора, пропитана либо покрыта катализатором, подходящим для катализа желаемой реакции. Например, в вариантах осуществления весь или часть по меньшей мере одного статора, по меньшей мере одного ротора или по меньшей мере одного набора ротор/статор (т.е. по меньшей мере одного модуля) изготовлена, покрыта или пропитана подходящим катализатором. В некоторых применениях желательно использование двух или более различных катализаторов. В таких случаях модуль может содержать ротор, изготовленный, пропитанный или покрытый первым каталитическим материалом катализатора, а соответствующий статор модуля может быть изготовлен, покрыт или пропитан вторым каталитическим материалом. В качестве альтернативы одно или группа колец ротора могут быть изготовлены, покрыты или пропитаны первым катализатором, и одно или группа колец ротора могут быть изготовлены, покрыты или пропитаны вторым катализатором. В качестве альтернативы одно или группа колец статора могут быть изготовлены, покрыты или пропитаны первым катализатором, и одно или группа колец статора могут быть изготовлены, покрыты или пропитаны вторым катализатором. Вся или часть контактной по
- 6 019753 верхности статора, ротора или и того и другого могут быть изготовлены или покрыты каталитическим веществом.
В качестве неограничивающего примера раскрытое устройство и способ могут быть использованы для производства жидкого продукта из газа, содержащего легкий газ, такой как метан, этан, пропан, бутан, метанол, диоксид углерода и их комбинация. В таких примерах для разложения диоксида углерода контактная поверхность может быть изготовлена, покрыта или пропитана ферритом кобальта или карбонилом рутения, а для дегидрирования метана другая контактная поверхность может быть изготовлена, покрыта или пропитана катализатором, таким как палладий на диоксиде кремния. В таких случаях ротор и статор модуля могут по отдельности содержать различные катализаторы, отдельные кольца статора или их части могут содержать различные катализаторы, отдельные кольца ротора или их части могут содержать различные катализаторы либо один модуль может содержать один катализатор, а другой модуль может содержать другой катализатор.
Контактная поверхность ВРНС 40 может быть изготовлена из пористого спеченного каталитического материала, такого как платина. В вариантах осуществления контактная поверхность покрыта пористым спеченным каталитическим материалом. Контактная поверхность ВРНС 40 покрыта или изготовлена из спеченного материала, а затем пропитана желаемым катализатором. Спеченный материал может быть керамическим или может быть изготовлен из металлического порошка, например, нержавеющей стали или псевдобомита. Поры спеченного материала могут иметь микронные или субмикронные размеры. Размер пор может быть подобран так, чтобы обеспечивались желаемые скорость потока и каталитическое действие. Меньший размер пор позволяет улучшить контакт между текучей средой, содержащей реагенты, и катализатором. Путем изменения размера пор пористого материала (керамики или спеченного металла) доступная площадь поверхности катализатора может быть доведена до желаемого значения. Спеченный материал может содержать, например, от 70 до 90 об.% спеченного материала или от 80 до 90 об.% спеченного материала, при этом оставшуюся часть объема занимают поры.
Хотя в данном обсуждении внимание фокусируется на ВРНС, содержащем контактную поверхность, изготовленную, покрытую или пропитанную катализатором, специалистам в данной области техники при чтении данного описания будет очевидно, что контактная поверхность, покрытая катализатором на основе спеченного металла, может быть использована в применениях с невысокой скоростью сдвига. В качестве неограничивающего примера реактор, содержащий контактную поверхность, изготовленную из катализатора или покрытую либо пропитанную катализатором, может быть использован вместо обычного реактора, содержащего неподвижный слой катализатора, суспензию катализатора или псевдоожиженный слой катализатора.
Может оказаться желательным иметь различную пористость на каждой ступени ВРНС 40. Например, при удлинении цепи гомологических углеводородов, средний размер пор в первом модуле может быть меньше среднего размера пор во втором модуле и так далее вдоль потока. Либо средний размер пор на первой ступени колец внутри модуля может быть меньше или больше среднего размера пор на второй или последующих ступенях колец (роторно-статорных лопаток) внутри модуля. В качестве альтернативы, при последовательном соединении двух или более ВРНС, средний размер пор спеченного материала в первом ВРНС может быть меньше или больше среднего размера пор спеченного материала во втором или последующих ВРНС и так далее. Использование второго ВРНС, содержащего спеченный материал с большим средним размером пор в сравнении с первым ВРНС, вдоль потока может быть необходимо, к примеру, для поддержания роста длины цепи, а также для обеспечения возможности выхода жидкого продукта из ВРНС. Например, средний размер пор вдоль пути движения текучей среды может быть увеличен от субмикронной величины до микрометров, от 10 до 100 мкм, или до любого диапазона внутри указанных пределов, или наоборот.
Как правило, желательно, чтобы кольца, характеризующиеся лопатками ротора/статора, не содержали отверстий (т.е. зубцов или канавок) так, чтобы, по существу, все реагенты продавливались через поры спеченного материала, а не обходили катализатор за счет проникновения через отверстия или канавки, которые обычно имеются в традиционных диспергаторах. Таким способом, например, реагент будет продавливаться через спеченный материал, усиливая контакт с катализатором.
В вариантах осуществления спеченный материал, из которого изготовлена контактная поверхность, содержит нержавеющую сталь или бронзу. Спеченный материал (спеченный металл или керамика) может быть вначале пассивирован, а затем на него наносят катализатор. Катализатор может наноситься любыми средствами, известными в данной области техники. Контактная поверхность может быть подвержена обжигу с образованием оксида металла (например, нержавеющей стали). Первый оксид металла (например, оксид нержавеющей стали) может быть покрыт вторым металлом или подвержен повторному обжигу. Например, оксид нержавеющей стали может быть покрыт алюминием и подвергнут обжигу с образованием оксида алюминия. Последующая обработка может приводить к получению другого материала. Например, оксид алюминия может быть покрыт кремнием и подвергнут обжигу с образованием диоксида кремния. Для получения желаемых контактной поверхности и катализатора(ов) можно использовать несколько стадий обжига/покрытия. Таким способом спеченный материал, составляющий либо покрывающий контактную поверхность, может быть пропитан различными катализаторами. Другим спо
- 7 019753 собом покрытия является, например, парофазное осаждение или химическое осаждение металла из паровой фазы, которое обычно используется для покрытия кремниевых пластин металлом.
В вариантах осуществления контактная поверхность спеченного металла (например, поверхность ротора или статора) обрабатывается материалом. Например, тетраэтилортосиликатом (ТЭОС). После вакуумного напыления ТЭОС может удерживаться в порах поверхности. Для превращения ТЭОС в диоксид кремния можно использовать обжиг. Такая пропитка может быть повторена для всех желаемых металлических катализаторов. При составлении, покрытии или пропитке катализатор(ы) может(гут) быть активирован(ы) по методике производителя. Например, катализатор может активироваться при контакте с активирующим газом, таким как водород. Материалом основы может являться кремний или алюминий, который при обжиге превращается в диоксид кремния или оксид алюминия соответственно. Подходящие катализаторы, включая, в частности, рений, палладий, родий и т.д., могут быть пропитаны в поры. В некоторых вариантах осуществления минимальный зазор (ширина сдвигового зазора) между статором и ротором находится в диапазоне от 0,025 до 3 мм (от 0,001 до 0,012 дюйма). В некоторых вариантах осуществления минимальный зазор (ширина сдвигового зазора) между статором и ротором находится в диапазоне от 1 мкм до 3 мм (от 0,00004 до 0,012 дюйма). В некоторых вариантах осуществления минимальный зазор (ширина сдвигового зазора) между статором и ротором составляет менее 10 мкм (0,0004 дюйма), менее 50 мкм (0,002 дюйма), менее 100 мкм (0,004 дюйма), менее 200 мкм (0,008 дюйма) и менее 400 мкм (0,016 дюйма). В отдельных вариантах осуществления минимальный зазор (ширина сдвигового зазора) между статором и ротором составляет около 1,5 мм (0,06 дюйма). В отдельных вариантах осуществления минимальный зазор (ширина сдвигового зазора) между статором и ротором составляет около 0,2 мм (0,008 дюйма). В отдельных конструкциях минимальный зазор (ширина сдвигового зазора) между статором и ротором составляет по меньшей мере 1,7 мм (0,07 дюйма). Скорость сдвига, вырабатываемая ВРНС, может варьироваться в зависимости от положения по направлению потока. В некоторых вариантах осуществления ротор устанавливают так, чтобы он вращался со скоростью, соизмеримой с диаметром ротора и желаемой окружной скоростью. В некоторых вариантах осуществления ВРНС имеет фиксированный зазор (ширину сдвигового зазора) между статором и ротором. В качестве альтернативы ВРНС имеет регулируемый зазор (ширину сдвигового зазора). Ширина сдвигового зазора может составлять от 5 мкм (0,0002 дюйма) до 4 мм (0,016 дюйма).
Окружная скорость - это расстояние по окружности, проходимое лопаткой ротора за единицу времени. Таким образом, окружная скорость является функцией диаметра ротора и частоты вращения. Окружная скорость (измеряемая, например, в м/мин) может быть рассчитана путем умножения окружных расстояний, описываемых роторной лопаткой, 2πΚ, где В - радиус ротора (измеряемый, например, в метрах), на частоту вращения (измеряемую, например, количеством оборотов в минуту (об/мин)). Частота вращения может превышать 250, 500, 1000, 5000, 7500, 10000, 13000 или 15000 об/мин. Частоту вращения, скорость потока и температуру можно регулировать с целью достижения желаемых характеристик изделия. При образовании каналов, через которые проходят непрореагировавшие реагенты, частоту вращения можно увеличить, чтобы минимизировать образование нежелательных каналов. В качестве альтернативы или дополнения непрореагировавшие реагенты могут вводиться во второй или последующий ВРНС 40, либо часть непрореагировавших реагентов может быть отделена от продуктов и рециркулирована в ВРНС 40.
Окружная скорость коллоидной мельницы может, например, составлять более 22,9 м/с (4500 футов/мин), а также может превышать 40 м/с (7900 футов/мин), 50 м/с (9800 футов/мин), 100 м/с (19600 футов/мин), 150 м/с (29500 футов/мин), 200 м/с (39300 футов/мин) или даже 225 м/с (44300 футов/мин). С целью данного раскрытия термин высокая скорость сдвига относится к механическим роторностаторным устройствам (например, к коллоидным мельницам или роторно-статорным диспергаторам), которые способны выдавать окружную скорость более 5,1 м/с (1000 футов/мин) и для которых требуется внешняя силовая установка с механическим приводом, подающая энергию в поток реагирующих веществ. При контакте реагентов с вращающимися элементами, которые могут быть изготовлены, покрыты или пропитаны неподвижным катализатором, к реакционной смеси подводится существенная энергия. В особенности в тех случаях, когда реагенты являются газообразными, расход энергии ВРНС 40 будет очень низким. Для достижения определенных характеристик продуктов и увеличения срока действия катализатора можно отрегулировать температуру. В ВРНС 40 может быть достигнута окружная скорость более 22,9 м/с (4500 футов/мин), а также более 225 м/с (44200 футов/мин). В некоторых вариантах осуществления ВРНС 40 может достигать пропускной способности 300 л/ч при окружной скорости, составляющей по меньшей мере 22,9 м/с (4500 футов/мин). Потребляемая мощность может составлять около 1,5 кВт. ВРНС 40 сочетает в себе высокую окружную скорость с очень малым сдвиговым зазором, оказывая значительное сдвиговое усилие на обрабатываемый материал. Величина сдвига будет зависеть от вязкости текучей среды, протекающей через ВРНС 40. Соответственно, во время работы вращающегося реактора с высокой скоростью сдвига и неподвижным слоем катализатора у конца лопатки ротора возникает локальная область повышенных давления и температуры. В некоторых случаях локально повышенное давление составляет около 1034,2 МПа (150000 фунтов/кв.дюйм). В некоторых случаях локально
- 8 019753 повышенная температура составляет около 500°С. В некоторых случаях такие локальные повышения давления и температуры могут продолжаться в течение нано- или пикосекунд.
Приблизительную величину энергии, подводимой к жидкости (кВт/(л-мин)), можно оценить измерением мощности двигателя (кВт) и количества выходящей текучей среды (л/мин). Как упоминалось выше, окружная скорость - скорость (в футах/мин или м/с), связанная с концом одного или группы вращающихся элементов, т.е. создающих механическое усилие, которое прикладывается к реагентам. В вариантах осуществления расход энергии у ВРНС 40 составляет более 1000 Вт/м3. В вариантах осуществления расход энергии ВРНС 40 составляет от 3000 до 7500 Вт/м3. Скорость сдвига - это окружная скорость, деленная на ширину сдвигового зазора (минимального зазора между ротором и статором). Скорость сдвига, генерируемая в ВРНС 40, может составлять более 20000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 40000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 100000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 500000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 1000000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 1600000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 3000000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 5000000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 7000000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 9000000 с-1. В тех вариантах осуществления, в которых ротор имеет больший диаметр, скорость сдвига может превышать 9000000 с-1.
В вариантах осуществления скорость сдвига, генерируемая ВРНС 40, находится в диапазоне от 20000 до 10000000 с-1. Например, в одном применении окружная скорость ротора составляет около 40 м/с (7900 футов/мин), а ширина сдвигового зазора - 0,0254 мм (0,001 дюйм), что дает скорость сдвига в 1600000 с-1. В другом применении окружная скорость ротора составляет около 22,9 м/с (4500 футов/мин), а ширина сдвигового зазора - 0,0254 мм (0,001 дюйм), что дает скорость сдвига в 901600 с-1. В некоторых вариантах осуществления ВРНС 40 включает коллоидную мельницу. Подходящие коллоидные мельницы производятся, например, фирмами ΙΚΑ® ХУогкз. 1пс. \νί1ιηίπ§1οη. N0 и АРУ №г111Атепса, 1пс. ^11ттд1оп, МА. В некоторых случаях ВРНС 40 включает реактор Э1зрахКеас1ог® фирмы ΙΚΑ® \νοΓ1<5, 1пс.
В некоторых вариантах осуществления каждая ступень внешнего ВРНС имеет взаимозаменяемые перемешивающие приспособления, что обеспечивает возможность переналаживания реактора. Например, реактор ЭК 2000/4 Эбрах Кеас1ог® фирмы ΙΚΑ® ^огкз, 1пс. ^11тшд1оп, N0 и АРУ ΝοΠίι Атепса, 1пс. ^11ттд1оп, МА содержит трехступенчатый модуль диспергирования. Этот модуль может содержать вплоть до трех наборов ротора и статора (модулей) с возможностью выбора мелкого, среднего, крупного и супермелкого размера для каждой ступени. Это позволяет изменять скорость сдвига по направлению потока. В некоторых вариантах осуществления каждая из ступеней подключена к модулю супермелких частиц. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере в одной из модульных установок минимальный зазор между ротором и статором (ширина сдвигового зазора) составляет более 5 мм (0,2 дюйма). В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере в одной из модульных установок минимальный зазор между ротором и статором (ширина сдвигового зазора) составляет более 0,2 мм (0,008 дюйма). В альтернативных вариантах осуществления по меньшей мере в одной из модульных установок минимальный зазор между ротором и статором составляет более 1,7 мм (0,07 дюйма).
В вариантах осуществления используется увеличенная модификация реактора Эбрах. Например, в вариантах осуществления ВРНС 40 включает реактор 8ирегЭ1зрахКеас1ог ЭК8 2000. ВРНС может представлять собой установку ЭК 2000/50 с пропускной способностью 125000 л/ч или ЭК8 2000/50 с пропускной способностью 40000 л/ч. Поскольку время нахождения в установке ЭК8 увеличено, текучая среда, находящаяся в ней, подвергается большему усилию сдвига. Теперь, что касается фиг. 2, на ней представлен продольный разрез подходящего ВРНС 200. ВРНС 200 фиг. 2 - это диспергирующее устройство, содержащее три ступени или набора ротор/статор. ВРНС 200 - это диспергирующее устройство, содержащее три ступени или набора ротор/статор: 220, 230 и 240. Наборы ротор/статор могут, в частности, называться модулями 220, 230, 240 или ступенями. Три набора ротор/статор или модуля 220, 230 и 240 расположены в ряд последовательно вдоль приводного вала 250. Первый модуль 220 включает в себя ротор 222 и статор 227. Второй модуль 230 включает в себя ротор 223 и статор 228. Третий модуль 240 включает в себя ротор 224 и статор 229. В каждом модуле ротор приводится во вращение приводным валом 250 и вращается вокруг оси 260, как показано стрелкой 265. Направление вращения может быть противоположным тому, что показано стрелкой 265 (например, по часовой или против часовой стрелки вокруг оси вращения 260). Статоры 227, 228 и 229 жестко связаны со стенкой 255 ВРНС 200. Как упоминалось выше, каждый ротор и статор может содержать кольца лопаток с комплементарной формой, что дает группу сдвиговых зазоров внутри каждого модуля.
Как обсуждалось выше, контактная поверхность в ВРНС 40 изготовлена из катализатора, покрыта либо пропитана катализатором, подходящим для катализа желаемой реакции. В вариантах осуществле
- 9 019753 ния контактная поверхность одного кольца каждого ротора или статора изготовлена, покрыта или пропитана катализатором, отличным от катализатора контактной поверхности другого кольца ротора или статора. В качестве альтернативы или дополнения контактная поверхность одного кольца статора может быть изготовлена, покрыта или пропитана катализатором, иным, чем катализатор комплементарного кольца на роторе. Контактной поверхностью может являться по меньшей мере часть ротора, по меньшей мере часть статора или то и другое. Контактная поверхность может, например, включать по меньшей мере часть наружной поверхности ротора, по меньшей мере часть внутренней поверхности статора или по меньшей мере часть и того и другого. Как упоминалось выше, каждый модуль имеет некую ширину сдвигового зазора, которая представляет собой минимальное расстояние между ротором и статором. В варианте осуществления фиг. 2 первый модуль 220 имеет первый сдвиговый зазор 225, второй модуль 230 имеет второй сдвиговый зазор 235, а третий модуль 240 имеет третий сдвиговый зазор 245. В вариантах осуществления ширина сдвиговых зазоров 225, 235, 245 находится в диапазоне от 0,025 до 10,0 мм. В качестве альтернативы в процессе используется ВРНС 200, в котором ширина зазоров 225, 235, 245 находится в диапазоне от 0,5 до 2,5 мм. В отдельных случаях ширина сдвигового зазора поддерживается около значения в 1,5 мм. В качестве альтернативы ширина сдвиговых зазоров 225, 235, 245 в модулях 220, 230, 240 имеет различные значения. В отдельных случаях ширина сдвигового зазора 225 первого модуля 220 превышает ширину сдвигового зазора 235 второго генератора 230, которая, в свою очередь, превышает ширину сдвигового зазора 245 третьего модуля 240. Как упоминалось выше, модули каждой ступени являются взаимозаменяемыми, что придает устройству эксплуатационную гибкость. ВРНС 200 может быть сконструировано так, что скорость сдвига постепенно повышается или уменьшается по направлению потока 260.
Модули 220, 230 и 240 могут вырабатывать крупные, средние, мелкие и супермелкие частицы и иметь различное количество комплементарных колец или ступеней на роторе или комплементарных статоров. Роторы 222, 223 и 224 и статоры 227, 228 и 229 могут иметь зубчатую конструкцию, хотя, как правило, это нежелательно. Каждый модуль может содержать два или более двух наборов комплементарных по форме роторно-статорных колец. В вариантах осуществления роторы 222, 223 и 224 содержат более 3 наборов комплементарных колец ротор/статор. В предпочтительных вариантах осуществления ротор и статор не имеют зубцов, вынуждая реагенты протекать через поры спеченного материала.
ВРНС 40 может представлять собой устройство крупного или небольшого размера. В вариантах осуществления ВРНС 40 используется для обработки материала со скоростью менее 10 и до 50 т/ч. В вариантах осуществления ВРНС 40 перерабатывает материал со скоростью 10, 20, 30, 40, 50 или более 50 т/ч. Крупные установки могут обладать производительностью 1000 галлонов/ч (24 баррелей/ч) или 3785 л/ч. Внутренний диаметр ротора может иметь любой размер, подходящий для желаемого применения. В вариантах осуществления внутренний диаметр ротора составляет от 12 до 40 см (от 4 до 15 дюймов). В вариантах осуществления диаметр ротора составляет около 6 см (2,4 дюйма). В вариантах осуществления внешний диаметр статора составляет около 15 см (5,9 дюймов). В вариантах осуществления диаметр статора составляет около 6,4 см (2,5 дюйма). В некоторых вариантах осуществления диаметр ротора равен 6,0 см (2,4 дюйма), а диаметр статора 6,4 см (2,5 дюйма), что дает зазор размером 4 мм. В отдельных вариантах осуществления каждая из трех ступеней подключена к высокодисперсному модулю, содержащему группу наборов комплементарных колец ротор/статор.
ВРНС 200 сконструировано для приема текучей смеси, поступающей из линии 13, к входному отверстию 205. Смесь содержит реагенты. В вариантах осуществления реагенты являются газообразными. В вариантах осуществления по меньшей мере один реагент является газообразным и по меньшей мере один реагент является жидким. Сырьевой поток, поступающий во входное отверстие 205, периодически прокачивается через модули 220, 230, а затем через модуль 240 так, что при этом образуется продукт. Продукт выходит из ВРНС 200 через выпускное отверстие 210 (и линию 10 фиг. 1). Роторы 222, 223, 224 каждого модуля вращаются с высокой скоростью относительно неподвижных статоров 227, 228, 229, обеспечивая высокую скорость сдвига. Роторы за счет вращения прокачивают жидкость, например, сырьевой поток, поступающий во входное отверстие 205, снаружи через сдвиговые зазоры (и при наличии через пространства между зубцами ротора и через пространства между зубцами статора), создавая локализованное состояние с высокой скоростью сдвига. За счет больших сдвиговых усилий, оказываемых на текучую среду в сдвиговых зазорах 225, 235 и 245 (и при наличии в зазорах между зубцами ротора и статора), через которые протекает текучая среда, подвергаясь обработке с образованием продукта. Продукт может содержать дисперсию непрореагировавшего или полученного газа в непрерывной жидкой фазе (например, в жидком продукте). Продукт выходит из ВРНС 200 через выпускное отверстие 210 с высокой скоростью сдвига (и линию 10 фиг. 1).
В отдельных случаях ВРНС 200 включает реактор П15рахЯеас1ог® фирмы ΙΚΑ® Уогкь, 1пс. ХУПпппДоп. N0 и реактор фирмы ΑΡν ΝοΠίι Атепса, 1пс. ХУПттфогт ΜΑ. Доступны модели с различными входными/выходными соединениями, мощностью (в л.с), окружной скоростью (измеряемой в фунтах/кв.дюйм) и скоростью потока. Выбор ВРНС будет зависеть от требований по пропускной способности и желаемого размера частиц, капель или пузырьков в дисперсии на линии 10 (фиг. 1), выходящей из
- 10 019753 выпускного отверстия 210 ВРНС 200. Например, модель ΌΒ 2000/4 фирмы ΙΚΑ® включает в себя ременной привод, 4М модуль, уплотняющее кольцо из ПТФЭ, санитарный зажим для впускного фланца размером 25,4 мм (1 дюйм), санитарный зажим для выпускного фланца размером 19 мм (3/4 дюйма), имеет мощность 2 л.с. (1,47 кВт), частоту вращения выходного вала 7900 об/мин, пропускную способность (для воды) около 300-700 л/ч (в зависимости от модуля), окружную скорость 9,4-41 м/с (1850-8070 футов/мин). Увеличение можно провести за счет использования группы ВРНС или использования более крупных ВРНС. Увеличение с использованием более крупных моделей проводится без труда, кроме того, в результате использования более крупных ВРНС 40 в некоторых случаях можно достичь повышенной эффективности по сравнению с эффективностью устройств лабораторного масштаба. Крупной установкой является Э|5рах 2000. Например, установка ΌΚ.8 2000/5 имеет диаметр входного отверстия 51 мм (2 дюйма) и выпускного отверстия 38 мм (1,5 дюйма).
При использовании крупных установок характеристики продукта могут изменяться. Например, при проведении реакции гомологизации в крупных ВРНС 40 может образовываться углеводороды с более длинной цепью, чем в установках меньшего размера, при более широкой кривой нормального распределения (более широкая гауссова кривая) продукта в сравнении с мелкосерийным производством (которое может приводить к перевернутой У-образной кривой распределения продукта).
Устройства теплопередачи.
В вариантах устройства также предполагаются внутренние или внешние устройства теплопереноса для нагрева обрабатываемой текучей среды. Например, реагенты могут быть предварительно нагреты любым способом, известным специалисту в данной области техники. Некоторые подходящие места расположения для одного или группы таких устройств теплопередачи находятся между насосом 5 и ВРНС 40, между ВРНС 40 и поточной линией 10, между поточной линией 10 и насосом 5 в том случае, когда текучая среда из поточной линии 10 рециркулируется в ВРНС 40. ВРНС 40 может содержать внутренний вал, который может охлаждаться, например, водой с целью частичного или полного регулирования температуры внутри ВРНС 40. Некоторыми неограничивающими примерами таких устройств теплопередачи являются кольцевые, трубчатые, пластинчатые и змеевиковые теплообменники, известные в данной области техники.
Насосы.
Насос 5 сконструирован либо для непрерывной, либо для полунепрерывной работы и может представлять собой любой подходящий насос, который способен обеспечивать регулируемый поток через ВРНС 40 и устройство 100. Насос 5 обеспечивает давление более 202,65 кПа (2 атм) или более 303,97 кПа (3 атм). Одним из подходящих насосов является шестеренчатый насос ЯоретТуре 1, ЯоретРитрСотрапу (СоттегсеСеотДа), напорный усилитель ЭауЮп. модель 2Р372Е, Эау1опЕ1ес1г1сСо (№1е§, 1Ь). Предпочтительно, чтобы все контактирующие детали насоса были изготовлены из нержавеющей стали, например нержавеющей стали марки 316. В некоторых вариантах осуществления насос 5 способен выдавать давления, превышающие 2026,5 кПа (20 атм). Вдобавок к насосу 5 в устройство, проиллюстрированное на фиг. 1, может быть включен один или группа дополнительных насосов высокого давления (не показаны). Например, между Η8Ό 40 и поточной линией 10 может быть размещен подкачивающий насос, который схож с насосом 5, для увеличения напора в поточную линию 10.
Способ работы вращающегося реактора с высокой скоростью сдвига и неподвижным слоем катализатора.
Теперь обсудим работу вращающегося устройства 100 с высокой скоростью сдвига и вращающимся неподвижным слоем катализатора со ссылкой на фиг. 1. При эксплуатации устройства для получения продукта из реагентов последние вводят в устройство 100 через линию 21. В вариантах осуществления реагенты и дополнительные реагенты подаются прямо в ВРНС 40 или линию 13 через линию 22 вместо смешивания внутри линии 21. Насос 5 может использоваться для прокачки реагентов через линию 21, обеспечивая регулируемый поток через вращающийся реактор 40 с высокой скоростью сдвига и неподвижным слоем катализатора (ВРНС) и устройство 100 с высокой скоростью сдвига. Насос 5 может создавать напор и подавать сырье в ВРНС 40. В некоторых вариантах осуществления насос 5 повышает давление входящего потока ВРНС на линии 13 до значения более 200 кПа (2 атм) или более 300 кПа (3 атм). Таким образом, устройство 100 с высокой скоростью сдвига может сочетать в себе высокую скорость сдвига с давлением, улучшая тщательное перемешивание реагента(ов).
Реагенты тщательно перемешиваются внутри ВРНС 40, который предназначен для обработки реагентов большими сдвиговыми усилиями. Реагенты могут быть газообразными, жидкими или находиться в обоих состояниях. Также предусматривается, что в отдельных вариантах осуществления в потоке реагентов может присутствовать катализатор. Например, газообразный или жидкий катализатор может вводиться в ВРНС 40 через подводящую линию 13, линию 21 или 22. Для тщательного перемешивания реагентов можно использовать диспергатор ΙΚΑ®, модель ΌΚ. 2000/4 - трехступенчатое диспергирующее устройство с высокой скоростью сдвига, имеющее три ротора в наборе с тремя статорами, расположенными последовательно. Наборы ротор/статор могут быть сконструированы, например, так, как показано на фиг. 2. Смесь реагентов может поступать в ВРНС через линию 13 и в первый модуль или набор ро
- 11 019753 тор/статор. Роторы и статоры первого модуля могут иметь кольца с комплементарной формой, расположенные на одной окружности. Крупнозернистая дисперсия, выходящая из первого модуля, поступает во второй набор ротор/статор или модуль. Ротор и статор второго модуля могут также содержать кольца с комплементарной формой, расположенные на одной окружности. Продукт и непрореагировавший газ (при наличии), выходящий из второго модуля, могут поступать в третий набор ротор/статор, который может содержать ротор и статор с группой роторных и статорных колец соответственно. Продукт (который может представлять собой дисперсию при наличии нескольких фаз) выходит из ВРНС 40 через линию 10. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига повышается постепенно вдоль направления потока 260 или от внутреннего набора колец одного модуля к внешнему набору колец того же самого модуля. В других вариантах осуществления скорость сдвига уменьшается постепенно вдоль направления потока 260 или от внутреннего набора колец одного модуля к внешнему набору колец того же самого модуля (наружу от оси 260).
Например, в некоторых вариантах осуществления скорость сдвига на первой роторно-статорной ступени больше или меньше скорости сдвига на последующей(их) ступени(ях). В других вариантах осуществления скорость сдвига, по существу, постоянна вдоль направления потока, при этом скорость сдвига на каждой ступени является, по существу, одинаковой.
Если ВРНС 40 имеет ПТФЭ уплотнение, то уплотнение можно охлаждать по любой подходящей методике, известной в данной области техники. ВРНС 40 может содержать в центре вал, который может использоваться для регулирования температуры внутри ВРНС 40. Например, для уменьшения нагрева или отвода любого тепла, выделяющегося в результате экзотермических реакций, например, реакций конверсии по Фишеру-Тропшу, можно использовать вал с водяным охлаждением. В случае эндотермических реакций тепло можно подводить к ВРНС 40 (через вал или какое-нибудь другое место, например, снаружи от ВРНС 40), чтобы способствовать протеканию реакции.
Скорость вращения ротора(ов) в ВРНС 40 можно настраивать до значения, сопоставимого с диаметром ротора и с необходимой окружной скоростью. Как описано выше, зазор между статором и ротором в ВРНС (например, в коллоидной мельнице или диспергаторе с зубчатыми венцами) может иметь фиксированное или настраиваемое значение.
В некоторых вариантах осуществления ВРНС 40 выпускает поток со скоростью, составляющей по меньшей мере 300 л/ч при окружной скорости не менее 22 м/с (4500 футов/мин) и может превышать 40 м/с (7900 футов/мин), 225 м/с (45000 футов/мин) или более. Расход энергии может составлять около 1,5 кВт или выше, по желанию. Хотя измерение мгновенных значений температуры и давления на конце лопатки вращающегося сдвигового блока или вращающегося элемента в ВРНС 40 затруднено, по оценкам, локализованная температура, наблюдаемая в тщательно перемешиваемой текучей среде, превышает 500°С при давлении более 500 кг/см2 в кавитационном режиме. Перемешивание с высокой скоростью сдвига может приводить к образованию дисперсии газообразных и/или жидких непрореагировавших и полученных веществ в пузырях или каплях микронного или субмикронного размера. В некоторых вариантах осуществления средний размер пузырьков или капель в получаемой дисперсии меньше или равен 5, 4, 3, 2 или 1 мкм. В вариантах осуществления средний размер пузырьков или капель в получаемой дисперсии меньше или равен 1,5 мкм. Соответственно, дисперсия, выходящая из ВРНС 40 через линию 10, содержит капли или пузырьки газа микронного и/или субмикронного размера. В некоторых вариантах осуществления средний размер пузырьков или капель находится в диапазоне от 0,4 до 1,5 мкм. В некоторых вариантах осуществления средний размер пузырьков или капель в получаемой дисперсии составляет менее или около 1 мкм. В некоторых вариантах осуществления средний размер капель или пузырьков составляет менее или около 400 нм, а в некоторых случаях может составлять менее или около 100 нм. Во многих вариантах осуществления дисперсия способна сохраняться в диспергированном виде в течение по меньшей мере 15 мин при атмосферном давлении.
Продукт выходит из ВРНС 40 через линию 10, как показано на фиг. 1. Содержимое поточной линии 10 может поддерживаться при определенной температуре реакции с помощью нагревательных и/или охлаждающих средств (например, нагревателей) и приборов для измерения температуры. Давление в поточной линии можно контролировать с помощью подходящего прибора для измерения давления по методикам, которые известны специалистам в данной области техники.
Значения температуры, давления, объемного расхода и состав реагентов можно регулировать с целью достижения желаемых характеристик продукта. Использование ВРНС 40 позволяет улучшить взаимодействие и осуществлять более равномерное перемешивание реагентов и поэтому позволяет увеличить возможную пропускную способность и/или выход продукта. В некоторых вариантах осуществления рабочие условия устройства 100 включают температуру вблизи комнатного значения и общее давление вблизи атмосферного значения. Поскольку ВРНС 40 обеспечивает высокое давление (например, 150000 фунтов/кв.дюйм) на конце лопатки роторов, температуру проведения реакции можно снизить по сравнению с традиционными реакционными устройствами, в которых нет больших сдвиговых усилий. В вариантах осуществления рабочая температура составляет менее 70%, либо менее 60%, либо менее 50% от традиционной рабочей температуры проведения той же самой реакции.
Время нахождения реагентов внутри ВРНС 40 обычно невелико. Например, продолжительность на
- 12 019753 хождения реагентов может составлять миллисекунды, например может составлять 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100 мс, либо около 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 или 900 мс, либо может составлять секунды, либо находиться в любом диапазоне в пределах указанных значений.
Многопроходной режим работы.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, устройство сконструировано для обработки за один проход, при котором продукт, образующийся в ВРНС 40, течет по поточной линии 10. Продукт, выходящий из ВРНС 40, может быть прокачан через устройство со спеченным катализатором. В некоторых вариантах осуществления может понадобиться пропускать содержимое поточной линии 10 или ее часть через ВРНС 40 повторно. В данном случае по меньшей мере часть содержимого поточной линии 10 может быть рециркулирована из поточной линии 10 и прокачана насосом 5 в линию 13, а оттуда в ВРНС 40. Дополнительные реагенты могут быть введены в линию 13 через линию 22, их можно добавлять прямо в ВРНС. В других вариантах осуществления до рециркулирования части продукта в ВРНС 40 продукт подвергают дополнительной обработке.
Составные ВРНС.
В некоторых вариантах осуществления два или более ВРНС, подобных ВРНС 40 или сконструированных различным образом, располагают последовательно и используют для дополнительной активации реакции. Работа смесителей может проводиться либо в пакетном, либо в непрерывном режиме.В некоторых случаях, когда предпочтителен однопроходной или однократный процесс, последовательное использование группы ВРНС может также оказаться полезным. В вариантах осуществления реагенты проходят через группу ВРНС 40 последовательным или параллельным потоком. Например, в вариантах осуществления продукт из выпускной линии 10 подается во второй ВРНС. При последовательной работе группы ВРНС 40 дополнительные реагенты можно вводить в каждый ВРНС через впускное отверстие для сырьевого потока. В некоторых вариантах осуществления группы ВРНС 40 работают параллельно, а выходящие из них продукты поступают в одну или группу поточных линий 10.
Особенности.
Непосредственный контакт реагентов, обеспечиваемый внутри ВРНС 40, может приводить к ускорению и/или более полному завершению реакции реагентов. В вариантах осуществления использование раскрытого способа, включающего в себя перемешивание реагентов внешним ВРНС 40, позволяет использовать катализатор в меньших количествах, чем в традиционных конструкциях и способах, и/или увеличить выход продукта и/или степень превращения реагентов. В вариантах осуществления способ включает внедрение внешнего ВРНС 40 в установленный способ, посредством чего снижается количество катализатора, необходимое для проведения желаемой реакции, и/или появляется возможность увеличить производительность, например, по сравнению со способом, в котором не используется ВРНС 40, за счет снижения времени простоя, необходимого для замены катализатора в традиционных реакторах со суспензионным слоем. В вариантах осуществления раскрытый способ снижает эксплуатационные расходы и/или повышает производительность по сравнению с существующими способами. В качестве альтернативы раскрытый способ позволяет снизить эксплуатационные расходы на проектирование новых процессов.
За счет использования вращающегося реактора с неподвижным слоем катализатора замена катализатора оказывается относительно простой по сравнению со многими традиционными способами. Например, ВРНС может быть снят с линии, после чего осуществляется замена контактной поверхности, например, модуля, за считанные минуты. В отличие, например, от реактора со суспензионным слоем или неподвижным слоем катализатора, замена катализатора в которых обычно занимает от нескольких часов до месяцев. Такое сокращение времени простоя, обеспечиваемое раскрытым устройством и способом, может существенно улучшить рентабельность.
Устройство может изготавливаться в виде модулей, что делает его перевозку и сборку удобным, даже в отдаленных местах, например в местах обнаружения трудноизвлекаемого газа. Не стремясь ограничиться частной теорией, предполагают, что уровень или степень перемешивания с высокой скоростью сдвига могут быть достаточны для повышения скорости массопереноса, а также дают локализованные неидеальные условия (на языке термодинамики), обеспечивающие протекание таких реакций, которых по-другому нельзя ожидать, исходя из предварительных оценок свободной энергии Гиббса. Локализованные неидеальные условия, которые, как полагают, возникают внутри ВРНС, приводят к повышенным температурам и давлениям, при этом полагают, что наиболее существенное увеличение происходит в значениях локализованного давления. Увеличение значений давления и температуры внутри ВРНС является мгновенным и локализованным, и эти параметры возвращаются в основное или среднее состояние устройства после выхода потока из ВРНС. Не стремясь ограничиться теорией, в некоторых случаях ВРНС может вызывать кавитацию с интенсивностью, достаточной для диссоциации одного или нескольких реагентов на свободные радикалы, которые могут ускорять химическую реакцию или способствовать протеканию реакции при менее жестких условиях, которые могли бы потребоваться в иных способах. Кавитация может также повышать скорость процессов переноса за счет порождения локальной турбулентности и микроциркуляции жидкости (акустический поток). Обзор по применению явления кавитации в приложениях по химической или физической обработке дается в работе Сода1с и соавт.,
- 13 019753
Сауйайоп: А 1сс11по1одуоп111с11опхоп. Сиггеп18с1епсе 91 (N0. 1):35-46 (2006). Вращающийся реактор с неподвижным слоем катализатора в отдельных вариантах осуществления настоящего устройства и способов может вызывать кавитацию, посредством которой один или несколько реагентов диссоциируют на свободные радикалы, которые далее вступают в реакцию. В вариантах осуществления сверхвысокое давление на концах лопатки роторов/статора приводит к жидкофазной реакции, при этом кавитация не происходит.
Примерные применения.
Выше было дано общее описание в отношении устройства, включающего контактирование реагентов при большом сдвиговом усилии, и надо понимать, что раскрытые устройства и способ применимы ко множеству реакций. С помощью описанного в данном документе вращающегося реактора с высокой скоростью сдвига и неподвижным слоем катализатора можно провести любую реакцию, которая обычно проводится в присутствии твердого катализатора в конструкции со суспензионным, неподвижным, псевдоожиженным слоем и т.п. Например, раскрытые ВРНС и способ могут быть пригодными для проведения любого гетерогенного катализа, в том числе реакций каталитического риформинга, гидрирования, частичного окисления и т.д. Использование контактной поверхности, изготовленной, покрытой или пропитанной катализатором, может также оказаться полезным в применениях без больших сдвиговых усилий, например в стандартных применениях с неподвижным слоем. Например, спеченные металлические элементы, покрытые катализатором, могут обладать некоторыми преимуществами по сравнению с традиционными реакторами в отношении удобства обращения с катализатором и его замены и т.д. Использование ВРНС позволяет успешно проводить реакцию при пониженных температурах, а также может приводить к удлинению срока действия катализатора по сравнению со способами без больших сдвиговых усилий.
Производство жидкого продукта из легкого газа.
Раскрытые устройства и способ могут использоваться для производства жидкого продукта, например высших спиртов, оксигенатных соединений и жидких углеводородов, из легкого газа, такого как диоксид углерода, метан, этан, пропан, бутан, бутанол и этанол. Могут быть получены углеводороды. Данное применение позволяет уменьшить некоторые теоретические факторы глобального потепления.
Глобальное потепление вызывает все большее беспокойство, и авторитетные ученые полагают, что основными движущими его факторами являются выбросы диоксида углерода и других парниковых газов в атмосферу. Метан - основной компонент природного газа - сжигается или выбрасывается во многих частях мира; поскольку он находится в отдаленных местах, его сложно использовать экономно. Сжигание ископаемых топлив при транспортировке или выработке тепловой или электрической энергии обычно считается главным источником выбросов диоксида углерода. Диоксид углерода также содержится во многих источниках природного газа, его, как правило, отделяют и выбрасывают в атмосферу. В раскрытых устройстве и способе в качестве исходного сырья может использоваться природный газ, расположенный в отдаленных местах. Таким путем легкий газ, такой как диоксид углерода и метан, может реагировать с образованием спиртов и/или ацетальдегида. В очень неидеальной реакционной среде, обеспечиваемой ВРНС 40, спирты и/или ацетальдегид могут быть получены за счет преодоления неблагоприятных термодинамических условий реакции.
В таких вариантах осуществления легкий газ превращается в углеводороды и/или органические оксигенаты. Устройство и способ можно использовать для получения углеводородов или смеси углеводородов, подходящей для обычных двигателей внутреннего сгорания или углеводородов, для последующей промышленной переработки или другого коммерческого использования. Промежуточные продукты, такие как метанол или диметиловый эфир, могут быть также получены способом, описанном в данном документе. В варианте осуществления суммарный способ включает превращение газа, выбранного из диоксида углерода, метана, этана, пропана, бутана, пентана и их комбинаций, в углеводороды с числом атомов углерода более 2, предпочтительно в С5-С10 углеводороды и/или оксигенаты, такие как метанол. В других случаях способ включает использование технологии большого сдвигового усилия для прямого превращения метана (основного компонента доступного природного газа) в жидкие углеводороды, главным образом, органические оксигенаты и другие жидкости. Органические оксигенатные продукты могут, главным образом, включать спирты. В вариантах осуществления органическим оксигенатным продуктом является метанол. В вариантах осуществления метанол и диоксид углерода превращаются в органический оксигенатный продукт, содержащий этанол. Катализатором в ВРНС 40 может являться катализатор диссоциации диоксида углерода, например феррит кобальта или карбонил рутения, а также никель-, родий- и палладийсодержащие катализаторы и катализаторы на основе оксидов редкоземельных металлов. При дегидрировании метана или других алканов также может присутствовать катализатор дегидрирования. В вариантах осуществления катализатором является один из катализаторов, перечисленных в таблице.
- 14 019753
Катализаторы
Катализатор Состав катализатора Иа/Мп νν/Μη Τί/Μπ 3ί/Μη Со/Μη Ре/Μη Мо/Мп Ва/Мп Ьа/Мп
МВ 34 Νβ, νν, Мп 0,0667 0,1000
МН 34-2 На, νν, Мп 0,0636 0,0909
МН 34-3 Ма, V/, Мп 1,0000 1,0000
МВ 34-4 №, И, Мп 0,2727 0,0909
МН 34-5 №, νν, Мп 0,0412 0,0588
МВ 34-6 V/, Мп - 0,0909
МН 34-7 №, Мп 0,0636 0,0091
МН 34-8 Τι, Ыа, νν, Мл 0,0636 0,0909 0,0182
МВ 34-9 Ыа, Мл 0,0636 -
МН 34-10 №, 97, Мп 0,0636 0,0545
МН 34-11 δί, Ыа. И, Мп 0,0636 0,0909 0,0636
МВ 34-12 Со, Иа, νν, Мп 0,0636 0,0909 0,0636
МВ 34-13 Νη, νν, Мл 0,0636 0,1091 -
МН 34-14 Ва, Мо, Ыа, νν, Мл 0,0636 0,0909 0,0636 0,0636
МВ 34-15 Со, №, νν, Μη 0,0636 0,1091 0,1091
МН 34-1В Со, N3, νν, Мп 0,0600 0,0800 0,0600 0,0600
МН 34-17 Со, Ыа, νν, Мп 0,0636 0,1091 0,1818
МН 34-18 Со, Ыа, νν, Мп 0,0636 0,1091 0,2545 * * *
МН 34-18 VII Со, Иа, νν, Мп, 1_а 0,0636 0,1091 0,2545 * 0,008
МН 34-19 со, ыа, νν, Мп 0,0636 0,1091 0,2727
В вариантах осуществления используется катализатор МК-34-18 или МК-34-18 VII. Катализатор может содержать по меньшей мере один металл, выбранный из железа, рутения, осмия, кобальта, родия, иридия, никеля, лантана, палладия и платины и их комбинаций. В особых вариантах осуществления катализатор содержит рутений. Катализатор может содержать карбонил рутения, который также известен под названием додекарбонилтрирутения [Ки3(СО)12]. В вариантах осуществления используется один катализатор. В вариантах осуществления используется несколько катализаторов. Например, согласно данному раскрытию могут использоваться как додекарбонилтрирутения, так и МК-34-18 VII. В вариантах осуществления катализатор содержит палладий на диоксиде кремния.
В вариантах осуществления катализатор дегидрирует воду и/или углеводороды, например, простые алканы, с образованием свободных радикалов водорода и гидроксила (в случае воды). Затем радикалы водорода отнимают кислород от диоксида углерода с образованием моноксида углерода, который далее легко реагирует со свободными радикалами водорода или другими углеродсодержащими радикалами. Как обсуждалось выше, контактная поверхность в ВРНС 40 может быть изготовлена из катализатора, покрыта либо пропитана первым катализатором, а вторая контактная поверхность может быть изготовлена, покрыта или пропитана вторым катализатором.
Смесь продуктов может содержать метанол, этанол, н-пропанол, ацетальдегид и/или углеводороды. В вариантах осуществления продукт может содержать метанол в количестве более 30 г/л, этанол в количестве более 15 г/л, н-пропанол в количестве более 2 г/л и ацетальдегид в количестве 20 г/л и следовые количества углеводородов.
Гидродесульфирование, гидродеазотирование, гидроочистка.
Раскрытые устройства и способ могут быть использованы для гидродесульфирования, гидродеазотирования и/или гидроочистки углеводородов, содержащих серосодержащие соединения, водородом. В вариантах осуществления по меньшей мере часть серосодержащих соединений в жидкой фазе восстанавливается с образованием газообразного сероводорода. В вариантах осуществления по меньшей мере часть азотсодержащих соединений в жидкой фазе превращается в аммиак. Жидкость, подвергаемая гидродесульфированию, гидроочистке или гидродеазотированию, может содержать углеводороды, выбранные из группы, состоящей из жидкого природного газа, сырой нефти, фракций сырой нефти, бензина, дизельного топлива, лигроина, керосина, реактивного топлива, топливного масла и их комбинаций.
В таких вариантах осуществления по меньшей мере одна контактная поверхность внутри ВРНС 40 изготовлена из катализатора, покрыта либо пропитана катализатором, который, как известно специалистам в данной области техники, подходит для гидродесульфирования, гидродеазотирования или гидро- 15 019753 очистки. Подходящим растворимым катализатором может являться нанесенный сульфид металла. В вариантах осуществления сульфид металла выбран из сульфида молибдена, сульфида кобальта, сульфида рутения и их комбинаций. В вариантах осуществления катализатор содержит сульфид рутения. В вариантах осуществления катализатор содержит бинарную смесь сульфида молибдена и сульфида кобальта. В вариантах осуществления подложка содержит оксид алюминия. В вариантах осуществления катализатор содержит оксидно-алюминиевую подложку, пропитанную кобальтом и/или молибденом. Катализатором, используемым на стадии гидродесульфирования, может являться обычный катализатор десульфирования, состоящий из металла VI и/или VIII группы на подходящей огнеупорной подложке. В вариантах осуществления катализатор гидроочистки содержит огнеупорную подложку, выбранную из группы, состоящей из диоксида кремния, оксида алюминия, алюмосиликата, циркониевого силиката, титаносиликата, оксида титана и оксида циркония. Металлом VI группы может являться молибден или вольфрам, а металлом VIII группы обычно является никель или кобальт. Катализатор гидродесульфирования может содержать носитель на основе γ-оксида алюминия с сильно развитой поверхностью, пропитанный смешанными сульфидами, обычно сульфидами СоМо или ΝίΜο. В вариантах осуществления катализатор гидродесульфирования содержит Μοδ2 вместе с небольшими количествами других металлов, выбранных из группы, состоящей из молибдена, кобальта, никеля, железа и их комбинаций. В вариантах осуществления катализатор содержит оксид цинка. В вариантах осуществления катализатор содержит предварительно сульфидированный катализатор гидроочистки на основе молибдена, никеля и/или кобальта.
В вариантах осуществления катализатор находится в виде алюмосиликата. В вариантах осуществления катализатором является цеолит со средним размером пор, например цеолит с топологией Ζ8Μ-5. Хотя катализатор может быть подвергнут химическому изменению в зоне реакции из-за присутствия в этой области водорода и серы, он может находиться в виде оксида или сульфида при первом соприкосновении с углеродистым сырьем. Если основным применением устройства и способа является гидродеазотирование, то для гидродесульфурации могут быть выбраны молибденовые катализаторы на оксиде алюминия, активированные кобальтом. Для гидродеазотирования подходящими являются молибденовые катализаторы на оксиде алюминия, активированные никелем.
Г идрокрекинг.
В вариантах осуществления ВРНС устройство и способ используют для проведения реакций гидрокрекинга, в которых участвуют катализатор гидрокрекинга, газообразный водород и текучая среда, подвергаемая гидрокрекингу. В вариантах осуществления контактная поверхность изготовлена, покрыта или пропитана катализатором, который классифицируется как катализатор двойного действия, обладающий как гидрокрекинговой (кислотный компонент), так и гидрирующей активностью. В вариантах осуществления катализатор содержит по меньшей мере один металл, выбранный из благородных металлов, таких как платина или палладий, и неблагородных металлов, таких как никель, кобальт, молибден, вольфрам, железо, хром и комбинаций перечисленных металлов. В вариантах осуществления катализатор содержит смесь металлов, например смесь кобальта с молибденом. В вариантах осуществления предполагается, что гидрокрекингу сопутствуют некоторые процедуры гидроочистки (обессеривание, денитрирование), а катализирующий металлокомпонент содержит никель и молибден или никель и вольфрам.
Катализаторы гидрокрекинга могут использоваться вместе с матричным компонентом на основе неорганического оксида, который может быть выбран, например, из аморфных катализирующих неорганических оксидов, таких как каталитически активные алюмосиликаты, глины, кремнеземы, глиноземы, магнезия, диоксид титана, диоксид циркония, алюмосиликатные, циркониево-силикатные, магниевосиликатные, алюмоборные оксидные, титаниево-алюминатные катализаторы и т.п., а также их смеси. Хотя катализатор может быть подвергнут химическому изменению в зоне реакции из-за присутствия в этой области водорода и серы, он может находиться в виде оксида или сульфида при первом соприкосновении с дисперсией водорода в углеродистом сырье.
Кислотный крекирующий компонент катализатора гидрокрекинга может представлять собой аморфный материал, такой как кислая глина, диоксид алюминия, диоксид кремния или аморфный алюмосиликат. Катализатор с более продолжительным сроком службы может содержать большое количество молекулярных сит. Такие катализаторы с повышенным содержанием молекулярных сит представляют собой катализаторы цеолитного типа. В обычном употреблении термин молекулярные сита относится к материалу с открытой сетчатой структурой стационарного типа, обычно являющейся кристаллической, который может использоваться для разделения углеводородов или других смесей за счет селективного механического удерживания одной или нескольких составляющих или может использоваться в качестве катализатора в процессе каталитического превращения. Термин цеолит относится к молекулярным ситам, содержащим силикатную кристаллическую решетку, как правило, вместе с некоторым количеством алюминия, бора, галлия, железа и/или титана.
В вариантах осуществления катализатор содержит кислотный крекирующий компонент, в состав которого входит цеолит. Цеолиты с большими порами, например цеолиты X или Υ, могут оказаться подходящими, поскольку основными компонентами исходного сырья (например, газовых масел, донных осадков коксовой печи, нефти без легких фракций, рециркулированных масел, осадков из установки
- 16 019753 флюид-каталитического крекинга) являются высокомолекулярные углеводороды, которые не способны проникать во внутреннюю пористую структуру цеолитов с меньшим порами и поэтому не подвергаются соответствующему превращению. В некоторых вариантах осуществления катализатор гидрокрекинга содержит алюмосиликатный компонент. Представителями цеолитовых алюмосиликатов, используемых в качестве составных частей катализаторов гидрокрекинга, являются цеолит Υ (включая паростабилизированный цеолит, например, сверхустойчивый цеолит Υ), цеолит X, цеолит бета, цеолит ΖΚ, цеолит Ζ8Μ-3, фоязит, МСМ-22, ΕΖ, цеолиты типа Ζ8Μ-5, например Ζ8Μ-5, Ζ8Μ-11, Ζ8Μ-12, Ζ8Μ-23, Ζ8Μ-35, Ζ8Μ38, Ζ8Μ-48, Ζ8Μ-20, кристаллические силикаты, такие как силикалит, эриоцит, морденит, оффретит, шабазит, цеолит типа ЕИ-1, цеолит Νυ типа, цеолит типа ΕΖ-210 и их смеси.
В вариантах осуществления катализатор содержит аморфный материал вместе с кристаллическим цеолитом, что описывается в патенте США № 3523887. В вариантах осуществления катализатором является катализатор, описанный в патенте США № 5391287. Тяжелые углеводородные масла могут одновременно подвергаться гидрокрекингу и гидродепарафинизации с образованием жидкого продукта с удовлетворительными температурой застывания и вязкостью. Этот продукт может быть получен за счет использования катализатора, содержащего цеолит 88Ζ-35. В вариантах осуществления углеродистое сырье на линии 21 содержит тяжелые углеводородные масла (например, дизельное топливо с температурой кипения выше 343°С (650°Е)) и используется катализатор цеолит 88Ζ-35.
В вариантах осуществления катализатор содержит никелевый катализатор гидрирования, например катализатор согласно патенту США № 3884798, который представляет собой соэкструдированный каталитический композит пористой подложки, содержащей оксид алюминия и никелевый компонент в количестве от 6,5 до 10,5 мас.% в расчете на элементарный никель. Данный катализатор может использоваться, к примеру, для получения с максимальным выходом сжиженного нефтяного газа (СНГ) в пропан/бутановом диапазоне из углеродистого сырья, содержащего лигроин, или дистиллятов в интервале кипения бензина. В вариантах осуществления никелевый катализатор используется для превращения более тяжелого исходного сырья, например керосинов, легкого газойля, тяжелого газойля, газойлей в полном интервале кипения и темного нефтяного масла, в более низкокипящие, обычно жидкие, продукты, включая бензины, керосины, средние дистилляты, смазочные масла и т.д.
Гидрирование жирных кислот.
ВРНС, устройство и способ могут использоваться при гидрировании жирных кислот. В таких случаях контактная поверхность может быть изготовлена, покрыта катализатором или пропитана катализатором, и в ВРНС 40 вводятся реагенты, содержащие жирные кислоты и водород, для гидрирования масел. Такой катализатор гидрирования может содержать железо, рутений, осмий, кобальт, родий, иридий, никель, палладий и платину или их комбинации. Ненасыщенные жирные кислоты могут быть выбраны из миристоленовой, пальмитолеиновой, олеиновой, линолевой, альфа-линолевой, арахидоновой, эйкозапентаеновой, эруковой, докозагексаеновой кислот или любой их комбинации. Реагент, содержащий ненасыщенные жирные кислоты, может представлять собой фракцию триглицеридов, выбранную из растительного масла, рапсового масла, животных жиров, кукурузного масла, масла канолы, оливкового масла, хлопкового масла, сафлорового масла, пальмового масла, соевого масла, подсолнечного масла, арахисового масла, кокосового масла или любой их комбинации.
Конверсия синтез-газа по Фишеру-Тропшу.
ВРНС, устройство и способ могут быть использованы для производства жидких углеводородов из реагентов, содержащих синтез-газ (монооксид углерода и водород). В таких вариантах осуществления контактная поверхность внутри ВРНС 40 изготовлена, покрыта или пропитана катализатором ФишераТропша. Катализатор Фишера-Тропша может содержать металл 8, 9 или 10 группы. В вариантах осуществления металл VIII группы выбран из железа, кобальта, рутения, никеля и их комбинаций. Активность никелевого и рутениевого катализаторов обычно недостаточно высока для коммерческого использования, а стоимость рутения часто делает его непривлекательным. Как правило, железо намного дешевле, а преимуществом кобальта является его повышенная активность и более длительный срок службы. Поскольку ВРНС 40 дает возможность работать при пониженных температурах и использовать катализатор с большей эффективностью, раскрываемые устройство и способ могут сделать более привлекательным использование рутения и никеля. Металл катализатора можно наносить на подложку из неорганического огнеупорного оксида, например оксида алюминия, кремния, алюмосиликатов, диоксида титана, оксида цинка и оксидов 4 группы. Катализатор может, кроме того, содержать активирующий металл, выбранный из рутения, платины, палладия, рения, церия, гафния, циркония, лантана, меди и их комбинаций.
Каталитическое превращение этилена в ацетальдегид.
ВРНС, устройство и способ могут использоваться для производства ацетальдегида из этилена. В таких случаях по меньшей мере часть контактной поверхности внутри ВРНС 40 может быть изготовлена, покрыта или пропитана катализатором, таким как хлорид палладия или хлорид меди(11).
Производство диалкилкетонов.
Диалкилкетоны могут быть получены с использованием ВРНС, устройства и способа, раскрытых в данном документе. Например, можно катализировать реакцию реагентов, содержащих этилен и воздух, с образованием диэтилкетона, а изопропанол может быть превращен в ацетон. В таких случаях контактная
- 17 019753 поверхность может быть изготовлена, покрыта или пропитана подходящим катализатором, выбранным, помимо прочего, из железа, рутения, осмия, кобальта, родия, иридия, никеля, палладия, платины и их комбинаций.
Производство анилина и диаминотолуола.
С использованием ВРНС, устройства и способа, раскрытых в данном документе, могут быть получены анилин или диаминотолуол. В таких случаях контактная поверхность изготовлена, покрыта или пропитана катализатором, который способен катализировать гидрирование нитробензола до анилина или гидрирование динитротолуола до диаминотолуола. В некоторых вариантах осуществления динитротолуол контактирует с водородом в присутствии палладиевого катализатора, в результате такого гидрирования образуется диаминотолуол. В вариантах осуществления нитробензол контактирует с водородом в присутствии подходящего катализатора, в результате такого гидрирования образуется анилин.
В некоторых вариантах осуществления катализатор гидрирования содержит мелкодисперсный никель. В некоторых вариантах осуществления катализатор содержит платино-палладиевый катализатор. В некоторых вариантах осуществления катализатор также содержит модификатор, который в некоторых случаях включает железо. Для гидрирования динитротолуола в некоторых вариантах осуществления используется палладиевый катализатор. Катализатор может содержать палладий или медь, необязательно в комбинации с другими металлами, выбранными из группы, состоящей из свинца, ванадия, фосфора и хрома, в качестве модификаторов/ускорителей. Группа катализаторов для производства диаминотолуола включает никель, платину, палладий и их смеси, одной из которых является никель Ренея (скелетный никель).
Производство бензойной кислоты или 2, 3- или 4-метилзамещенных производных бензойной кислоты.
С использованием ВРНС, устройства и способа, раскрытых в данном документе, могут быть получены бензойная кислота и метилбензойная кислота. В таких случаях реагенты содержат кислород, а также либо толуол, либо о-, м- или п-ксилол. В таких вариантах осуществления контактная поверхность внутри ВРНС 40 изготовлена, покрыта или пропитана катализатором, который способен катализировать частичное окисление толуола до бензойной кислоты или частичное окисление о-, м- или п-ксилола до 2-, 3- или 4-метилбензойной кислоты соответственно. Например, подходящий катализатор может содержать оксид металла. Оксидом металла может являться, например, оксид кобальта.
Производство циклогексана.
Циклогексан может быть получен с использованием ВРНС, устройства и способа, раскрытых в данном документе. В таких случаях реагенты включают бензол и водород. Для таких случаев контактная поверхность изготовлена из катализатора, покрыта либо пропитана катализатором, способным ускорять гидрирование бензола. Такие катализаторы могут быть выбраны из группы, состоящей из никеля, меди, палладия, платины, хрома, марганца, железа, кобальта, цинка, молибдена, олова и их комбинаций. Катализатором может являться никель и/или медь на алюминиевой или кремниевой подложке. Например, контактная поверхность может быть покрыта алюминием или кремнием и подвергнута обжигу с образованием оксида алюминия или диоксида кремния соответственно. Последующее покрытие металлом, выбранным из никеля, меди, палладия, платины, хрома, марганца, железа, кобальта, цинка, молибдена, олова и обжиг приводят к получению оксида металла выбранного катализатора. Таким образом, путем многократных покрытий и обжига контактной поверхности можно использовать несколько катализаторов.
Получение продукта гидрирования из альдегидов и кетонов.
Раскрытые ВРНС, устройство и способ могут использоваться для гидрирования альдегидов и кетонов. Реагентами являются газообразный водород и альдегид или кетон. Контактная поверхность ВРНС 40 изготовлена, покрыта или пропитана подходящим катализатором гидрирования. Подобные катализаторы обычно содержат один или несколько переходных металлов или соединений одного или нескольких переходных металлов в форме, пригодной для гидрирования. Предпочтительно используют катализаторы, содержащие один или несколько металлов VIII или νΐΙΙΑ группы периодической таблицы элементов и/или одно или несколько их соединений. Катализатор может содержать медь, цинк, железо, рутений, осмий, кобальт, родий, иридий, никель, палладий и платину или их комбинации. Катализатор может содержать никель Ренея или никель Урушибары. Металлом катализатора может являться хром или другие ускорители, смеси меди и никеля и/или хрома и смесь восстановленных оксида меди(1) и оксида цинка. Продукт может содержать спирт. В варианте осуществления катализатором является рутениевый катализатор.
Гидратация олефинов с образованием спиртов.
ВРНС, устройство и способ могут использоваться при гидратации олефинов. В таких вариантах осуществления реагенты включают олефин и воду. Контактная поверхность изготовлена, покрыта или пропитана подходящим катализатором гидратации. Катализатор может содержать, например, оксиды, состоящие из диоксида кремния, оксида алюминия, диоксида циркония, оксида титана, оксида молибдена и вольфрама, фосфатов металлов, таких как фосфат алюминия и циркония, и кристаллических алюмосиликатов, называемых цеолитами, таких как морденит и цеолит типа Υ. К примерам цеолитов, используемым в различных вариантах осуществления, относятся кристаллические алюмосиликаты, такие
- 18 019753 как морденит, эриоцит, ферриэрит и цеолиты Ζ8Μ, разработанные корпорацией МоЫЮйСогр.; алюмометаллосиликаты, содержащие нетипичные элементы, такие как бор, железо, галлий, титан, медь, серебро и т.д.; и металлосиликаты, которые, по существу, не содержат алюминия, такие как галлосиликаты и боросиликаты. Что касается катионных частиц, которые могут обмениваться внутри цеолитов, обычно используют цеолиты протонно-обменного типа (Н-типа), но также возможно использование цеолитов, которые обмениваются ионами по меньшей мере с одним типом катионных частиц, например с щелочноземельными элементами, такими как Мд, Са и 8 г. редкоземельными элементами, такими как Ьа и Се, элементами VIII группы, такими как Ее, Со, N1, Ни, Рй и ΡΙ, или другими элементами, такими как Τι, Ζγ, Ηί, Сг, Мо, № и ТЕ.
Производство этилацетата.
ВРНС, устройство и способ могут использоваться для производства этилацетата. В таких случаях реагенты включают карбонилсодержащий сореагент и этанол. К карбонилсодержащим сореагентам могут относиться уксусная кислота, уксусный ангидрид, ацетальдегид или их комбинация. Контактная поверхность ВРНС 40 изготовлена, покрыта или пропитана катализатором, выбранным из металлических катализаторов, содержащих Рй, Τι, Ни, цеолитов или их комбинаций.
Производство алкиленгликоля гидратацией алкиленоксида.
В вариантах осуществления ВРНС, устройство и способ используются для получения алкиленгликоля гидратацией алкиленоксида. В данных применениях реагенты включают воду и алкиленоксид. Г азообразным алкиленоксидом может являться этиленоксид, пропиленоксид, бутиленоксид или их комбинации. Алкиленгликолем может являться этиленгликоль. В случае производства алкингликолей контактная поверхность ВРНС изготовлена, покрыта или пропитана катализатором гидратации. Катализатор может содержать, например, металлоорганическое соединение или цеолит.
Также может использоваться кислотный катализатор. Например, в качестве катализатора можно использовать серно-кислые катализаторы, частично нейтрализованные амином. Эти катализаторы являются гетерогенными и могут быть описаны более полно как серно-кислые ионно-обменные смолы. Эти смолы модифицируют пропусканием через них достаточного количества амина для частичной нейтрализации сульфокислотных групп, содержащихся в них. Для этой цели приемлемы первичные, вторичные или третичные амины. В раскрытом процессе можно использовать третичные амины. В результате получается катализатор, который состоит из смеси исходной серной кислоты и ее аммониевых солей, все эти вещества находятся в гетерогенном виде. В особом варианте осуществления катализатор содержит матрицу сополимера стирола и дивинилбензола, содержащую боковые сульфокислотные группы. Катализаторы, подпадающие под определение этих частиц, доступны от компании КоЬтаийНаак под названиями АтЬег1у§1 НТМ 15 и ЛтЬег1уЧ ΧΝ-1010, которые отличаются по величине доступной площади поверхности. Можно использовать и другие матрицы, помимо матрицы стирол-дивинилбензольного типа, включая другие органические полимеры и неорганические материалы только при условии, что субстрат способен связывать сульфокислотные группы с целью поддержания гетерогенного катализа в устройстве. К другим примерам многочисленных кислотных катализаторов, предложенных для использования при гидратации алкиленоксидов, относятся фторированные сульфокислотные ионно-обменные смолы, карбоновые кислоты и галогенсодержащие кислоты, сильнокислые катионно-обменные смолы, алифатические моно- и/или поликарбоновые кислоты, катионно-обменные смолы, кислые цеолиты, диоксид серы, тригалогенуксусные кислоты. В дополнение к кислотным катализаторам, для гидратации алкиленоксидов было предложено большое количество других катализаторов. Например, катализатором может быть алюминий-фосфатный катализатор, третичные органические амины, такие как триэтиламин и пиридин, четвертичные фосфониевые соли, фторалкилсульфокислотные смолы, галогениды щелочных металлов, такие как хлориды, бромиды и йодиды калия, натрия и лития, или галогениды четвертичных аммониевых солей, такие как йодид тетраметиламмония и бромид тетраэтиламмония, или их комбинации. В качестве катализаторов гидролиза алкиленоксидов можно использовать различные металлосодержащие соединения, включая оксиды металлов. Например, дегидратирующий оксид металла, такой как оксид алюминия, диоксид тория или оксиды вольфрама, титана, ванадия, молибдена или циркония (перечень этим не ограничивается). Или в качестве альтернативы можно использовать основания щелочных металлов, такие как алкоголяты, оксиды титана, вольфрама и тория. Катализатор может также содержать металлоорганическое соединение, например соединение ванадия, молибдена, вольфрама, титана, хрома, циркония, селена, теллура, тантала, рения, урана или их комбинации. В более позднем патенте США № 4277632, выданном 7 июля 1981 г., раскрывается способ производства алкиленгликолей посредством гидролиза алкиленоксидов в присутствии катализатора, которым являлось по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, состоящей из молибдена и вольфрама.
Производство глицерина.
ВРНС, устройство и способ могут использоваться для производства глицерина гидроксилированием аллилового спирта. В таких случаях реагенты включают пероксид и спирт олефинового ряда. Пероксидом может являться пероксид водорода, этилбензилгидропероксид, т-бутилгидропероксид, тамилгидропероксид, 2-бутилгидропероксид, циклогексилгидропероксид и 1-фенилэтилгидропероксид или их комбинации. Спиртом олефинового ряда может являться аллиловый спирт, металлиловый спирт,
- 19 019753 коричный спирт, метилвинилкарбинол, диметилаллиловый спирт, олеиловый спирт, метилвинилкарбинол, кротоновый спирт, метилаллиловый спирт, циклогексенол или их комбинации.
Гидроксилирование спирта олефинового ряда катализируется катализатором гидроксилирования. В таких вариантах осуществления контактная поверхность ВРНС 40 изготовлена, покрыта или пропитана катализатором гидроксилирования. Подходящим катализатором может являться любой из катализаторов, обычно используемых для гидратации олефинов. В вариантах осуществления катализатор гидроксилирования выбран из оксида металла, вольфрамового катализатора, осмиевого катализатора или их комбинаций. Катализаторы могут содержать переходные металлы, в частности, такие переходные металлы, как цирконий, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден, вольфрам, рений и уран. К примерам подходящих катализаторов относятся, в частности, оксид металла, например оксид вольфрама или молибдена, вольфрамовый катализатор, осмиевые катализаторы и их комбинации. К дополнительным примерам подходящих катализаторов относятся, в частности, триоксид молибдена и триоксид вольфрама.
Производства полиэтилена и полипропилена.
ВРНС, устройство и способ могут использоваться для производства полиэтилена или полипропилена. В таких случаях реагенты включают этилен или пропилен. В таких случаях контактная поверхность ВРНС 40 изготовлена, покрыта или пропитана подходящим катализатором полимеризации. Катализатором полимеризации может являться катализаторная система Циглера-Натта, которая включает катализатор на основе переходного металла, такой как Т1С14, и металлоорганическое соединение непереходного металла ΙΑ-ΙΙΙΑ группы Периодической таблицы элементов, в частности алюмоорганические соединения. Катализаторы Циглера-Натта представляют собой стереоспецифичные комплексы, которые ограничивают мономеры, вступающие в реакцию, специфической ориентацией, позволяя присоединяться им к полимерной цепи только в том случае, если они ориентированы в особом направлении, с образованием изотактических (неразветвленных) полимеров. Переходные металлы можно наносить на подходящий материал-носитель, такой как оксид алюминия, диоксид кремния или оксид магния. Традиционные катализаторы Циглера-Натта представляют стереоспецифичные комплексы, образующиеся из галогенида переходного металла, такого как титан, хром или ванадий, и гидрида металла и/или металл-алкила, как правило, алюмоорганического соединения, например алкилалюминиевого соединения, триэтилалюминия (ТЭАЛ), триметилалюминия (ТМА) или триизобутилалюминия (ТИБАЛ), в качестве сокатализатора.
Вместо катализаторов Циглера-Натта используются металлоценовые катализаторы. Металлоценовые соединения состоят из двух циклопентадиенильных анионов (Ср), связанных с металлическим центром, находящимся зачастую в состоянии окисления +2, и обычно обозначаются общей формулой (С5К5)2М. Другие катализаторы полимеризации этилена, содержащие переходные металлы, основаны на оксидах хрома и молибдена. Другие катализаторные системы на основе переходных металлов включают органические соединения переходных металлов с π-аллильным, циклопентадинильным, норборнильным, бензильным и ареновым лигандами, а также соединения, содержащие группы, примерами которых являются неопентильные и замещенные силилметильные соединения. Когда необходимо получить полиэтилен низкой плотности, можно использовать катализаторы, которые ускоряют разветвление полимера.
Несмотря на то что показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалист в данной области техники может осуществить их модификации, не отклоняясь от сути и идей изобретения. Варианты осуществления, описанные в данном документе, приведены лишь в качестве примера и не ограничиваются этим. Многие вариации и модификации изобретения, раскрытого в этом документе, являются возможными и находятся в пределах объема изобретения. В тех случаях, где числовые диапазоны и пределы заданы определенно, следует понимать, что такие определенные диапазоны и пределы включают повторяющиеся диапазоны и пределы схожей величины, попадающей в пределы определенно заданных диапазонов и пределов (например, диапазон от 1 до 10 включает 2, 3, 4 и т.д; значения более 0,10 включают 0,11, 0,12, 0,13 и т.д.). Использование термина необязательно по отношению к какому-либо элементу формулы изобретения означает, что элемент предмета является требуемым или в качестве альтернативы не является требуемым. Предполагается, что обе альтернативы находятся в пределах объема формулы изобретения. Следует понимать, что использование более широких терминов, таких как содержит, включает, имеет и т.д., подразумевает включение более узких терминов, таких как состоит из, состоящий в основном из, состоящий по существу из и т.п.
Соответственно, объем притязаний не ограничивается вышеизложенным описанием, а только ограничивается следующей формулой изобретения, при этом объем притязаний включает все эквиваленты предмета формулы изобретения. Каждый и любой пункт формулы изобретения включается в описание в виде варианта осуществления настоящего изобретения. Таким образом, формула изобретения является дополнительным описанием и дополнением к предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения. Раскрытия всех патентов, патентных заявок и изданий, цитированных в этом документе, включаются по ссылке, в пределах даваемых ими примерных, процедурных или других деталей, дополняющих детали, изложенные в этом документе.

Claims (16)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Реактор, включающий по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один статор, обеспечивающий возможность обработки потока реагентов усилием сдвига, в котором по меньшей мере одна контактная поверхность по меньшей мере одного ротора и/или по меньшей мере одного статора выполнена из пористого спеченного каталитического материала.
  2. 2. Реактор по п.1, в котором по меньшей мере один ротор отделен от по меньшей мере одного статора сдвиговым зазором, представляющим собой минимальное расстояние между указанными ротором и статором и составляющим примерно от 1 мкм до примерно 4 мм.
  3. 3. Реактор по п.1, в котором по меньшей мере часть по меньшей мере одного статора выполнена из каталитического материала и по меньшей мере часть по меньшей мере одного ротора выполнена из другого каталитического материала.
  4. 4. Реактор по п.1, который содержит по меньшей мере две контактные поверхности, выполненные из каталитического материала.
  5. 5. Реактор по п.4, в котором по меньшей мере одна контактная поверхность выполнена из каталитического материала, иного, чем, по меньшей мере, другая контактная поверхность.
  6. 6. Реактор по п.1, который содержит по меньшей мере два модуля, каждый из которых содержит ротор и комплементарный ему по форме статор.
  7. 7. Реактор по п.6, в котором контактная поверхность первого модуля выполнена из каталитического материала, иного, чем каталитический материал, из которого выполнена контактная поверхность второго модуля.
  8. 8. Реактор по п.1, в котором каталитический материал выбран из группы, включающей катализаторы гидрирования, гидроксилирования, частичного окисления, гидродесульфирования, гидродеазотирования, гидроочистки, риформинга, гидратации, гидрокрекинга, Фишера-Тропша, дегидрирования и полимеризации.
  9. 9. Система для проведения гетерогенного катализа, включающая по меньшей мере один реактор по любому из пп.1-8 и насос, выполненный с возможностью подачи реагентов в реактор.
  10. 10. Способ проведения гетерогенного катализа, включающий подачу реагентов в реактор по любому из пп.1-8, имеющий по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один статор, при этом по меньшей мере одна контактная поверхность по меньшей мере одного ротора и/или по меньшей мере одного статора выполнена из пористого спеченного каталитического материала; и образование дисперсии реагентов внутри реактора, причем дисперсия включает капли или газообразные пузырьки реагента.
  11. 11. Способ по п.10, в котором средний диаметр капель или газообразных пузырьков реагента в дисперсии меньше или равен примерно 5 мкм.
  12. 12. Способ по п.11, в котором используют реактор, содержащий статор и ротор, у которых по меньшей мере две контактные поверхности, выполненные из каталитического материала.
  13. 13. Способ по п.12, в котором используют реактор, в котором по меньшей мере одну контактную поверхность выполняют из каталитического материала, отличного от каталитического материала, из которого выполняют, по меньшей мере, другую контактную поверхность.
  14. 14. Способ по п.10, в котором каталитический материал выбирают из группы, включающей катализаторы гидрирования, гидроксилирования, частичного окисления, гидродесульфирования, гидродеазотирования, гидроочистки, риформинга, гидратации, гидрокрекинга, Фишера-Тропша, дегидрирования и полимеризации.
  15. 15. Способ по п.10, в котором по меньшей мере один ротор и по меньшей мере один статор разделены сдвиговым зазором, представляющим собой минимальное расстояние между указанными ротором и статором, при этом указанный способ дополнительно включает обработку реагентов высокой скоростью сдвига, составляющей по меньшей мере 20000 с-1, где скорость сдвига представляет собой окружную скорость роторной насадки, деленную на величину сдвигового зазора, и где окружная скорость определена как πΌη, где Ό - диаметр по меньшей мере одного ротора, а η - частота его вращения.
  16. 16. Способ по п.15, в котором обработка реагентов со сдвиговой скоростью по меньшей мере 20000 с-1 включает вращение по меньшей мере одного ротора с окружной скоростью насадки не менее 22,9 м/с, при этом окружную скорость определяют как πΌη, где Ό - диаметр ротора, а η - частота его вращения.
EA201100147A 2008-07-03 2009-06-02 Реактор, устройство и способ проведения гетерогенного катализа EA019753B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US7813208P 2008-07-03 2008-07-03
PCT/US2009/045967 WO2010002534A2 (en) 2008-07-03 2009-06-02 High shear rotary fixed bed reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201100147A1 EA201100147A1 (ru) 2011-06-30
EA019753B1 true EA019753B1 (ru) 2014-06-30

Family

ID=41464879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201100147A EA019753B1 (ru) 2008-07-03 2009-06-02 Реактор, устройство и способ проведения гетерогенного катализа

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9067859B2 (ru)
EP (1) EP2293869A4 (ru)
CN (1) CN102026716B (ru)
BR (1) BRPI0911806A2 (ru)
EA (1) EA019753B1 (ru)
WO (1) WO2010002534A2 (ru)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090005619A1 (en) * 2007-06-27 2009-01-01 H R D Corporation High shear process for the production of chlorobenzene
US8304584B2 (en) 2007-06-27 2012-11-06 H R D Corporation Method of making alkylene glycols
US7491856B2 (en) 2007-06-27 2009-02-17 H R D Corporation Method of making alkylene glycols
JP5408825B2 (ja) * 2008-10-23 2014-02-05 中外ハイテック有限会社 内循環乳化分散機
KR20120080158A (ko) * 2009-06-19 2012-07-16 이노베이티브 에너지 솔루션즈 인코포레이티드 저급 탄화수소로의 고급 탄화수소의 변환을 위한 열촉매 크래킹
US20110028573A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-03 Hrd Corp. High Shear Production of Value-Added Product From Refinery-Related Gas
WO2011109465A2 (en) 2010-03-05 2011-09-09 H R D Corporation High shear system and process for the production of halogenated and/or sulfonated paraffins
US8735616B2 (en) * 2010-05-21 2014-05-27 H R D Corporation Process for upgrading low value renewable oils
DE102010023963A1 (de) * 2010-06-16 2011-12-22 Mars Inc. Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines geschäumten Fleisch- oder Fischprodukts
US8845885B2 (en) 2010-08-09 2014-09-30 H R D Corporation Crude oil desulfurization
WO2012083636A1 (zh) * 2010-12-21 2012-06-28 北京化工大学 利用超重力反应器进行费托合成的方法
US9493709B2 (en) 2011-03-29 2016-11-15 Fuelina Technologies, Llc Hybrid fuel and method of making the same
KR101860380B1 (ko) * 2011-05-27 2018-05-23 엠. 테크닉 가부시키가이샤 미소 기포 발생 장치, 미소 기포 발생 방법, 및 그것을 사용한 기액 반응 방법
WO2013062226A1 (ko) * 2011-10-27 2013-05-02 한국에너지기술연구원 동적 기체분배기 및 그를 적용한 기포탑 반응기
US9227196B2 (en) * 2013-01-25 2016-01-05 H R D Corporation Method of high shear comminution of solids
US20140316180A1 (en) * 2013-04-23 2014-10-23 Quantum Vortex, Inc. Apparatuses and methods for hydrodynamic cavitation treatment of liquids
MX2017007234A (es) 2014-12-03 2018-04-10 Univ Drexel Incorporacion directa de gas natural en combustibles liquidos de hidrocarburo.
US10220365B2 (en) * 2015-03-31 2019-03-05 Hydro Dynamics, Inc. Method and apparatus for hydrogenating substances using controlled mechanically induced cavitation
CN105561894B (zh) * 2016-02-24 2018-06-29 浙江华康药业股份有限公司 集成反应分离制备山梨醇的自组织分流式控制方法及装置
BR112021000969A2 (pt) * 2018-07-20 2021-04-20 Carlsberg Supply Company Ag extração de aroma
CN112479815A (zh) * 2019-09-12 2021-03-12 南京延长反应技术研究院有限公司 一种基于微界面强化的丙烯羰基化制备丁辛醇的反应系统及工艺
CN113368741B (zh) * 2021-07-22 2023-09-05 青海新雨田化工有限公司 一种水泥中水溶性六价铬还原剂制备装置和制备方法
CN114887569B (zh) * 2022-05-23 2023-10-03 南通富莱克流体装备有限公司 气液固超重力强化反应器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3996012A (en) * 1973-12-21 1976-12-07 Hans Heinrich Auer Catalytic reactor having disk-shaped, rotor-stator, reaction surfaces
US5167782A (en) * 1991-03-27 1992-12-01 Marlow John R Method and apparatus for treating fuel
US20050287025A1 (en) * 2004-06-24 2005-12-29 Fuel Fx International, Inc. Method and apparatus for use in enhancing fuels

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1678778A (en) * 1925-03-05 1928-07-31 Harter Hans Apparatus for carrying out chemical reactions between gases or vapors, or gases and vapors
US3887167A (en) 1971-02-09 1975-06-03 Du Pont Apparatus for manufacture of organic isocyanates
US3767535A (en) 1971-06-14 1973-10-23 Corning Glass Works Method of reacting an insolubilized enzyme in a fluid medium
US4048060A (en) * 1975-12-29 1977-09-13 Exxon Research And Engineering Company Two-stage hydrodesulfurization of oil utilizing a narrow pore size distribution catalyst
CA1120955A (en) 1979-07-09 1982-03-30 Toshihiko Kumazawa Process for the production of alkylene glycols
DE3813946A1 (de) * 1988-04-26 1989-11-09 Asea Brown Boveri Verfahren zum aufbringen einer aus edelmetallen und/oder edelmetallverbindungen bestehenden katalysatorschicht auf einen traeger aus keramischem material
JP3117817B2 (ja) * 1991-11-27 2000-12-18 アスモ株式会社 超音波モータのステータ及びその製造方法
US5279463A (en) * 1992-08-26 1994-01-18 Holl Richard A Methods and apparatus for treating materials in liquids
AU6507194A (en) 1993-04-08 1994-11-08 Christopher Green Mixing apparatus and method
DE4428018A1 (de) 1994-08-08 1996-02-15 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von aromatischen Aminen
GB2320033B (en) * 1996-12-05 2001-06-06 Fmc Corp Improvements in strength and wear resistance of mechanical components
US6193504B1 (en) * 1997-04-01 2001-02-27 Engelhard Corporation Portable rotary catalytic oxidizer systems
US6368367B1 (en) 1999-07-07 2002-04-09 The Lubrizol Corporation Process and apparatus for making aqueous hydrocarbon fuel compositions, and aqueous hydrocarbon fuel composition
US6383237B1 (en) 1999-07-07 2002-05-07 Deborah A. Langer Process and apparatus for making aqueous hydrocarbon fuel compositions, and aqueous hydrocarbon fuel compositions
US6368366B1 (en) 1999-07-07 2002-04-09 The Lubrizol Corporation Process and apparatus for making aqueous hydrocarbon fuel compositions, and aqueous hydrocarbon fuel composition
US6742774B2 (en) * 1999-07-02 2004-06-01 Holl Technologies Company Process for high shear gas-liquid reactions
US6471392B1 (en) * 2001-03-07 2002-10-29 Holl Technologies Company Methods and apparatus for materials processing
US7538237B2 (en) * 1999-07-02 2009-05-26 Kreido Laboratories Process for high shear gas-liquid reactions
US6530964B2 (en) 1999-07-07 2003-03-11 The Lubrizol Corporation Continuous process for making an aqueous hydrocarbon fuel
US7098360B2 (en) 2002-07-16 2006-08-29 Kreido Laboratories Processes employing multiple successive chemical reaction process steps and apparatus therefore
CA2497615A1 (en) 2002-09-11 2004-03-25 Kreido Laboratories Methods and apparatus for high-shear mixing and reacting of materials
TW538817U (en) * 2002-09-25 2003-06-21 Ind Tech Res Inst Reactor for producing ultra fine particles
WO2004064990A2 (en) * 2003-01-22 2004-08-05 Vast Power Systems Inc. Reactor
CN1759251B (zh) * 2003-06-30 2011-06-08 玛勒马达零件瑞士股份公司 旋转活塞泵的烧结金属转子及其烧结耦合元件和制造方法
JP4465173B2 (ja) * 2003-09-10 2010-05-19 京セラ株式会社 複合セラミックスおよびその製法
US6868366B1 (en) * 2003-09-16 2005-03-15 General Electric Company Method for measuring piping forces acting on a turbine casing
JP2006187061A (ja) * 2004-12-27 2006-07-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd スピンドルモータ
JP4947917B2 (ja) * 2005-04-18 2012-06-06 株式会社日本触媒 気相接触酸化用の固定床反応器およびアクロレインまたはアクリル酸の製造方法
JP5066803B2 (ja) * 2005-11-16 2012-11-07 株式会社ジェイテクト アクチュエータ
US8636634B2 (en) * 2007-04-02 2014-01-28 Rasp Technologies, Llc Reaction and separation processor and process for producing biodiesel

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3996012A (en) * 1973-12-21 1976-12-07 Hans Heinrich Auer Catalytic reactor having disk-shaped, rotor-stator, reaction surfaces
US5167782A (en) * 1991-03-27 1992-12-01 Marlow John R Method and apparatus for treating fuel
US20050287025A1 (en) * 2004-06-24 2005-12-29 Fuel Fx International, Inc. Method and apparatus for use in enhancing fuels

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUANG-WEN CHU et al. MICROMIXING EFFICIENCY OF A NOBEL ROTOR-STATOR REACTOR, Chemical Engineering Journal, vol. 128, issue 2-3, p. 191-196, 01 April 2007, See the whole document *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010002534A3 (en) 2010-05-06
EP2293869A2 (en) 2011-03-16
US9067859B2 (en) 2015-06-30
CN102026716A (zh) 2011-04-20
BRPI0911806A2 (pt) 2015-10-06
WO2010002534A2 (en) 2010-01-07
US20100004419A1 (en) 2010-01-07
EA201100147A1 (ru) 2011-06-30
US20150251153A1 (en) 2015-09-10
EP2293869A4 (en) 2012-01-25
CN102026716B (zh) 2014-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA019753B1 (ru) Реактор, устройство и способ проведения гетерогенного катализа
KR101560614B1 (ko) 수소화분해 시스템 및 방법
US20190345394A1 (en) Synthesis gas conversion process
CA2675825C (en) System and process for hydrodesulfurization, hydrodenitrogenation, or hydrofinishing
EA021175B1 (ru) Способ получения жидкого продукта из легкого газа (варианты) и система переработки легкого газа
JP2013500973A (ja) 精製所関連ガスからの付加価値製品の高剪断製造
EA024157B1 (ru) Способ получения синтез-газа из углеродсодержащего материала
AU2010223877A1 (en) Fluid-sparged helical channel reactor and associated methods
WO2014116272A1 (en) System and process for coal liquefaction
EP1392794A2 (en) Fischer-tropsch process
US20140209508A1 (en) System and process for thermal cracking and steam cracking
US20140209509A1 (en) System and process for hydrocracking and hydrogenation
US9850437B2 (en) Enhanced processes to produce value-added products from light gases
ZA200308533B (en) Fischer-Tropsch process.
WO2014116269A1 (en) System and process for catalytic cracking and reforming

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU