JP2008520412A5

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Publication number: JP2008520412A5
Application number: JP2007541457A
Authority: JP
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2025-11-16

Description

「相対スパン」は、多くの場合、「スパン」と呼ばれる。相対スパンは、体積分布から計算される無次元パラメータである。体積中央値泡または滴サイズ（ＶＭＤ）の場合と同じく、Ｄ［ｖ，０．１］およびＤ［ｖ，０．９］は、分散した泡また滴の体積のそれぞれ１０％および９０％が、その値より小さな直径の泡または液滴となる直径である。スパンは、Ｄ［ｖ，０．９］からＤ［ｖ，０．１］を引いた後、ＶＭＤ（Ｄ［ｖ，０．５］）で除した商と定義され得る。一実施態様では、本発明のプロセスによって作られる多相反応混合物の中の第二の反応体および／または液体触媒の泡または滴のスパンは、約１．３から約５、一実施態様では約１．８から約２．５の範囲にあるとよい。一実施態様では、本発明のプロセスは、単一のプロセスマイクロチャネルの中で実行され、スパンは、約１．３から約２．５の範囲にあるとよい。一実施態様では、本発明のプロセスは、複数のプロセスマイクロチャネルを使用するスケールアップされたプロセスの中で実行され、スパンは、約１．３から約５の範囲にあるとよい。

Claims

多相反応を実行するためのプロセスであって、
第一の反応体と第二の反応体とを含む多相反応混合物を形成させる工程であって、前記第一の反応体は、少なくとも一つの液体を含み、前記第二の反応体は、少なくとも一つの気体、少なくとも一つの液体、または少なくとも一つの気体と少なくとも一つの液体との組み合わせを含み、前記第一の反応体は、前記多相反応混合物の中の連続相を形成し、前記第二の反応体は、前記連続相の中に分散した気泡および／または液滴を形成する工程、および
前記反応混合物をプロセスマイクロチャネルの中に流し、前記反応体の流れおよび/または混合を変化させるために表面構成要素と接触させ、前記第一の反応体と前記第二の反応体とを、少なくとも一つの触媒の存在下、プロセスマイクロチャネルの中で反応させて少なくとも一つの生成物を形成させる工程
を含むプロセス。
前記気泡および／または液滴は、０．１から１００ミクロンの範囲の体積基準平均直径、および１から１０の範囲のスパンを有する、請求項１に記載のプロセス。
前記プロセスマイクロチャネルと、発熱源および／または吸熱源との間で熱が交換される、請求項１に記載のプロセス。
前記多相反応混合物は、前記プロセスマイクロチャネルの中で形成される、請求項１に記載のプロセス。
前記プロセスマイクロチャネルは、少なくとも一つの側壁と、前記側壁の軸方向長さの少なくとも一部に沿って延在する少なくとも一つの開口区間とを含み、前記第二の反応体は、前記開口区間を通って前記プロセスマイクロチャネルに流れ込み、前記第一の反応体と接触して前記多相反応混合物を形成する、請求項１に記載のプロセス。
前記第二の反応体は、第二の反応体流チャネルから前記開口区間を通って流れる、請求項５に記載のプロセス。
前記プロセスは、マイクロチャネル反応器の中で実行され、前記マイクロチャネル反応器は、複数のプロセスマイクロチャネルと、前記反応体を前記プロセスマイクロチャネルに分配するための少なくとも一つのヘッダとを含み、前記多相反応混合物は、前記ヘッダの中で形成され、前記ヘッダから前記プロセスマイクロチャネルに流れ込む、請求項１に記載のプロセス。
前記ヘッダは、第一の反応体区域、少なくとも一つの第二の反応体区域、および前記第一の反応体区域と前記第二の反応体区域との間に配置された開口区間を含み、前記第二の反応体は、前記第二の反応体区域から前記開口区間を通って前記第一の反応体区域に流れ込み、前記第一の反応体と接触して前記多相反応混合物を形成し、前記多相反応混合物は、前記第一の反応体区域から前記プロセスマイクロチャネルに流れ込む、請求項７に記載のプロセス。
前記プロセスマイクロチャネルの中に反応区域があり、前記第二の反応体は、前記反応区域の中で前記第一の反応体と接触して前記多相反応混合物を形成する、または前記プロセスマイクロチャネルの中に混合区域と反応区域とがあり、前記混合区域は、前記反応区域の上流にあり、前記第二の反応体は、前記混合区域の中で前記第一の反応体と接触して前記多相反応混合物を形成する、または前記プロセスマイクロチャネルの中に混合区域と反応区域とがあり、前記混合区域は、前記反応区域の上流にあり、前記第二の反応体は、前記第一の反応体と接触して前記多相反応混合物を形成し、前記第二の反応体の一部は、前記混合区域の中で前記第一の反応体と接触し、前記第二の反応体の一部は、前記反応区域の中で前記第一の反応体と接触する、請求項１に記載のプロセス。
前記プロセスマイクロチャネルは、二つ以上の反応区域を含む、請求項１に記載のプロセス。
前記プロセスマイクロチャネルは、最大１０ｍｍ、好ましくは最大２ｍｍの幅または高さの内部寸法を有する、または前記プロセスマイクロチャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記金属の任意のものの合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とガラス繊維とを含む複合体、石英、ケイ素、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項１に記載のプロセス。
前記第二の反応体流チャネルは、最大１０ｍｍ、好ましくは最大２ｍｍの幅または高さの内部寸法を有する、または前記第二の反応体流チャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記金属の任意のものの合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とガラス繊維とを含む複合体、石英、ケイ素、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項６に記載のプロセス。
前記プロセスマイクロチャネルは、前記第二の反応体流チャネルに隣接し、前記プロセスマイクロチャネルと前記第二の反応体流チャネルとは、共通の壁と、前記共通の壁の中にある前記開口区間とを有する、請求項６に記載のプロセス。
前記開口区間は、比較的厚いシートまたはプレートの上にある比較的薄いシートを含み、前記比較的薄いシートは、比較的小さな開口のアレイを含み、前記比較的厚いシートまたはプレートは、比較的大きな開口のアレイを含み、前記比較的小さな開口の少なくともいくつかは、前記比較的大きな開口と位置合わせされる、または前記開口区間は、被覆材料で一部充填された開口を含む、または前記開口区間は、熱処理される、または前記開口区間は、多孔質材料から作られ、前記多孔質材料は、好ましくは金属、非金属および／または酸化物であり、または前記多孔質材料は、好ましくはアルミナまたはニッケルで被覆されている、または前記開口区間は、多孔質材料から作られ、前記多孔質材料の表面は、前記表面の上の細孔を液体充填材で充填し、前記充填材を固化させ、前記表面を研削または研磨し、前記充填材を除去することによって処理される、または前記開口区間は、前記プロセスマイクロチャネルの軸方向長さの５％から１００％まで延在する、請求項５に記載のプロセス。
前記発熱源および／または吸熱源は、前記プロセスマイクロチャネルに隣接する、または前記発熱源および／または吸熱源は、前記プロセスマイクロチャネルから離れている、請求項３に記載のプロセス。
前記発熱源および／または吸熱源は、少なくとも一つの熱交換チャネルを含み、前記熱交換チャネルは、好ましくはマイクロチャネルを含む、または前記熱交換チャネルは、最大１０ｍｍ、好ましくは最大２ｍｍの幅または高さの内部寸法を有する、または前記熱交換チャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、前記金属の任意のものの合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とガラス繊維とを含む複合体、石英、ケイ素、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、請求項３に記載のプロセス。
前記発熱源および／または吸熱源は、少なくとも一つの電熱素子、抵抗加熱器および／または非流体冷却素子を含む、または前記電熱素子、抵抗加熱器および／または非流体冷却素子は、前記プロセスマイクロチャネルに隣接する、または前記プロセスマイクロチャネルは、一つ以上の壁を含み、前記電熱素子、抵抗加熱器および／または非流体冷却素子は、前記プロセスマイクロチャネルの前記壁の少なくとも一つの一部である、または前記プロセスマイクロチャネルの前記壁の少なくとも一つは、前記電熱素子、抵抗加熱器および／または非流体冷却素子から形成される、請求項３に記載のプロセス。
前記第二の反応体流チャネルは、前記チャネル内の流れおよび／または混合を変化させるために、一つ以上の内壁の中および／または上に形成された表面構成要素を含む、請求項６に記載のプロセス。
前記熱交換チャネルは、前記熱交換チャネル内の流れおよび/または混合を変化させるために、一つ以上の内壁の中および/または上に形成された表面構成要素を含む、請求項１６に記載のプロセス。
前記表面構成要素は、前記プロセスマイクロチャネルを通る流体の流れの方向に対してある角度で配向した、前記マイクロチャネル内壁の一つ以上の中のくぼみ、および／または前記マイクロチャネル内壁の一つ以上からの突起物の形である、または前記表面構成要素は、少なくとも二つの表面構成要素領域を含み、第一の表面構成要素領域の中で前記第一の反応体と第二の反応体との混合が実行された後、第二の表面構成要素領域の中を流れ、前記第二の表面構成要素領域の中の流れパターンは、前記第一の表面構成要素領域の中の流れパターンと異なる、または一つ以上の未反応反応体と前記生成物とを含む反応混合物が前記第一の表面構成要素領域の中で形成され、前記第二の表面構成要素領域の中を流れ、一つ以上の前記未反応反応体および／または前記生成物が前記反応混合物から分離される、請求項１に記載のプロセス。
前記開口区間は、前記プロセスマイクロチャネルの前記内壁の一つ以上の一部を形成する内部部分を含み、前記開口区間の前記内部部分の上に表面構成要素シートがあり、前記表面構成要素シートの中および／または上に表面構成要素がある、請求項５に記載のプロセス。
前記プロセスマイクロチャネルの中に流動床の形の固体粒子があり、前記プロセスマイクロチャネルは、その内壁の一つ以上の中および／または上に形成された、前記プロセスマイクロチャネルの中の流れおよび／または混合を変化させるための表面構成要素を含む、請求項１に記載のプロセス。
前記表面構成要素は、互いに上下に積み重ねられた、および／または、三次元パターンに織り合わせられた、二つ以上の層を含む、または前記表面構成要素は、円形、楕円形、正方形、長方形、格子形、Ｖ字形、波形またはそれらの組み合わせの形である、または前記表面構成要素は、副構成要素を含み、前記表面構成要素の主壁は、ノッチ、波、ギザギザ、孔、ばり、格子形、扇形またはそれらの組み合わせの形の、より小さな表面構成要素をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
前記プロセスマイクロチャネルに入る前記第一の反応体の温度は、前記プロセスマイクロチャネルから出る前記生成物の温度から２００℃の範囲内にある、請求項１に記載のプロセス。
熱交換流体は、前記熱交換チャネルの中にあり、前記熱交換流体は、前記熱交換チャネルの中で相変化を行う、請求項１６に記載のプロセス。
前記発熱源および／または吸熱源と前記プロセスマイクロチャネルとの間の熱流束は、前記プロセスマイクロチャネルの表面積の平方センチメートルあたり０．０１から２５０ワットの範囲である、請求項３に記載のプロセス。
吸熱または発熱プロセスが前記熱交換チャネルの中で実行される、請求項１６に記載のプロセス。
前記多相反応混合物は、前記プロセスマイクロチャネルの中を第一の方向に流れ、前記熱交換チャネルの中を熱交換流体が第二の方向に流れ、前記第二の方向は、前記第一の方向に対して交差流、並流または向流である、請求項１６に記載のプロセス。
前記熱交換チャネルの中に熱交換流体があり、前記熱交換流体は、前記第一の反応体、前記第二の反応体、前記多相反応混合物、前記生成物またはそれらの二つ以上の混合物、または、空気、水蒸気、液体水、一酸化炭素、二酸化炭素、気体窒素、液体窒素、不活性気体、気体炭化水素、油または液体炭化水素の一種類以上を含む、請求項１６に記載のプロセス。
前記触媒は、少なくとも一つの酸化触媒、水素化分解触媒、水素化触媒、水和触媒、カルボニル化触媒、硫酸化触媒、スルホン化触媒、オリゴマ化触媒、重合触媒またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む、請求項１に記載のプロセス。
前記触媒は、固体粒子を含み、前記プロセスマイクロチャネルの少なくとも一つの内壁の上にある、または担体に担持されている、請求項１に記載のプロセス。
前記触媒は、担体に担持されており、前記担体は、シリカゲル、発泡銅、焼結ステンレス鋼繊維、スチールウール、アルミナ、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリスルホネート、ポリ（テトラフルオロエチレン）、鉄、ニッケルスポンジ、ナイロン、ポリ二フッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンエチルケトン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリブチレンまたはそれらの二つ以上の組み合わせを含む、または前記担体は、伝熱材料を含む、または前記担体は、Ｎｉ、ＣｒおよびＦｅを含む合金、またはＦｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金を含む、または前記担体は、側流構成、貫通流構成、ハニカム構造物または蛇行構成を有する、または前記担体は、発泡体、フェルト、詰め物、フィンまたはそれらの二種類以上の組み合わせの構成を有する、または前記担体は、隣接するギャップを有する側流構成、隣接するギャップを有する発泡体構成、ギャップを有するフィン構造物、または流れのためのギャップを有するガーゼ構成を有する、または前記触媒は、前記プロセスマイクロチャネルおよび／または前記担体の少なくとも一つの内壁の上にウォッシュコートされる、請求項１に記載のプロセス。
前記触媒は担体に担持され、前記担体は、少なくとも一つのフィン、好ましくは複数の平行な離間したフィンを含むフィンアセンブリを含む、請求項１に記載のプロセス。
前記フィンは、外部表面を有し、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上に多孔質材料があり、前記触媒は、前記多孔質材料に担持され、該多孔質材料は、好ましくは被覆物、繊維、発泡体またはフェルトの一種類以上を含む、または前記フィンは、外部表面を有し、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部から複数のファイバまたは突起物が延在し、前記触媒は、前記突起物に担持される、または前記フィンは、外部表面を有し、前記触媒は、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上にウォッシュコートされるか、前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上に溶液から成長するか、または蒸着を用いて前記フィンの前記外部表面の少なくとも一部の上に析出される、または前記フィンアセンブリは、複数の平行な離間したフィンを含み、前記フィンの少なくとも一つは、他のフィンの長さと異なる長さを有する、または前記フィンアセンブリは、複数の平行な離間したフィンを含み、前記フィンの少なくとも一つは、他のフィンの高さと異なる高さを有する、または前記フィンは、正方形、長方形または台形の形状を有する断面を有する、または前記フィンは、鋼、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、前記金属の任意のものの合金、重合体、セラミックス、ガラス、重合体とガラス繊維とを含む複合体、石英、ケイ素、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む材料で作られる、または前記フィンは、Ｎｉ、ＣｒおよびＦｅを含む材料、またはＦｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む材料で作られる、または前記フィンは、Ａｌ _２Ｏ _３形成材料またはＣｒ _２Ｏ _３形成材料で作られる、請求項３３に記載のプロセス。
前記触媒は、前記プロセスマイクロチャネルの中の反応区域の中にあり、前記反応区域は、前記プロセスマイクロチャネルの断面の５％から９５％を含むバルク流路を含む、請求項１に記載のプロセス。
前記触媒は、液体を含む、請求項１に記載のプロセス。
前記触媒は、前記第一の反応体と混合される、または前記触媒は、前記第二の反応体と混合される、請求項３６に記載のプロセス。
前記第一の反応体と前記第二の反応体との間の前記反応は、酸化反応、水素化分解反応、水素化反応、水和反応、カルボニル化反応、硫酸化反応、スルホン化反応、オリゴマ化反応、または重合反応を含む、請求項１に記載のプロセス。
前記第一の反応体は、植物油を含み、前記第二の反応体は、水素を含み、前記反応は、水素化反応である、請求項１に記載のプロセス。
前記第一の反応体と前記第二の反応体との間の前記反応は水素化反応であり、トランス異性体の形成は、１５重量％未満である、請求項１に記載のプロセス。
前記反応体および生成物と前記触媒との接触時間は、最大１００秒の範囲内にある、または前記プロセスマイクロチャネル内の温度は、−４０℃から４００℃の範囲内にある、または前記プロセスマイクロチャネル内の圧力は、最大５０絶対気圧の範囲内にある、または前記プロセスマイクロチャネルを通る反応体および生成物の前記流れの時間あたり重量空間速度は、少なくとも０．１（ｍｌ原料）／（ｇ触媒）（時間）である、または前記プロセスマイクロチャネルを通る前記反応体および生成物の前記流れの圧力降下は、前記プロセスマイクロチャネルの長さのメートルあたり最大１気圧である、請求項１に記載のプロセス。
前記熱交換チャネルの中を熱交換流体が流れ、前記熱交換チャネルの中を流れる前記熱交換流体の圧力降下は、前記熱交換チャネルの長さのメートルあたり最大１気圧である、請求項１６に記載のプロセス。
前記第一の反応体の反応率は、サイクルあたり５％以上である、または前記第二の反応体の反応率は、サイクルあたり２５％以上である、または生成物の収率は、サイクルあたり２０％以上である、請求項１に記載のプロセス。
前記生成物は、前記プロセスマイクロチャネルから取り出され、前記プロセスは、前記プロセスマイクロチャネルを通して再生用流体を流し、前記触媒と接触させる工程をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
前記反応体と生成物とは流体を含み、前記プロセスマイクロチャネルの中を流れる前記流体の空塔速度は、少なくとも毎秒０．０１メートルである、請求項１に記載のプロセス。
前記混合区域および/または前記反応区域の中に前記表面構成要素が配置される、請求項９に記載のプロセス。
二つ以上のプロセスマイクロチャネルが、前記熱交換チャネルと熱を交換する、請求項１６に記載のプロセス。
前記開口区間は、前記開口区間の前記軸方向長さに沿って、二つ以上の別々の原料導入点を含む、請求項５に記載のプロセス。
前記多相反応混合物は、固体粒子をさらに含む、または前記多相反応混合物は、発泡体をさらに含む、または前記多相反応混合物は、一つ以上の溶媒をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
前記第二の表面構成要素領域は、前記プロセスマイクロチャネルの前記内部の中に配置され、前記第二の表面構成要素領域の下流で別の第二の反応体が前記多相反応混合物と合流し、前記第二の表面構成要素領域の下流の前記プロセスマイクロチャネル内で別の反応が実行される、請求項２０に記載のプロセス。
前記プロセスマイクロチャネルの設計は、前記プロセスマイクロチャネルの軸方向長さに沿って変化する、請求項１に記載のプロセス。
前記反応区域の下流の前記プロセスマイクロチャネルの中に毛管構造物または細孔スロートがあり、気体を液体から分離するために用いられる、請求項９に記載のプロセス。