JP6712732B2 - ファインバブルを用いた反応装置及び反応方法 - Google Patents
ファインバブルを用いた反応装置及び反応方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6712732B2 JP6712732B2 JP2018169969A JP2018169969A JP6712732B2 JP 6712732 B2 JP6712732 B2 JP 6712732B2 JP 2018169969 A JP2018169969 A JP 2018169969A JP 2018169969 A JP2018169969 A JP 2018169969A JP 6712732 B2 JP6712732 B2 JP 6712732B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction
- solution
- porous body
- phase reactant
- continuous pores
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 59
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 41
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 40
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 35
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 28
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 15
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 claims description 14
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 17
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N Ethylbenzene Chemical compound CCC1=CC=CC=C1 YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 4
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UAEPNZWRGJTJPN-UHFFFAOYSA-N methylcyclohexane Chemical compound CC1CCCCC1 UAEPNZWRGJTJPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- GYNNXHKOJHMOHS-UHFFFAOYSA-N methyl-cycloheptane Natural products CC1CCCCCC1 GYNNXHKOJHMOHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- GPNDARIEYHPYAY-UHFFFAOYSA-N palladium(ii) nitrate Chemical compound [Pd+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GPNDARIEYHPYAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Images
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
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
- B01J19/2485—Monolithic reactors
-
- 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
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/02—Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/04—Alumina
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
- B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
- B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
- B01F23/2323—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
- B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
- B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
- B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
- B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
- B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
- B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
- B01F23/2375—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm for obtaining bubbles with a size below 1 µm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/45—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
- B01F25/452—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces
- B01F25/4522—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces the components being pressed through porous bodies, e.g. flat plates, blocks or cylinders, which obstruct the whole diameter of the tube
- B01F25/45221—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by elements provided with orifices or interstitial spaces the components being pressed through porous bodies, e.g. flat plates, blocks or cylinders, which obstruct the whole diameter of the tube the porous bodies being cylinders or cones which obstruct the whole diameter of the tube, the flow changing from axial in radial and again in axial
-
- 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
- B01J10/002—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor carried out in foam, aerosol or bubbles
-
- 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
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
-
- 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/44—Palladium
-
- 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
- B01J23/464—Rhodium
-
- 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
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
-
- 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
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/64—Pore diameter
- B01J35/643—Pore diameter less than 2 nm
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0006—Honeycomb structures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
- C07C5/02—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation
- C07C5/03—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
- C07C5/02—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation
- C07C5/10—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by hydrogenation of aromatic six-membered rings
-
- 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
- B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
- B01J2219/00819—Materials of construction
- B01J2219/00844—Comprising porous material
-
- 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
- B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
- B01J2219/00891—Feeding or evacuation
-
- 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
- B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
- B01J2219/322—Basic shape of the elements
- B01J2219/32279—Tubes or cylinders
-
- 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
- B01J2219/32—Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
- B01J2219/322—Basic shape of the elements
- B01J2219/32296—Honeycombs
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/0081—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as catalysts or catalyst carriers
-
- 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
- C07C2601/14—The ring being saturated
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Description
本発明は、ファインバブルを用いた反応装置及び反応方法に関する。
ファインバブルは、直径が１００μｍ以下の気泡をいい、ウルトラファインバブルは、ファインバブルの中でも特に直径が１μｍ以下の気泡をいう。これらは、通常の気泡とは異なる性質を有することから、近年、様々な分野で応用が検討されている。
ファインバブル又はウルトラファインバブルの製造方法としては、主に、旋回液流式、加圧溶解・減圧式、及び微細孔式を挙げることができる。
旋回液流式では、円筒容器に液を高速で圧入し、内部に高速旋回流を形成して、その中心部で圧力降下部を発生させる。ここで、円筒容器の下部の小孔からガスを導入し、上部の小孔からガスを導出すると、ファインバブルが得られる。
加圧溶解・減圧式では、ガスを加圧して液中に溶解させる。そして、その液を急激に減圧又は常圧の液体に抽出することによって溶解したガスをファインバブルとして析出させることができる。
微細孔式では、ナノレベルの微細孔からガスを液中に噴出させる。
また、他の方式も検討されており、例えば特許文献１では、ガスをポンプで加圧して液中に溶解させ、その液を、微細孔路を有する金属フィルターに通過させることによって、気泡径が微細化されるとしている。ここで、その微細孔路は、３０ｍｍ〜６０ｍｍの長さで、かつ３００μｍ以下の孔径を有する。
近年、気相と液相との反応系において、気相をファインバブルとして用いた有機合成方法が検討されている。例えば、特許文献２では、ファインバブルの製造装置で発生させた反応ガスのファインバブルを、液相に導入することによって、これらを常圧で反応させている。通常、気相の反応体と液相の反応体を反応させる場合には、反応系を高圧にして気相の反応体を液相に溶存させたり、強い機械的撹拌によって気相と液相との接触頻度を高めたりする必要があるのに対して、特許文献２に記載の方法であれば、これらの必要がなく、高い効率で気相と液相とを反応させることができるため、有用である。
ファインバブルを利用して気相と液相とを反応させる方法は、特許文献３及び４からも知られている。
本発明者らの検討によれば、特許文献２〜４に記載の方法では、ファインバブルが合一してバブルが大きくなる傾向があり、改良の余地があることが分かった。
そこで、本発明では、ファインバブルの合一の課題が生じにくい、ファインバブルを用いた新規な反応装置及び反応方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、以下の態様を有する本発明により、上記課題を解決できることを見出した。
《態様１》
以下を含む、ファインバブル化した気相反応体と液相反応体とを反応させるための反応装置：
複数の流路を有し、前記流路が多孔質壁で隔てられている多孔質体であって、前記多孔質壁が、連続気孔を有し、少なくともその表面に反応触媒を含む多孔質体、
気相反応体と液相反応体とを含む溶液を前記多孔質体の連続気孔に供給するための溶液供給部、及び
前記多孔質体の連続気孔を流通して得られた反応物を含む溶液を排出させるための溶液排出部。
《態様２》
前記多孔質体のパームポロメーターによって測定される平均流量径が、５μｍ以上１００μｍ以下である、態様１に記載の反応装置。
《態様３》
前記複数の流路が、複数の入口流路及び複数の出口流路で構成されており、前記溶液の実質的にすべての量が、前記入口流路に流入し、前記多孔質体の連続気孔を流通し、前記出口流路から流出する、態様１に記載の反応装置。
《態様４》
前記反応触媒が、触媒金属及び前記触媒金属を担持している無機酸化物を含む触媒層に存在している、態様１〜３のいずれか一項に記載の反応装置。
《態様５》
以下を含む、反応方法：
態様１〜４のいずれか一項に記載の反応装置の前記溶液供給部から、気相反応体と液相反応体とを含む溶液を供給すること、及び
前記供給した溶液を、前記多孔質体の連続気孔に流通させて、反応物を含む溶液を前記溶液排出部から得ること。
《態様６》
前記気相反応体の少なくとも一部が、前記溶液を前記多孔質体の連続気孔に流通させる前に、ファインバブル化されている、態様５に記載の反応方法。
《態様７》
前記気相反応体が、酸素又は水素を含む、態様５又は６に記載の反応方法。
《態様１》
以下を含む、ファインバブル化した気相反応体と液相反応体とを反応させるための反応装置：
複数の流路を有し、前記流路が多孔質壁で隔てられている多孔質体であって、前記多孔質壁が、連続気孔を有し、少なくともその表面に反応触媒を含む多孔質体、
気相反応体と液相反応体とを含む溶液を前記多孔質体の連続気孔に供給するための溶液供給部、及び
前記多孔質体の連続気孔を流通して得られた反応物を含む溶液を排出させるための溶液排出部。
《態様２》
前記多孔質体のパームポロメーターによって測定される平均流量径が、５μｍ以上１００μｍ以下である、態様１に記載の反応装置。
《態様３》
前記複数の流路が、複数の入口流路及び複数の出口流路で構成されており、前記溶液の実質的にすべての量が、前記入口流路に流入し、前記多孔質体の連続気孔を流通し、前記出口流路から流出する、態様１に記載の反応装置。
《態様４》
前記反応触媒が、触媒金属及び前記触媒金属を担持している無機酸化物を含む触媒層に存在している、態様１〜３のいずれか一項に記載の反応装置。
《態様５》
以下を含む、反応方法：
態様１〜４のいずれか一項に記載の反応装置の前記溶液供給部から、気相反応体と液相反応体とを含む溶液を供給すること、及び
前記供給した溶液を、前記多孔質体の連続気孔に流通させて、反応物を含む溶液を前記溶液排出部から得ること。
《態様６》
前記気相反応体の少なくとも一部が、前記溶液を前記多孔質体の連続気孔に流通させる前に、ファインバブル化されている、態様５に記載の反応方法。
《態様７》
前記気相反応体が、酸素又は水素を含む、態様５又は６に記載の反応方法。
本発明の装置及び方法によれば、非常に高い反応効率で、気相反応体と液相反応体とを反応させることができる。また、本発明の装置及び方法によれば、多孔質体に固定した反応触媒を用いるために、反応触媒の回収等の必要がなく、また反応の際に投入されるエネルギーも非常に低くすることができる。
《反応装置》
本発明の反応装置は、ファインバブル化した気相反応体と液相反応体とを反応させるための反応装置であって、複数の流路を有し、流路が多孔質壁で隔てられている多孔質体、気相反応体と液相反応体とを含む溶液を多孔質体の連続気孔に供給するための溶液供給部、及び多孔質体の連続気孔を流通して得られた反応物を含む溶液を排出させるための溶液排出部を含む。
本発明の反応装置は、ファインバブル化した気相反応体と液相反応体とを反応させるための反応装置であって、複数の流路を有し、流路が多孔質壁で隔てられている多孔質体、気相反応体と液相反応体とを含む溶液を多孔質体の連続気孔に供給するための溶液供給部、及び多孔質体の連続気孔を流通して得られた反応物を含む溶液を排出させるための溶液排出部を含む。
例えば、図１に示すように、本発明の装置（１００）は、溶液供給部（１）から溶液が供給され、その溶液が多孔質体（１０）の連続気孔を流通し、多孔質体（１０）の連続気孔を流通して得られた反応物を含む溶液を溶液排出部（２）から排出させる。
本発明者らは、ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）のような多孔質体に液体を通過させると、その液中にファインバブルが発生することを発見した。これは、多孔質フィルター基材のような多孔質体に、液体が通過するとベンチュリ効果によって圧力が低下し、その液体に溶存しているガスがファインバブルとして発生するためであると考えられる。すなわち、通常の流路から多孔質体の細孔に液体が侵入すると、ベルヌーイの定理により、動圧と静圧との合計が一定に保たれるため、動圧が非常に大きくなり、静圧が非常に小さくなる。静圧が低くなることによって、液体中に溶存しているガスがファインバブルとして発生する。そして、ファインバブルは、一度形成されると消失しにくいために、液体が孔を通過して、通常の流路に戻っても、ファインバブルが残留するものと考えられる。
なお、多孔質体の孔径がある程度小さければ、ファインバブルの発生には十分であり、孔径が非常に小さいとしても、それに応じてファインバブルが多く発生するかどうかは明らかではない。孔径が一定程度の大きさを有している方が、ファインバブルが発生する空間領域が広くなり、ファインバブルの発生総数が多くなることも考えられる。
さらに、本発明者らは、多孔質体に反応触媒が存在している場合に、ファインバブル化する気相反応体とその気相反応体に対して反応性の液相反応体とを含む溶液を、その多孔質体に流通させると非常に高い反応効率で、反応が可能であることを見出した。これは、多孔質体で気相反応体がファインバブル化した後すぐに、多孔質体の表面に存在している反応触媒で液相反応体との反応が触媒されるため、ファインバブルが合一することなく、効率的に反応が進んだためと考えられる。
本発明の反応装置で用いられる溶液としては、ファインバブル化する気相反応体とその気相反応体に対して反応性の液相反応体とを含む溶液であれば特に限定されない。例えば、気相反応体は、用いられる溶液に、加圧される等の手段を用いて又はそのような手段を用いずに事前に溶存させられていてもよく、また事前にファインバブル化されて含まれていてもよく、またファインバブル化されていなくてもよい。
気相反応体は、反応装置の系内で用いられる温度及び圧力で、気体状態となることができ、かつ液相反応体と反応できれば、種類については特に限定されない。例えば、気相反応体としては、酸素、水素、窒素、アルゴン、二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニア、メタン、エチレン、アセチレン等を挙げることができる。特許文献２〜４に記載のような気相反応体も好適に用いることができる。
液相反応体は、反応装置の系内で用いられる温度及び圧力で、液体状態であるか溶媒に溶解されており、かつ気相反応体と反応できれば、種類については特に限定されない。例えば、液相反応体としては、様々な有機化合物を挙げることができる。特許文献２〜４に記載のような液相反応体も好適に用いることができる。
液相反応体は、それ単体では、反応装置の系内で用いられる温度及び圧力で、固体であっても液体であってもよい。固体である場合には、液相反応体を、溶媒に溶解して用いることができる。溶液が溶媒を含む場合、溶媒としては、水系液体、例えば水道水、純水、脱イオン水等の水；界面活性剤等を含有する水溶液；メタノール、エタノール等の親水性液体等を挙げることができ、有機溶媒であってもよい。
気相反応体については、多孔質体の孔径を変化させること等によって、様々な径のファインバブルとすることが可能である。ファインバブル化した気相反応体の平均粒径は、例えば１００μｍ以下、５０μｍ以下、３０μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下、３μｍ以下、１μｍ以下、５００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、又は１００ｎｍ以下であってもよく、１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、３００ｎｍ以上、又は５００ｎｍ以上であってもよい。したがって、本発明の装置で得られるファインバブルは、平均粒径が１μｍ以下のウルトラファインバブルであってもよい。ウルトラファインバブルの平均粒径は、ナノ粒子解析システムＮａｎｏＳｉｇｈｔ（Ｍａｌｖｅｒｎ社）を用いて測定することができ、ファインバブルの平均粒径は、マイクロトラック ＰａｒｔＡｎ ＳＩ（マイクロトラック・ベル株式会社）を用いて測定することができる。
〈多孔質体〉
本発明において用いられる多孔質体は、複数の流路を有し、流路が多孔質壁で隔てられている多孔質体であって、連続気孔を有し、少なくともその表面に反応触媒を含んでいれば特に限定されない。溶液が、流路を通過する際に多孔質壁に接触し、その連続気孔を通過することによって、局所的に液体の流速が高くなり、すなわち局所的に動圧が高くなると共に静圧が低くなり、ファインバブルが発生すると考えられる。連続気孔は、不規則形状であってもよい。
本発明において用いられる多孔質体は、複数の流路を有し、流路が多孔質壁で隔てられている多孔質体であって、連続気孔を有し、少なくともその表面に反応触媒を含んでいれば特に限定されない。溶液が、流路を通過する際に多孔質壁に接触し、その連続気孔を通過することによって、局所的に液体の流速が高くなり、すなわち局所的に動圧が高くなると共に静圧が低くなり、ファインバブルが発生すると考えられる。連続気孔は、不規則形状であってもよい。
多孔質体の材質についても特に限定されないが、例えば、多孔質金属、多孔質セラミック、多孔質樹脂等を挙げることができる。この中でも特に、好ましい連続気孔を有する多孔質体、特に不規則形状の連続気孔を有する多孔質体を容易に入手できる観点から、セラミック製の多孔質体を好ましく用いることができる。例えば、セラミック材料としては、特にコージェライト(２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２)、アルミナ、シリカ、ジルコニア、炭化ケイ素を挙げることができる。
多孔質体の孔径は、ファインバブルを発生させることができれば特に限定されないが、例えば、水銀ポロシメーターにより測定される平均細孔径が、８μｍ以上、１０μｍ以上、又は１５μｍ以上であってもよく、５００μｍ以下、３００μｍ以下、１００μｍ以下、５０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、又は１５μｍ以下であってもよい。
多孔質体に存在する連続気孔の、最も細い部分の孔径の平均に対応する平均流量径は、パームポロメーターによって測定され、例えば、５μｍ以上、８μｍ以上、１０μｍ以上、又は１５μｍ以上であってもよく、５００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下、５０μｍ以下、３０μｍ以下、又は２０μｍ以下であってもよい。
多孔質体の気孔率は、ファインバブルを効果的に発生させることができれば特に限定されないが、例えば３０％以上、４０％以上、５０％以上、又は６０％以上であってもよく、９０％以下、８０％以下、７０％以下、又は６０％以下であってもよい。気孔率は、多孔質体の材質による理論的な中実体の重量に対する、多孔質体の重量の割合から求めることができる。
溶液が流通する多孔質体の厚みは、ファインバブルを効果的に発生させることができれば特に限定されないが、流体の圧力損失を考慮して、１０ｍｍ以下、５．０ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下、５００μｍ以下、３００μｍ以下、又は２００μｍ以下であってもよく、１００μｍ以上、２００μｍ以上、又は３００μｍ以上であってもよい。
多孔質体の流路の長さは、１０００ｍｍ以下、５００ｍｍ以下、４００ｍｍ以下、３００ｍｍ以下、２００ｍｍ以下、又は１００ｍｍ以下であってもよく、３０ｍｍ以上、５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以上、２００ｍｍ以上又は３００ｍｍ以上であってもよい。
多孔質体としては、流路が略平行に延在し、かつ互いに隣接している、いわゆるストレートフロータイプのハニカム基材であってもよい。このようなストレートフロータイプのハニカム基材としては、自動車用の排ガス浄化触媒等を製造するのに用いられる、その分野においては周知のハニカム基材をそのまま用いることができる。
また、そのような多孔質体の中でも特に、複数の流路が、複数の入口流路及び複数の出口流路で構成されており、溶液の実質的にすべての量が入口流路に流入し、多孔質壁の連続気孔を流通し、出口流路から流出する多孔質フィルター基材を挙げることができる。この場合、低い圧力損失で、溶液を多孔質壁に効果的に流通させることができる。特に、多孔質フィルター基材は、複数の入口流路及び複数の出口流路が、それぞれ略平行に延在し、かつ互いに隣接している、いわゆるウォールフロータイプのハニカム基材であってもよい。
このようなウォールフロータイプのハニカム基材としては、ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）、ガソリンパティキュレートフィルター（ＧＰＦ）等を製造するのに用いられる、その分野においては周知のハニカム基材をそのまま用いることができる。
ハニカム基材の流路が略平行に並んだ断面において、その断面の単位面積あたりの流路の数をセル数と呼ぶ場合、このセル数は、例えば、３００セル／ｉｎｃｈ２以上、５００セル／ｉｎ２以上、８００セル／ｉｎｃｈ２以上、１０００セル／ｉｎｃｈ２以上、又は１２００セル／ｉｎｃｈ２以上であってもよく、２０００セル／ｉｎｃｈ２以下、１５００セル／ｉｎｃｈ２以下、１２００セル／ｉｎｃｈ２以下、１０００セル／ｉｎｃｈ２以下、又は８００セル／ｉｎｃｈ２以下であってもよい。
ハニカム基材の多孔質壁の厚みは、１．０ｍｍ以下、５００μｍ以下、３００μｍ以下、又は２００μｍ以下であってもよく、１００μｍ以上、２００μｍ以上、又は３００μｍ以上であってもよい。
図２は、本発明の装置で用いられる多孔質体（１０）の１つの態様の概略図であり、この多孔質体（１０）は、複数の入口流路（１１）及び複数の出口流路（１２）を有し、入口流路（１１）と出口流路（１２）とが多孔質壁（１３）で隔てられており、かつ複数の入口流路（１１）及び複数の出口流路（１２）が、それぞれ略平行に延在し、かつ互いに隣接している。この多孔質フィルター基材（１０）では、入口流路（１１）から溶液が流入し、その溶液が多孔質壁（１３）の連続気孔を流通する際に、ファインバブルが発生する。そして、ファインバブルを含む液体が出口流路（１２）から流出する。なお、図２は概略図であり、作図の関係上、非常に少ないセル数で多孔質体（１０）を表示している。
多孔質体の少なくとも表面に存在している反応触媒としては、気相反応体と液相反応体との反応を促進できれば特に限定されない。また、反応触媒は、多孔質体に添着されているだけでもよく、担体粒子に担持された上で、多孔質体に形成された触媒層として存在していてもよい。この場合、反応触媒は、化学反応で通常用いられる触媒、例えば金属触媒、特に白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属触媒であってもよく、担体粒子は、シリカ、アルミナ等の無機酸化物粒子であってもよい。
例えば、金属である反応触媒を用いる場合、金属の塩を含む水溶液に多孔質体を浸漬させた後に、これを取り出して乾燥させることで、多孔質体の表面に金属を添着させることができる。また、特に、本発明の反応装置を用いて、有機化合物の水素化反応を行う場合には、硝酸パラジウムを含む水溶液中に、多孔質体を浸漬させた後に、これを取り出して乾燥させることによって、反応触媒であるパラジウムを多孔質体に添着させることができる。
また、触媒層を多孔質体上に形成する場合には、排ガス浄化触媒の分野においては知られている、いわゆるウォッシュコートによって触媒層を形成して、アルミナに担持されたパラジウムを多孔質体の表面に存在させてもよい。
〈溶液供給部及び溶液排出部〉
本発明の装置で用いられる溶液供給部は、多孔質体の連続気孔に溶液を供給する事ができれば特に限定されない。溶液排出部についても、多孔質体の連続気孔を流通した、反応物を含む溶液を排出させることができれば、特に限定されない。
本発明の装置で用いられる溶液供給部は、多孔質体の連続気孔に溶液を供給する事ができれば特に限定されない。溶液排出部についても、多孔質体の連続気孔を流通した、反応物を含む溶液を排出させることができれば、特に限定されない。
溶液供給部及び溶液排出部には、適宜、液体を流通させるための流路、液体を貯留するための容器、液体を圧送するためのポンプ、液体の流量を制御するためのバルブ、並びにポンプ及び／又はバルブを自動で制御するための制御器等が存在していてもよい。気相反応体の少なくとも一部を事前にファインバブル化する場合には、溶液供給部が公知のファインバブル製造装置を含んでもよく、また溶液供給部が上述のような多孔質体をさらに含んでもよい。また、当業者は、反応装置の用途、使用場所等に対応して、それに適した構成を設計することができる。
《反応方法》
本発明の反応方法は、上記のような反応装置の溶液供給部から、気相反応体と液相反応体とを含む溶液を供給すること、及び供給した溶液を、多孔質体の連続気孔に流通させて、反応物を含む溶液を溶液排出部から得ることを含む。
本発明の反応方法は、上記のような反応装置の溶液供給部から、気相反応体と液相反応体とを含む溶液を供給すること、及び供給した溶液を、多孔質体の連続気孔に流通させて、反応物を含む溶液を溶液排出部から得ることを含む。
本発明の反応方法の各構成については、本発明の反応装置に関して説明した各構成を参照することができる。
本発明を以下の実施例でさらに具体的に説明をするが、本発明はこれによって限定されるものではない。
実験Ａ．スチレンの水素化反応
図３に記載のような反応装置を構成し、気相反応体である水素で、液相反応体であるスチレンを水素化して、エチルベンゼンを得る反応を行った。スチレンのメタノール溶液を５ｍｌ／ｍｉｎで供給し、マスフローコントローラで制御しながら水素を２．５ｍｌ／ｍｉｎ（基質に対して１当量）でガスボンベから供給した。バックプレッシャーレギュレーター（ＢＰＲ）で圧力を４ＭＰａに制御しながら、反応管（２５℃、常圧）に溶液を導入した。
図３に記載のような反応装置を構成し、気相反応体である水素で、液相反応体であるスチレンを水素化して、エチルベンゼンを得る反応を行った。スチレンのメタノール溶液を５ｍｌ／ｍｉｎで供給し、マスフローコントローラで制御しながら水素を２．５ｍｌ／ｍｉｎ（基質に対して１当量）でガスボンベから供給した。バックプレッシャーレギュレーター（ＢＰＲ）で圧力を４ＭＰａに制御しながら、反応管（２５℃、常圧）に溶液を導入した。
実施例１では、反応管に溶液を導入する前に、ＢＰＲの直後で水素を事前にファインバブル化した。また、反応管として、アルミナ粒子に担持されたパラジウムをその表面に含む、ウォールフロータイプのハニカム基材を用いて、常温（２５℃）で反応を行った。実施例２では、水素を事前にファインバブル化しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、反応を行った。
ここでハニカム基材のセル数は、３００セル／ｉｎｃｈ２であり、多孔質壁の厚みは３３０μｍであり、平均細孔径は１２μｍであり、平均流量径は８．８μｍであり、気孔率は４８％であった。なお、平均流量径は、パームポロメーターによって測定した。具体的には、Ｐｏｒｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．社製のパームポロメーターを用いて、バブルポイント法で、ＷｅｔＵＰ／ＤｒｙＵＰ（Ｇａｌｗｉｃｋ／空気）の条件で、Ｔｏｒｔｕｏｓｉｔｙ Ｆａｃｔｏｒを０．７１５として測定した。平均細孔径及び気孔率については、多孔質フィルター基材の販売業者が表示している数値を用いたが、これらは上記の方法によって測定された値である。
比較例１及び２として、反応管には、アルミナ粒子に担持されたパラジウムをペレットの形態で入れたこと以外は、それぞれ実施例１及び２と同様にして、反応を行った。それぞれの反応管には、パラジウムが０．４４ｍｍｏｌ含まれていた。
準備したスチレン溶液の全量が反応装置を１周する分だけ反応装置を稼働させた。そして、スチレンの水素化反応の転化率を調べた。その結果を表１に示す。
事前にファインバブル化（事前ＦＢ化）をした実施例１は、スチレンを一度反応管に通過させただけで、４９．１％もの高い転化率でエチルベンゼンへと水素化された。また、事前にファインバブル化をしていない実施例２でも、スチレンが非常に高い転化率でエチルベンゼンへと水素化された。
実験Ｂ．トルエンの水素化反応
上記の実験Ａと同様にして、トルエンを水素化して、メチルシクロヘキサンを得る反応を行った。
上記の実験Ａと同様にして、トルエンを水素化して、メチルシクロヘキサンを得る反応を行った。
実施例３では、反応管に溶液を導入する前に、水素を事前にファインバブル化した。また、反応管として、アルミナ粒子に担持されたロジウムをその表面に含む、ストレートフロータイプのハニカム基材を用いて、８０℃、１ＭＰａの条件で反応を行った。実施例４では、水素を事前にファインバブル化しなかったこと以外は、実施例３と同様にして、反応を行った。
ここでハニカム基材のセル数は、４００セル／ｉｎｃｈ２であり、多孔質壁の厚みは１７０μｍであり、平均細孔径は５．０μｍであり、平均流量径は４．０μｍであり、気孔率は２８％であった。
比較例３及び４として、反応管には、アルミナ粒子に担持されたロジウムをペレットの形態で入れたこと以外は、それぞれ実施例３及び４と同様にして、反応を行った。それぞれの反応管には、ロジウムが０．４６ｍｍｏｌ含まれていた。
反応装置を１５０分稼働させて、トルエンと水素との反応速度を調べた。その結果を表２に示す。
この反応系では、ペレット形態の触媒では、反応速度が非常に遅かったのに対して、ハニカム基材を用いた場合には、非常に高い反応速度でトルエンを水素化することができた。
１ 溶液供給部
２ 溶液排出部
１０ 多孔質体
１１ 入口流路
１２ 出口流路
１３ 多孔質壁
１００ ファインバブル製造装置
２ 溶液排出部
１０ 多孔質体
１１ 入口流路
１２ 出口流路
１３ 多孔質壁
１００ ファインバブル製造装置
Claims (7)
- 以下を含む、ファインバブル化した気相反応体と液相反応体とを反応させるための反応装置：
複数の流路を有し、前記流路が多孔質壁で隔てられている多孔質体であって、前記多孔質壁が、連続気孔を有し、少なくともその表面に反応触媒を含む多孔質体、
気相反応体と液相反応体とを含む溶液を前記多孔質体の連続気孔に供給するための溶液供給部、及び
前記多孔質体の連続気孔を流通して得られた反応物を含む溶液を排出させるための溶液排出部。 - 前記多孔質体のパームポロメーターによって測定される平均流量径が、５μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１に記載の反応装置。
- 前記複数の流路が、複数の入口流路及び複数の出口流路で構成されており、前記溶液の実質的にすべての量が、前記入口流路に流入し、前記多孔質体の連続気孔を流通し、前記出口流路から流出する、請求項１に記載の反応装置。
- 前記反応触媒が、触媒金属及び前記触媒金属を担持している無機酸化物を含む触媒層に存在している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応装置。
- 以下を含む、反応方法：
請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応装置の前記溶液供給部から、気相反応体と液相反応体とを含む溶液を供給すること、及び
前記供給した溶液を、前記多孔質体の連続気孔に流通させて、反応物を含む溶液を前記溶液排出部から得ること。 - 前記気相反応体の少なくとも一部が、前記溶液を前記多孔質体の連続気孔に流通させる前に、ファインバブル化されている、請求項５に記載の反応方法。
- 前記気相反応体が、酸素又は水素を含む、請求項５又は６に記載の反応方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018169969A JP6712732B2 (ja) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | ファインバブルを用いた反応装置及び反応方法 |
| PCT/JP2019/035416 WO2020054679A1 (ja) | 2018-09-11 | 2019-09-09 | ファインバブルを用いた反応装置及び反応方法 |
| EP19860808.5A EP3851187A4 (en) | 2018-09-11 | 2019-09-09 | REACTION DEVICE AND REACTION METHOD WITH FINE BUBBLES |
| US17/271,447 US11992820B2 (en) | 2018-09-11 | 2019-09-09 | Reaction device and reaction method using fine bubbles |
| CN201980058521.3A CN112638516B (zh) | 2018-09-11 | 2019-09-09 | 使用微泡的反应装置和反应方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018169969A JP6712732B2 (ja) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | ファインバブルを用いた反応装置及び反応方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020040022A JP2020040022A (ja) | 2020-03-19 |
| JP6712732B2 true JP6712732B2 (ja) | 2020-06-24 |
Family
ID=69778047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018169969A Active JP6712732B2 (ja) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | ファインバブルを用いた反応装置及び反応方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11992820B2 (ja) |
| EP (1) | EP3851187A4 (ja) |
| JP (1) | JP6712732B2 (ja) |
| CN (1) | CN112638516B (ja) |
| WO (1) | WO2020054679A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7474437B2 (ja) | 2020-03-24 | 2024-04-25 | 日本ゼオン株式会社 | 高分子化合物水素化物の製造方法 |
| JP7502920B2 (ja) | 2020-07-28 | 2024-06-19 | 株式会社キャタラー | ハニカム基材ホルダー |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07233099A (ja) * | 1994-02-21 | 1995-09-05 | Asahi Chem Ind Co Ltd | モノアルキル芳香族炭化水素の連続製造方法 |
| US6632414B2 (en) * | 2001-03-30 | 2003-10-14 | Corning Incorporated | Mini-structured catalyst beds for three-phase chemical processing |
| US7109378B2 (en) * | 2001-08-30 | 2006-09-19 | Air Products And Chemicals, Inc. | Monolith catalytic reactor coupled to static mixer |
| EP1720655A1 (en) * | 2004-02-27 | 2006-11-15 | Dow Gloval Technologies Inc. | Improved catalyzed method for forming products from a liquid reactant |
| JP2006249066A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-09-21 | Ics Kk | 気液反応効率の向上方法 |
| CN102574039B (zh) * | 2009-09-30 | 2015-09-02 | 住友大阪水泥股份有限公司 | 废气净化过滤器 |
| EP2539066A2 (en) * | 2010-02-28 | 2013-01-02 | Corning Incorporated | Honeycomb body interdigitated mixers and methods for producing |
| US20110165040A1 (en) * | 2010-11-03 | 2011-07-07 | Ford Global Technologies, Llc | Device for remediating emissions and method of manufacture |
| US8877978B2 (en) * | 2010-12-21 | 2014-11-04 | Kao Corporation | Method for producing tertiary amine |
| EP2832962B1 (en) * | 2012-03-30 | 2016-08-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Particulate filter |
| JP2014005217A (ja) | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Teijin Ltd | 芳香族アミン化合物の製造方法 |
| WO2014189115A1 (ja) * | 2013-05-22 | 2014-11-27 | 三井金属鉱業株式会社 | ディーゼルパティキュレートフィルタ及び排気ガス浄化装置 |
| JP3188601U (ja) * | 2013-11-14 | 2014-01-30 | 日本環境コンサルタント株式会社 | 微細気泡発生装置 |
| CN106573858A (zh) | 2014-08-29 | 2017-04-19 | 株式会社大赛璐 | 氧化反应装置及氧化物的制造方法 |
| EP3298252A1 (en) * | 2015-05-19 | 2018-03-28 | Haldor Topsøe A/S | Method, multifunctional filter and system for the removal of particulate matter and noxious compounds from engine exhaust gas |
| JP2017019743A (ja) * | 2015-07-09 | 2017-01-26 | 国立大学法人静岡大学 | 気相−液相−液相化学反応を用いた有機合成法 |
| JP6157688B1 (ja) * | 2016-06-03 | 2017-07-05 | 株式会社テクノアート | ファインバブル液製造装置 |
| KR101865240B1 (ko) | 2017-11-27 | 2018-06-07 | (주)대현엔텍 | 나노 기포 발생장치 |
| CN108212046B (zh) * | 2018-04-04 | 2024-04-12 | 山东豪迈化工技术有限公司 | 一种蜂窝型通道微反应器 |
-
2018
- 2018-09-11 JP JP2018169969A patent/JP6712732B2/ja active Active
-
2019
- 2019-09-09 US US17/271,447 patent/US11992820B2/en active Active
- 2019-09-09 EP EP19860808.5A patent/EP3851187A4/en active Pending
- 2019-09-09 WO PCT/JP2019/035416 patent/WO2020054679A1/ja unknown
- 2019-09-09 CN CN201980058521.3A patent/CN112638516B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20210322947A1 (en) | 2021-10-21 |
| EP3851187A4 (en) | 2022-06-15 |
| EP3851187A1 (en) | 2021-07-21 |
| JP2020040022A (ja) | 2020-03-19 |
| US11992820B2 (en) | 2024-05-28 |
| CN112638516A (zh) | 2021-04-09 |
| CN112638516B (zh) | 2023-06-23 |
| WO2020054679A1 (ja) | 2020-03-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Danaci et al. | Efficient CO2 methanation over Ni/Al2O3 coated structured catalysts | |
| JP4658609B2 (ja) | マイクロチャネル装置内の触媒、及びそれを用いた反応 | |
| JP5015766B2 (ja) | 選択透過膜型反応器 | |
| JP4565191B2 (ja) | 微粒子触媒の製造方法、微粒子触媒、及び改質装置 | |
| US9302260B2 (en) | Method and system for forming plug and play metal catalysts | |
| US8445402B2 (en) | Preferential oxidation catalyst containing platinum, copper and iron | |
| Aran et al. | Porous ceramic mesoreactors: a new approach for gas–liquid contacting in multiphase microreaction technology | |
| Jiang et al. | One-step semi-continuous cyclohexanone production via hydrogenation of phenol in a submerged ceramic membrane reactor | |
| JP6712732B2 (ja) | ファインバブルを用いた反応装置及び反応方法 | |
| TW201119743A (en) | Catalyst-coated support, process for preparation thereof, a reactor equipped therewith and use thereof | |
| CN102906233A (zh) | 一氧化碳的选择性氧化方法 | |
| WO2005070519A1 (ja) | 選択透過膜型反応器 | |
| KR20120064728A (ko) | 촉매-담지 담체 제조 방법 및 그 제조 장치 | |
| Ma et al. | Investigation of hydrogenation and mass transfer performance in micropacked beds with highly active monolithic catalysts | |
| JP7243972B2 (ja) | ファインバブルの製造装置及びファインバブルの製造方法 | |
| Ma et al. | An efficient method for enhancing adhesion and uniformity of Al2O3 coatings on nickel micro-foam used in micropacked beds | |
| Yang et al. | Porous PdO-flower induced by nanomicrostructure on monolith with traditional immersion-pyrolysis technique for hydrogenation | |
| US6608001B2 (en) | Catalyst and method of making micrometer sized spherical particles | |
| Pestryakov et al. | Silver nanoparticles supported on foam ceramics for catalytic CO oxidation | |
| JP2003531092A (ja) | 一酸化炭素の選択的酸化方法 | |
| JP2011073946A (ja) | 化学物質分解方法 | |
| Aran et al. | Influence of geometrical and operational parameters on the performance of porous ceramic meso-and microreactors | |
| Protasova et al. | ZnO/Si and Pd/ZnO/Si nanowires grown by chemical vapour deposition for selective hydrogenation of acetylene alcohols | |
| Xing et al. | Additive Manufacturing of Three-Dimensional Hierarchical Porous Cu-Fe Alloys for High-Efficient Catalytic Applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200110 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20200110 |
|
| A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20200127 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200331 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200428 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6712732 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |