用于多相化学反应的金属负载粉末催化剂基质和方法技术

提供一种催化膜复合物，其包含持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜中的多孔负载催化剂颗粒。可以将多孔原纤化聚合物膜操作成管、盘或切成小块的胶带的形式，并用于多相反应系统中。负载催化剂颗粒包含分散在多孔载体基材上的至少一种细分金属催化剂。通过细分金属催化剂的有效细分散，使得金属催化剂覆盖载体基材和/或散布在载体基材的孔中，由此获得高催化活性。在一些实施方式中，可以将催化膜复合物引入搅拌罐高压釜反应器系统，连续流反应器系统或帕尔振荡反应系统中，并用于进行催化反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多相化学反应的金属负载粉末催化剂基质和方法
本公开一般涉及多相化学反应，更具体地，涉及一种多孔原纤化聚合物膜，其包括持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜中的负载催化剂颗粒，以用于多相反应系统中。
技术介绍
利用粉末状催化剂作为固相的多相化学反应系统和方法是本领域已知的。但是，三相气-液-固反应存在一些难题。一个困难在于获得气体和液体与用于反应的固体的基本上均匀的分散或混合。有时，当影响这些反应时，气体和液体会混合引入，但在到达固体催化剂表面之前会分离或反混合。结果，经常发生副反应，导致副产物积聚并可能导致危险情况。转化不良是混合不当的另一个方面。两相催化反应对于固体催化剂混合也是挑战性的。解决与多相化学反应有关的问题的最常见的当前解决方案是使用轴驱动的叶轮混合器将细分散的粉末状催化剂在液相中制成浆液，因为其易于混合并且在液体体积上具有高的催化剂表面积分布。然而，这些细分的粉末状催化剂通常在反应器装料期间和用于在反应后分离催化剂和产物的过滤期间需要大量的操作员操作。另外，由于它们的细小尺寸，当它们粘在反应器内密封件的缝隙中和表面时，容易发生转移损失。残留在反应器中的催化剂也可能导致过程安全问题。例如，残留的催化剂可能变干并引起火灾或爆炸。此外，粉末状催化剂的转移损失导致较差的净生产率。粉末状催化剂的使用也带来了可操作性的挑战，因为需要大量的仔细的操作员操作以防止反应器装料时催化剂干粉着火。
技术实现思路
一个实施方式涉及用于具有至少三个相的多相反应的反应系统，其中该反应系统包括(1)搅拌罐反应容器，该搅拌罐反应容器包括在其上具有至少一个叶轮叶片的可旋转叶轮轴，其中该可旋转叶轮轴可旋转地固定至催化制品，(2)包含至少一种液相反应物的液相，和(3)包含至少一种气相反应物的气相。催化制品包括持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜内的负载催化剂颗粒。多孔原纤化聚合物膜可以是固定的催化剂盘或盘堆叠体的形式。在至少一个实施方式中，盘堆叠体包括多个固定的催化剂盘，其具有将固定的催化剂盘隔开的中间间隔物。另外，固定的催化剂盘在其中具有通孔，用于使反应混合物循环通过盘堆叠体。在一个示例性实施方式中，叶轮叶片是变桨的。反应系统可以被配置用于氢化。在示例性实施方式中，反应系统是搅拌罐高压釜反应器系统。多孔原纤化聚合物膜可以包括聚四氟乙烯(PTFE)，膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)，改性PTFE或PTFE共聚物。此外，催化制品不配置为接触器。在一个替代实施方式中，多孔原纤化聚合物膜为切成小块的带的形式。另一个实施方式涉及用于具有至少三个相的多相反应的连续流反应系统，其中该反应系统包括(1)催化制品，所述催化制品包括多孔原纤化聚合物膜，所述多孔原纤化聚合物膜包括持久地嵌入所述多孔原纤化聚合物膜内的负载催化剂颗粒，(2)包含至少一种液相反应物的液相，(3)包含至少一种气相反应物的气相，和(4)配置为使液相反应物和气相反应物连续流经和流过催化制品的反应容器。催化制品可以是管的形式，或者可以是束成管状阵列的多个管的形式。在一个替代实施方式中，催化制品可以是切成小块的带的形式。在至少一个实施方式中，反应系统被配置用于氢化。多孔原纤化聚合物膜可以包括聚四氟乙烯(PTFE)，膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)，改性PTFE或PTFE共聚物。另外，多孔原纤化聚合物膜的孔隙率为约30％至约95％。此外，催化制品不配置为接触器。另一个实施方式涉及用于具有至少三个相的多相反应的连续流反应系统，其中该反应系统包括(1)催化制品，所述催化制品包括多孔原纤化聚合物膜，所述多孔原纤化聚合物膜包括持久地嵌入所述多孔原纤化聚合物膜内的负载催化剂颗粒，(2)反应混合物，其包含具有至少一种反应物的液相和具有至少一种另外的反应物的气相，(3)包含催化制品和反应混合物的反应容器。反应混合物能够自由穿过并围绕催化颗粒移动以影响氢化反应。多孔原纤化聚合物膜可以包括聚四氟乙烯(PTFE)，膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)，改性PTFE或PTFE共聚物。在多相化学反应中，多孔原纤化聚合物膜不溶于反应物和产物。此外，催化制品不配置为接触器。附图简要说明包括附图以提供对本公开的进一步理解，附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了实施方式，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。图1是根据至少一个实施方式的在其表面上具有细分金属的示例性负载催化剂颗粒的扫描电子显微照片(SEM)；图2是根据至少一个实施方式的被位于两个金属板之间的间隔材料间隔开的盘的堆叠体的分解图；图3A是根据至少一个实施方式的包含盘堆叠体的高压釜反应器的示意图；图3B是根据至少一个实施方式的定位在叶轮轴上的被间隔材料间隔开的盘的堆叠体的示意图；图4是描绘根据至少一个实施方式的在管状阵列中的由多孔原纤化聚合物膜形成的管的图像；图5A是根据至少一个实施方式的固定在反应器中的管的顶视图的示意图；图5B是根据至少一个实施方式的包括图5A所示的反应器的反应系统的示意图；图6是根据至少一个实施方式的利用管状阵列的连续回路反应器的示意图；图7是根据至少一个实施方式的使用含有负载催化剂颗粒的切成小块的带的帕尔振荡反应器(ParrShakerReactor)的示意图；图8是根据至少一个实施方式的在搅拌高压釜反应器中多相氢化后催化剂去除过滤的图示；图9是根据至少一个实施方式的高压釜反应期间压力变化的图示。图10是根据至少一个实施方式的在搅拌高压釜反应器中每摩尔Pd金属进料的氢气和s-柠檬烯的多相氢化的批次2、3和4的相对生产率的图示；图11是根据至少一个实施方式的使用切成小块的带的连续回路反应器的示意图。专利技术详述本领域的技术人员应理解，可通过构造以实施所需作用的任何数量的方法和设备来实现本公开内容的各个方面。还应注意，本文参考的附图不一定是按比例绘制，而是有可能放大以说明本公开的各个方面，就此而言，附图不应视为限制性的。如本文所用，术语“多孔负载催化剂颗粒”和“负载催化剂颗粒”可以在本文中互换使用。同样，术语“固定的催化剂盘”和“盘”在本文中可以互换使用。本公开内容涉及一种催化膜复合物，其包含持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜中的多孔负载催化剂颗粒。要注意的是，作为替代方式，负载催化剂颗粒可以是无孔的或基本上无孔的。可以将原纤化聚合物膜操作成管、盘或切成小块的带的形式，并用于多相反应系统中。负载催化剂颗粒包含分散在多孔载体基材上的至少一种细分金属催化剂或者由分散在多孔载体基材上的至少一种细分金属催化剂组成。催化膜复合物可用于各种不同类别的多相化学反应中，这些反应包括但不限于氢化，氢解，硝基还原，加氢脱卤，加氢脱硫，加氢裂化，加氢脱氮和脱氧。可以将催化膜复合物引入搅拌罐高压釜反应器系统，连续流反应器或帕尔振荡反应器中，并用于进行催化反应。在本公开中，催化制品不配置为接触器(即，未使用多孔原纤化聚合物膜来分隔反应相)。多孔负载催化剂颗粒还可以用于制备农业化学品，工业化学品，特种化学品，调味剂，香料，食品，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于具有至少三个相的多相反应的反应系统，所述反应系统包括：/n搅拌罐反应容器，其包括在其上具有至少一个叶轮叶片的可旋转叶轮轴，所述可旋转叶轮轴可旋转地固定至催化制品，所述催化制品包括多孔原纤化聚合物膜，所述多孔原纤化聚合物膜包括持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜内的负载催化剂颗粒；/n包含至少一种液相反应物的液相，和/n包含至少一种气相反应物的气相，/n其中，所述多孔原纤化聚合物膜是固定的催化剂盘或盘堆叠体的形式。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于具有至少三个相的多相反应的反应系统，所述反应系统包括：
搅拌罐反应容器，其包括在其上具有至少一个叶轮叶片的可旋转叶轮轴，所述可旋转叶轮轴可旋转地固定至催化制品，所述催化制品包括多孔原纤化聚合物膜，所述多孔原纤化聚合物膜包括持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜内的负载催化剂颗粒；
包含至少一种液相反应物的液相，和
包含至少一种气相反应物的气相，
其中，所述多孔原纤化聚合物膜是固定的催化剂盘或盘堆叠体的形式。


2.如权利要求1所述的反应系统，其中，所述反应系统被配置用于氢化。


3.如权利要求1至2中任一项所述的反应系统，其中，所述催化制品不配置为接触器。


4.如权利要求1至3中任一项所述的反应系统，其中，所述叶轮叶片是变桨的。


5.如权利要求1至4中任一项所述的反应系统，其中，盘堆叠体包括多个固定的催化剂盘，其具有将固定的催化剂盘隔开的中间间隔物。


6.如权利要求1至5中任一项所述的反应系统，其中，固定的催化剂盘在其中具有通孔，用于使反应混合物循环通过盘堆叠体。


7.如权利要求1至6中任一项所述的反应系统，其中，所述反应系统是搅拌罐高压釜反应器系统。


8.如权利要求1至7中任一项所述的反应系统，其中，所述液相反应物和所述气相反应物流经并流过所述催化制品。


9.如权利要求1至8中任一项所述的反应系统，其中，所述多孔原纤化聚合物膜的孔隙率为约30％至约95％。


10.如权利要求1至9中任一项所述的反应系统，其中，所述多孔原纤化聚合物膜不溶于多相化学反应中的反应物和产物。


11.如权利要求1至10中任一项所述的反应系统，其中，所述多孔原纤化聚合物膜包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚(乙烯-共-四氟乙烯)(ETFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚对二甲苯(PPX)、聚乳酸、以及它们的任意组合或共混物。


12.如权利要求1至11中任一项所述的反应系统，其中，所述多孔原纤化聚合物膜包括聚四氟乙烯(PTFE)，膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)，改性PTFE或PTFE共聚物。


13.如权利要求1至12中任一项所述的反应系统，其中，所述多孔原纤化聚合物膜包括膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)。


14.一种用于具有至少三个相的多相反应的连续流反应系统，所述反应系统包括：
包括多孔原纤化聚合物膜的催化制品，其包括持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜内的负载催化剂颗粒；
包含至少一种液相反应物的液相；
包含至少一种气相反应物的气相；和
配置用于所述液相反应物和所述气相反应物连续流经并流过所述催化制品的反应容器，
其中，所述催化制品是管或束成管状阵列的多个管的形式。


15.如权利要求14所述的反应系统，其中，所述催化制品不配置为接触器。


16.如权利要求14至15中任一项所述的反应系统，其中，所述反应系统被配置用于氢化。


17.如权利要求14至16中任一项所述的反应系统，其中，所述多孔原纤化聚合物膜不溶于多相化学反应中的反应物和产物。


18.如权利要求14至17中任一项所述的反应系统，其中，所述多孔原纤化聚合物膜包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚(乙烯-共-四氟乙烯)(ETFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚对二甲苯(PPX)、聚乳酸、以及它们的任意组合或共混物。


19.如权利要求14至18中任一项所述的反应系统，其中，所述多孔原纤化聚合物膜包括聚四氟乙烯(PTFE)，膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)，改性PTFE或PTFE共聚物。


20.如权利要求14至19中任一项所述的反应系统，其中，所述多孔原纤化聚合物膜包括膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)。


21.如权利要求14至20中任一项所述的反应系统，其中，所述多孔原纤化聚合物膜的孔隙率为约30％至约95％。


22.如权利要求14至21中任一项所述的反应系统，其中，所述反应系统是连续回路反应器。


23.一种反应系统，其包括：
包括多孔原纤化聚合物膜的催化制品，其包括持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜内的负载催化剂颗粒，所述催化制品为切成小块的带的形式；
反应混合物，其包含具有至少一种反应物的液相和具有至少一种另外的反应物的气相，和
含有催化制品和反应混合物的反应容器，
其中，所述反应混合物能够自由穿过并围绕催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·P·哈普，J·A·小诺夫，W·J·内皮尔三世，
申请(专利权)人：WL戈尔及同仁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US