本发明专利技术描述了微通道反应器，该反应器包含：金属基材，所述基材上具有氧化铝如铝化物层和直接沉积在其上的催化剂金属颗粒。催化剂包含Ｐｔ／Ｓｎ原子比值在１－４范围的Ｐｔ和Ｓｎ。利用了交叉流动、后组装以及复杂、连续或内部特性的通道。还描述了制备在微反应器通道内催化剂的方法，如制备催化剂的方法，制造微通道反应器的方法和进行化学反应如乙烷氧化脱氢并转变为乙烯的方法。将催化物质直接沉积在低表面积热生长的氧化铝层上形成催化剂，用这种催化剂可以在高流速高反应温度和低接触时间下达到优良性能，所述热生长氧化铝层优选在１０００－１１００℃进行生长。氧化铝层是致密基本无缺陷的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微通道装置，催化剂以及制备微通道装置和催化剂的方法。本专利技术还涉及化学反应和微通道化学反应器。
技术介绍
近年来在微通道器件方面产生了极大的学术和商业兴趣。这种兴趣产生于微技术的以下优点，包括尺寸缩小，生产力提高，放大系统规模至任意需要的生产容量(即“扩容”)，传热增加，和传质增加。Gavrilidis等在“TechnologyAnd Applications Of Microengineered Reactors”Trans.IchemE，第80卷，部分A，第3-30页(2002年1月)中对涉及微反应器(微通道装置的一种子设备)的某些工作进行了综述。微通道装置可以由各种材料制成，这些材料包括陶瓷，塑料和金属。在许多应用中，微通道装置中的工艺通道要求在结构材料上具有一个或多个涂层。所述涂层可以起到以下作用，例如吸收，吸附，防腐蚀，为特定的微观流体提供表面可润湿性，以及催化作用。在某些情况下，微通道涂布有浆料或溶胶，例如，对陶瓷蜂窝体施涂氧化物涂层。在某些情况下，先涂布材料片材，然后进行组装和粘合，形成多层微通道器件。由于本专利技术的一个关注点包括铝化物涂层，因此可以参考LaCroix在美国专利3944505中描述的前期工作。所述专利描述了由发泡金属板(例如Inconel铬镍铁合金)层叠制备的催化器件。所述金属板具有一个镍层或铝化钴层，位于铝化物上的一个α-氧化铝层，以及位于铝化物上的催化表面。LaCroix没有描述如何在所述金属板上形成铝化物层，也没有提供描述该铝化物层的任何数据，也没有描述氧化铝层和催化剂表面。形成铝化物涂层的方法是众所周知的，已经在对某些喷气发动机部件进行涂层处理方面投入商业应用。例如美国专利3486927和6332926中描述了从卤化铝制备铝化物涂层的方法。曾经尝试在燃气涡轮螺旋桨的内部通道上施涂铝化物涂层。Rigney等在美国专利6283714中报道了通过浆料/碎屑方法用铝涂层涂布涡轮机叶片内部冷却通道。Rigney等还指出，可以在高温下使卤化铝气体通过冷却通道，从而在约4-8小时内沉积约0.002英寸(50微米)厚的铝涂层。Pfaendter等在美国专利6332926中也提出，通过铝涂布前体的流动在内部螺旋桨表面上沉积铝。Howard等在题为“Method and Apparatus for Gas Phase Coating ComplexInternal Surfaces of Hollow Articles”的美国专利5928725中，对涂布内部表面的现有气相涂布技术方法进行了综述，但是指出现有技术方法无法对现代螺旋桨的多重气体通道进行有效涂布，给出的是不均匀的内部涂层。在该专利所述的方法中，控制涂布气体的流速，使其以不同的速率进入至少两个通道中。Howard等指出，可以通过加热包括铝粉、氧化铝和氟化铝的涂布混合物生成涂布气体。根据报道，这种改进的方法能够形成厚度为1.5±1.0密耳的铝化物涂层。本专利技术涉及催化工艺，尤其是氧化脱氢制备烯烃。烯烃广泛应用于有机化工工业。需要乙烯来制备各种重要的聚合物，如聚乙烯，乙烯基塑料和乙烯-丙烯橡胶，重要的基础化学品，如环氧乙烷，苯乙烯，乙醛，乙酸乙酯和二氯乙烷。需要丙烯来制备聚丙烯塑料，乙烯-丙烯橡胶和重要的基础化学品，如环氧丙烷，枯烯和丙烯醛。需要异丁烯来制备甲基叔丁基醚。长链单烯烃能用于制备直链烷基化的苯磺酸盐，该磺酸盐可用于清洁剂工业。低分子量烯烃，如乙烯、丙烯和丁烯几乎都是采用烷烃在高温下热裂解(高温分解/蒸汽裂解)制备。乙烯装置例如乙烯的选择性按乙烷转化率约为60摩尔％的碳原子基准计算，最高为85％。不需要的副产物被循环至裂解炉的壳程，进行燃烧，如此产生该工艺所需的热量。烯烃生产的热裂解工艺的缺点是高吸热的。因此，这些工艺需要建造和维护高投资的大型复杂裂解炉。这些裂解炉在约900℃温度操作，所需热量从燃烧天然气获得，天然气燃烧的一个缺点是产生不希望量的二氧化碳。另一个缺点是，裂解炉丙烯定期关闭，以除去沉积在裂解盘管内部的焦。已知的催化工艺中，链烷烃被氧化脱氢形成单烯烃。这些工艺中，链烷烃与氧在催化剂存在下接触，所述催化剂由沉积在通常是蜂窝体或发泡体形式的陶瓷单块载体上的铂组金属或其混合物构成。任选地，氢可以是原料的组分。采用常规方法制备的催化剂均匀负载在整个载体上。该方法可以在自热反应条件下进行，自热反应中原料被部分燃烧，燃烧时产生的热量推动吸热裂解过程。结果，在自热工艺条件下，不需要外部热源；但是，在超过可燃性的正常富燃料极限时需要催化剂来支持燃烧。揭示了这类工艺的代表性的参考文献包括以下美国专利4,940,826；5,105,052；5,382,741和5,625,111。缺点是产生大量深度氧化产物，如一氧化碳和二氧化碳，与热裂解相比，烯烃的选择性极低。没有解决催化剂的长期稳定性和热管理。M.Huff和L.D.Schmidt在Journal of Physical Chemistry，97，1993，11，815中披露，在自热条件，在空气或氧气存在下，在涂覆铂、铑或钯的单块氧化铝发泡体上，由乙烷制备乙烯。M.Huff和L.D.Schmidt在Journal of Catalysis，149，1994，127-141披露，通过涂覆铂和铑的氧化铝发泡体单块上，在空气或氧气上进行氧化脱氢和裂解，由丙烷和丁烷自热制备烯烃。这些工艺中达到的烯烃选择性并未明显好于热裂解法，没有解决该系统的热管理问题，使催化剂的温度大大超过气体温度。美国专利5,639,929揭示一种用含氧气体，负载于氧化铝或氧化锆的铂、铑、镍或铂-金的催化剂流动床中对C2-C6烷烃进行氧化脱氢的自热方法。乙烷生成乙烯，而高级烯烃生成乙烯、丙烯和异丁烯。并且还提高了系统的选择性。催化剂温度的偏移在局部是无法控制的，并且催化剂温度比气体温度高得多。C.Yokoyama，S.S.Bharadwaj和L.D.Schmidt在Catalysis Letters，38，1996，181-188中公开在负载于单块陶瓷发泡体上包含铂和选自锡、铜、银、镁、铈、镧、镍、钴和金的第二金属的双金属催化剂存在下，自热反应条件下乙烷氧化脱氢形成乙烯。使用包含铂与锡和/或铜的催化剂能提高烯烃选择性；但是，在高温下运作一段时间后，第二金属蒸发，催化剂和催化活性下降。在这种情况时，必须停止反应器，替换或再生催化剂。而且催化剂的温度大大高于反应气体的温度，导致催化剂寿命缩短和烯烃选择性差。L.D.Schmidt，J.Siddall和M.Bearden在AIChE Journal 46(2000)1492-1495中报道在负载于单块发泡体的含Pt催化剂上的实验结果。虽然转化率和乙烯的产率都比某些裂解结果好，“在轴向和径向的温度和浓度梯度很高”暗示催化剂寿命非常有限，并且该工艺优化并不简单。L.Late，J.-I.Rundereirn和E.A.Blekkan在Applied CatalysisAGeneral 262(2004)53-61中描述了常规负载于二氧化硅上的Pt、Pt-Sn和Sn催化剂用于并且存在下的氢氧化试验。这些试验限于低压600℃的中等温度，并且烷烃的转化率很本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微通道反应器，该反应器包括： 反应微通道； 包含金属基材的反应微通道； 设置在金属基材上的致密基本无缺陷的氧化铝层； 直接设置在氧化铝层上的催化剂金属颗粒。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：JM沃森，FP戴利，T马赞克，BL杨，R龙，
申请(专利权)人：维罗西股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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