Spôsob a zariadenie na vykonávanie reakcií v reaktore so štrbinovými reakčnými priestormi

Je ešte 11 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Reakcia medzi aspoň dvomi tekutými reakčnými činidlami sa uskutočňuje v reaktore zahrnujúcom priehradkové prvky (1), štrbinové reakčné priestory (3) a dutiny (5) na vedenie tekutého nosiča tepla cez nich. V závislosti od spôsobu výrobnej kapacity sa volí konštrukčné uskutočnenie, keď sa zostaví ľubovoľný počet priehradkových prvkov (1) do pravouhlého rovnobežného bloku (24), reakčné priestory (3) sú vytvorené medzi bočnými povrchmi (2) pravouhlých rovnobežnostenných priehradkových prvkov (1), reakčné činidlá sú privádzané do reakčných priestorov (3) z koncových oblastí jednej strany bloku (24) a sú vedené paralelnými tokmi cez reakčné priestory (3) a tekutý nosič vnútri priehradkových prvkov (1).

Text

Pozerať všetko

Vynález sa týka spôsobu uskutočňovania reakcií medzi aspoň dvomi kvapalnýrni reakčnými činidlami s použitím reaktora, V ktorom sú umiestnené priehradkové prvky, štrbinové reakčné priestory a dutiny na vedenie kvapalného nosiča tepla.Doteraj ší stav technikyZ patentovej prihlášky DE 33 42 749 Al je známy reaktor plátového typu na chemické syntézy uskutočňované pod vysokým tlakom, v ktorom majú ploché pláty formu plochých pravouhlých rovnobežnostenov,ktoré sú spojené kovovými platňovýrni priehradkarni, každý z nich tvorí komoru vyplnenú katalyzátorom,pričom dve najväčšie priehradky neprepúšťajú plyny. Tok reakčných plynov cez granulovaný katalyzátor je realizovaný bud horizontálne alebo vertikálne cez dve priestupné alebo perforované úzke priehradky protiľahlých platní. S ohľadom na ohrev alebo ochladzovanie (v závislosti od bud exotermickej alebo endotermickej reakcie) sú komory vybavené chladiacimi kanálikmi na cirkulácíu kvapalného nosiča tepla. Tieto chladiace kanáliky môžu byť tvorené plechovýrni štruktúrami, ktoré majú formu priečnikov, vlnitýrni kovovými platňami alebo irn podobným, ktoré sú pevne spojené s hladkými priehradkami, napríklad privarením. Obrys množiny komôr je prispôsobený tvaru cylindrického reaktora tak, že komory majú čiastočne rôzne rozmery a sú postupne prenikané reakčnými plynmi, napr. v skupinách. Konštrukčné uskutočnenie je značne prepracované a produktivitu, ktorá je sama osebe nízka, možno prinajlepšom zvýšiť axiálnym predĺžením a/alebo paralelným prepojením niekoľkých reaktorov.Z patentovej prihlášky EP 0 691 701 A 1 je známy kornínový pretvárajúci generátor, v ktorom sú na účely uskutočňovania endotermických reakcií umiestnené vždy medzi dvomi reakčnýrni komorami pretvàrajúce komory s médiom, ktorý regeneruje teplo. V tomto prípade sú smery tokov plynov v pretvárajúcich komorách a v reakčných komorách opačné, pričom pred tepelne recyklačnými komorami, ktoré sú vždy pripojené za reakčnou komorou, sú usporiadané polopriepusmé priehradky. V príkladnom spôsobe tvorí teplo regenerujúce médium guľôčky oxidu hlinitého. Na účely zlepšenia výmeny tepla medzi jednotlivými komorami sú tu usporiadané horizontálne tepelne vodivé platne, ktoré sú vybavené otvormi na priechod paliva V ohrievacej časti. Medzi každou touto trojprvkovou skupinou je zasa umiestnená komora dístribujúca palivo. Zariadenie má výnimočne komplikovanú konštrukciu a nie je navyše vhodné na exotemiické spôsoby. Toto je zapríčinené tým, že zariadenie neobsahuje chladiace kanáliky, pretože to by odporovalo zmyslu a účelu známeho riešenia. Konštrukčné uskutočnenie, ktoré nie je vhodné na prevádzku pri vysokom tlaku, slúži účelom skrátenia celkovej dĺžky vynechanírn špeciálnych ohrievacích zón.Z dokumentu DE 44 44 364 C 2 je známy reaktor na exotermické reakcie medzi plynmi s vertikálnymi pevnými lôžkami, ktorého plášť má obdlžnikový prierez a pravouhlýrni krytými krížiacimi sa sekciami, pričom pevné lôžko zostávajúce z katalyzátorov je, na účely tvorby oddelených tokových kanálikov a tepelného výmenníku platového typu, rozdelené vertikálnymi priehradkami. Pod a nad tokovými kanálikmi sa vždy nachádzajú v striedajúcom sa usporiadaní priestory bez katalyzátora. Plyny opúšťajú na hornom konci pevného lôžka niektorý z tokových kanálikov a sú vedené späť bočnýrni prietokovýrni kanálikrni pod pevné lôžko,odkial sú vedené inými zodpovedajúcimi tokovými kanálikmi k výpustnej dýze. Pretože zariadenie neobsahuje prostriedky na zásobovanie teplom, nie je vhodné na endotermické procesy. Navyše vďaka obdĺžnikovému prierezu plášťa nie je toto konštrukčné uskutočnenie vhodné na prevádzku pri vysokom tlaku.Z patentovej prihlášky EP O 754 492 A 2 je známy reaktor platového typu na reakcie kvapalného média,ktorý je konštruovaný ako statický mixér s výmennou tepla. Na tento účel je na sebe vzájomne navrstvené množstvo dosiek, pričom naj spodnejšia z nich je uzatvorená smerom von a najvrchnejšia, ktorá má priechody iba smerom von na príjem a odvod média, ktoré pôsobí reakciu alebo spôsobilo reakciu média a nosiča tepla. Zodpovedajúce druhé pláty umiestnené od spodku a od hora majú navyše vybranie, ktoré sú na účely presmerovania reakčných činidiel cez točitý stĺpec na jednej strane otvorené. V medzi situovaných platov sú umiestnené miešače komory s tvarom X alebo komory s tvarom ďatelinového listu a reakčné komory, ktoré sú vzájorrme spojené V smere stĺpca. Tepelný výmenníkový kanálik špirálovitého tvaru je taktiež vedený cez stĺpec dosiek. Pláty sú z materiálu s dobrou tepelnou vodivosťou, výhodné z kovov a zliatin majúcich hnibku medzi 0,25 a 25 mm, a môžu byt vyrábané mikroobrábanim., leptaním, lisovanim, litograñckými spôsobmi atď. Zvonka otvorov sú vzájomne pevné a tesne spojené, tzn. na obvode, napríklad svorkami, skrutkami, nitmi,spájanírn, adhezívnym spojením atď., čím vytvára vrstvu. Komplikovanými tokovýrni cestami vzniká vysoký odpor proti toku kvapalín, čo spôsobuje, že nie sú schopné byť naplnené katalyzátormi. S ohľadom na požadované strojové spracovanie je výrobný proces extrémne zložitý, čo je zapríčinené hlavne tým, že všetky kontaktné povrchy musia byť dokonalé.Z DE 197 54 185 C 1 je známy reaktor na katalytickú konverziu kvapalného reakčného média, V ktorom je pevné lôžko zostávajúce z katalytického materiálu, ktorý je nesený na sitovom plate, rozdelený vertikálnyrnitermálnymi doskami, z ktorých každá zostáva z dvoch kovových dosiek, ktore boli opakovane deformované do vankúšikového tvaru a vzájomne zvarené, a obsahuje priestor na vedenie chladiaceho alebo ohrievacieho média cez miesta, ktoré majú formu rnriežok. Reakčné médium a médium nosiča tepla sú vedené jednako opačným tokom cez stĺpce pevného lôžka medzi termálnyrni doskami a jednak dutiny v termálnych doskách. Zásobník reaktora je konštruovaný vo fonne vertikálneho valca a termáhie dosky sú valcu prispôsobené tak,že majú rôznu Veľkosť. Tiež v tomto prípade možno pri najlepšom zvýšiť produktivitu axiálnym predĺžením a/ alebo paralelným spojením niekoľkých reaktorov.Z DE 198 16 196 A 1 (od rovnakého prihlasovateľa) je známa výroba vodného roztoku peroxidu vodíka z vody, vodika a kyslíka v reaktore, ktorý môže obsahovať tak sústavu pevných lôžok zostávajúcich z konkrétnych katalyzátorov, ako aj rovinných monolytických nosičov, ktoré sú vybavené kanálikrni, vytvára formu teplotných výmenníkov a sú vybavené poťahom katalytického materiálu. Čo sa týka katalyzátorov, špecifikované sú prvky 8. a/alebo 1. Podskupiny periodickej tabuľky, ako sú Ru, Rh, Pd, Ir, Pt a Au, pričom zvlášť výhodné sú Pd a Pt. Ako nosičové materiály sú špecifikované aktívny uhlík, vo vode nerozpustné oxidy,zmiešané oxidy, sulfáty, fosfáty a silikáty kovov alkalických zernín, Al, Si, Sn a kovov patriacich do 3. až 6. podskupiny. Ako výhodné sú uvedené oxidy kremíka, hliníka, cínu, titánu, zirkónia, nióbia a tantalu, rovnaké ako síran bámatý. Kovové alebo keramické priehradky, ktoré majú funkciu tepelných výmenníkov, analogicky k platovým typom teplotných výmenníkov sú označované ako materiály pre monolytických nosičov. Špecifikovaný experimentálny reaktor mal vnútomý priemer 18 mm a dĺžku 400 mm. Teploty sa pohybovali v rozmedzí od 0 do 90 °C, výhodne od 20 do 70 °C, tlaky boli medzi atmosférickým tlakom a približne 10 Mpa, výhodne medzi približne 0,5 a 5 Mpa. Aj v prípade tohto reaktora spadajúceho do doterajšieho stavu techniky možno taktiež konštatovať, že možno produktivitu zvýšiť axiálnym predĺžením a/alebo paralelným prepojením niekoľkých reaktorov.Reaktor opísaný v DE 195 44 985 Cl, rovnako tak ako reaktor opísaný v DE 197 53 720 Al zahmujú plátom podobné teplotné výmenníky, kde je hlavný kvapalný nosič vedený cez štrbinu vytvorenú medzi dvomi plátmi. Nie je tu žiadna poznámka o funkcii šírky štrbinovito tvorených reakčných priestoroch.Zariadenie opísané v DE 197 41 645 Al, zahrnuje mikroreaktor s reakčnými a chladiacimi kanálikmi, kde je hĺbka reakčných kanálikov 1000 m a najmenšia hrúbka priehradky b medzi reakčnými a chladiacimi kanálikmi je 1000 m. Tento dokument nenaznačuje použitie iných reakčných priestorov, akými sú uvedené kanáliky. Mikroreaktor zahrnujúci veľa paralelných drážok ako reakčných priestor je zvažovaný v DE 197 48 481. Výroba reaktora na produkciu vo veľkom meradle je nákladná.Ďalej sú známe takzvané mikroreaktory, pri ktorých sa rozmery tokových kanálikov pohybujú v oblasti niekoľkých stoviek mikrometrov (ako spravidla 1000 m). Toto vedie k vysokým prenosovým hodnotámJemné kanáliky pôsobia ako zábrana plameňom tak, aby sa nemohla rozšíriť žiadna explózia. V prípade toxických reakčných činidiel vedie navyše malý plniaci objem (udržateľný objem) ku celkom bezpečným reaktorom Z dôvodu malých rozmerov je však plnenie kanálikov katalyzátorrni nemožné. Ďalšou zásadnou nevýhodou je realizácia výrobného procesu. Na účely predchádzania upchatia jemných kanálikov je treba zaradiť pred reaktor vhodnú ochranu filtrom. Jediným spôsobom, ako možno dosiahnuť vysokých výkonov, je paralelné prepojenie veľa takých reaktorov. Tieto reaktory môžu navyše pracovat za vysokých tlakov, iba pokial je chladiace médium vystavené rovnakej úrovni tlaku.Predmetom tohto vynálezu je špecifikácia spôsobu a zariadenia, s ktorým je možné uskutočňovať, voliteľne, exotermické a endoterrnické spôsoby, kde niekoľko kvapalných reakčných činidiel reaguje vzájomne a s inými činidlami za prítomnosti alebo absencie katalyzátorov, a kde reakčná oblast reaktora je konštruovaná ako moduláma tak, že je možné prispôsobiť výrobu požiadavkám.Predmetom vynálezu je teda spôsob, ktorý je charakteristický tým, že a) sú vždy medzi bočnými povrchrni dvoch v podstate rovnako veľkých a v podstate pravouhlých rovnobežnostenných priehradkových prvkov vyrobených z pevných plátov vytvorené štrbinové reakčné priestory a priehradkové prvky sú zameniteľne usporiadané v bloku vo virtuálnom pravouhlom rovnobežnostene, b) reakčné činidlá sú uvádzané do štrbinových reakčných priestorov z krajných oblasti umiestnených na rov nakej strane bloku a vedené cez reakčné priestory ako reakčná zmes paralelnými tokmi v podobných smeroch ac) tekutý nosič tepla je vedený cez dutiny vedúce vnútri priehradkových prvkov.Prehľad obrázkov na výkresochObrázok 1 zachytávajúci perspektívne rozloženú reprezentáciu skupiny zostávajúcej z dvoch priehradkových prvkov.Obrázok 2 zachytávajúci perspektívne schematickú reprezentáciu usporiadanej série počtu priehradkových prvkov podľa obrázku 1.Obrázok 3 zachytávajúci vertikálny rez sériou usporiadania podľa obrázku 2 nad dnom tlaku odolného reaktora.Obrázok 4 zachytávajúei detail kružnice A na obrázku 3 vo zväčšenom meradle, doplnený perspektívnym pohľadom.Obrázok 5 zachytávajúci bočný pohľad na čiastočný vertikálny rez predmetom na obrázku 3 po rotácii pod uhľom 90 stupňov.Obrázok 6 zachytávajúci predmet na obrázku 2, schematicky doplnený distríbujúcim priestorom a zhromažďovacím priestorom pre výťažok (y) a produkt.Obrázok 7 zachytávajúci rez plátom a distribujúcim telom s tokovými kanálikmi na reakčné činidlá a/alebo nosičov tepla.Obrázok 8 zachytávajúci čiastočný vertikálny rez prvou exemplárnou realizáciou reaktora s tlakovou nádobou.Obrázok 9 zachytávajúcí spodný pohľad na veko tlakovej nádoby podľa obrázku S.Obrázok 10 zachytávajúci čiastočný vertikálny rez druhým exemplámyrn uskutočnením reaktora s tlakovou nádobou.Vďaka vynálezu možno dosiahnuť naznačených cieľov V plnom rozsahu, a najmä je možné voliteľne uskutočňovať exoterrnické a endoterrnicke spôsoby, kde niekoľko kvapalných reakčných činidiel reaguje vzájomne a s inými činidlami za prítomnosti alebo absencie katalyzátorov, a kde je reakčná oblast reaktora konštruovaná ako moduláma tak, že je možné prispôsobiť výrobný objem požiadavkám. Redukciou šírky reakčných priestor od napr. 5 mm do 0,05 mm sa zvyšuje pomer povrchu ku objemu reakčných priestor. Výsledkom je to, že sa problémy vznikajúce z dôvodu obmedzeného prenosu tepla vnútri plynov znižujú tak, že možno bezpečne uskutočňovať vysoko exotermickć a endotennické reakcie.Obj avujú sa však ďalšie výhody- kombinácia mikroreakčnej technológie s výhodarni jednoduchej výroby podľa klasických výrobných technológií,- ľahká zámena individuálnych priehradkových prvkov (výraz v podstate rovnako veľké a v podstate pravouhlo rovnobežnostenné znamená, že sú tolerované menšie odchýlky spôsobené pochopiteľnýrrú dôvodrni),- prakticky ľubovoľná hrúbka priehradkových prvkov bez zhoršenie funkcie,- zväčšenie špecifickej povrchovej plochy proñlovaním/ zvráskavením,- priame celkové alebo čiastočné potiahnutie bočných povrchov meniacim sa katalytickým materiálom impregnáciou, postrekovaním, tlačou alebo podobne so zmenou hrúbky,- plnenie reakčných priestorov časticami katalyzátora s rôznou veľkosťou,- vtláčanie tokových vzorov a tokových kanálikov, napr. na účely drenáže a umožnenia odtoku kvapalných reakčných produktov, jednoduchej separácie,- umožnenie altematívnej šírky štrbín,- miešanie reakčných činidiel iba v reakčných priestoroch, dobrá kontrola reakcie,- vyhnutie sa spätnému odtoku z reakčných priestorov,- dobrá schopnost kontroly z dôvodu vysokých koeficientov prenosu tepla a/alebo v požadovaných teplotných hodnotách stály teplotný profil, a tým dlhšia prevádzková životnosť katalyzátora s vyhnutím sa horúcich miest,- vlastná bezpečnosť V priebehu reakciou inak explozívnych reakčných zmesí,- malý mŕtvy priestor (zadržovaný objem),- možnosť prevádzky za vysokého tlaku, mierne straty tlaku v reakčných priestoroch,- schopnosť ponárania v tekutých rozpúšťadlách a operatívnosť s odpadovou záchytkou, ktorú možno teplotne regulovať (ohríevať/ochladzovať) zvonka, a ktorá umožňuje nenásilné ukončenie reakcie uhasením a/alebo zaliatím,- možnosť pridania inhibítorov na účely zabránenia druhotných reakcií, možnosť zníženia objemu plynu/kvapaliny plnením materiálov a/alebo protipiestmi v tlakovej nádobe na opačnej strane odpadovej zachytky, ako na ktorej sa nachádza odtok produktu, 10- redukcia počtu spojení a ľahšia kontrola únikov (dôležité v prípade toxických komponentov),- nízka odolnosť k rozptyľovaní, vysoké priestorové výnosy za jednotku času, najmä vyššia výrobná kapacita, ako v prípade známych mikroreaktorov, jednoduchšie rozšírenie (scale-up) z laboratómeho meradla na výrobné meradlo násobením (number-up),- jednoduché a kompaktné konštrukčné uskutočnenie, zníženie investičných nákladov a prevádzkových nákladov (údržba, spotreba energie),- možnosť výstavby malých prevádzkamí.V tomto kontexte je zvlášť výhodné, pokial sa v prípade ďalších konfigurácii spôsobu podľa vynálezu, a to buď individuálne alebo v kombinácii- dodáva aspoň jedno reakčná činidlo cez priehradkové prvky a privádza do reakčného priestoru, a to podľa potreby cez aspoň jeden z bočných povrchov priehradkových prvkov- distribučné médium, z ktorého sú reakčným priestorom poskytované reakčná činidlá, je umiestnené na aspoň jednej strane bloku- čo sa týka distribučného média, je zvyčajne vyrobené z pevného tela so skupinou kanálikov, krížiacich sa sekciou, ktoré sú volené také malé, aby v prípade zásobovania reakčnýrni činidlami tvoriacimi explozívnu zmes nedochádzalo k šíreniu plameňov- čo sa týka distribučného média, je zvyčajne Vyrobené z obalového materiálu s veľkosťou zma a medzipriestormi, ktoré sú Volené také malé, aby v prípade zásobovania reakčnými činidlami tvoriacirni explozívnu zmes nedochádzalo k šíreniu plameňov- šírka štrbiny reakčných priestorov je výhodne volená medzi 0,05 a 5 mm, výhodnejšia je 0,05 až 0,02 mm- V prípade explozivnych reakčných zmesí je šírka štrbiny volená taká malá, aby nedochádzalo k šíreniu plameňov- reakčné priestory sú plnené granulovaným katalyzátorom-bočné povrchy priehradkových prvkov orientované smerom k reakčnýrn priestorom sú kryté aspoň čiastočne katalytickým materiálom,- bočné povrchy priehradkových prvkov orientované smerom k reakčným priestorom sú na účely zväčšenia povrchovej plochy vybavené proñlovanou štruktúrou,- priehradkové prvky sú aspoň čiastočne ponorené vo vodnom alebo organickom rozpúšťadle alebo zmesi rozpúšťadiel,- čo sa týka rozpúšťadla, používa sa voda, prípadne s pridaním aspoň inhibítorov, ktoré zabraňujú rozkladu a/alebo degradácii reakčného produktu, a/alebo, ked- sa spôsob používa na účely výroby peroxidu vodíka z vody (para), vodíka a vzduchu, prípadne obohateného kyslíkom, alebo kyslíka, Vynález sa taktiež týka zariadenia na uskutočňovanie reakcií medzi aspoň dvomi tekutými reakčnýrni činidlami s použitím reaktora, v ktorom sú umiestnené priehradkové prvky, štrbinové reakčné priestory a dutiny na vedení tekutého nosiča tepla cez ne.Na účely rovnakého cieľa je zariadenie podľa vynálezu, charakteristické tým, že a) sú vždy medzi bočnýrni povrchmi dvoch v podstate rovnako veľkých a v podstate pravouhlých rovnobežnostenných priehradkových prvkov vyrobených z pevných platov vytvorené štrbinove reakčné priestory a priehradkové prvky sú zameniteľné usporiadané v bloku vo virtuálnom pravouhlom rovnobežnostenu, b) zásobovanie reakčnými činidlami do štrbinových reakčných priestor je uskutočňovať z rovnakej strany bloku, reakčná zmes je možná viest cez reakčné priestory v ľubovoľnom smere a v paralelných tokoch ac) každý priehradkový prvok má rúrkovité dutiny na vedenie tečúceho nosiča tepla cez priehradkové prvky.Spôsob a zariadenie sú vhodné, napríklad na nasledujúce procesy- výroba propenalu katalytickou oxidáciou propénu s plynom obsahujúcim kyslík, ktorý má v zrovnaní so vzduchom zvýšenú koncentráciu kyslíka, sprevádzanou zvýšením selektivity, napríklad v prítomnosti Moobsahujúceho katalyzátora pri teplote v rozmedzí od 350 °C do 500 °C a pri tlaku v rozmedzí od 0,1 MPa do 5 Mpa,- výroba kyseliny akrylovej katalytickou oxidáciou propénu, napríklad za prítomnosti Mo-obsahujúceho katalyzátora a aktívátora pri teplote od 250 °C do 350 °C a pri tlaku v rozmedzí od 0,1 Mpa do 0,5 Mpa,- výroba etylénoxidu alebo propylénoxídu z etylénu, resp. propylénu a plyrmého peroxidu vodíka za prítomnosti oxidového alebo kremičitého katalyzátora, akým je napríklad kremičitan titaničitý, pri teplote od 60 °C do 200 °C a pri tlaku v rozmedzí od 0,1 Mpa do 0,5 Mpa,- priama syntéza peroxidu vodíka z H 2 a O 2 alebo O 2- obsahujúceho plynu za prítomnosti katalyzátora na báze ušlachtilých kovov a vody alebo vodnej pary - napríklad podľa spôsobu popísaného v DE-A 198 16 296 a podľa postupov opísaných v ďalších tu citovaných dokumentoch. Čo sa týka katalyzátorov v tomto spojení,môžu byť použité katalyzátory vyrobené z prvkov 8. a/alebo 1. Podskupiny periodickej tabuľky, ako sú Ru,Rh, Pd, Ir, Pt a Au, pričom zvlášť výhodne sú Pd a Pt. Katalyzátory možno použit samotné, napr. ako suspenzne katalyzátory, alebo vo fonne nesených katalyzátorov ako výplne v štrbinových reakčných priesto

MPK / Značky

MPK: B01J 19/00, B01J 19/24, B01J 3/04, C07C 51/16, B01J 8/02, C01B 15/00, B01J 8/00, C07C 47/20, C07C 45/00, C07C 57/00, C07D 301/00

Značky: reaktore, zariadenie, reakčnými, reakcií, vykonávanie, priestormi, štrbinovými, spôsob

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/19-287336-sposob-a-zariadenie-na-vykonavanie-reakcii-v-reaktore-so-strbinovymi-reakcnymi-priestormi.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob a zariadenie na vykonávanie reakcií v reaktore so štrbinovými reakčnými priestormi</a>

Podobne patenty