專利名稱：平行的噴射環(huán)流反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)地轉(zhuǎn)化一種具有至少另一種流體的液體的裝置。
背景技術(shù)：
液體是一種基本上不可壓縮的可流動的介質(zhì)。氣體是一種可以壓縮的可流動的介 質(zhì)。流體或者是一種液體，或者是一種氣體。一種尤其是借助于一種氣體或者一種液體而 流化的，在一定條件下為粉末狀的固體材料按照本發(fā)明同樣也是一種流體。按照本發(fā)明，輸入的液體是指一種材料或者混合材料，它位于整套裝置里在反應(yīng) 條件下處于流體的集合狀態(tài)，并且具有至少一種反應(yīng)物。所謂氣體是指一種純的氣體或者 一種混合氣體，后者具有至少一種反應(yīng)物和必要時一種惰性氣體。具有兩種反應(yīng)物的氣體 的一種實例是由氫和一氧化碳組成的合成氣體，它例如使用于加氫甲酰化。對于噴射環(huán)流反應(yīng)器(英語jet loop reactor)來說，按照本發(fā)明是指一種用于 連續(xù)地轉(zhuǎn)化一種液體和至少另一種流體的裝置，其中液體在壓力下經(jīng)過一個噴嘴進(jìn)入反應(yīng) 腔里，并縱向沿著主流動方向流過反應(yīng)腔，在反應(yīng)腔的位于噴嘴對面的端部反向，迎著主流 動方向返回流動，并重新在主流動方向上加速，從而在反應(yīng)腔之內(nèi)形成一種內(nèi)部的液體回 路(環(huán)路)。第二種流體被液體流動一起帶走，并對于沿著回路的行程作出反應(yīng)。液體因此 用作為工作射流介質(zhì)。為了使動能傳入液體，反應(yīng)腔配置有一個外部液體回路，在這回路里 一部分液體在反應(yīng)腔之外的回路里運行。在外部液體回路里設(shè)有一個泵，它給液體流加上 了用于在反應(yīng)器里建立環(huán)路流動所必需的動能。噴嘴相應(yīng)地從外部液體回路供給液體。已 知的噴射環(huán)流反應(yīng)器表示于圖Ia和Ib中。在噴射環(huán)流反應(yīng)器技術(shù)方面良好的入門資料為P. Zehner, Μ, Krause所著“泡罩 塔”，Ullmann，s工業(yè)化學(xué)百科全書，電子釋放，第7卷，4章，ffiley-VCH, Weinheim(2005)。對于在氣體/液體系統(tǒng)里或者也在氣體/液體/液體-系統(tǒng)里有效地實施多相 反應(yīng)來說，為了避免材料運輸?shù)南拗疲鶇⑴c相的強烈混合具有重要意義。這在技術(shù)上通 過一系列不同的反應(yīng)器方案來實現(xiàn)，在攪拌壓煮鍋處開始，經(jīng)過泡罩塔和裝料體柱一直到 具有靜力混合器的管式反應(yīng)器。[K. Schuegerl ； ”用于嗜氧微生物過程的生物反應(yīng)器”; Chem-ing-Tech. 52，(12)，1980，951-965]。這種系統(tǒng)的缺點在于其材料轉(zhuǎn)換系數(shù)(kLa)部 分來說比較低。為了改善材料的轉(zhuǎn)換，特別是在多相催化器里，已經(jīng)開發(fā)了各種不同的反應(yīng)器 方案，它們的共同的特征是回路流動大。[E. H. Stitt “精細(xì)化工的可供選擇的多相反應(yīng) 器-在攪拌槽那邊的領(lǐng)域？ ”化學(xué)工程。J. 90，2002，47-60]。通過相應(yīng)的混合裝置，如噴 嘴或者孔板，產(chǎn)生必需的材料交流面?；诙嗔蠂娮斓奶厥夥磻?yīng)器已經(jīng)做過深入的試驗。 [N. Raebiger ；“在射流驅(qū)動的環(huán)路反應(yīng)器中的流體動力學(xué)和物料交換”；實踐工藝技術(shù)熱 工技術(shù)，TUEV出版社，mieinland公司，科隆，1988]，并且，如在DE 19836807中所述的那樣， 成功地使用在一種加氫甲酰化的試驗設(shè)備中。反應(yīng)器的特征在于，高的空間-時間-增益 和在氣體-和液體相之間的物料轉(zhuǎn)換速度。此外取消了通常對于氣體反饋必需的環(huán)路壓縮器，這是因為未轉(zhuǎn)換的氣體通過噴嘴在反應(yīng)器里又重新分散成液體。在反應(yīng)器里的氣體含 量可以通過料位和噴嘴的氣體抽吸相對位置自由選擇。在反應(yīng)器里出現(xiàn)的大的循環(huán)流除此 之外可以實現(xiàn)一種差不多無梯度的運行方式。在一種單個的噴射環(huán)流-反應(yīng)器里高度/直徑比這里只能在從3至10的狹窄范 圍里變動，以便保證在可代表的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)高度時充足的反應(yīng)容積?；旌闲阅芎臀锪限D(zhuǎn)換 在敦實的實施形式中受到負(fù)面的影響，這只是可以有條件地通過在一個反應(yīng)器里布置幾個 噴嘴和引導(dǎo)管來補償Y. Gan et al.； ”具有低的高度-直徑比的噴射環(huán)流反應(yīng)器的配置 研究”；化學(xué)反應(yīng)器工程技術(shù)。15 (3)，1999，268-274。此外由于表面-容積比小更使排熱 變差。這可能使得在反應(yīng)器里采用場管用于放大熱交換面成為必要，例如在DE 19854637 中所述的那樣，因而除了內(nèi)部的循環(huán)流動影響之外，還要考慮較高的結(jié)構(gòu)費用。具有一種長細(xì)比(反應(yīng)器的高度與反應(yīng)器的直徑之比)H/D > 10的反應(yīng)器可以實 現(xiàn)比較更大的氣體含量，然而并不適合于由于小的容積而按比例放大。根據(jù)得出的反應(yīng)器 高度，在反應(yīng)器放大至至關(guān)重要的反應(yīng)容積時越來越產(chǎn)生高的內(nèi)部壓力損失，并以此形成 一種超高的能量消耗，這導(dǎo)致了反應(yīng)器能力的明顯變差。由于較小的直徑這里然而可以實 現(xiàn)一種充足的熱交換功率，而沒有附帶的損失。

發(fā)明內(nèi)容
由于上面所述的已知技術(shù)反應(yīng)器的缺點，本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種用于連續(xù)進(jìn) 行流體/液體-反應(yīng)的、具有一種適宜的功率特征的反應(yīng)器或者一種反應(yīng)器裝置。 這任務(wù)通過權(quán)利要求1的內(nèi)容來解決。本發(fā)明基于以下認(rèn)識在連續(xù)轉(zhuǎn)換一種具有另一種流體的液體時，可以通過一種 并聯(lián)的，具有一個共同的外部回路的噴射環(huán)流反應(yīng)器來利用一種噴射環(huán)流反應(yīng)器的優(yōu)點， 用于高的生產(chǎn)能力。本發(fā)明的主旨因此是一種用于連續(xù)地轉(zhuǎn)化一種具有另一種流體的液體的裝置，該 裝置具有至少兩個相互平行連接的噴射環(huán)流反應(yīng)器和一個共同的外部液體回路。本發(fā)明的另一個主旨是一種用于連續(xù)地轉(zhuǎn)化一種具有另一種流體的液體的方法， 其中具有至少一種液體狀反應(yīng)物的至少一種氣體狀反應(yīng)物被轉(zhuǎn)化，這方法在按照本發(fā)明的 裝置里實施。按照本發(fā)明的裝置具有以下優(yōu)點可以利用一種噴射環(huán)流反應(yīng)器的優(yōu)點，如強烈 的物料運輸、高的排熱或者熱輸入，差不多無梯度的運行方式，用于大的生產(chǎn)能力。因為用于保持外回路的裝置只具有一個泵，因此投資和運行成本都小于在一種由 至少兩個分別具有一種固有的外回路的噴射環(huán)流反應(yīng)器組成的設(shè)備時。因而優(yōu)選一種實施 形式，此時在外部液體回路里正好布置了一個泵。本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實施形式的特征在于，每個噴嘴配有一個液體的出口 ； 噴嘴和出口相對于液體內(nèi)回路來說布置在反應(yīng)器的直徑上；而且液體外回路將噴嘴與出口 連接。這種改進(jìn)設(shè)計方案形成一種優(yōu)秀的流動斷面。由于有共同的液體外回路，可能有利的是在液體外回路里設(shè)有一個換熱器，用于 在液體外回路里流動的液體和載熱體之間進(jìn)行熱交換。內(nèi)部熱交換器則可以取消，這改善 了在反應(yīng)器里面的流動。反應(yīng)熱的輸入或者排出則特別有效地進(jìn)行。
按照本發(fā)明的裝置適合于轉(zhuǎn)化一種具有至少另一種流體的液體(工作介質(zhì))。但 是也可以除了工作介質(zhì)之外轉(zhuǎn)化兩種或者更多的流體。因此可以實施以下的二相反應(yīng)液體的/液體的，液體的/氣體狀的，三相反應(yīng)可以如下實施液體的/液體的/液體的；液體的/液體的/氣體狀的；液體的/氣體狀的/氣體狀的；


一些實例說明了按照本發(fā)明的裝置和用其實施的按照本發(fā)明的方法。附圖所示 為圖Ia 噴射環(huán)流反應(yīng)器，噴嘴在上(現(xiàn)有技術(shù))；圖Ib 噴射環(huán)流反應(yīng)器，噴嘴在下(現(xiàn)有技術(shù))；圖2 按照發(fā)明的噴射環(huán)流反應(yīng)器的連接；圖3a 噴射環(huán)流反應(yīng)器作為管束的平行化的實施形式，噴嘴在上；圖北噴射環(huán)流反應(yīng)器作為管束的平行化的實施形式，噴嘴在下；圖如試驗設(shè)備實例1 ；圖4b試驗設(shè)備實例2。
具體實施例方式按照本發(fā)明的用于實施一些反應(yīng)的裝置，在這些反應(yīng)中將一種具有另一種流體的 液體連續(xù)并且同流地轉(zhuǎn)化，該裝置主要由兩個或者幾個相互平行連接的噴射環(huán)流反應(yīng)器組 成，這些反應(yīng)器具有一個共同的液體外回路。在圖Ia中表示了一個通常的噴射環(huán)流反應(yīng)器，在這反應(yīng)器中噴射噴嘴位于反應(yīng) 器的上部，而離析物在反應(yīng)器上部被輸入。反應(yīng)器由一個壓力管組成，在這壓力管里裝有一 個噴嘴(1)、一個導(dǎo)管(2)和一個擋板(3)。反應(yīng)器具有一個加熱-或冷卻罩G)。此外在 反應(yīng)器的上部氣體腔里可以裝有一個用于去除廢氣的閥門，用于放出惰性氣體的成分。(在 圖Ia中未示出)·導(dǎo)管優(yōu)選與噴射管和壓力物體同心地布置。噴射管這里可以是一個單料的-或多 料的噴嘴，在另一種結(jié)構(gòu)形式中這噴嘴此外可以分離地設(shè)置有脈沖交換管和/或擴散器。 噴嘴在運行時完全或者局部地浸入在液體反應(yīng)介質(zhì)里，其中浸入深度可以達(dá)到幾個導(dǎo)管直 徑。導(dǎo)管的直徑為反應(yīng)器直徑的十分之一至一半，并且基本上布置在反應(yīng)器的整個長度上， 其中這導(dǎo)管向下設(shè)有一個適宜的距離通過擋板限制住，而上端在運行時位于液體表面之 下。反應(yīng)器的特征在于，由于大的內(nèi)部循環(huán)流動，只有一小部分的液體通過外部回路又被輸 送給噴嘴。在按照本發(fā)明的裝置中，所應(yīng)用的噴射環(huán)流反應(yīng)器具有高的長細(xì)比(反應(yīng)器的高 度與反應(yīng)器的直徑之比)。長細(xì)比在5至15的范圍里，優(yōu)先在8至12的范圍里，特別優(yōu)選 在10至12的范圍里。
由于高的長細(xì)比可以不用裝入在內(nèi)部熱交換器里，這是因為既可以通過外罩表 面，也通過外回路的熱交換器輸入或輸出足夠的熱量。在圖Ib所示的另一種實施形式中，噴嘴(1)可以布置在反應(yīng)器的底部。導(dǎo)管(2) 這里優(yōu)選地與噴射噴嘴和壓力物體同心地布置，其中噴射噴嘴可以作為單料-或多料噴嘴 那樣實施。氣體的輸入在壓力下進(jìn)行。在一種優(yōu)選的實施形式中，氣體自動地通過噴嘴的噴 射器運行進(jìn)行抽吸。導(dǎo)管O)的直徑為反應(yīng)器直徑的1/10至8/10，優(yōu)選從4/10至7/10， 而且基本布置在反應(yīng)器的整個長度上，其中運行時上端位于液體表面之下。反應(yīng)器具有一 個比較更大的內(nèi)部循環(huán)流動，其中只是一小部分的液體通過外部回路又被輸送給噴嘴。按照本發(fā)明的裝置至少由兩個反應(yīng)器組成。反應(yīng)器的數(shù)目優(yōu)選在2至20的范圍， 特別優(yōu)選在2至14的范圍。 反應(yīng)器能夠是不同的，或者優(yōu)選是相同的。圖2表示了按照本發(fā)明的裝置的一個例子，該裝置由三個平行連接的反應(yīng)器、在 共同的液體外回路里的循環(huán)泵和熱交換器組成，其中離析物輸入上部的反應(yīng)器腔里。從反 應(yīng)器上部排出廢氣的管路并沒有表示出。在此圖中有一個冷卻-或加熱回路。然而也可以使每個熱交換器分開地運行。各個反應(yīng)器可以集合成一個管束，如圖3所示。一個管束反應(yīng)器至少由兩個單一反應(yīng)器組成。一個管束優(yōu)先具有3至14個單一 反應(yīng)器。在管束反應(yīng)器中各個分反應(yīng)器優(yōu)先具有相同的尺寸。按照本發(fā)明的裝置可以包括有一個或幾個管束反應(yīng)器，或者至少兩個單一反應(yīng) 器，或者一種由一個或幾個管束反應(yīng)器與一個或幾個單一反應(yīng)器的組合。在按照本發(fā)明的裝置中，如上所述，噴嘴可以不同地布置在反應(yīng)器里a)在所有的反應(yīng)器里，噴嘴位于反應(yīng)器的上部(圖3a)b)在所有的反應(yīng)器里，噴嘴位于反應(yīng)器的下部(圖北)c)在反應(yīng)器里至少一個噴嘴布置在反應(yīng)器的下部，而至少一個噴嘴安裝在反應(yīng)器 的上部(沒有作為圖形表示出)。在所有所示的實施例中用于工作射流的噴嘴出口位于液體表面之下。按照本發(fā)明的裝置此外還可以用于轉(zhuǎn)化一種具有一種氣體的液體，其中無論是氣 體還是液體都具有至少一種反應(yīng)物。也可以選擇使用一種液體，這種液體均勻地溶解或者懸浮狀包含有催化劑，其先 決條件是其平均顆粒度小于200 μ m，特別優(yōu)選地小于100 μ m。反應(yīng)產(chǎn)品用氣相或者液相，優(yōu)選用液相輸出。在按照本發(fā)明的成套裝置中，可以在壓力范圍0. 2至40Mpa和溫度范圍從0至 350°C里進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)優(yōu)選地在一種成液相均勻地溶解的催化劑處進(jìn)行。在按照本發(fā)明的裝置中例如可以實施氧化，鏈烯烴的環(huán)氧化，加氫甲?；託浒?化，加氫氨甲基化，加氫氰基化，加氫酯基化，胺化，胺氧化，肟基化和氫化。在按照本發(fā)明的裝置中優(yōu)選實施這些反應(yīng)，在這些反應(yīng)中給催化器輸送液體裝入 料，并均勻地溶解在液體產(chǎn)品/離析相，例如像在有鈷-或銠-羰基化合物時，這化合物具 有或者沒有含磷配價，通過對具有鏈烯烴雙鍵的化合物的加氫甲?；瑏碇圃煲胰┖?或 乙醇那樣。
以下的實例說明了應(yīng)用按照本發(fā)明的成套設(shè)備的按照本發(fā)明的方法，但閥門并不 局限于此。實例1(比較例噴射環(huán)流反應(yīng)器H/D= 6)在一種按照圖如的噴射環(huán)流反應(yīng)器中，容積為10L，高度與直徑之比(細(xì)長比)H/ D = 6，而且噴嘴在上面，給2-(羥甲基)-丙烯酸甲基酯(THF)摻入有濃度為0. lmol/L，而 催化器前級Mi (COD)BF4，摩爾比基質(zhì)(S)與催化器(C)S/C = 250，和配價(-)-2,3- (2R，5R)-2，5加氫二甲基磷蘭-N-甲基馬來酰亞胺(1，5環(huán)辛二烯)四氟乙烯硼酸銠， C25H39BF4NO2P2Rh, ( CatASium -MN (S)，Evonik Degussag 股份公司)，并在 5Mpa 氫氣壓 力和等候時間為90分鐘，溫度為25°C時進(jìn)行反應(yīng)。在完全轉(zhuǎn)化時得到的產(chǎn)品(2-羥甲基丙 酸甲基酯)具有95%的對映結(jié)構(gòu)體剩余量。反應(yīng)表明了相比于氫氣分壓力是敏感的，其中 較低的壓力導(dǎo)致了加大副產(chǎn)品的生成，以基質(zhì)的低聚化和產(chǎn)品的去羥基化的形式。實例2 (按照本發(fā)明)在按照本發(fā)明的、按圖4b所示的、具有兩個平行布置的噴射環(huán)流反應(yīng)器的裝置 中，反應(yīng)器的長細(xì)比為10，反應(yīng)容積分別為5L，對應(yīng)于在實例1中所說明的反應(yīng)條件進(jìn)行反 應(yīng)。在按照本發(fā)明的裝置中在75分鐘之后就可以實現(xiàn)完全的轉(zhuǎn)化，其中得到對映結(jié)構(gòu)體剩 余量為95%。氫氣壓力可以被降到4Mpa，而并沒有觀察到明顯的副產(chǎn)品生成。實例表明，當(dāng)按照本發(fā)明在一個具有兩個并聯(lián)的、長細(xì)比為10的噴射環(huán)流反應(yīng)器 的裝置里實施反應(yīng)時，可以在相比于長細(xì)比為6的單一反應(yīng)器同時降低了氫氣分壓力時， 明顯提高反應(yīng)速度。標(biāo)號表
1噴射噴嘴
2導(dǎo)管
3擋板
4雙殼罩
8工作噴射介質(zhì)的液體分配器
9新鮮輸入氣體的氣體腔
10熱載體轉(zhuǎn)向用的殼罩腔
11工作噴射介質(zhì)的液體收集器
A工作噴射介質(zhì)的輸入
B工作噴射介質(zhì)的輸出
C熱載體的過程連接
D熱載體的過程連接
E新鮮氣體的輸入
權(quán)利要求
1.用于連續(xù)地轉(zhuǎn)化一種具有至少另一種流體的液體的裝置，其特征在于，該裝置具有 至少兩個相互平行連接的噴射環(huán)流反應(yīng)器和一個共同的外部液體回路。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該裝置具有一個或幾個噴射環(huán)流管束狀反 應(yīng)器。
3.按權(quán)利要求1或者2所述的裝置，其特征在于，該裝置具有至少一個噴射環(huán)流反應(yīng)器 和至少一個噴射環(huán)流管束狀反應(yīng)器。
4.按權(quán)利要求1至3中之一所述的裝置，其特征在于，在所有反應(yīng)器中噴嘴安裝在反應(yīng) 器上部。
5.按權(quán)利要求1至3中之一所述的裝置，其特征在于，在所有反應(yīng)器中噴嘴安裝在反應(yīng) 器下部。
6.按權(quán)利要求1至3中之一所述的裝置，其特征在于，在反應(yīng)器中至少有一個噴嘴裝在 反應(yīng)器下部，和至少一個噴嘴裝在反應(yīng)器的上部。
7.按權(quán)利要求1至6中之一所述的裝置，其特征在于，每個噴嘴配有一個液體的出口； 噴嘴和出口相對于液體內(nèi)回路來說布置在反應(yīng)器的直徑上；而且液體外回路將噴嘴與出口 連接。
8.按權(quán)利要求1至7中之一所述的裝置，其特征在于，在外部液體回路里正好布置一個泵。
9.按權(quán)利要求1至7中之一所述的裝置，其特征在于，不裝入內(nèi)部熱交換器的反應(yīng)器， 而在液體外回路里設(shè)有一個換熱器，用于在液體外回路里流動的液體和載熱體之間進(jìn)行熱 交換。
10.用于轉(zhuǎn)化一種具有至少第二種流體的液體的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)化在一種按照權(quán) 利要求1至8中之一所述的裝置中進(jìn)行。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在該裝置里進(jìn)行氧化，鏈烯烴的環(huán)氧化， 加氫甲?；?，加氫胺化，加氫氨甲基化，加氫氰基化，加氫酯基化，胺化，胺氧化，肟基化和氫 化。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過用合成氣體的加氫甲?；咕哂墟?烯烴雙鍵的化合物轉(zhuǎn)化成乙醛和/或乙醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及平行的噴射環(huán)流反應(yīng)器，尤其是一種用于連續(xù)地轉(zhuǎn)化一種液體和第二種流體的裝置和方法，其中該裝置具有至少兩個相互平行連接的噴射環(huán)流反應(yīng)器和一個共同的外部液體回路。
文檔編號B01J19/24GK102137715SQ200980134035
公開日2011年7月27日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者A·伯爾納, J·霍爾茨, M·貝克爾, R·弗蘭克, W·比施肯 申請人:贏創(chuàng)奧克森諾有限責(zé)任公司