JP3231870U - マイクロ界面強化水素化反応システム - Google Patents

マイクロ界面強化水素化反応システム Download PDF

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Abstract

【課題】反応強化システムの使用過程の反応相の相界接触面積を増大させるマイクロ界面強化水素化反応システムを提供する。【解決手段】水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられる反応器本体１と、反応過程中の水素と液体および／または固液混合材料間の相界物質移動面積を増大させ、反応相間の物質移動効率を高め、プリセットされた温度と圧力条件下で、水素化反応過程中の水素と液体および／または固液混合材料が反応器に入る前にマイクロ界面発生器にて水素および／または液相反応物を機械微細構造および／または乱流微細構造によってプリセットされた作用方式で直径がミクロンレベルのマイクロバブルおよび／またはマイクロ液滴に破砕するマイクロ界面発生器２とを備える。【選択図】図５

Description

本実用新案は、反応強化技術に関し、特にマイクロ界面強化水素化反応システムに関する。
エネルギー、石油化学、精製化学工業などの分野には、気液、気液固などの気液反応過程が広く存在している。例えば、酸化、水素化、塩素化などの気液多相反応、それらの反応のマクロ反応速度は一般的に物質移動過程に制御される。気液反応の体積物質移動係数は、主に物質移動係数および気液相界面積の共同影響を受ける。相界面積が体積物質移動係数に対する影響程度は比較的に大きく、且つ、制御しやすいことが知られている。従って、相界面積を増大させることは、気液マクロ反応速度を向上させる有効な方法と見なされている。
バブリング反応器と撹拌-バブリング反応器は、現在よく使われている気液反応器である。PX酸化製TAの塔式バブリング反応器のように、気泡の直径は通常に3mmより大きく、更にはcm級に達することもあるので、その物質移動界面面積は限りがある。マクロ反応速度を向上させるために、送風量を増加させることにより液体乱流を促進させ、気泡の破裂を悪化させて気泡の数量を増加させ、さらに界面面積を増大させる必要がある。しかしながら、これは必然的にガスの利用率を低下させ、圧縮機の電力と排気ガスの排出量も増大させ、エネルギー消費量過多と材料の損失および環境汚染を招く。撹拌-バブリング反応器内には、気泡のマイクロ運動に影響を与えるが気泡破砕への影響が小さい大渦を多く形成し、気泡を有効に破砕できないため、直径が大きくなり、物質移動面積が制限され、反応効率が低くなる。気液物質移動を強化するために、塔式バブリング反応器の塔内に塔板、静的混合器などの内装を増設して混合を強化するのが一般的であるが、撹拌釜式反応器は、異なる構造を有する撹拌パドルまたは内筒などの構造を取り付け、液層のガス含有量を増加させる必要がある。この2種類の反応器から得られた気泡の直径が通常に3-30mmであり、供給される相界面積と物質移動係数（液側、気側、固液）が制限されているため、反応性能への画期的な改善を得ることは困難となる。
そこで、本実用新案は、マイクロ界面強化水素化反応システムを提供することで既存の水素化反応強化システムが反応強化を行う過程で高温高圧により各反応相の相界面積を増大させることを解決するように意図されている。さらに、物質移動速度を高め、同時にエネルギー消費量と生産コストが高く、投資強度が強く、設備操作周期が短く、故障頻発、本質安定性が悪いなどによる工業化の大規模生産に挑戦をもたらすことを解決する。
本実用新案は、水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられる反応器本体と；
反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料間の相界物質移動面積を増大させ、反応相間の物質移動効率を高め、プリセットされた温度と圧力条件下で前記反応の水素化反応速度を強化するために、前記反応器本体に接続され、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器に入る前にマイクロ界面発生器にて前記水素および/または液相反応物を機械微細構造および/または乱流微細構造によってプリセットされた作用方式で直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕するマイクロ界面発生器（Micro Interfacial Generator、略称MIG）とを備えるマイクロ界面強化水素化反応システムを提供する。
更に、前記マイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、前記プリセットされた作用方式は、マイクロ流路作用方式、力の場作用方式および機械的エネルギー作用方式から選択され一種または複数種類のものである；ここで、
前記マイクロ流路作用方式は、流路の微細構造を構造することにより、マイクロ流路を通過する気相および/または液相をマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕され；
前記力の場作用方式は、外部力の場を用いて非接触の方式で流体にエネルギーを入力し、流体を前記マイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕され；
前記機械的エネルギー作用方式は、流体の機械的エネルギーを用いて、気泡または液滴の表面エネルギーに転換させ、気泡または液滴を前記マイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕される。
更に、前記マイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、前記マイクロ流路作用方式は、微孔通気法、マイクロナノ孔膜法、微流路法および微流路制御法から選択された一種または複数種類のものである。
更に、前記マイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、前記力の場作用方式は、圧力の場作用、超重力の場作用、超音波力の場作用または磁気力の場作用を含む。
更に、前記マイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、前記機械的エネルギー作用方式は、衝突流破砕法、旋回せん断破砕法、噴霧法または気-液混合流ポンプ法を含む。
更に、前記マイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、前記反応器本体は、釜式反応器、管式反応器、塔式反応器、固定層型反応器または流動層反応器を含む。
更に、前記マイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、前記マイクロ界面発生器は、少なくとも1組みの数量を有し、前記反応器本体の気相および/または液相入口端に接続される。
更に、前記マイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、前記プリセットされた圧力範囲は、既存の強化反応システムの反応に要する圧力の10%-80%である。
更に、前記マイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、前記ミクロンレベルの範囲は1μm以上1mm未満である。
更に、前記マイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、前記マイクロ界面強化水素化反応システムは、化学工業、冶金、生物工学、石油化学工業、医薬、環境管理、生化学発酵、製油、水産養殖、精密化学工業、生物発酵および鉱産物採掘分野の水素化反応に利用することができる。
本実用新案は現有技術と比べて、有益効果が下記のとおりである：本実用新案が提供するマイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、反応器本体にマイクロ界面発生器が設けられている。前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器本体に入る前にマイクロ界面発生器にて前記水素および/または液相反応物を機械微細構造および/または乱流微細構造によってプリセットされた作用方式で直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕することにより、反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料間の相界物質移動面積を有効的に増大させ、反応相間の物質移動効率を極めて高め、プリセットされた温度と圧力条件下で前記反応の水素化反応速度を強化する目的を達成することができ、同時にエネルギー消費量、生産コストおよび投資強度を大幅に減少することができ、設備操作周期を延長することができ、反応過程中の本質安定性を確保することができ、反応製品の工業化の大規模生産を有効的に保証することができる。
特に、本実用新案が提供するマイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、異なる反応相の自身特性やプロセスのニーズに応じて異なる破砕方式を選択することができる。例えば、マイクロ流路、力の場作用または機械的エネルギー作用によって反応媒体中のガスおよび/または液体を破砕することにより、水素化過程における反応媒体が反応器本体に入る前に、反応媒体中のガスおよび/または液体に対して破砕の有効度を有効的に確保し、同時に反応過程中の気相、液相および/または気相、液相および固相間の相界物質移動効率を保証し、更に反応効率を向上することができる。
本実用新案のその他の利益および利点は、添付の図面を参照して行われる、好ましい実施形態についての以下の説明を検討することで明らかになるであろう。添付の図面は、単に好ましい実施形態の例示を目的とし、本実用新案はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。図面全体にわたって同じ部品が同じ参照シンボルで示されている。
本実用新案の一実施形態の釜式マイクロ界面強化水素化反応システムの構造概略図である。 本実用新案の一実施形態の管式マイクロ界面強化水素化反応システムの構造概略図である。 本実用新案の一実施形態の塔式マイクロ界面強化水素化反応システムの構造概略図である。 本実用新案の一実施形態の固定層マイクロ界面強化水素化反応システムの構造概略図である。 本実用新案の一実施形態の乳化層マイクロ界面強化水素化反応システムの構造概略図である。 本実用新案の一実施形態の浮遊層マイクロ界面強化水素化反応システムの構造概略図である。 本実用新案の一実施形態の沸騰層マイクロ界面強化水素化反応システムの構造概略図である。
以下、添付図面を参照しながら本実用新案の実施形態を詳しく説明する。以下説明される実施形態は、例示的なものであり、本実用新案を限定するものではないことを理解されたい。当業者は、創造的活動をしない上で、これらの実施形態により得た他の実施形態など、いずれも本実用新案の保護範囲内に含まれる。
図1〜7に示すように、本実用新案の実施形態のマイクロ界面強化水素化反応システムは、反応器本体1とマイクロ界面発生器2を含む。
ここで、反応器本体1は、水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられるものである；マイクロ界面発生器2は、前記反応器本体1に接続され、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器に入る前にマイクロ界面発生器にて前記水素および/または液相反応物を機械微細構造および/または乱流微細構造によってプリセットされた作用方式で直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕し、かつ、その反応相中にマイクロ界面、マイクロナノ界面、超微界面などを形成するためのものである。
また、他の反応相と一緒に、多相微混流、多相マイクロナノ流、多相乳化流、多相微構造流、気液固微混合流、気液固マイクロナノ流、気液固乳化流、気液固微構造流、マイクロバブル、マイクロ気泡流、マイクロ泡沫、マイクロ泡沫流、マイクロ気液流、マイクロ気液ナノ乳化流、超微流、微分散流、両相微混流、微乱流、マイクロバブル流、微気泡、微気泡流、マイクロナノ気泡およびマイクロナノ気泡流などのマイクロサイズの粒子からなった多相流体、またはマイクロサイズの粒子からなった多相流体（マイクロ界面流体と略称する）を形成することができる。
さらに、水素化反応過程中の前記気相およびまたは液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を有効的に増大させ、水素ガスと各反応相間の物質移動効率を大幅に向上させ、比較的に低いプリセットされた温度と圧力条件で前記水素化反応を強化する目的を最終に実現し、同時に従来の水素化反応過程中の高温、高圧、高消耗、高投資、高安定リスクなどの問題を有効的に解決することができる。これにより、設備の投資コストおよび運営費用を著しく低減することができる。
本実施形態では、反応原材料として水素ガスと他の各相媒質が前記反応器本体1に入る前に、先に前記マイクロ界面発生器2に入り、前記水素化反応過程中の液体および/または水素ガスを内部の機械微細構造および/または乱流微細構造を介してマイクロ流路作用、力の場作用または機械的エネルギー作用方式によって直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕し、かつ、マイクロ界面、マイクロナノ界面、超微界面などを形成することができる。
また、他の反応相と十分に混合すると、多相微混流、多相マイクロナノ流、多相乳化流、多相微構造流、気液固微混合流、気液固マイクロナノ流、気液固乳化流、気液固微構造流、マイクロバブル、マイクロ気泡流、マイクロ泡沫、マイクロ泡沫流、マイクロ気液流、マイクロ気液ナノ乳化流、超微流、微分散流、両相微混流、微乱流、マイクロバブル流、微気泡、微気泡流、マイクロナノ気泡およびマイクロナノ気泡流などの界面流体反応体系を形成することができる；
最後に、前記反応器本体1の供給口を介して前記反応器本体1の内部に入って触媒により十分に反応させ、後続処理を経て異なる反応生成物を生成することができる。さらに、水素化反応過程中の気相およびまたは液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を有効的に増大させ、水素ガスと各反応相間の物質移動効率を大幅に向上させ、既存の強化反応システムの反応に要する圧力の10〜80％圧力範囲内で水素化反応を強化する目的を最終に実現した。同時に従来の水素化反応過程中の高温、高圧、高消耗、高投資、高安定リスクなどの問題を有効的に解決することができる。これにより、設備の投資コストおよび運営費用を著しく低減することができる。
具体的には、前記反応器本体1は水素化反応過程における各反応原料の反応を行う主要場所として、ハウジング構造を有するものである。具体的に釜式反応器、管式反応器、塔式反応器、固定層型反応器および流動層反応器類設備を装着することにより、水素化反応用反応室として前記水素化反応が十分に反応できるようにすればよい。ここで、流動層反応器は反応原材料中の反応相に応じて、乳化層反応器、浮遊層反応器および沸騰層反応器などの任意形式の反応器を選択することができる。
本実施形態では、前記反応器本体1の具体的なタイプと構造は、化学工業、冶金、生物工学、石油化学、医薬、環境および生物化学などの異なる利用分野、反応温度と反応圧力などのプロセスパラメーターおよび反応生成品の品質要求などのパラメーターに基づいて選択または設計することができる。反応過程における使用需要を最大限に満足することができることが確保できれば、すなわち、反応速度、完成品の品質を最大限に向上させ、コストの投入を低減し、操作の安定性を保証すればよい。異なる分野または異なる反応プロセスにおいて、反応器本体1の具体的な構造は、供給口の設置位置または数量などが異なるようなある程度の差別が必然的に存在することを理解されたい。
具体的には、前記マイクロ界面発生器2は水素化反応過程におけるガスおよび/または液体を破砕するコア設備として、前記反応器本体1上の気相および/または液体入口に設けられ、前記水素化反応過程中の気相および/または液相を内部の機械微細構造および/または乱流微細構造を介してマイクロ流路作用、力の場作用または機械的エネルギー作用などの方式によって水素化反応過程中の気相および/または液相の機械的エネルギーを気相および/または液相の表面エネルギーに転換させ、さらに気相および/または液相を直径1〜1000μm間のミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕し、かつ、他の反応相とをマイクロ流界面体系を形成することができる。これにより、水素化反応過程中の前記気相およびまたは液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を有効的に増大させ、各反応相間の物質移動効率を大幅に向上させ、比較的に低い温度と圧力条件で前記水素化反応を強化する目的を最終に実現した。同時に従来の水素化反応過程中の高温、高圧、高消耗、高投資、高安定リスクなどの問題を有効的に解決することができる。更に、設備の投資コストおよび運営費用を著しく低減することができる
本実施形態では、前記マイクロ界面発生器2は前記反応器本体1の供給口の前に接続され、その具体的な位置および数量は反応器本体1の気相および/または液相供給口の具体的な位置および数量によって決定することができる。例えば、反応器の上部、底部または側部に単独に設置されることにより対応する上置式、下置式または側置式のマイクロ界面強化水素化反応システムを形成することができ、また、反応器の頂部、底部および側部に同時に設置されることにより何種類の水平対向式マイクロ界面強化水素化反応システムを形成することができる。同時に、マイクロ界面発生器2は反応器本体1の内部および/または外部に設けられている。特に、前記マイクロ界面発生器が前記水素化反応中の気相および/または液相を破砕する具体的な方式は、具体的なプロセス需要に応じて、マイクロ流路作用方式、力の場作用方式および機械的エネルギー作用方式から一種または複数種類組み合わせを選択することができる。
ここで、前記マイクロ流路作用方式は流路の微細構造を構造することにより、マイクロ流路を通過する気相および/または液相をマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させる。例えば、微孔通気法、マイクロナノ孔膜法（金属膜、無機膜または有機膜など）、マイクロ流路法またはマイクロ流路制御法など；前記力の場作用方式は、圧力の場、超重力の場、超音波力の場または磁気力の場などの外場力を用いて非接触の方式によって流体にエネルギーを入力し、前記マイクロバブルまたはマイクロ液滴に破砕される；前記機械的エネルギー作用方式は、流体の機械的エネルギーを用いて気泡または液滴の表面エネルギーに転換させ、気泡または液滴を前記マイクロバブルまたはマイクロ液滴に破砕させる。ここで、衝突流破砕法、旋回せん断破砕法、噴霧法または気-液混合流ポンプ法などを含む。使用過程における反応に要する水素ガスと他の反応媒質が前記反応器本体1に入る前に、先に、前記水素化反応過程中のガスおよび/または液体をその内部マイクロ流路、場力作用または機械的エネルギー作用などの方式によって直径1μm≦de <1mmミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕し、かつ、マイクロ界面、マイクロナノ界面、超微界面などを形成することができる。
これにより、水素化反応過程中の気相およびまたは液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を有効的に増大させ、更に反応過程における各反応相間の物質移動効率を大幅に向上させ、既存の強化反応システムの反応に要する圧力の10〜80％圧力範囲内で水素化反応を強化する目的を最終に実現した；同時に、従来の水素化反応過程中の高温、高圧、高消耗、高投資、高安定リスクなどの問題を有効的に解決することができ、更に、設備の投資コストおよび運営費用を著しく低減することができる。
図1の参照を続ければ、本実用新案の実施形態のマイクロ界面強化水素化反応システムは、反応器本体1とマイクロ界面発生器2を含む；ここで、反応器本体1は、水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられる釜式反応器である；マイクロ界面発生器2は、前記釜式反応器外側部の気相入口および/または液相入口に設けられ、その設置数量は1個であり、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器に入る前にマイクロ界面発生器にて前記水素および/または液相反応物をプリセットされた方法で直径1μm≦de <1mmのミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成することにより、水素化反応過程における前記気相および/または液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を向上させ、各反応相間の物質移動効率を高させるためのものである。さらに、プリセットされた温度と圧力条件で前記水素化反応を強化する目的を実現する。
本実施形態では、反応原材料として水素ガスと液体および/または固液混合材料は前記釜式反応器に入る前に、先に前記マイクロ界面発生器2に入り、マイクロ流路法および衝突流破砕法によって直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成し、最後に、前記釜式反応器の内部に入って触媒により十分に反応させて、後続処理を経て異なる反応生成物を生成することができる。本システムの使用過程では、釜式反応器内の反応圧力は既存の釜式反応器内部圧力の20%-50%であり、反応温度は既存の反応温度の87%-90%であるので、更に反応過程におけるエネルギー消費量、生産コストおよび投資強度を大幅に減少することができ、設備操作周期を延長することができ、反応過程中の本質安定性を確保することができ、反応製品の工業化の大規模生産を有効的に保証することができる。本実施形態におけるこの反応は、釜式反応器で反応強化を行う一種類の反応であるため、触媒の種類について特に限定されるものではなく、鉄系触媒、モリブデン系触媒、ニッケル系触媒、コバルト系触媒およびタングステン系触媒の一種または複数種の組み合わせであってもよく、強化反応を円滑に進行することができればよいことを理解されたい。
図2の参照を続ければ、本実用新案の実施形態の管式マイクロ界面強化水素化反応システムは、反応器本体1とマイクロ界面発生器2を含む；ここで、反応器本体1は、水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられる管式反応器である；マイクロ界面発生器2は、前記管式反応器外側頂部の気相入口および/または液相入口の前および管式反応器の内部の両方に設けられ、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器に入る前にマイクロ界面発生器2にて前記水素および/または液相反応物をプリセットされた方法で直径1μm≦de <1mmのミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成することにより、水素化反応過程における前記気相および/または液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を向上させ、各反応相間の物質移動効率を高させるためのものである。さらに、プリセットされた温度と圧力条件で前記水素化反応を強化する目的を実現する。
具体的には、本実施形態では、反応原材料として水素ガスと液体および/または固液混合材料は前記管式反応器に入る前に、先に前記マイクロ界面発生器2に入り、マイクロ流路法および衝突流破砕法によって直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成し、最後に、前記管式反応器の内部に入って触媒により十分に反応し、後続処理を経て異なる反応生成物を生成することができる。本システムの使用過程では、管式反応器内の反応圧力は既存の管式反応器内部圧力の30%-70%であり、反応温度は既存の反応温度の91%-94%であるので、更に反応過程におけるエネルギー消費量、生産コストおよび投資強度を大幅に減少することができ、設備操作周期を延長することができ、反応過程中の本質安定性を確保することができ、反応製品の工業化の大規模生産を有効的に保証することができる。本実施形態におけるこの反応は、管式反応器で反応強化を行う一種類の反応であるため、触媒の種類について特に限定されるものではなく、鉄系触媒、モリブデン系触媒、ニッケル系触媒、コバルト系触媒およびタングステン系触媒の一種または複数種の組み合わせであってもよく、強化反応を円滑に進行することができればよいことを理解されたい。
図3の参照を続ければ、本実用新案の実施形態の塔式マイクロ界面強化水素化反応システムは、反応器本体1とマイクロ界面発生器2を含む；ここで、反応器本体1は、水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられる塔式反応器である；マイクロ界面発生器2は、前記塔式反応器下部外側の気相入口および/または液相入口の前に設けられ、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器に入る前にマイクロ界面発生器2にて前記水素および/または液相反応物をプリセットされた方法で直径1μm≦de <1mmのミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成することにより、水素化反応過程における前記気相および/または液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を向上させ、各反応相間の物質移動効率を高させるためのものである。
さらに、プリセットされた温度と圧力条件で前記水素化反応を強化する目的を実現する。具体的には、本実施形態では、反応原材料として水素ガスと液体および/または固液混合材料は前記塔式反応器に入る前に、先に前記マイクロ界面発生器2に入り、微孔通気法、マイクロ流路法、マイクロ流路制御法、圧力の場、超重力の場、超音波力の場、磁気力の場、衝突流破砕法、旋回せん断破砕法、噴霧法または気-液混合流ポンプ法の一種または複数種類の方法によって直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成し、最後に、前記塔式反応器の内部に入って触媒により十分に反応し、後続処理を経て異なる反応生成物を生成することができる。
本システムの使用過程では、塔式反応器内の反応圧力は既存の塔式反応器内部圧力の10%-55%であり、反応温度は既存の反応温度の87%-91%であるので、更に反応過程におけるエネルギー消費量、生産コストおよび投資強度を大幅に減少することができ、設備操作周期を延長することができ、反応過程中の本質安定性を確保することができ、反応製品の工業化の大規模生産を有効的に保証することができる。本実施形態におけるこの反応は、塔式反応器で反応強化を行う一種類の反応であるため、触媒の種類について特に限定されるものではなく、鉄系触媒、モリブデン系触媒、ニッケル系触媒、コバルト系触媒およびタングステン系触媒の一種または複数種の組み合わせであってもよく、強化反応を円滑に進行することができればよいことを理解されたい。
図4の参照を続ければ、本実用新案の実施形態の固定層マイクロ界面強化水素化反応システムは、反応器本体1とマイクロ界面発生器2を含む；ここで、反応器本体1は、水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられる固定層型反応器である；マイクロ界面発生器2は、前記固定層型反応器外部頂部の気相入口および/または液相入口の前および前記固定層型反応器の内部に設けられ、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器に入る前にマイクロ界面発生器にて前記水素および/または液相反応物をプリセットされた方法でミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成することにより、水素化反応過程における前記気相および/または液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を向上させ、各反応相間の物質移動効率を高させるためのものである。
さらに、プリセットされた温度と圧力条件で前記水素化反応を強化する目的を実現する。具体的には、本実施形態では、反応原材料として水素ガスと液体および/または固液混合材料は前記固定層型反応器に入る前に、先に前記マイクロ界面発生器2に入り、マイクロ流路作用または機械作用によって直径1μm≦de <1mmのミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成し、最後に、前記固定層型反応器の内部に入って触媒により十分に反応し、後続処理を経て異なる反応生成物を生成することができる。本システムの使用過程では、固定層型反応器内の反応圧力は既存の固定層型反応器内部圧力の65%-80%であり、反応温度は既存の反応温度の90%-94%であるので、更に反応過程におけるエネルギー消費量、生産コストおよび投資強度を大幅に減少することができ、設備操作周期を延長することができ、反応過程中の本質安定性を確保することができ、反応製品の工業化の大規模生産を有効的に保証することができる。
本実施形態におけるこの反応は、固定層型反応器で反応強化を行う一種類の反応であるため、触媒の種類について特に限定されるものではなく、鉄系触媒、モリブデン系触媒、ニッケル系触媒、コバルト系触媒およびタングステン系触媒の一種または複数種の組み合わせであってもよく、強化反応を円滑に進行することができればよいことを理解されたい。
図5の参照を続ければ、本実用新案の実施形態の乳化層マイクロ界面強化水素化反応システムは、反応器本体1とマイクロ界面発生器2を含む；ここで、反応器本体1は、水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられる乳化層反応器である；マイクロ界面発生器2は、前記乳化層反応器側部の気相入口および/または液相入口の前に設けられ、かつ、設置数量は2個である。
一つは前記乳化層反応器の外部に設けられ、他のは前記乳化層反応器の内部に設けられ、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器に入る前にマイクロ界面発生器2にて前記水素および/または液相反応物をプリセットされた方法で直径1μm≦de <1mmのミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成することにより、水素化反応過程における前記気相および/または液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を向上させ、各反応相間の物質移動効率を高させるためのものである。さらに、プリセットされた温度と圧力条件で前記水素化反応を強化する目的を実現する。
具体的には、本実施形態では、反応原材料として水素ガスと液体および/または固液混合材料は前記乳化層反応器に入る前に、先に前記マイクロ界面発生器2に入り、機械作用および場力作用によって直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成し、最後に、前記乳化層反応器の内部に入って触媒により十分に反応し、後続処理を経て異なる反応生成物を生成することができる。本システムの使用過程では、乳化層反応器内の反応圧力は既存の乳化層反応器内部圧力の53%-76%であり、反応温度は既存の反応温度の84%-89%であるので、更に反応過程におけるエネルギー消費量、生産コストおよび投資強度を大幅に減少することができ、設備操作周期を延長することができ、反応過程中の本質安定性を確保することができ、反応製品の工業化の大規模生産を有効的に保証することができる。
本実施形態におけるこの反応は、乳化層反応器で反応強化を行う一種類の反応であるため、触媒の種類について特に限定されるものではなく、鉄系触媒、モリブデン系触媒、ニッケル系触媒、コバルト系触媒およびタングステン系触媒の一種または複数種の組み合わせであってもよく、強化反応を円滑に進行することができればよいことを理解されたい。
図6の参照を続ければ、本実用新案の実施形態の浮遊層マイクロ界面強化水素化反応システムは、反応器本体1とマイクロ界面発生器2を含む；ここで、反応器本体1は、水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられる浮遊層反応器である；マイクロ界面発生器2は、前記浮遊層反応器の底部および側部の気相入口および/または液相入口に接続され、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器に入る前にマイクロ界面発生器にて前記水素および/または液相反応物をプリセットされた方法で直径1μm≦de <1mmのミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成することにより、水素化反応過程における前記気相および/または液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を向上させ、各反応相間の物質移動効率を高させるためのものである。
さらに、プリセットされた温度と圧力条件で前記水素化反応を強化する目的を実現する。具体的には、本実施形態では、反応原材料として水素ガスと液体および/または固液混合材料は前記浮遊層反応器に入る前に、先に前記マイクロ界面発生器2に入り、マイクロ流路作用および場力作用によって直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成し、最後に、前記浮遊層反応器の内部に入って触媒により十分に反応し、後続処理を経て異なる反応生成物を生成することができる。本システムの使用過程では、浮遊層反応器内の反応圧力は既存の浮遊層反応器（糊状層）内部圧力の30%-48%であり、反応温度は既存の反応温度の78%-84%であるので、更に反応過程におけるエネルギー消費量、生産コストおよび投資強度を大幅に減少することができ、設備操作周期を延長することができ、反応過程中の本質安定性を確保することができ、反応製品の工業化の大規模生産を有効的に保証することができる。
本実施形態におけるこの反応は、浮遊層反応器で反応強化を行う一種類の反応であるため、触媒の種類について特に限定されるものではなく、鉄系触媒、モリブデン系触媒、ニッケル系触媒、コバルト系触媒およびタングステン系触媒の一種または複数種の組み合わせであってもよく、強化反応を円滑に進行することができればよいことを理解されたい。
図7の参照を続ければ、本実用新案の実施形態の沸騰層マイクロ界面強化水素化反応システムは、反応器本体1とマイクロ界面発生器2を含む；ここで、反応器本体1は、水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられる沸騰層反応器である；マイクロ界面発生器2は、前記沸騰層反応器の底部および側部の気相入口および/または液相入口に接続され、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器に入る前にマイクロ界面発生器2にて前記水素および/または液相反応物をプリセットされた方法で直径1μm≦de <1mmのミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成することにより、水素化反応過程における前記気相および/または液相と液相および/または固相間の相界物質移動面積を向上させ、各反応相間の物質移動効率を高させるためのものである。さらに、プリセットされた温度と圧力条件で前記水素化反応を強化する目的を実現する。
具体的には、本実施形態では、反応原材料として水素ガスと液体および/または固液混合材料は前記沸騰層反応器に入る前に、先に前記マイクロ界面発生器2に入り、マイクロ流路作用、場力作用または機械作用によって直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕させ、かつ、他の反応相とマイクロ流界面体系を形成し、最後に、前記浮遊層反応器の内部に入って触媒により十分に反応し、後続処理を経て異なる反応生成物を生成することができる。本システムの使用過程では、沸騰層反応器内の反応圧力は既存の沸騰層反応器内部圧力の45%-78%であり、反応温度は既存の反応温度の87%-93%であるので、更に反応過程におけるエネルギー消費量、生産コストおよび投資強度を大幅に減少することができ、設備操作周期を延長することができ、反応過程中の本質安定性を確保することができ、反応製品の工業化の大規模生産を有効的に保証することができる。
本実施形態におけるこの反応は、沸騰層反応器で反応強化を行う一種類の反応であるため、触媒の種類について特に限定されるものではなく、鉄系触媒、モリブデン系触媒、ニッケル系触媒、コバルト系触媒およびタングステン系触媒の一種または複数種の組み合わせであってもよく、強化反応を円滑に進行することができればよいことを理解されたい。
さらに、本実用新案の前記システムは、各種類の酸化反応、塩素化反応、カルボニル化反応および可燃性氷採掘などの反応過程に利用することもでき、更にマイクロ界面、マイクロナノ界面、超微界面、マイクロバブル生化反応器またはマイクロバブル生物反応器などの設備を形成することができる。マイクロ混合、マイクロ流化、超微流化、マイクロバブル発酵、マイクロバブル気泡、マイクロバブル物質移動、マイクロバブル伝送、マイクロバブル反応、マイクロバブル吸収、マイクロバブル酸素増加、マイクロバブル接触などのプロセスまたは方法によって材料のに多相微混流、多相マイクロナノ流、多相乳化流、多相微構造流、気液固微混合流、気液固マイクロナノ流、気液固乳化流、気液固微構造流、マイクロバブル、マイクロバブル流、マイクロ気泡、マイクロ気泡流、マイクロ気液流、気液マイクロナノ乳化流、超微流、微分散流、両項微混流、微乱流、マイクロバブル流、マイクロ気泡、マイクロ気泡流、マイクロナノ気泡、マイクロナノ気泡流などのマイクロ流体を形成することができる。従って、相間の物質移動面積を高めて、相間の反応効率を向上させる。
以上の説明から明らかなように、本実用新案が提供するマイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、反応器本体にマイクロ界面発生器が設けられ、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器本体に入る前にマイクロ界面発生器にて前記水素および/または液相反応物を機械微細構造および/または乱流微細構造によってプリセットされた作用方式で直径ミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕することにより、反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料間の相界物質移動面積を有効的に増大させ、反応相間の物質移動効率を極めて高め、プリセットされた温度と圧力条件下で前記反応の水素化反応速度を強化する目的を達成し、同時にエネルギー消費量、生産コストおよび投資強度を大幅に減少することができ、設備操作周期を延長することができ、反応過程中の本質安定性を確保することができ、反応製品の工業化の大規模生産を有効的に保証することができる。
特に、本実用新案が提供するマイクロ界面強化水素化反応システムにおいて、異なる反応相の自身特性やプロセスのニーズに応じて異なる破砕方式を選択することができる。例えば、マイクロ流路、力の場作用または機械的エネルギー作用によって反応媒体中のガスおよび/または液体を破砕することにより、水素化過程における反応媒体が反応器本体に入る前に、反応媒体中のガスおよび/または液体に対して破砕の有効度を有効的に確保し、同時に反応過程中の気相、液相および/または気相、液相および固相間の相界物質移動効率を保証し、更に反応効率を向上することができる。
当業者は、本実用新案の精神及び趣旨を逸脱しない様々な変更および変形などを行うことができることは明らかである。このように、記載された実施形態は、実用新案登録請求の範囲の精神および実用新案登録請求の範囲内にあるそのようなすべての変更および変形を含むことが意図される。

Claims (10)

  1. 水素化反応が十分に行われることを保証するために、水素化反応の過程における反応室として用いられる反応器本体と、反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料間の相界物質移動面積を増大させ、反応相間の物質移動効率を高め、プリセットされた温度と圧力条件下で前記水素化反応の水素化反応速度を強化するために、前記反応器本体に接続され、前記水素化反応過程中の水素と液体および/または固液混合材料が前記反応器に入る前にマイクロ界面発生器にて前記水素および/または液相反応物を機械微細構造および/または乱流微細構造によってプリセットされた作用方式で直径がミクロンレベルのマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕するマイクロ界面発生器と、を備えることを特徴とするマイクロ界面強化水素化反応システム。
  2. 前記プリセットされた作用方式は、マイクロ流路作用方式、力の場作用方式および機械的エネルギー作用方式から選択され一種または複数種類のものであり、
    前記マイクロ流路作用方式は、流路の微細構造を構造することにより、マイクロ流路を通過する気相および/または液相をマイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕され、
    前記力の場作用方式は、外部力の場を用いて非接触の方式で流体にエネルギーを入力し、流体を前記マイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕され、
    前記機械的エネルギー作用方式は、流体の機械的エネルギーを用いて、気泡または液滴の表面エネルギーに転換させ、気泡または液滴を前記マイクロバブルおよび/またはマイクロ液滴に破砕されることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ界面強化水素化反応システム。
  3. 前記マイクロ流路作用方式は、微孔通気法、マイクロナノ孔膜法、微流路法および微流路制御法から選択された一種または複数種類のものであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ界面強化水素化反応システム。
  4. 前記力の場作用方式は、圧力の場作用、超重力の場作用、超音波力の場作用または磁気力の場作用を含むことを特徴とする請求項2に記載のマイクロ界面強化水素化反応システム。
  5. 前記機械的エネルギー作用方式は、衝突流破砕法、旋回せん断破砕法、噴霧法または気-液混合流ポンプ法を含むことを特徴とする請求項2に記載のマイクロ界面強化水素化反応システム。
  6. 前記反応器本体は、釜式反応器、管式反応器、塔式反応器、固定層型反応器または流動層反応器を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のマイクロ界面強化水素化反応システム。
  7. 前記マイクロ界面発生器は、少なくとも1組の数量を有し、前記反応器本体の気相および/または液相入口端に接続されることを特徴とする請求項6に記載のマイクロ界面強化水素化反応システム。
  8. 前記プリセットされた圧力範囲は、既存の強化反応システムの反応に要する圧力の10%〜80%であることを特徴とする請求項2に記載のマイクロ界面強化水素化反応システム。
  9. 前記ミクロンレベルの範囲は1μm以上1mm未満であることを特徴とする請求項8に記載のマイクロ界面強化水素化反応システム。
  10. 前記マイクロ界面強化水素化反応システムは、化学工業、冶金、生物工学、石油化学工業、医薬、環境管理、生化学発酵、製油、水産養殖、精密化学工業、生物発酵および鉱産物採掘分野の水素化反応に利用することができることを特徴とする請求項1〜5または7〜9のいずれか1項に記載のマイクロ界面強化水素化反応システム。
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