NL1022756C2 - Microreactor for rapid parallel testing of catalysts. - Google Patents
Microreactor for rapid parallel testing of catalysts. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1022756C2 NL1022756C2 NL1022756A NL1022756A NL1022756C2 NL 1022756 C2 NL1022756 C2 NL 1022756C2 NL 1022756 A NL1022756 A NL 1022756A NL 1022756 A NL1022756 A NL 1022756A NL 1022756 C2 NL1022756 C2 NL 1022756C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- reaction
- microreactor
- section
- inlet section
- molybdenum
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
- B01J12/007—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/02—Apparatus characterised by being constructed of material selected for its chemically-resistant properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
- B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
- B01J4/008—Feed or outlet control devices
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
- C07C45/27—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation
- C07C45/32—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen
- C07C45/33—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties
- C07C45/34—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties in unsaturated compounds
- C07C45/35—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties in unsaturated compounds in propene or isobutene
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00002—Chemical plants
- B01J2219/00004—Scale aspects
- B01J2219/00011—Laboratory-scale plants
- B01J2219/00013—Miniplants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
- B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
- B01J2219/00058—Temperature measurement
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
- B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
- B01J2219/00094—Jackets
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
- B01J2219/00788—Three-dimensional assemblies, i.e. the reactor comprising a form other than a stack of plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
- B01J2219/0236—Metal based
- B01J2219/024—Metal oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/025—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties characterised by the construction materials of the reactor vessel proper
- B01J2219/0277—Metal based
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
Microreactor voor snel parallel testen van katalysatoren Gebied van de uitvindingMicroreactor for rapid parallel testing of catalysts. Field of the invention
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een microreactor, in het bijzonder 5 een testreactor voor het snel parallel testen (screenen) van katalysatoren, omvattende een reactiegedeelte waarin reacties kunnen plaatsvinden, een met het reactiegedeelte verbonden inlaatgedeelte voor het toevoeren van reactiecomponenten aan het reactiegedeelte en een met het reactiegedeelte verbonden uitlaatgedeelte voor het afvoeren van reactieproducten, waarbij het reactiegedeelte ten minste twee 10 reactiecompartimenten omvat waarin te testen katalysatormateriaal geplaatst kan worden.The present invention relates to a microreactor, in particular a test reactor for rapid parallel testing (screening) of catalysts, comprising a reaction section in which reactions can take place, an inlet section connected to the reaction section for supplying reaction components to the reaction section and a outlet section for discharging reaction products connected to the reaction section, wherein the reaction section comprises at least two reaction compartments into which catalyst material to be tested can be placed.
In een verder aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een inlaatgedeelte voor het toevoeren van reactiecomponenten aan een reactor, zoals een microreactor volgens de onderhavige uitvinding.In a further aspect, the present invention relates to an inlet portion for supplying reaction components to a reactor, such as a microreactor according to the present invention.
1515
Stand van de techniekState of the art
Een dergelijke microreactor is bijvoorbeeld bekend uit het artikel ‘A novel catalyst testing microreactor for heterogeneous gas phase reactions’ van G. Kolb e.a., IMRET VI, 2002, New Orleans, p. 61-69. Dit artikel beschrijft een testreactor voor het 20 testen van meerdere met een katalysator beklede platen in parallel of in serie. Het ontwerp is modulair en omvat een titanium reactorkern voorzien van lades waarmee de platen in de reactorkern geschoven kunnen worden. De afzonderlijke platen worden van elkaar gescheiden door afdichtingen van grafiet, en het geheel wordt bij elkaar gehouden door een stalen mantel. De reactor is geschikt voor temperaturen tot 500 'C. 25 Een verdere microreactor is bekend uit het artikel ‘ A multiple microreactor system for parallel catalyst preparation and testing’, van P. Panto en G.R. Gavalas, AIChE Journal 48[4], p. 815-819,2002. Deze reactor bestaat uit dunne kwartsstaven die aan hun oppervlak zijn voorzien van een te testen katalysatorcompositie. De kwartsstaven zijn geplaatst in een kwartsbuis en worden op hun plaats gehouden door 30 een Teflon afdichtring. Meerdere kwartsbuizen vormen de reactor. Door het gebruik van kwarts zijn reacties met hoge temperatuur mogelijk (700 °C). Deze reactor heeft als nadeel dat het een dure en breekbare constructie is, dat de teststaven moeilijk te vervaardigen zijn, waardoor de voorbereiding voor een serie testen complex is. Het is A n O O "7 c /> Η dus niet mogelijk een grote hoeveelheid verschillende katalysatorsamenstellingen te testen. Verder zijn er geen uniforme reactiecondities in elke kwartsbuis (temperatuur en H stroomsnelheid). Verder is door het gebruik van kwarts geen goede warmteafvoer, waardoor geen sterke exotherme reacties mogelijk zijn in deze reactor.Such a microreactor is for example known from the article "A novel catalyst testing microreactor for heterogeneous gas phase reactions" of G. Kolb et al., IMRET VI, 2002, New Orleans, p. 61-69. This article describes a test reactor for testing a plurality of catalyst coated plates in parallel or in series. The design is modular and includes a titanium reactor core provided with drawers with which the plates can be pushed into the reactor core. The individual plates are separated from each other by graphite seals, and the whole is held together by a steel jacket. The reactor is suitable for temperatures up to 500 ° C. A further microreactor is known from the article "A multiple microreactor system for parallel catalyst preparation and testing" by P. Panto and G.R. Gavalas, AIChE Journal 48 [4], p. 815-819,2002. This reactor consists of thin quartz bars which are provided with a catalyst composition to be tested on their surface. The quartz bars are placed in a quartz tube and are held in place by a Teflon sealing ring. Multiple quartz tubes form the reactor. High temperature reactions (700 ° C) are possible through the use of quartz. This reactor has the disadvantage that it is an expensive and fragile construction, that the test rods are difficult to manufacture, so that preparation for a series of tests is complex. Thus, it is not possible to test a large amount of different catalyst compositions in A n OO "7 c />.. Furthermore, there are no uniform reaction conditions in each quartz tube (temperature and H flow rate). Furthermore, the use of quartz does not allow good heat dissipation, so no strong exothermic reactions are possible in this reactor.
Samenvatting van de uitvindingSummary of the invention
De onderhavige uitvinding tracht een microreactor te verschaffen die de hierboven beschreven nadelen niet vertoond, en met name geschikt is voor het testen van katalysatorsamenstellingen (zoals zeolieten) die gebruikt worden in sterk 10 exotherme reacties die plaatsvinden bij een hoge temperatuur (boven 400 °C).The present invention seeks to provide a microreactor that does not exhibit the disadvantages described above, and is particularly suitable for testing catalyst compositions (such as zeolites) that are used in highly exothermic reactions that take place at a high temperature (above 400 ° C.) .
Volgens de onderhavige uitvinding wordt een microreactor volgens de in de aanhef gedefinieerde soort verschaft, waarbij ten minste het reactiegedeelte van de microreactor in hoofdzaak is uitgevoerd in een materiaal dat bestand is tegen temperaturen boven 500 °C, bijvoorbeeld boven 700 °C en dat een goede 15 warmtegeleiding heeft van meer dan 50 W/mK, bijvoorbeeld meer dan 100 W/mK. Een voorbeeld van een dergelijk materiaal is molybdeen. Doordat het materiaal bestand is tegen hoge temperaturen, kunnen sterk exotherme reacties plaatsvinden in het reactiegedeelte. Door de goede warmtegeleiding wordt voorkomen dat plaatselijke warmteophoping (‘hot spots’) optreden, en worden in het reactiegedeelte in hoofdzaak 20 isotherme condities gewaarborgd. Molybdeen heeft verdere gunstige eigenschappen I (elasticiteitsmodulus van 330· 109 Pa en een lage lineaire extensiecoëfficiënt van 5*1 jO"6 K"1) die tevens een goede mechanische stabiliteit van de microreactor verschaffen.According to the present invention, a microreactor of the type defined in the preamble is provided, wherein at least the reaction portion of the microreactor is essentially made of a material that is resistant to temperatures above 500 ° C, for example above 700 ° C, and that has a good 15 has heat conductivity of more than 50 W / mK, for example more than 100 W / mK. An example of such a material is molybdenum. Because the material is resistant to high temperatures, highly exothermic reactions can take place in the reaction section. Due to the good heat conduction, local heat accumulation ("hot spots") is prevented and substantially isothermic conditions are guaranteed in the reaction section. Molybdenum has further favorable properties I (modulus of elasticity of 330 · 109 Pa and a low linear extension coefficient of 5 * 1 10 "6 K" 1) which also provide good mechanical stability of the microreactor.
I In een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige microreactor omvat het materiaal ten minste op oppervlakten die in aanraking kunnen komen met de 25 reactiecomponenten een beschermlaag voor bescherming tegen corrosie. Dit biedt de I mogelijkheid om de microreactor te gebruiken voor reacties in een sterk corrosieve I omgeving (bijvoorbeeld door oxidatie of ammoxidatie). De beschermlaag kan bijvoorbeeld gevormd worden uit molybdeensilicide (M0S12) of molybdeenboride I (MoB). Deze lagen bieden voldoende bescherming bij reactietemperaturen tot aan 700 I 30 °C. De beschermlaag kan als alternatief een dunne laag hafnium (orde grootte 10 μτη) I omvatten, die op op zich bekende wijze door middel van elektrodepositie verschaft kan I worden. Zoals bekend biedt een hafhiumlaag bescherming tegen nog hogere I temperaturen (bijvoorbeeld 1000 °C). Als verder alternatief omvat de beschermingslaag 3 I een dunne laag α-aluminiumoxide, die bijvoorbeeld met behulp van I atoomlaagdepositie (ALD) verschaft kan worden. Deze laag kan gebruikt worden tot I temperaturen tot aan 550 °C.In a further embodiment of the present micro-reactor, the material comprises a protective layer for protection against corrosion at least on surfaces that may come into contact with the reaction components. This offers the possibility to use the microreactor for reactions in a highly corrosive environment (for example through oxidation or ammoxidation). The protective layer can be formed, for example, from molybdenum silicide (MOS12) or molybdenum boride I (MoB). These layers offer sufficient protection at reaction temperatures up to 700 I 30 ° C. The protective layer can alternatively comprise a thin layer of hafnium (order of magnitude 10 μτη), which can be provided in a manner known per se by means of electrodeposition. As is known, a hafhium layer offers protection against even higher temperatures (for example 1000 ° C). As a further alternative, the protective layer 3 comprises a thin layer α-aluminum oxide, which can be provided, for example, with the aid of I atomic layer position (ALD). This layer can be used up to temperatures up to 550 ° C.
I In een praktische uitvoeringsvorm van de onderhavige microreactor hebben de I 5 ten minste twee reactiecompartimenten een in hoofdzaak rechthoekige dwarsdoorsnede I loodrecht op een lengterichting van de microreactor, en zijn de ten minste twee I reactiecompartimenten in een eerste richting loodrecht op de lengterichting van de I microreactor naast elkaar geplaatst. Hierdoor wordt een microreactor verkregen waarin I meerdere reactiecompartimenten (bijvoorbeeld acht) op een compacte wijze in het I 10 reactiegedeelte zijn opgesteld. De afmetingen van elk compartiment kunnen I bijvoorbeeld 40 x 10 x ca. 2 mm zijn, wat een voldoende reactieruimte biedt om een I aantal katalysatorsamenstelling in verschillende compartimenten gelijktijdig te testen in I een exotherme reactie met een conversie van minder dan 10-15%. Door echter in alle I reactiecompartimenten dezelfde katalysatorsamenstelling te verschaffen, kunnen ook I 15 (kinetische) metingen worden verricht bij hogere conversiehoeveelheden (> 15%), en I kunnen andere procesparameters gemeten worden, zoals de stabiliteit van de I katalysator bij een reactie over langere tijd.In a practical embodiment of the present microreactor, the at least two reaction compartments have a substantially rectangular cross-section perpendicular to a longitudinal direction of the microreactor, and the at least two reaction compartments are perpendicular to the longitudinal direction of the I in a first direction. microreactor placed side by side. A microreactor is hereby obtained in which a plurality of reaction compartments (for example eight) are arranged in a compact manner in the reaction section. The dimensions of each compartment can be, for example, 40 x 10 x about 2 mm, which offers a sufficient reaction space to simultaneously test a number of catalyst compositions in different compartments in an exothermic reaction with a conversion of less than 10-15%. However, by providing the same catalyst composition in all I reaction compartments, I (kinetic) measurements can also be performed at higher conversion rates (> 15%), and I can measure other process parameters, such as the stability of the I catalyst in a reaction over longer time.
I De ten minste twee reactiecompartimenten zijn in een verdere uitvoeringsvorm I ingericht voor het opnemen van ten minste één drager van een tweede materiaal, bij I 20 voorbeeld plaatjes molybdeen, met daarop het katalysatormateriaal. Dit kan I bijvoorbeeld bereikt worden door in de lengterichting van elk reactiecompartiment , I aangebrachte sleuven. Door bijvoorbeeld dunne plaatjes (orde grootte 100 gm dikte) te I gebruiken met daarop aan weerszijden een dunne laag katalysatormateriaal kan het I oppervlaktegebied van katalysatormateriaal in een reactiecompartiment zo hoog I 25 mogelijk zijn.In a further embodiment, the at least two reaction compartments are adapted to receive at least one carrier of a second material, for example plates of molybdenum, with the catalyst material thereon. This can be achieved, for example, by slots provided in the longitudinal direction of each reaction compartment. For example, by using thin plates (order of 100 µm thickness) with a thin layer of catalyst material on either side thereof, the surface area of catalyst material in a reaction compartment can be as high as possible.
I In een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige microreactor omvat het I uitlaatgedeelte ten minste een bemonsteringselement, bijvoorbeeld drie, voor het afvoeren van reactieproduct naar een met het uitlaatgedeelte verbonden analyse- I inrichting (bijvoorbeeld een massaspectrometer). Meerdere bemonsteringselementen, I 30 bijvoorbeeld in de vorm van een dunne buis, kunnen gebruikt worden om de metingen I met de analyse-inrichtingen betrouwbaarder te maken, of om een eventuele radiale verdeling in het reactiecompartiment te meten.In a further embodiment of the present microreactor, the outlet section comprises at least one sampling element, for example three, for discharging reaction product to an analyzer (for example a mass spectrometer) connected to the outlet section. Multiple sampling elements, for example in the form of a thin tube, can be used to make the measurements with the analyzers more reliable, or to measure a possible radial distribution in the reaction compartment.
H Om de reactie van de reactiecomponenten gecontroleerd te stoppen buiten het H reactiegedeelte, omvat het uitlaatgedeelte in een verdere uitvoeringsvorm een H koelinrichting.H In order to stop the reaction of the reaction components in a controlled manner outside the H reaction section, the outlet section in a further embodiment comprises an H cooling device.
Volgens een verdere uitvoeringsvorm omvat het reactiegedeelte een eerste 5 temperatuursensor die geplaatst is aan een begin van het reactiegedeelte en een tweede temperatuursensor die geplaatst is aan een einde van het reactiegedeelte. Dit maakt het mogelijk om een temperatuurprofiel in axiale richting van de microreactor te bepalen om te controleren of de reactie onder isotherme condities verloopt. De temperatuursensoren worden bij voorkeur aangebracht in een scheidingswand tussen de 10 ten minste twee reactiecompartimenten.According to a further embodiment, the reaction part comprises a first temperature sensor which is placed at the beginning of the reaction part and a second temperature sensor which is placed at an end of the reaction part. This makes it possible to determine a temperature profile in the axial direction of the microreactor to check whether the reaction proceeds under isothermal conditions. The temperature sensors are preferably arranged in a partition between the at least two reaction compartments.
Het reactiegedeelte is in een verdere uitvoeringsvorm aan de omtrek daarvan voorzien van een verwarmingsinrichting voor het verwarmen van het reactiegedeelte.In a further embodiment, the reaction section is provided at its periphery with a heating device for heating the reaction section.
I Verder omvat de microreactor een derde temperatuursensor die aan de buitenzijde van het reactiegedeelte is geplaatst. Dit maakt een regeling van de verwarmingsinrichting IS mogelijk, en in combinatie met gegevens van de tweede temperatuursensor is het mogelijk om een temperatuurprofiel in de radiale richting te verkrijgen.The microreactor further comprises a third temperature sensor which is placed on the outside of the reaction section. This makes control of the heating device IS possible, and in combination with data from the second temperature sensor it is possible to obtain a temperature profile in the radial direction.
In een verder aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een inlaatgedeelte voor het toevoeren van reactiecomponenten aan een reactor, bijvoorbeeld I een microreactor volgens de onderhavige uitvinding, waarbij het inlaatgedeelte is I 20 voorzien van een veelvoud van parallel geplaatste sleufwanden, waarbij het I inlaatgedeelte zodanig met de reactor te verbinden is dat de parallel geplaatste I sleufwanden loodrecht staan op een grootste afmeting van dwarsdoorsneden van I reactiecompartimenten van de reactor. Dit zorgt voor een uniforme verdeling van de I reactiecomponenten over de verschillende reactiecompartimenten en in elk I 25 reactiecompartiment.In a further aspect, the present invention relates to an inlet portion for supplying reaction components to a reactor, for example, a microreactor according to the present invention, wherein the inlet portion is provided with a plurality of parallel slot walls, the inlet portion being such to be connected to the reactor is that the parallel slotted walls are perpendicular to a largest cross-sectional dimension of the reactor reaction compartments. This ensures a uniform distribution of the I reaction components among the different reaction compartments and in each I reaction compartment.
I In een verdere uitvoeringsvorm omvat het inlaatgedeelte een I verwarmingsinrichting voor het opwarmen van de reactiecomponenten. Door de vorm I van het inlaatgedeelte is deze uitermate geschikt om ook gebruikt te worden als I verwarmingselement of om plaats te bieden aan een afzonderlijk verwarmingselement I 30 Voor het regelen van de verwarmingsinrichting van het inlaatgedeelte, is deze in een verdere uitvoeringsvorm voorzien van een vierde temperatuursensor. Daarnaast maakt deze sensor het ook mogelijk om samen met de eerste temperatuursensor een radiaal temperatuurprofiel te meten aan het begin van het reactiegedeelte.In a further embodiment, the inlet section comprises a heating device for heating the reaction components. Due to the shape I of the inlet section, it is extremely suitable to also be used as a heating element or to accommodate a separate heating element. In a further embodiment, for controlling the heating device of the inlet section, it is provided with a fourth temperature sensor. In addition, this sensor also makes it possible to measure a radial temperature profile together with the first temperature sensor at the start of the reaction section.
{ 5{5
In een uitvoeringsvonn is het inlaatgedeelte vervaardigd uit molybdeen, om vergelijkbare redenen als hierboven besproken ten aanzien van de keuze van molybdeen voor (een deel van) de microreactor. Het molybdeen dient ten minste op oppervlakten die in aanraking kunnen komen met de reactiecomponenten een 5 beschermlaag te omvatten voor bescherming tegen corrosie, om het inlaatgedeelte geschikt te maken voor oxiderende of ammoxiderende reactiecomponenten. Hiervoor kunnen vergelijkbare beschermingslagen gebruikt worden als hierboven besproken voor het reactiegedeelte.In one embodiment, the inlet portion is made of molybdenum, for similar reasons as discussed above with regard to the choice of molybdenum for (a part of) the microreactor. The molybdenum should include a protective layer for corrosion protection at least on surfaces that may come into contact with the reaction components to make the inlet portion suitable for oxidizing or ammoxidizing reaction components. Similar protective layers can be used for this purpose as discussed above for the reaction section.
10 Korte beschrijving van de tekeningenBrief description of the drawings
De onderhavige uitvinding zal nu in meer detail worden besproken aan de hand van een aantal voorbeelduitvoeringsvormen, met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarinThe present invention will now be discussed in more detail with reference to a number of exemplary embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which
Fig. 1 een aanzicht in dwarsdoorsnede toont van een eerste uitvoeringsvonn van 15 een microreactor volgens de onderhavige uitvinding;FIG. 1 shows a cross-sectional view of a first embodiment of a microreactor according to the present invention;
Fig. 2 een aanzicht in dwarsdoorsnede toont langs de lijn Π-Π in Fig. 1;FIG. 2 shows a cross-sectional view along the line Π-Π in FIG. 1;
Fig. 3 een aanzicht in dwarsdoorsnede toont langs de lijn ΠΗΠ in Fig. 2; enFIG. 3 shows a cross-sectional view along the line ΠΗΠ in FIG. 2; and
Fig. 4 een vooraanzicht toont van een inlaatgedeelte zoals toegepast in de microreactor van Fig. 1.FIG. 4 shows a front view of an inlet portion as used in the microreactor of FIG. 1.
2020
Gedetailleerde beschrijving van voorbeelduitvoeringsvormenDetailed description of exemplary embodiments
Microreactoren kunnen gebruikt worden voor het uitvoeren van testen van door een katalysator ondersteunde reacties met een hoge doorvoer, ook wel aangeduid als een High Throughput Experimental Reactor (HIER). In de industrie worden bestaande 25 processen geoptimaliseerd en nieuwe productprocessen ontwikkeld. Hierbij is het vinden van een optimale katalysator in een bepaald proces van uiterst belang. Voor het snel kunnen testen van verschillende katalysatorsamenstellingen bij verschillende procescondities worden dergelijke HTER’s gebruikt. Met name de selectiviteit voor reactieproducten van verschillende katalysatoren als functie van tijd onder 30 verschillende procescondities kan met dergelijke HTER’s getest worden.Microreactors can be used to carry out tests of catalysts supported reactions with a high throughput, also referred to as a High Throughput Experimental Reactor (HERE). Existing 25 processes are optimized in industry and new product processes are developed. Finding an optimum catalyst in a certain process is of the utmost importance. Such HTERs are used for rapid testing of different catalyst compositions at different process conditions. In particular, the selectivity for reaction products of different catalysts as a function of time under 30 different process conditions can be tested with such HTERs.
Voor deze uitvinding wordt met name gezocht naar een microreactor die met name geschikt is voor een bepaald soort reacties, namelijk sterk exotherme reacties die op een isotherme wijze plaatsvinden bij een hoge temperatuur (tot aan wel 700 °C of 1 Λ O O -» r- _ H nog hoger). Een voorbeeld daarvan is de ammoxidatie van ethaan tot acetonitril (AHr=- 506 kJ/mol) met gebruik van een zeoliet (moleculair zeefkristal) als katalysator. Een dergelijke reactie heeft een hoge warmteproductie bij hoofdzakelijk isotherme condities tot aan 700 °C of nog hoger. Bekende testreactoren zijn niet geschikt voor deze 5 condities.For this invention, a microreactor is particularly sought which is particularly suitable for a certain type of reaction, namely strongly exothermic reactions which take place in an isothermal manner at a high temperature (up to 700 ° C or 1 ° C). _ H even higher). An example of this is the ammoxidation of ethane to acetonitrile (AHr = - 506 kJ / mol) using a zeolite (molecular sieve crystal) as a catalyst. Such a reaction has a high heat production with mainly isothermal conditions up to 700 ° C or even higher. Known test reactors are not suitable for these 5 conditions.
Een uitvoeringsvorm van een microreactor 1 volgens de onderhavige uitvinding is in dwarsdoorsnede geschetst in Fig. 1. De microreactor 1 omvat in het algemeen een inlaatgedeelte 2, een reactiegedeelte 3 en een uitlaatgedeelte 4. De microreactor 1 heeft een in hoofdzaak cilindrische vorm (zie Fig. 2 hieronder).An embodiment of a microreactor 1 according to the present invention is shown in cross-section in FIG. 1. The microreactor 1 generally comprises an inlet section 2, a reaction section 3 and an outlet section 4. The microreactor 1 has a substantially cylindrical shape (see Fig. 2 below).
10 In het inlaatgedeelte 2, worden via een inlaatbuis 15 (met bijvoorbeeld een buitendiameter van 3 mm) de te reageren gassen in de microreactor 1 gebracht. Een inlaatbehuizing 16 verbindt de inlaatbuis 15 met het reactiegedeelte 3 via een difïusor- H /verwarmingselement 17. Het difïusor-/verwarmingselement 17 dient voor het opwarmen van de reactiegassen tot de reactietemperatuur en het bewerkstelligen van I 15 een in hoofdzaak uniforme stroomverdeling over alle reactiecompartimenten 10. De I functie en opbouw van het diffiisor-/verwarmingselement 17 wordt hierna in meer I detail beschreven met verwijzing naar Fig. 3 en 4.In the inlet section 2, the gases to be reacted are introduced into the microreactor 1 via an inlet tube 15 (with, for example, an outside diameter of 3 mm). An inlet housing 16 connects the inlet tube 15 to the reaction section 3 via a difuser / heating element 17. The difuser / heating element 17 serves to heat up the reaction gases to the reaction temperature and to effect a substantially uniform flow distribution across all reaction compartments 10. The I function and structure of the diffiisor / heating element 17 is described in more detail below with reference to Figs. 3 and 4.
H De opbouw van het reactiegedeelte 3 is in een doorsnede langs de lijn Π-Π in Fig.H The structure of the reaction section 3 is shown in a section along the line Π-Π in FIG.
1 weergegeven in Fig. 2. Het reactiegedeelte 3 omvat een in hoofdzaak cilindrische I 20 behuizing 5 met een verwarmingsinrichting 6 coaxiaal daaromheen. In de behuizing 5 I zijn een veelvoud van reactiecompartimenten 10 aangebracht (acht in de getoonde , I uitvoeringsvorm, maar dit kunnen uiteraard meer of minder reactiecompartimenten 10 I zijn). De reactiecompartimenten 10 zijn in de getoonde uitvoeringsvorm in twee groepen verdeeld, met daartussen een centrale scheidingswand 8, die op de as van de I 25 behuizing 5 ligt. Tussen reactiecompartimenten 10 van elke groep is een tussenwand 7 I aanwezig. Elk reactiecompartiment 10 is voorzien van in de lengterichting van de behuizing 5 aangebrachte sleuven 11, waarin plaatjes (niet getoond) voorzien van katalysatormateriaal kunnen worden ingeschoven. In de getoonde microreactor 1 kunnen derhalve acht verschillende katalysatorsamenstellingen getest worden.1 shown in FIG. 2. The reaction part 3 comprises a substantially cylindrical housing 5 with a heating device 6 coaxial around it. A plurality of reaction compartments 10 are provided in the housing 5 (eight in the shown embodiment, but these can of course be more or fewer reaction compartments 10). In the embodiment shown, the reaction compartments 10 are divided into two groups, with a central partition wall 8 between them, which lies on the axis of the housing 5. Between reaction compartments 10 of each group an intermediate wall 7 is present. Each reaction compartment 10 is provided with slots 11 arranged in the longitudinal direction of the housing 5, into which plates (not shown) provided with catalyst material can be inserted. Thus, in the microreactor 1 shown, eight different catalyst compositions can be tested.
30 Aan het reactiegedeelte 3 is een uitlaatgedeelte 4 bevestigd (zie wederom Fig. 1).An outlet section 4 is attached to the reaction section 3 (again see Fig. 1).
Het uitlaatgedeelte 4 omvat een aantal (drie getoond) bemonsteringsbuizen 21 (bijvoorbeeld van roestvrij staal) per reactiecompartiment 10, die het reactieproduct verder kunnen leiden naar een analyse-inrichting 27, bijvoorbeeld via een met de 7 bemonsteringsbuizen 21 verbonden multipositieklep 28. De analyse-inrichting 27 kan bijvoorbeeld een massaspectrometer zijn. Door meerdere bemonsteringsbuizen 21 per reactiecompartiment 10 te gebruiken, kan een interne controle van de resultaten van de analyse-inrichting 27 verkregen worden. Met behulp van de microreactor 1 en de 5 analyse-inrichting 27 is het mogelijk om aldus intrinsieke reactiesnelheden van acht verschillende katalysatorsamenstellingen te meten. Verdere details van het uitlaatgedeelte 4 worden hierna in meer detail besproken met verwijzing naar Fig. 3.The outlet section 4 comprises a number (three shown) of sampling tubes 21 (for example of stainless steel) per reaction compartment 10, which can lead the reaction product further to an analysis device 27, for example via a multiposition valve 28 connected to the 7 sampling tubes 21. device 27 can for example be a mass spectrometer. By using multiple sampling tubes 21 per reaction compartment 10, an internal check of the results of the analyzer 27 can be obtained. With the aid of the microreactor 1 and the analysis device 27, it is thus possible to measure intrinsic reaction rates of eight different catalyst compositions. Further details of the outlet portion 4 are discussed in more detail below with reference to Figs. 3.
Om de microreactor 1 geschikt te maken voor exotherme reacties bij hoge temperaturen (bijv. 700 °C of nog hoger), zoals de ammoxidatie van ethaan tot 10 acetonitril, is het materiaal van de behuizing 5 zo gekozen dat deze een hoge warmtebestendigheid en een goede warmtegeleiding heeft. Een voorbeeld van een dergelijk materiaal is molybdeen. Molybdeen heeft een warmtegeleidingcoêfficiënt van 138 W/mK en een smeltpunt van 2890 K. Daarnaast heeft molybdeen een elasticiteitsmodulus van 330· 109 Pa en een lage uitzettingscoëfficiënt van 5-10"6 K*1, 15 wat het ondermeer mogelijk maakt om dunne tussenwanden 7 te realiseren. Om problemen door verschillende uitzettingscoëfficiënten e.d. te voorkomen, zijn de overige elementen van de microreactor bij voorkeur van hetzelfde materiaal vervaardigd, of worden overgangselementen van bijvoorbeeld keramisch materiaal gebruikt. Met name worden de dragers van het katalysatormateriaal (de plaatjes) ook 20 van molybdeen vervaardigd, zodat een goede warmteafvoer van het reactiegebied naar de omgeving gewaarborgd blijft. Tevens wordt gewaarborgd dat ook bij hoge temperatuur de reactiecompartimenten 10 en de plaatjes met katalysatormateriaal in een goed gedefinieerde onderlinge relatie blijven door de gelijke uitzettingscoëfficiënt Dit alles zorgt ervoor dat de microreactor 1 geschikt is voor isothermische condities.In order to make the microreactor 1 suitable for exothermic reactions at high temperatures (e.g. 700 ° C or even higher), such as the ammoxidation of ethane to acetonitrile, the material of the housing 5 is chosen to have a high heat resistance and a good heat resistance. has heat conductivity. An example of such a material is molybdenum. Molybdenum has a heat conductivity coefficient of 138 W / mK and a melting point of 2890 K. In addition, molybdenum has an elastic modulus of 330 · 109 Pa and a low expansion coefficient of 5-10 "6 K * 1, 15, which makes it possible, among other things, for thin intermediate walls 7 In order to prevent problems due to different coefficients of expansion, the other elements of the microreactor are preferably made of the same material, or transition elements of, for example, ceramic material are used. In particular, the supports of the catalyst material (the plates) are also made of molybdenum is produced, so that good heat dissipation from the reaction zone to the environment is guaranteed, and it is also ensured that even at high temperatures the reaction compartments 10 and the platelets of catalyst material remain in a well-defined mutual relationship due to the equal expansion coefficient. 1 suitable i s for isothermal conditions.
25 Door in elk reactiecompartiment 10 een verschillende katalysatorsamenstelling op de plaatjes te verschaffen, is het mogelijk om parallel een achttal katalysatorsamenstellingen te testen. In het reactiegedeelte 3 worden de reactiegassen omgezet in bepaalde producten afhankelijk van de katalysatorsamenstelling in een bepaald reactiecompartiment 10. In het uitlaatgedeelte 4 worden de gassen afgekoeld 30 om ongewenste vervolgreacties te voorkomen, en worden ze verdeeld over de bemonsteringsbuizen 21 naar een massaspectrometer voor analyse. De onderhavige microreactor 1 maakt dus een snelle test mogelijk van acht verschillende katalysatorsamenstellingen met betrekking tot de katalysatoractiviteit, Η productselectiviteit, de stabiliteit van de katalysator als functie van tijd. Dit alles onder variërende procescondities zoals samenstelling van de reactiegassen, en de stroomsnelheid en temperatuur daarvan.By providing a different catalyst composition on the plates in each reaction compartment 10, it is possible to test eight catalyst compositions in parallel. In the reaction section 3, the reaction gases are converted into certain products depending on the catalyst composition in a certain reaction compartment 10. In the outlet section 4, the gases are cooled to prevent undesirable follow-up reactions, and are distributed over the sampling tubes 21 to a mass spectrometer for analysis. The present microreactor 1 thus allows a rapid test of eight different catalyst compositions with respect to catalyst activity, product selectivity, catalyst stability as a function of time. All this under varying process conditions such as composition of the reaction gases, and the flow rate and temperature thereof.
Door in elk reactiecompartiment 10 plaatjes te plaatsen met dezelfde 5 katalysatorsamenstelling, kan de onderhavige microreactor 1 tevens gebruikt worden voor testen bij hogere conversies (> 10 è. 15 %). Dit maakt het mogelijk om een bepaalde katalysatorsamenstelling ook te testen op (kinetische) procescondities H gedurende een langere tijd en bij hogere conversies.By placing 10 plates with the same catalyst composition in each reaction compartment, the present micro-reactor 1 can also be used for testing at higher conversions (> 10 to 15%). This makes it possible to also test a certain catalyst composition for (kinetic) process conditions H over a longer period of time and at higher conversions.
De plaatjes met katalysatormateriaal kunnen in het reactiegedeelte 3 worden 10 geplaatst na het demonteren van bijvoorbeeld het gehele inlaatgedeelte 2. Daarmee komen de openingen van de van sleuven 11 voorziene reactiecompartimenten 10 vrij, waardoor de plaatjes eenvoudig op hun plaats geschoven kunnen worden.The platelets with catalyst material can be placed in the reaction section 3 after, for example, dismantling the entire inlet section 2. This releases the openings of the reaction compartments 10 provided with slots 11, so that the platelets can simply be slid into place.
In een verdere uitvoeringsvorm, die met name geschikt is voor toepassing van de microreactor 1 voor reacties waarbij oxiderende elementen een rol spelen, is het H 15 molybdeen materiaal van de behuizing 5 (meer specifiek de reactiecompartimenten 10 van de behuizing 5) voorzien van een tegen corrosie beschermende laag (niet getoond), om te voorkomen dat het molybdeen wordt omgezet in molybdeenoxides. De beschermende laag kan bijvoorbeeld gevormd worden uit molybdeensilicide (M0S12) or I molybdeenboride (MoB), wat bescherming biedt bij temperaturen tot aan 700 'C. Voor I 20 een bescherming bij nog hogere temperatuur (bijvoorbeeld 1000 °C), kan als alternatief de beschermende laag kan bijvoorbeeld een 10 pm dikke laag hafnium zijn. De hafnium-laag kan bijvoorbeeld worden aangebracht door elektroneerslag uit gesmolten I halidemateriaal (NaCl-KCl-HfCU, NaCl-KCl-K2HfF6). In een verdere variant wordt I gebruik gemaakt van ALD (Atomic Layer Deposition, atomaire-laagneerslag) om een I 25 beschermingslaag van aluminiumoxide te verkrijgen. Dit biedt een bescherming bij I temperaturen tot aan ongeveer 550 °C. Ook de gedeelten van het inlaatgedeelte 2 van de microreactor 1 worden bij voorkeur van een beschermlaag voorzien. Doordat de (molybdeen) plaatjes reeds voorzien zijn van een laag katalysatormateriaal is het niet I noodzakelijk om deze te voorzien van een beschermingslaag tegen corrosie.In a further embodiment, which is particularly suitable for use of the microreactor 1 for reactions in which oxidizing elements play a role, the H-molybdenum material of the housing 5 (more specifically the reaction compartments 10 of the housing 5) is provided with a corrosion protective layer (not shown), to prevent the molybdenum from being converted to molybdenum oxides. The protective layer can be formed, for example, from molybdenum silicide (MOS12) or molybdenum boride (MoB), which offers protection at temperatures up to 700 ° C. For an even higher temperature protection (for example 1000 ° C), the protective layer may alternatively be a 10 µm thick layer of hafnium. The hafnium layer can be applied, for example, by electron deposition from molten halide material (NaCl-KCl-HfCU, NaCl-KCl-K2HfF6). In a further variant, ALD (Atomic Layer Deposition) is used to obtain an aluminum oxide protective layer. This offers protection at temperatures up to around 550 ° C. The portions of the inlet portion 2 of the microreactor 1 are also preferably provided with a protective layer. Because the (molybdenum) plates are already provided with a layer of catalyst material, it is not necessary to provide them with a protective layer against corrosion.
I 30 In Fig. 3 is een dwarsdoorsnede van de microreactor 1 gegeven langs de lijn III- I III in Fig. 2. Het inlaatgedeelte 2 omvat zoals hierboven beschreven een inlaatbuis 15 I met een buitendiameter van bijvoorbeeld 3 mm. De inlaatbehuizing 16 en het difïusor- I /verwarmingselement 17 zijn bijvoorbeeld uit molybdeen vervaardigd. Zoals te zien is 9 uit de combinatie van Fig. 3 en 4 omvat het element 17 een groot aantal sleufwanden 19 die parallel aan elkaar liggen in de stroomrichting van de microreactor 1. De sleufwanden 19 dragen zorg voor het opwarmen van de instromende reactiegassen. Dit kan bestuurd worden door een in de inlaatbehuizing 16 of in het difïusor-S /verwarmingselement aangebracht thermokoppel 33, die bijvoorbeeld gekoppeld is met een PID-besturing voor het verwarmingselement 17. De sleufwanden 19 zijn loodrecht geplaatst op de reactiecompartimenten 10, waardoor de stroomweerstand zorgdraagt voor een gelijkmatige verdeling van de reactiegasstroom in radiale richting en dus in alle reactiecompartimenten 10, over een breed gebied van stroomsnelheden (100 tot 10 1000 ml/min). Het middengedeelte of centrale scheidingswand 8 van de behuizing S is uiteraard niet toegankelijk voor reactiegassen. Om stroomverstoringen in naast elkaar gelegen reactiecompartimenten 10 door het middengedeelte 8 te voorkomen, is het diffusorelement 17 uitgevoerd met een overeenkomstig tussendeel 18, en wordt een vaste molybdeenverbinding gemaakt tussen het middengedeelte 8 en het tussendeel 18.FIG. 3 is a cross-sectional view of the microreactor 1 given along the line III-III in FIG. 2. The inlet portion 2 comprises, as described above, an inlet tube 15 I with an outer diameter of, for example, 3 mm. The inlet housing 16 and the diffuser / heating element 17 are made of molybdenum, for example. As can be seen, 9 from the combination of FIG. 3 and 4, the element 17 comprises a large number of slot walls 19 which lie parallel to each other in the flow direction of the microreactor 1. The slot walls 19 ensure that the inflowing reaction gases heat up. This can be controlled by a thermocouple 33 arranged in the inlet housing 16 or in the diffuser-S / heating element, which thermocouple is coupled, for example, to a PID control for the heating element 17. The slot walls 19 are positioned perpendicular to the reaction compartments 10, whereby the flow resistance ensures an even distribution of the reaction gas stream in the radial direction and thus in all reaction compartments 10, over a wide range of flow rates (100 to 1000 ml / min). The central portion or central partition 8 of the housing S is of course not accessible to reaction gases. In order to prevent current disturbances in adjacent reaction compartments 10 through the middle part 8, the diffuser element 17 is provided with a corresponding intermediate part 18, and a fixed molybdenum connection is made between the middle part 8 and the intermediate part 18.
15 Opgemerkt wordt dat het hier beschreven inlaatgedeelte 2 ook toepasbaar is in andere (micro-)reactors, en als afzonderlijk onderdeel beschouwd kan worden. Hiermee kunnen de genoemde voordelen met betrekking tot uniforme gasstroomverdeling en gelijktijdige verhitting ook bij andere reactors bereikt worden.It is noted that the inlet section 2 described here is also applicable in other (micro) reactors, and can be considered as a separate component. Hereby the mentioned advantages with regard to uniform gas flow distribution and simultaneous heating can also be achieved with other reactors.
Het reactiegedeelte 3 wordt vervaardigd van een cilinder uit een stuk (diameter 20 31 mm, lengte 47 mm) van molybdeen, en omvat 8 van microstructuren voorziene reactiecompartimenten 10 van 47 mm lengte, 10 mm breedte en ongeveer 2 mm hoogte. De reactiecompartimenten 10 worden van elkaar gescheiden door 230 pm dikke tussenwanden 7. Elk reactiecompartiment 10 kan gevuld worden met acht molybdeen plaatjes (lengte 40 mm, breedte 10 mm en dikte 100 pm) die aan elke zijde 25 voorzien zijn van een zeolietlaag (bijvoorbeeld ionengewisseld (ion-exchanged) ZSM-5 of BEA). De in elk reactiecompartiment 10 aanwezige sleuven 11 voor het opnemen van de plaatjes zijn ook 40 mm in lengte. De laatste 7 mm van het reactiecompartiment 10 (aangegeven met verwijzingscijfer 25) biedt plaats voor het bemonsteringssysteem van de microreactor 1 (zie hierna). Constructietechnisch kan dit eenvoudig bereikt 30 worden door de laatste 7 mm afzonderlijk van de rest van de behuizing 5 te vervaardigen, en vervolgens de delen door middel van goudsoldeer met elkaar te verbinden.The reaction section 3 is made of a one-piece cylinder (diameter 31 mm, length 47 mm) of molybdenum, and comprises 8 microstructured reaction compartments 10 of 47 mm length, 10 mm width and about 2 mm height. The reaction compartments 10 are separated from each other by 230 µm thick intermediate walls 7. Each reaction compartment 10 can be filled with eight molybdenum plates (length 40 mm, width 10 mm and thickness 100 µm) which are provided with a zeolite layer on each side 25 (for example ion exchanged) (ion-exchanged) ZSM-5 or BEA). The slots 11 for receiving the slides present in each reaction compartment 10 are also 40 mm in length. The last 7 mm of the reaction compartment 10 (indicated by reference numeral 25) accommodates the sampling system of the microreactor 1 (see below). From a technical point of view, this can easily be achieved by manufacturing the last 7 mm separately from the rest of the housing 5, and then connecting the parts together by means of gold solder.
1 02275« H In de centrale scheidingswand 8 zijn twee thermokoppels of vergelijkbare H temperatuursensors 31,32 aangebracht, elk aan een verschillend uiteinde van de behuizing 5. Dit maakt het mogelijk om een temperatuurprofiel in de asrichting van de microreactor 1 te verkrijgen, zodat het mogelijk is de isotherme condities te bewaken.Two thermocouples or comparable H temperature sensors 31, 32 are arranged in the central partition 8, each at a different end of the housing 5. This makes it possible to obtain a temperature profile in the axis direction of the microreactor 1, so that the it is possible to monitor the isothermal conditions.
5 Verder is de microreactor voorzien van een verder thermokoppel 34, die een tweeledig doel heeft. Enerzijds wordt dit verdere thermokoppel 34 gebruikt om met behulp van bijvoorbeeld een PID-besturing de verwarmingsinrichting 6 aan te sturen. Anderzijds kan het verdere thermokoppel 34 samen met het thermokoppel 32 in de scheidingswand 8 gebruikt worden voor het bepalen van een radiaal temperatuurprofiel. Op analoge 10 wijze kunnen de thermokoppels 31 en 33 gebruikt worden voor het verkrijgen van een radiaal temperatuurprofiel van de microreactor 1.Furthermore, the microreactor is provided with a further thermocouple 34, which has a dual purpose. On the one hand, this further thermocouple 34 is used to control the heating device 6 with the aid of, for example, a PID control. On the other hand, the further thermocouple 34 together with the thermocouple 32 in the partition wall 8 can be used to determine a radial temperature profile. The thermocouples 31 and 33 can be used in an analogous manner to obtain a radial temperature profile of the microreactor 1.
In Fig. 3 is ook het bemonsteringssysteem in het uitlaatgedeelte 4 zichtbaar (zie ook Fig. 1). Drie bemonsteringsbuizen 21 per reactiecompartiment 10 worden toegepast (bijvoorbeeld met buitendiameter 1,2 mm en binnendiameter 1,0 mm),In FIG. 3, the sampling system is also visible in the outlet section 4 (see also Fig. 1). Three sampling tubes 21 per reaction compartment 10 are used (for example with an outside diameter of 1.2 mm and an inside diameter of 1.0 mm),
15 waardoor het bemonsteringssysteem een totaal van 24 bemonsteringsbuizen 21 omvaL15 whereby the sampling system comprises a total of 24 sampling tubes 21
De meerdere bemonsteringsbuizen 21 per reactiecompartiment 10 kunnen worden I gebruikt hetzij voor datavalidatie van de resultaten van de analyse-inrichting 27, hetzij voor een mogelijke meting van radiale concentratieverdelingen binnen een I reactiecompartiment 10. Elke buis 21 kan via een multipositieklep 28 gekozen worden, I 20 die direct achter het uitlaatgedeelte 4 is geplaatst, waardoor de geproduceerde gassen naar een massaspectrometer 27 geleid kunnen worden voor analyse. Restgassen worden weggeleid door middel van twee afvoerbuizen 22 die zijn aangebracht in een afkoelgedeelte 23. De bemonsteringsbuizen 21 zijn in de asrichting van de microreactor 1 drie mm in het betreffende reactiecompartiment 10 geschoven. Dit is voldoende om I 25 overspraak tussen bemonsteringsbuizen 21 van verschillende reactiecompartimenten 10 te voorkomen. Verder ontstaat er zo een ruimte van vier mm tussen het einde van de plaatjes met katalysator en de bemonsteringsbuizen 21, waardoor voorkomen wordt dat de reactiecompartimenten 10 af koelen. De ruimte van vier mm biedt ook de gelegenheid voor een gasdiffusie van stromen afkomstig van de verschillende plaatjes 30 in het reactiecompartiment 10, waardoor een gemiddelde meting van alle plaatjes uitgevoerd kan worden.The multiple sampling tubes 21 per reaction compartment 10 can be used either for data validation of the results of the analyzer 27 or for a possible measurement of radial concentration distributions within a reaction compartment 10. Each tube 21 can be selected via a multi-position valve 28, 20 placed directly behind the outlet portion 4, whereby the produced gases can be led to a mass spectrometer 27 for analysis. Residual gases are led away by means of two discharge tubes 22 which are arranged in a cooling section 23. The sampling tubes 21 are slid three mm into the relevant reaction compartment 10 in the axis direction of the microreactor 1. This is sufficient to prevent cross-talk between sampling tubes 21 of different reaction compartments 10. Furthermore, a space of four mm is thus created between the end of the catalyst plates and the sampling tubes 21, thereby preventing the reaction compartments 10 from cooling. The space of four mm also offers the opportunity for a gas diffusion of streams from the different plates 30 in the reaction compartment 10, whereby an average measurement of all plates can be carried out.
Het uitlaatgedeelte 4 omvat tevens een afkoelsysteem, dat bestaat uit een afkoelblok 23 (bijvoorbeeld van roestvrij staal) dat gescheiden is van het hete 11 reactiegedeelte 3 door een isolerende ring 24 (bijvoorbeeld van keramisch materiaal).The outlet part 4 also comprises a cooling system, which consists of a cooling block 23 (for example of stainless steel) which is separated from the hot reaction part 3 by an insulating ring 24 (for example of ceramic material).
De gasfasereactie stroomafwaarts van het reactiegedeelte 4 kan hiermee effectief gestopt worden door de temperatuur van de uitlaatgassen binnen milliseconden af te koelen van de reactietemperatuur tot ongeveer 150 °C, met gebruikmaking van 5 circulerende olie door een koelkanaal 26 in het afkoelblok 23.The gas phase reaction downstream of the reaction section 4 can be effectively stopped by cooling the temperature of the exhaust gases within milliseconds from the reaction temperature to about 150 ° C, using circulating oil through a cooling channel 26 in the cooling block 23.
Om lekken (ook bij hoge temperaturen) te voorkomen, worden de verschillende delen van de microreactor stevig tegen elkaar gedrukt. Om warmteafstraling naar de omgeving te voorkomen, is de microreactor 1 in een verdere uitvoeringsvorm verder voorzien van een laag isolerend materiaal. Om de gasstroom van de geselecteerde 10 bemonsteringsbuis 21 te besturen (bijvoorbeeld om deze gelijk te maken aan de gasstroom rond de buitenzijde van deze bemonsteringsbuis 21, isokinetische afzuiging), kan voorzien zijn in een stroom/drukregulator 29 achter de multipositieklep 28 (zie Fig.To prevent leaks (even at high temperatures), the different parts of the microreactor are pressed tightly together. In a further embodiment, to prevent heat radiation to the environment, the micro-reactor 1 is further provided with a layer of insulating material. In order to control the gas flow from the selected sampling tube 21 (for example to make it equal to the gas flow around the outside of this sampling tube 21, isokinetic suction), a flow / pressure regulator 29 may be provided behind the multiposition valve 28 (see FIG.
1). De stroom/drukregulator 29 kan ook onderdeel vormen van de analyse-inrichting 27. Het gehele systeem van microreactor 1, verbuizingssysteem en multipositieklep 28 15 wordt bijvoorbeeld in een geventileerde ruimte met een temperatuur van 150 *C1). The flow / pressure regulator 29 can also form part of the analysis device 27. The entire system of microreactor 1, casing system and multi-position valve 28 is, for example, placed in a ventilated room with a temperature of 150 ° C.
geplaatst, teneinde nadelige effecten door neerslag van waterdamp op de buiswanden te voorkomen.to prevent adverse effects due to precipitation of water vapor on the pipe walls.
De onderhavige uitvinding is in het bovenstaande toegelicht aan de hand van een aantal uitvoeringsvormen. Voor de deskundige zal duidelijk zijn dat talloze 20 modificaties en varianten mogelijk zijn die binnen de beschermingsomvang zoals gedefinieerd door de bijgevoegde conclusies vallen. ; 1 0 2 2 7 5 fiThe present invention has been explained above with reference to a number of embodiments. It will be clear to the skilled person that numerous modifications and variants are possible that fall within the scope of protection as defined by the appended claims. ; 1 0 2 2 7 5 fi
Claims (11)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1022756A NL1022756C2 (en) | 2003-02-21 | 2003-02-21 | Microreactor for rapid parallel testing of catalysts. |
| PCT/NL2004/000129 WO2004073861A2 (en) | 2003-02-21 | 2004-02-20 | Microreactor for rapid parallel testing of catalysts |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1022756 | 2003-02-21 | ||
| NL1022756A NL1022756C2 (en) | 2003-02-21 | 2003-02-21 | Microreactor for rapid parallel testing of catalysts. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1022756C2 true NL1022756C2 (en) | 2004-08-24 |
Family
ID=32906720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1022756A NL1022756C2 (en) | 2003-02-21 | 2003-02-21 | Microreactor for rapid parallel testing of catalysts. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1022756C2 (en) |
| WO (1) | WO2004073861A2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109061035A (en) * | 2018-08-23 | 2018-12-21 | 国电环境保护研究院有限公司 | Catalyst activity detection system and its reaction member |
| CN109444321A (en) * | 2018-08-31 | 2019-03-08 | 浙江工业大学 | A kind of device that can test different catalysts photocatalytic degradation toxic and harmful gas performance simultaneously |
| CN109507361A (en) * | 2018-08-31 | 2019-03-22 | 浙江工业大学 | It is a kind of can validity test different catalysts photocatalytic degradation toxic and harmful gas performance device |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004054334B4 (en) * | 2004-11-10 | 2007-06-21 | Man Dwe Gmbh | Microstructure reactor |
| WO2006107206A2 (en) * | 2005-04-06 | 2006-10-12 | Stichting Voor De Technische Wetenschappen | Inlet section for micro-reactor |
| CN101175560B (en) * | 2005-05-11 | 2012-12-26 | 亚申科技研发中心（上海）有限公司 | A high throughput materials-processing system |
| CN105688772A (en) * | 2016-02-25 | 2016-06-22 | 济南大学 | Micro-nano-material microreactor chip and application of micro-nano-material microreactor chip to preparing of monodisperse nano material |
| EP3493898A1 (en) * | 2016-08-04 | 2019-06-12 | Fundacíon Tecnalia Research & Innovation | Reactor for multiphasic reactions |
| GB201621497D0 (en) | 2016-12-16 | 2017-02-01 | Blacktrace Holdings Ltd | A seal assembly for creating a sealed flow path between first and second fluid ducts |
| US11346826B2 (en) * | 2019-09-30 | 2022-05-31 | Saudi Arabian Oil Company | System and apparatus for testing and/or evaluating an industrial catalyst |
| GB202216580D0 (en) * | 2022-11-08 | 2022-12-21 | Johnson Matthey Davy Technologies Ltd | Improvements in or relating to monitoring of chemical reactors |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6274113B1 (en) * | 1994-01-04 | 2001-08-14 | Chevron Phillips Chemical Company Lp | Increasing production in hydrocarbon conversion processes |
| US20010021792A1 (en) * | 2000-01-12 | 2001-09-13 | Tatsuo Nakada | Method for producing hydrogen-containing fluorinated hydrocarbon |
| US20030012700A1 (en) * | 2001-07-11 | 2003-01-16 | Carnahan James Claude | Systems and methods for parallel testing of catalyst performance |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3338952A (en) * | 1965-11-15 | 1967-08-29 | Standard Oil Co | Process for the catalytic ammoxidation of olefins to nitriles |
| DE19632779A1 (en) * | 1996-08-15 | 1998-02-19 | Hoechst Ag | Method and device for investigating chemical reactions in miniaturized reactors connected in parallel |
| DE19852951C2 (en) * | 1998-11-17 | 2002-07-11 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Recombiner for the effective removal of hydrogen from hazardous atmospheres |
| EP1256376A1 (en) * | 2001-05-11 | 2002-11-13 | Avantium International B.V. | Treatment vessel comprising a conditioning element and use thereof |
| DE10148926A1 (en) * | 2001-10-04 | 2003-04-17 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Distribution structure used in low temperature fuel cells comprises a reaction zone and a feed channel running conically on the reaction zone and containing devices to deviate the flow |
-
2003
- 2003-02-21 NL NL1022756A patent/NL1022756C2/en not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-02-20 WO PCT/NL2004/000129 patent/WO2004073861A2/en active Search and Examination
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6274113B1 (en) * | 1994-01-04 | 2001-08-14 | Chevron Phillips Chemical Company Lp | Increasing production in hydrocarbon conversion processes |
| US20010021792A1 (en) * | 2000-01-12 | 2001-09-13 | Tatsuo Nakada | Method for producing hydrogen-containing fluorinated hydrocarbon |
| US20030012700A1 (en) * | 2001-07-11 | 2003-01-16 | Carnahan James Claude | Systems and methods for parallel testing of catalyst performance |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109061035A (en) * | 2018-08-23 | 2018-12-21 | 国电环境保护研究院有限公司 | Catalyst activity detection system and its reaction member |
| CN109444321A (en) * | 2018-08-31 | 2019-03-08 | 浙江工业大学 | A kind of device that can test different catalysts photocatalytic degradation toxic and harmful gas performance simultaneously |
| CN109507361A (en) * | 2018-08-31 | 2019-03-22 | 浙江工业大学 | It is a kind of can validity test different catalysts photocatalytic degradation toxic and harmful gas performance device |
| CN109444321B (en) * | 2018-08-31 | 2021-07-27 | 浙江工业大学 | Device capable of simultaneously testing performance of different catalysts for photocatalytic degradation of toxic and harmful gases |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2004073861A3 (en) | 2005-01-20 |
| WO2004073861A2 (en) | 2004-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL1022756C2 (en) | Microreactor for rapid parallel testing of catalysts. | |
| US10286375B2 (en) | Reaction apparatus | |
| JP2002517735A (en) | Parallel fixed bed reactor, fluid contact device and method | |
| JP6245787B2 (en) | Modular reactor | |
| US7854902B2 (en) | Modular and reconfigurable multi-stage high temperature microreactor cartridge apparatus and system for using same | |
| Knitter et al. | Ceramic microreactors for heterogeneously catalysed gas-phase reactions | |
| ATE485099T1 (en) | TUBE BUNDLE REACTOR | |
| JP6728781B2 (en) | Reactor | |
| US6342185B1 (en) | Combinatorial catalytic reactor | |
| US20070274882A1 (en) | Reactor Comprising a Heat Exchanger Area Comprising an Insert | |
| EP2747884A1 (en) | A modular flow reactor | |
| US7202088B2 (en) | Arrangement for the parallel testing of materials | |
| WO2008093898A1 (en) | Reaction device | |
| CN102590487A (en) | Blood reagent constant temperature reaction system and method | |
| Kuhn et al. | Advanced TEMKIN Reactor: Testing of industrial eggshell catalysts on the laboratory scale | |
| JP2004535286A (en) | Reactor for testing catalyst systems | |
| US7214821B2 (en) | Preparation of (meth)acrolein and/or (meth)acrylic acid by heterogeneously catalyzed partial oxidation of C3 and/or C4 precursor compounds | |
| GB2493981A (en) | Temperature controlled analyte transferring device | |
| CA2548360C (en) | Method for monitoring, controlling and/or regulating the reactions of a fluidic reaction mixture in a reactor using thermal sheet metal plates | |
| JP2011072898A (en) | Plate type reactor and method for manufacturing reaction product | |
| JP2018094460A (en) | Heat treatment device | |
| BRPI0708889A2 (en) | process and device for preparing aromatic amines by heterogeneous catalyzed hydrogenation | |
| JP2008121485A (en) | Exhaust gas sampling device | |
| JP2007501109A (en) | Catalytic test equipment | |
| JP2014526951A (en) | Reaction liquid supply equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20070901 |