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連續加氫過(guò)程中,通常通過(guò)將固體催化劑固定在反應器內部,使氣液混合物連續地通過(guò)該反應器,與催化劑充分接觸,從而實(shí)現優(yōu)異的反應速率與高效的催化劑回收。按催化劑固定形式的不同,可以分為填充式微反應器、壁載式微反應器與漿料式微反應器。
1.填充式微反應器
填充式微反應器(又稱(chēng)微填充床反應器)通過(guò)將顆粒催化劑以填充的形式固定在反應器內部的方式來(lái)實(shí)現非均相催化加氫反應。該反應器入口端通常安裝或連接有氣液混合裝置,通過(guò)泵送氣液混合物流過(guò)固定催化劑的方式來(lái)實(shí)現氣液固三相的有效接觸,可以顯著(zhù)地強化傳質(zhì)過(guò)程,從而有效提高非均相反應的反應速率。
該方法是目前文獻報道中采用最多的技術(shù)路線(xiàn),具有催化劑易于更換和固定,操作簡(jiǎn)單高效等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也存在著(zhù)多相流行為復雜、壓降大和放大困難等問(wèn)題。為了更精確地控制溫度,以及確保裝置可以在高壓下運行,通常選擇不銹鋼作為該反應器的材質(zhì)。
2.壁載式微反應器
壁載式微反應器將催化劑通過(guò)壁載的形式固定在反應器的內壁,氣液混合物流過(guò)反應器內部,與催化劑接觸發(fā)生加氫反應。該方法具有流動(dòng)簡(jiǎn)單、壓降小和易于放大等優(yōu)點(diǎn),但也存在著(zhù)單位體積催化劑濃度低、催化劑失活后難以更換等問(wèn)題。
有研究者通過(guò)將金屬催化劑粉末以壁載的形式負載在玻璃板上得到加氫反應器,實(shí)現了強化氣液固三相傳質(zhì)的效果,在2 min停留時(shí)間與室溫反應條件下,利用Pd催化劑實(shí)現了碳碳雙鍵與碳碳三鍵的高效選擇加氫,收率高達97%。
然而該裝置具有金屬催化劑易流失的缺點(diǎn),將催化劑壁載在氣相色譜的毛細管內可以有效地改善這一情況,并且通過(guò)增加反應器單元——毛細管柱的數量,可以實(shí)現有效的生產(chǎn)放大。
3.漿料式微反應器
漿料式微反應器通過(guò)將固體催化劑粉末懸浮在液相中并與氫氣混合,共同通入常規的微反應器中來(lái)實(shí)現非均相催化加氫反應。該方法具有催化效率高、壓降低等優(yōu)點(diǎn),但如何保證催化劑均勻分散并保證催化劑的高效性及穩定性,同時(shí)實(shí)現催化劑的連續分離和分散是該路線(xiàn)的難點(diǎn)。
目前連續流加氫反應大部分選擇填充式連續流微反應器,其軸向返混通常較小,使氣液兩相的停留時(shí)間分布較窄,可減少連串副反應。其次,由于微反應器體積較小,其氫氣滯留量相對較少,且催化劑因固載化而無(wú)須分離,操作安全性較高。