[发明专利]用于多相化学反应的金属负载粉末催化剂基质和方法

说明书

提供一种催化膜复合物，其包含持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜中的多孔负载催化剂颗粒。可以将多孔原纤化聚合物膜操作成管、盘或切成小块的胶带的形式，并用于多相反应系统中。负载催化剂颗粒包含分散在多孔载体基材上的至少一种细分金属催化剂。通过细分金属催化剂的有效细分散，使得金属催化剂覆盖载体基材和/或散布在载体基材的孔中，由此获得高催化活性。在一些实施方式中，可以将催化膜复合物引入搅拌罐高压釜反应器系统，连续流反应器系统或帕尔振荡反应系统中，并用于进行催化反应。

技术领域

本公开一般涉及多相化学反应，更具体地，涉及一种多孔原纤化聚合物膜，其包括持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜中的负载催化剂颗粒，以用于多相反应系统中。

背景技术

利用粉末状催化剂作为固相的多相化学反应系统和方法是本领域已知的。但是，三相气-液-固反应存在一些难题。一个困难在于获得气体和液体与用于反应的固体的基本上均匀的分散或混合。有时，当影响这些反应时，气体和液体会混合引入，但在到达固体催化剂表面之前会分离或反混合。结果，经常发生副反应，导致副产物积聚并可能导致危险情况。转化不良是混合不当的另一个方面。两相催化反应对于固体催化剂混合也是挑战性的。

解决与多相化学反应有关的问题的最常见的当前解决方案是使用轴驱动的叶轮混合器将细分散的粉末状催化剂在液相中制成浆液，因为其易于混合并且在液体体积上具有高的催化剂表面积分布。然而，这些细分的粉末状催化剂通常在反应器装料期间和用于在反应后分离催化剂和产物的过滤期间需要大量的操作员操作。另外，由于它们的细小尺寸，当它们粘在反应器内密封件的缝隙中和表面时，容易发生转移损失。残留在反应器中的催化剂也可能导致过程安全问题。例如，残留的催化剂可能变干并引起火灾或爆炸。此外，粉末状催化剂的转移损失导致较差的净生产率。粉末状催化剂的使用也带来了可操作性的挑战，因为需要大量的仔细的操作员操作以防止反应器装料时催化剂干粉着火。

发明内容

一个实施方式涉及用于具有至少三个相的多相反应的反应系统，其中该反应系统包括(1)搅拌罐反应容器，该搅拌罐反应容器包括在其上具有至少一个叶轮叶片的可旋转叶轮轴，其中该可旋转叶轮轴可旋转地固定至催化制品，(2)包含至少一种液相反应物的液相，和(3)包含至少一种气相反应物的气相。催化制品包括持久地嵌入多孔原纤化聚合物膜内的负载催化剂颗粒。多孔原纤化聚合物膜可以是固定的催化剂盘或盘堆叠体的形式。在至少一个实施方式中，盘堆叠体包括多个固定的催化剂盘，其具有将固定的催化剂盘隔开的中间间隔物。另外，固定的催化剂盘在其中具有通孔，用于使反应混合物循环通过盘堆叠体。在一个示例性实施方式中，叶轮叶片是变桨的。反应系统可以被配置用于氢化。在示例性实施方式中，反应系统是搅拌罐高压釜反应器系统。多孔原纤化聚合物膜可以包括聚四氟乙烯(PTFE)，膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)，改性PTFE或PTFE共聚物。此外，催化制品不配置为接触器。在一个替代实施方式中，多孔原纤化聚合物膜为切成小块的带的形式。

另一个实施方式涉及用于具有至少三个相的多相反应的连续流反应系统，其中该反应系统包括(1)催化制品，所述催化制品包括多孔原纤化聚合物膜，所述多孔原纤化聚合物膜包括持久地嵌入所述多孔原纤化聚合物膜内的负载催化剂颗粒，(2)包含至少一种液相反应物的液相，(3)包含至少一种气相反应物的气相，和(4)配置为使液相反应物和气相反应物连续流经和流过催化制品的反应容器。催化制品可以是管的形式，或者可以是束成管状阵列的多个管的形式。在一个替代实施方式中，催化制品可以是切成小块的带的形式。在至少一个实施方式中，反应系统被配置用于氢化。多孔原纤化聚合物膜可以包括聚四氟乙烯(PTFE)，膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)，改性PTFE或PTFE共聚物。另外，多孔原纤化聚合物膜的孔隙率为约30％至约95％。此外，催化制品不配置为接触器。