氢-氧混合器-分布器的制作方法

专利名称：氢-氧混合器-分布器的制作方法
技术领域：
本发明涉及过氧化氢的生产，且更特别地，本发明涉及过氧化氢 的大规模生产。
背景技术：
目前，大多数广泛实施的工业规模的生产过氧化氢的方法是在使
用烷基蒽醌(alkylanthraquinone)作为工作材料的情况下使氢与氧 产生间接反应。在笫一催化氢化步骤中，溶解在包括有机溶剂(例如 二-异丁基甲醇(di-isobutylcarbinol )和甲基萘)的工作溶液中的 烷基蒽醌被转化成烷基蒽氢載。在独立的自动氧化步骤中，该被还原 的化合物被氧化从而再次产生烷基蒽醌并产生了过氧化氢。随后，通 过水萃、精炼和浓缩操作实施分离，从而产生商用级产物。
总体上而言，这种间接形成H202的生产方案增加了复杂性且需要 较高的安装成本和运行成本，在这种方案中，担载体介质被还原并随 后被氧化。值得注意的一个缺点是烷基蒽醌在用于分离过氧化氢产 物的水萃介质中具有较高的溶解性。这加剧了工作溶液的损失并导致
过氧化氢产物受到了有机物质的污染，当过氧化氢被浓缩至适于运输 的水平时，该有机物质会与该过氧化物产生反应。第二个问题涉及水
萃溶液在烷基蒽載工作溶液中的溶解性。当湿工作溶液从水相中被分 离出来从而再循环至间接氧化阶段时，处在有机溶液内的残余的水相 "空穴(aqueous phase "pockets")"提供了这样的区域，过氧化氢 产物在该区域中会浓缩到变得有害的程度。第三个问题涉及当需要少 量过氧化氢时，如何在不会导致水溶液物质流中出现有机污染的情况 下，对有机化合物加以^使用和回收。
与这种烷基蒽釅的方案相比，由气态氢供给物质流和气态氧供给 物质流直接合成过氧化氢的方案要简单得多，也经济得多。尽管在US 4,832, 938 Bl和其它参考文献中披露了这样的工艺，但这种商业化尝 试导致出现了工业事故，这是由于这种工艺固有的爆炸危险性造成的。 即，在常温常压下，氧-氢气态混合物中的氢的爆炸性浓度为4.7-93.9%，该百分比为体积百分比。可见，该范围是一个极宽的范围。 通过惰性气体如氮等对该气态混合物进行稀释几乎不会改变这两 种气体基于无惰性气体的浓度下限，这一点也是已公知的。在正常的 压力变化范围(0. l-20MPa)和温度变化范围(0-100。C)内，爆炸性 范围已公知地几乎不会产生变化。此外，即使这些反应剂以在均质状 态下处于易燃性范围以外的比例被置于一起，但在从纯组分建立起这 种均质性的过程中仍不可避免地至少要暂时经过该易燃性范围。这些 原因导致不易于降低与氢氧直接接触相关的爆炸风险。
在氢氧直接接触的领域中，已经做出了一些努力以便在液相中包 含它们的反应。例如，US 5， 925， 588 Bl披露了以下内容使用具有被
性能。此;卜，US6， 042， 804 Bl披露了以下内i::、将氢和氧的微气泡分 散在包含催化剂的快速流动的酸性水溶液液体介质中。然而，遗憾的 是氢反应剂和氧反应剂仅略溶于这些参考文献所披露的水溶液反应 溶剂中。
其它参考文献，即US 4, 336, 240 Bl和US 4, 347, 231 Bl,披露 了两相反应体系，该体系具有溶解在有机相中的均质催化剂。正如这 两个参考文献的前一个文献中所提到地，均质催化剂体系通常存在妨 碍其商用化的缺点。不利的性质包括反应条件下的催化剂稳定性较 差、催化剂在反应介质中的溶解性有限、以及生产过氧化氢的反应率 较低。此外，位于两相液体反应体系上方的包含气态&/02的环境保持 了溶解在液相中的这些反应剂的平衡浓度。因此，位于反应液体上方 的该气态气氛必须处在可燃性范围之外，因此大大限制了液相中的潜 在反应剂摩尔比的范围。
目前存在两种类型的在水中制造过氧化氢的反应器。笫一种是浆 料反应器，在这种反应器中，气泡和催化剂被分散在流动的液相中。 尽管这对于混合是有利的且提供了良好的传热和质量传递，但除了催 化剂回收和再循环方法以外，该方法还需要大量昂贵的催化剂。第二 反应器是滴流床反应器，在这种反应器中，气体和液体在催化剂的填 充床上流过。滴流床反应器的主要缺点是气体是连续相的且因此需 要较小的通道尺寸，且因此需要较小的颗粒尺寸，才能防止氢和氧进 入危险状态。
5基于需要而提供一种制造大量过氧化氢的装置和工艺，同时不需 要过多的化学物质而确保环境更安全的方法，且不会产生废产物物质 流，将会是有用的。

发明内容
本发明所提供的方法克服了目前的过氧化氢生产方法的缺点，该 方法是产生以分散于液体中的小气泡的分散相存在的大量氢和氧气体 混合物。本发明提供了一种产生氢和氧的混合物作为微小气泡的设备。 本发明包括一对板，其中第一板具有主通道和在所述第一板中限定出 的用于载运第一气体的多条更小的通道，且笫二板具有主通道和在所 述第二板中限定出的用于载运第二气体的多条更小的通道。所述板在 被叠置在一起时，使得所述第一气体物质流和所述第二气体物质流在 所述第二板的所述更小的通道中产生混合，且在所述更小的通道处，
所述气体混合物作为小气泡被排出而进入液体物质流内。
在另一实施例中，所述设备包括冷却板，所述冷却板还提供了用
于承载被排出所述更小的通道的所述气泡的液体物质流。所述冷却板
与第一气体分配板和第二气体分配板以第一板、第二板、冷却板的重
复方式叠置在一起。
在又一实施例中，所述设备包括用于由液体和包含氢和氧的气泡
产生过氧化氢的反应器。该设计使得承载气泡云的液体流过该反应器，
且其中所述气泡云无法在该反应器处聚结成更大的气泡，从而确保了
该反应器的安全运行。
所属领域技术人员通过以下具体实施例和附图将易于理解本发明
的其它目的、优点和应用。通过本发明的以下具体实施例可获得本发
明的附加目的、实施例和细节。


图1是该混合器的第一板的设计； 图2是该混合器的第二板的设计；
图3是第一板和第二板的示意图，且示意性地示出了流动通过该 混合器的该板的情况；
图4是该混合器的冷却板的设计；图5是组装好的分布器(sparger)的示图，且气体和液体在该分 布器中流动；
图6A和图6B是具有环形构型的混合器的笫一板的设计，其中图 6A是顶视图且图6B是剖视图7A和图7B是具有环形构型的混合器的第二板的设计，其中图 7A是顶视图且图7B是剖视图8是第一板和第二板的示意图，且示意性地示出了流动通过该 混合器的该板的情况；
图9A和图9B是具有环形构型的混合器的冷却板的设计，其中图 9A是顶视图且图9B是剖视图IO是使用图5的分布器设计的径向反应器的设计；
图ll是用于产生过氧化氢的分布器和反应器的各级的示意图12是利用对流的过氧化氢反应器的各级的示意图；和
图13是过氧化氢反应器的混合设计的示意图。
具体实施例方式
本发明包括一种用于使氢和氧在水中进行大规模混合以便进行反 应从而产生过氧化氢(H202 )的设备。扩大过氧化氢生产规模的问题在 于所产生的大量过氧化氢将会形成大量体积的氢和氧的混合物。这 是一种存在潜在危险的情况。因此，所希望的是产生大量混合的氢和 氧，但使该氢和氧处在分散于水中的小气泡的分散相存在，以使它们 迅速溶于水中并产生反应从而生产出过氧化氢。本发明提出了一种适 于大规模使用的混合器的新设计。
在一个实施例中，所述设备包括板的阵列，其中每块板具有在所 述板内形成的通道，且所述板被联接在一起。用于形成通道的手段包 括，但不限于，蚀刻、压制、冲压和铣削且在所属领域中是众所周知 的。用于将所述板联接在一起的手段在所属领域中是众所周知的，且 包括，但不限于，利用扩散结合、钎焊和焊接的方法。所述阵列优选 具有成对的板，其中所述板以交替的顺序进行叠置。如图1所示，一 对板中的第一板IO具有第一侧、相对侧、以及第一、第二、第三和第 四边缘。板10具有主通道12，所述主通道具有入口 14和位于板10 的一侧上的多个出口 16。主通道是通过蚀刻、压制、沖压或铣削方式 在板内形成的，该主通道并未贯通板IO。第一板10进一步具有多条更小的通道18，所述多条更小的通道与该主通道12位于板10的同一侧 上，其中每条更小的通道18具有与来自主通道12的相应出口 16流体 连通的入口 。该更小的通道18分别具有出口 20，所述出口延伸通过板 IO至相对侧，从而在该板的相对侧上形成切口阵列。在该特定实施例 中，该更小的通道18并未延伸至板10的边缘，而在其它实施例中， 该通道可延伸至板10的边缘。
该实施例进一步包括一对板中的第二板30，如图2所示，且该第 二板具有第一侧、相对侧、以及第一、第二、第三和第四边缘。板30 具有主通道32，所述主通道具有入口 34和位于板30的一侧上的多个 出口 36。主通道是通过蚀刻、压制、冲压或铣削方式在板内形成的， 该主通道并未贯通板30。第二板30进一步具有多条更小的通道38， 所述多条更小的通道与该主通道32位于板30的同一侧上，其中每条 更小的通道38具有与来自主通道32的相应出口 36流体连通的入口 。 该更小的通道38分别具有出口 40，所述出口在第二板30的一条边缘 处开口。正如该主通道32那样，该更小的通道38并未延伸穿过该板 30而到达相对侧。
两块板IO、 30分别具有相同数量的更小的通道18、 38，且每条通 道18都具有相对应的通道38。当板IO、 30被叠置时，相对应的更小 的通道18、 38被对齐，从而使得该第一板的该更小的通道18的出口 20与第二板的相对应的通道38流体连通。该第一板的更小的通道18 具有出口 20,所述出口终止于第二板的更小的通道38内。第二板的更 小的通道38的位于第一板的更小的通道18的出口 20下游的部分提供 了使来自两条通道18、 38的气体混合的区域。该第二更小通道38中
的该部分的长度被选择以便在气体混合物被排出第二板的更小通道的 出口 40之前实现良好的气体混合。
当多对板IO、 30被叠置和附固在一起时，所产生的实施例将具有 矩形棱柱形状，这种形状具有六条边，从而形成了分布器。第一板的 主通道12的入口将位于一条边上，而第二板的主通道32的入口将位 于与该第一侧相对的第二侧上，且小出口的阵列将位于第三侧上，该 小出口的阵列是第二板的更小的通道38的出口 40。这使进入主通道 12、 32的气体可实现良好的混合并作为混合物从该更小通道的出口 40 被排出。在液体流过该更小通道的出口 40的情况下，气泡云被携带在 液体中，从而改进了质量传递以使气体混合物溶于液体中。图3示意性地示出了通过本发明实现的两种气体的混合。第一气 体流入第一板的主通道12内，如箭头15所示。第一气体随后被分配 并流入次级通道18内，如箭头17所示。第一气体被排出第一板的次 级通道18并流入第二板的次级通道内，如箭头19所示。笫二气体流 入第二板的主通道32内，如箭头25所示。笫二气体随后被分配并流 入次级通道38内，如箭头27所示。第二气体与如箭头19所示的流入 第二板的次级通道38内的第一气体进行混合。第一气体与第二气体的 混合物被排出第二板的次级通道38，如箭头29所示。
在本实施例中，主通道12、 32被制成一定尺寸而具有约50mm的 宽度和约0. 5mm的深度，从而使得截面面积为25mm2。更小的通道18、 38被制成一定尺寸而具有约0. 2mm的宽度和约0. 2mm的深度，从而使 得截面面积为0. 04mm2。本发明通过使主通道的截面面积与该更小通道 的截面面积之和的比率达到至少三比一的方式实现该气体从主通道向 该更小通道的良好分配。在本实施例中，目前的通道尺寸使得每个主 通道可对应于200条以上的更小的通道。使该更小的通道使用较小的 通道尺寸可实现气体的层状混合，且这种方式也被证明是一种安全有 效的使氢与氧混合的方式，而不会引起燃烧。
尽管本实施例的更小通道18、38的特定设计具有200微米(0. 2mm) 的有效直径，但该更小通道18、 38的通道形状和设计仅受限于将要通 过该分布器混合的气体的成分。在氢与氧即刻混合的实例中，该更小 的通道18、 38具有50微米(0, 05mm)至300微米(0. 3mm)且优选不 超过200微米(0. 2mm)的有效直径。
尽管本发明的该设计的用途在于使氢与氧混合从而生产过氧化 氢，但本发明并不限于这些气体，而是相反地，可通过本发明实施任 何的层状气体混合。
在另一实施例中，本发明包括冷却板50，如图4所示。该冷却板 50还用作用于提供液体组分的导管，被排出出口 40的气泡会被携带在 所述液体组分中。冷却板50被设计以便以交替顺序与第一板10和第 二板30堆置在一起，即第一板10、第二板30、冷却板50、第一板10、 第二板30、冷却板50等，
冷却板50被设计具有一系列平行的通道52。通道52以蚀刻、冲 压、压制、铣削或其它方式成形于该板中。通道52具有入口 54和出 口 56。当板被叠置在一起时，冷却板50的出口 56与第二板的更小通道的出口 40位于叠置结构的同一侧上。图5示出了组装好的分布器62 的示图，图中示出了气体入口 58、 60和气体出口 40,且液体向上流动 通过冷却板通道52，从而产生其中分散有气泡的流体。气体入口 58、 60将单独的气体引向板10、 30的相应的主通道入口 14、 34。冷却板 50供第三组分使用，且在本特定实例中，该笫三组分为液体。可用于 本发明中的液体包括水、甲醇、乙醇及其混合物。优选的液体是水。 冷却板50可被设计(图中未示出)以便具有更小的通道，所述更小的 通道用于通过与冷却通道入口 54流体连通的适当歧管来载运第三气态 组分。可使用具有并联构型或串联构型的多个分布器62以便促进气泡 的产生。
在第三实施例中，板堆(stack)仍如上所述，但并未设置冷却板 50。该实施例包括用于载运穿过分布器的出口 40的液体的歧管(未示 出)。该歧管优选引导流体以使其沿尺寸更短的方向在分布器的出口 侧上流过。该歧管可被分隔以便形成独立的通道，从而将流体分开并 进一步防止液相中所栽运的气泡产生合并。
在环形实施例中，该设备包括板的阵列，其中每块板具有环形构 型。对于第一实施例而言，该阵列是以交替顺序叠置的成对的板。图 6A和图6B示出了第一环形板70的顶视图和剖视图。如图6A和图6B 所示，该成对板的第一板70具有顶侧、底侧、内边缘和外边缘。板70 具有主通道72，所述主通道具有位于该板70的外边缘上的至少一个入 口 74和位于板70的顶侧上的多个出口 76。该第一板70进一步具有多 条更小的通道78，所述多条更小的通道与主通道72位于该板70的同 一侧上，其中每条更小的通道78具有与来自主通道72的相应的出口 76流体连通的入口。该更小的通道78分别具有出口 80，所述出口延 伸通过板70而到达板的底部，从而在板70的底部上形成了切口阵列。 在本实施例中，该更小的通道78并未延伸至板70的内边缘。
该环形实施例进一步包括成对板中的第二板90,如图7A和图7B 所示，且所述第二板具有顶侧、底侧、内边缘和外边缘。图7A和图7B 示出了第二环形板90的顶视图和剖视图。板90具有主通道92，该主 通道具有入口 94和位于板90的一侧上的多个出口 96。第二板90进一 步具有多条更小的通道98，所迷多条更小的通道与主通道92位于板 90的同一侧上，其中每条更小的通道98具有与来自主通道92的相应 的出口 96流体连通的入口 。该更小的通道98分别具有出口 100,所述
10出口在笫二板90的内边缘处开口。正如主通道92的情况那样，该更 小的通道98并未延伸通过该板90到达相对侧。第二板90的更小的通 道98的一部分提供了这样的区域来自通道78和98的气体在被排出 出口 100之前在该区域处进行混合。
正如第一实施例的情况那样，该板通过蚀刻、冲压、铣削、压制 的方式受到处理，或者通过所属领域已公知的方法以其它方式生产该 板。
在本实施例中，板堆形成了管状结构，其中液相沿该结构的中心 区域流动。被排出出口 100的混合气体被分散在液相中且沿着该结构 的长度被载运。当成对的板70、 90被叠置和附固在一起时，所产生的 实施例将会具有螺旋管形结构，从而形成了具有外表面和内表面的分 布器。在外侧上将会设置板的主通道72、 92的入口，且在内侧上将会 设置小出口阵列，该小出口的阵列是第二板的更小通道98的出口 100。 液体沿着由板堆的内表面形成的通道流动。当液体流过更小通道的出 口 100时，气泡云被携带在该液体中，从而改善了质量的传递以便将 气体混合物溶解于液体中。
图8示出了两种气体通过本发明进行混合的情况。第一气体流入 第一板的主通道72内，如箭头73所示。第一气体随后流入第一板的 次级通道78内，如箭头75所示。第一气体通过如图6B所示的出口 80 被排出第一板的底部，并流入第二板的次级通道98内，如箭头77所 示。第二气体流入第二板的主通道92内，如箭头93所示。第二气体 随后流入次级通道98内，如箭头95所示。第二气体与如箭头77所示 的从第一板70流出的第一气体在第二板的次级通道98中进行混合。 第一气体和第二气体的混合物被排出第二板的次级通道98，如箭头97 所示。
在另一实施例中，本发明进一步包括环形冷却板110，如图9A和 图9B所示，该环形冷却板还提供了用于液相的导管以便栽运作为气泡 被排出出口 100的气体混合物。图9A和图9B示出了冷却板110的顶 视图和剖视图。冷却板110包括用于液体的主通道112。冷却板110 进一步包括至少一个入口 114和多个出口 116。冷却板110进一步包括 多条更小的分配通道118,其中每条更小的通道118具有对应于主通道 出口 116的入口且具有出口 119。冷却板110具有内边缘和外边缘，且 出口 119被定位在内边缘周围以便对被排出更小通道118的液体进行分配。
当板70、 90、 110以交替顺序叠置在一起时，本实施例形成了具 有内导管的管状结构(未示出)，沿该管状结构设置有用于气体混合 物和液体的交替排列的成层出口 。
在另一实施例中，该设备进一步包括反应床。该设备包括用于栽 运经过该气体分布器的液体供给物的导管，其中该液体与分布器的出 口流体连通。该液体在经过分布器的出口之后变为了载运着气泡云的 液体。反应床(未示出)具有与栽有气泡云的液体流体连通的入口且 具有出口。
在本发明的分布器-反应器组合装置的一个实施例中，如图5所示 的多个分布器62以阵列的方式被布置在螺旋管形反应器芯体120周 围，如图10所示，从而形成了分布器-反应器单元128。在本实施例中， 分布器62的通道出口 40的阵列小到足以用作将催化剂保持在适当位 置处的有效丝网。对于具有更大的通道出口 40的分布器62而言，则 使用了可选的丝网(未示出)。分布器-反应器单元128包括位于反应 器芯体120的内表面上的内部丝网122。丝网122使反应器芯体120 与收集空间124分离开来，其中收集空间124是由内部丝网122和反 应器中的内壁126限定出的空间。丝网122还提供了用于将反应器的 颗粒保持在适当位置处的手段。内壁126是由反应器内部的管道提供 的，且该管道被制成一定尺寸以使压力降最小化，同时收集包含过氧 化氢的液体。可选地可省略该管道，且将由内部丝网122限定出的空 间作为该内部空间124。该反应器布置提供了多个优点。径向反应器克 服了与具有小颗粒尺寸的滴流床反应器相关的压力降限制。滴流床反 应器的小颗粒尺寸对于防止出现用于氢-氧混合物的大气体空间是十 分必要的。径向反应器设计使得更易于更换反应床120。分布器62的 设计将栽运着小气泡的液体迅速分配进入反应床120内，而气体不会 聚结成更大的气泡。并且，分布器-反应器单元128易于被制造和组装 成模块，从而便于扩大规模，以便覆盖较宽范围的流速。
该反应床包括用于由氢和氧形成过氧化氢的催化剂。该催化剂包 括被沉积在担载体上的至少一种催化金属组分，其中该催化金属组分 选自包括铂(Pt )、钯(Pd )、钌(Ru )、铑(Rh )、铱(Ir )、锇 (Os)和金(Au)的组群。该催化剂优选包括两种金属的混合物。在 一个实施例中，该催化剂包括位于担载体上的选自上述物质的至少一种金属。该担栽体材料是使得催化剂可沉积在上面的任何情性材料， 且包括，但不限于，硅石、氧化铝、氧化钛、氧化锆、碳、碳化硅、 硅石-氧化铝、硅藻土、粘土和分子筛。该担载体优选是多孔材料以便 为反应的进行提供更大的表面积。
可选地，分布器与反应器可被制成单元，其中利用多个这种单元 来产生过氧化氢。
在过氧化氢反应器的一个实施例中，该设备包含至少两个分布器-
反应器级，如图11所示。分布器-反应器单元128具有液体供应装置 130、氢供应装置58和氧供应装置60。氢和氧到达单元128内的分布 器且被分散在液体中并流过该单元128内的反应床。分布器-反应器单 元128具有产物出口 132,所述产物出口包含载运着残余气泡的液体物 质流。该产物物质流进入气体-液体分离单元134，在该单元中收集任 何残余的气体并使该气体与液体分开。包含一些过氧化氢的该液体物 质流被进一步供给至随后的分布器-反应器单元128。任何残余的气体 被排出，或被引导至该设施的其它部分，且可用于实现燃烧或其它目 的。可选地，气体-液体分离单元134包括与气体收集区域流体连通的 气体入口 。这使得可加入气体以便对将要被排出的氢-氧混合物进行稀 释。稀释气体可以是惰性气体如氮。使用各级的优点在于使得可在液 体中产生高浓度的过氧化氢，而无需在任何反应器中提供较高的气液 比。这有利于生产出作为气泡云而存在于液体中的气体，同时通过限 制气泡的聚结而防止了出现较大的气体体积。流向每个反应器级的氧 与氢的体积比优选为1或者为化学计量比。
在过氧化氢反应器的另一可选实施例中，该设备包含具有对流反 应器设计的至少两个分布器-反应器级，如图12所示。在该对流设计 中，最后的反应器单元128a具有来自前一个反应器单元/气体-液体分 离器的液体供给物质流136，且氢58和氧60在具有较高的氧氢体积比 的情况下被供给至分布器。产物物质流在气体-液体分离器134中进行 分离，在该气体-液体分离器中，富氧气体被引向用于前一反应器128b 的分布器。前一反应器128b进一步接收来自更前面的反应器128c的 液体供给物质流、氢58和来自从随后的反应器128a流出的富氧气体 物质流138的氧。该过程往回向着第一反应器128而重复进行。这种 对流设计使得在最后的反应器级处可实现以气相存在的氧与氢的较高 的氧氢体积比。在最后的级处在氧浓度过量的情况下运行使得改进了
13过氧化氢的选择性。通过这一过程，气态的氧氢体积比随着该过程从 一个反应器向随后的反应器的推进而增加。对于最后的反应器而言，
所希望的是使氧氢体积比介于2与IO之间，且对于第一反应器而言， 所希望的是使氧氢体积比为1。这使得实现了较高的总的氧转化率，同 时保持了这样的优点即，使得在每个反应器级中可保持较低的气液 体积比且在后面的级中保持较高的氧浓度。
在反应器的另一实施例(未示出)中，该反应器具有简化的对流 设计型式。该设计被称作假对流反应器设计。这种设计的流程与上面 面结合图11所述的流程相同，但氧氢流体的体积比在1至20的范围 内变化，且该比率从第一反应器处的1增加至最后的级处的介于1与 20之间的比率。最终的比率优选介于2与4之间。
在又一可选实施例中，该反应器具有如图13所示的流程。除了增 加了用于液相的再循环物质流以外，该流与上面结合图ll所述的流相 似。来自最后的反应器128a的液体产物物质流的一部分再循环通过泵 140而到达最后的反应器级128a的入口 。再循环物质流的^f吏用仅应该 用于这样的情况下即对于最后的反应器128a而言的氧氢体积比大于 2。作为该实施例的变型，再循环物质流可被引导至位于最后的反应器 128a上游的反应器的入口，但该反应器应该是最接近最后的反应器 128a的多个反应器中的一个。
一个实施例(未示出)还使得催化剂可移动通过反应器级。用于 生产过氧化氢的催化剂的选择性已被证明随着催化剂的失活而增加。 由于所希望的是在后面的反应器中具有更高的选择性，因此提供使催 化剂从反应器单元128移至随后的反应器单元128的反应器设计是有 利的，且新的催化剂被添加到第一反应器单元128中。设计这种反应 器的一种方法是将反应器单元128堆置在一起，从而使得第一反应器 单元128位于顶部，且随后的级被堆置在下面。催化剂随后被添加到 顶部单元中，且反应器内的催化剂将向下迁移至随后的单元，且催化 剂从最后的反应器单元中被撤出并被分离出来。
本发明的实施例使得可利用较低的气体与液体的体积流速比，这 使得能够在液相内形成稳定的气泡云，且本发明的实施例使得可生产 出高浓度的过氧化氢。此外，使用串联的反应器单元使得可在更大程 度上控制运行条件且使得可提高过氧化氢生产的选择性。
尽管上面已结合目前被认为优选的实施例对本发明进行了描述，但应该理解本发明并不限于所披露的实施例，而是旨在覆盖被包括 在所附权利要求书的范围内的多种变型和等效布置。
权利要求
1、一种用于混合两种气体的设备，所述设备包括至少一块第一板(10)，其中所述第一板限定出第一气体主通道(14)，所述第一气体主通道具有入口(14)和多个出口(16)，且所述第一板限定出多条第一气体次级通道(18)，其中每条第一气体次级通道具有与相应的第一气体主通道出口流体连通的入口和第一气体次级通道出口(20)；和至少一块第二板(30)，其中所述第二板限定出第二气体主通道(32)，所述第二气体主通道具有入口(34)和多个出口(36)，且所述第二板限定出多条第二气体次级通道(38)，其中每条第二气体次级通道具有与相应的第二气体主通道出口流体连通的入口和第二气体次级通道出口(40)；其中每条第一气体次级通道出口(20)与第二气体次级通道出口(40)流体连通，且其中所述第一板(10)和第二板(20)以交替的顺序被叠置并且被保持在一起以便形成具有第一气体入口、第二气体入口和混合气体出口的气体分布器(62)。
2、 根据权利要求1所述的设备，进一步包括歧管，所述歧管具有 与所述次级通道出口 (40)流体连通的多个入口、用于准许第三组分 进入的至少一个入口和用于排出所述第一气体、所述第二气体和所述 第三组分的混合物的至少一个出口 ，其中所述歧管包括限定出多条通 道的板，其中每条通道与所述第一气体次级通道出口 (40)中的至少 一个出口和所述第二气体次级出口 (40)中的至少一个出口流体连通，所述每条通道具有用于所述第三组分的至少一个入口和用于排出所述 第一气体、所述第二气体和所述第三组分的混合物的至少一个出口 。
3、 根据权利要求1或2所述的设备，进一步包括冷却板(50)， 其中所述冷却板(50)包括多条通道(52),且每条通道(")具有 入口 (54)和出口 (56)，且所述冷却通道出口 (56)与所述第二气 体次级通道出口 (40)流体连通。
4、 根据权利要求1、 2或3中任一项所述的设备，进一步的特征 在于，所述第一气体次级通道(18)的出口终止于所述笫二气体次级 通道(38)中，其中所述第二气体次级通道(38)的位于所述第一气 体次级通道(18)的出口下游的部分包括有效直径小于300微米的混合部分。
5、 根据权利要求1至4中任一项所述的设备，进一步包括 液体供给导管，所述液体供给导管具有用于液体供给物的入口，所述入口与所述气体分布器(62)流体连通，且所述液体供给导管具 有用于液体的出口，所述液体载运着气泡云；和反应床，所述反应床具有与所述液体供给导管出口流体连通的入 口和形成反应器-分布器单元的出口。
6、 根据权利要求5所述的设备，其中所述反应床包括催化剂，所 述催化剂包括被沉积在担栽体上的至少一种催化金属组分，其中该催 化金属组分选自包括铂(Pt )、钯(Pd )、钌(Ru )、铑(Rh )、铱(Ir)、锇(0s)、金(Au)及其混合物的组群，且其中所述担载体 包括这样的材料，所述材料选自包括硅石、氧化铝、氧化钛、氧化锆、 碳、碳化硅、硅石-氧化铝、硅藻土、粘土、分子筛及其混合物的组群。
7、 根据权利要求1至6中任一项所述的设备，进一步包括反应床， 其中所述反应床包括大体上具有圓柱形形状的环形反应床(120)，所述环形反应床具 有内表面和外表面；催化剂保持丝网(122);和 产物导管(124);其中所述分布器(62)被设置在内表面或外表面中的一个表面上， 所述催化剂保持丝网(122)被设置在所述内表面或外表面中的另一表 面上，且所述产物导管与由所述保持丝网限定边界的表面流体连通。
8、 根据权利要求7所述的设备，其中所述反应床包括位于担载体 上的催化剂，其中所迷催化剂包括至少一种金属，所述金属选自包括 铂(Pt )、钯(Pd )、钌(Ru )、铑(Rh )、铱(Ir )、锇(0s )、 金(Au)及其混合物的组群，且其中所述担载体包括这样的材料，所 述材料选自包括硅石、氧化铝、氧化钛、氧化锆、碳、碳化硅、硅石-氧化铝、硅藻土、粘土、分子筛及其混合物的組群。
9、 根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述第一板(10) 和所述第二板(30)限定出具有矩形平面构型的通道。
10、 根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述笫一板 (70)和所述第二板(90)限定出具有径向构型的通道。
全文摘要
本发明披露了一种用于产生过氧化氢的设备。所述设备通过产生承载气泡云的液体而实现过氧化氢的大规模生产。对于所产生的气泡而言，其在流过反应床而产生过氧化氢之前具有微小的体积。
文档编号B01J19/24GK101678299SQ200780052095
公开日2010年3月24日 申请日期2007年1月11日 优先权日2007年1月11日
发明者G·P·托勒, K·M·范登布谢 申请人:环球油品有限责任公司