通过控制的膜分离单元分离均相催化剂的制作方法_2

文档序号:9619837阅读:来源:国知局
反应混合物经过膜分离单元并随后将化已贫乏的 反应渗透物进料至吸附阶段而实现了来自醒化的催化活性的化复合物的分离。
[0033]由于吸附分离方法的分离特性,它们未用于活性催化剂的大量分离,而是(在最 后阶段)用作不能通过上游的分离措施从反应混合物分离出的催化剂物质的截留的"监督 过滤器"(policingfilter)。
[0034]对于大量均相催化剂的连续分离,仅热分离方法或膜分离方法可作为选择。
[0035]热分离方法包括蒸馈和精馈。已在工业规模进行尝试和测试的分离方法利用混合 物中存在的组分的不同沸点,通过将混合物蒸发并选择性地将蒸发的组分冷凝而进行。具 体而言,蒸馈柱中的高溫和低压导致催化剂的失活。热分离方法的另一个缺点是总是需要 大的能量输入。
[0036]膜分离方法更为能量有效:在此,将起始混合物作为进料施用至对于不同组分具 有不同渗透性的膜。特别有效地通过膜的组分作为渗透物在膜的另一侧收集并处理。优先 地被膜保留的组分作为渗余物在入口侧收集并处理。
[0037] 在膜技术中,显示出不同的分离作用;不仅利用了组分的大小差异(机械筛分作 用),而且利用了溶解和扩散作用。膜的分离活性层的可渗透性变得越小,则溶解或扩散作 用变得越主要。W下文献给出对于膜技术的优异的介绍:
[0038] Me 1 in/Rautenbach : Membranverfahren, Grundlagen der Modul-und Anlagenauslegung[Membrane Processes,Principles of Module and System Design], Springer, Berlin Heidelberg 2004.
[0039] 膜技术在醒化混合物的加工中的可能的应用的细节由W下文献给出:
[0040] Priske, M.等:Reaction integrated separation of homogeneous catalysts in the hydroformyl曰tion of higher olefins by means of organophilic nanofiltration. Journal of Membrane Science, Volume 360, Issues 1-2, ISSeptember 2010, 77-83页; doi : 10. 1016/ j. memsci. 2010. 05. 002.
[0041]与热分离方法相比较,膜分离方法的重大优势在于较低的能量输入;然而,在膜分 离方法的情况中也有催化剂复合物的失活问题。
[0042] 通过EP 1 931 472B1中描述的用于醒化混合物的加工的方法解决了此问题,其 中在进料中、渗透物中、W及膜的渗余物中保持特定的一氧化碳分压。因此,首次可W在工 业醒化中有效地使用膜技术。
[0043] 用于从均质地催化的气体/液体反应(具体而言,例如醒化)分离催化剂的另一 个膜-支持的方法可自WO2013/034690A1获知。其中公开的膜技术特别地针对用作反应 区的喷射环流反应器的要求而设计。
[0044] 将均相催化剂从醒化混合物分离出的膜-支持的分离还描述于迄今尚未公开的 德国专利申请DE10 2012 223 572A1中。其中公开的膜分离单元包括通过循环累操作的 溢流回路,并且从缓冲储存装置进料。然而,没有出现对运些设施组件的闭环控制。
[0045] 膜分离方法的特别的缺点在于其仍相对是较新的技术并依靠膜的可获得性。适于 催化剂复合物沉积的特别的膜物质还无法W大体积获得。然而,大体积的液流需要极大的 膜面积和相应的大量的物质和高投资成本才能分离。
[0046] 在迄今尚未公开的专利申请DE10 2013 203 117A1中将吸附和热分离技术的优 势W及膜分离技术的优势组合。通过热分离阶段的相对溫和的操作,大多数催化剂负载与 反应混合物分离。通过两个膜分离单元实现几乎完全的残留物纯化。使用清除机作为监督 过滤器。为了降低特定的膜面积并因此减少物质成本,第一膜分离单元进料和排出"系 统的形式执行至单一溢流回路。相反,第二膜分离单元W两级放大器级联的形式执行并具 有若干个溢流回路。未公开的DE10 2013 203 117A1还解决了反应器的闭环控制和催化 剂分离的闭环控制之间的干扰问题。
[0047] 经历外部扰动的每一个连续地操作的工业系统都要求闭环控制系统。运也适用于 化学反应的工业性能。反应在基本上稳态和已知的条件下进行,运使得闭环控制复杂度低 于机械和车辆。然而,外部扰动也在此W起始混合物的组成的变化的形式出现。因此,如果 用于醒化的设施不仅由一个原料来源进料,则醒化的底物可W源自不同的来源。即使设施 与单一的原料来源直接的连接例如与矿物油的裂化器连接,则如果裂化器随着原料需求而 不同地运行则由裂化器递送的反应物混合物的组成可W改变。在工业实践中,使用的合成 气的组成也经历变化。运种情况特别是当合成气获自源自不同来源的废弃物质时。
[0048] 幾基合成中可变的起始混合物导致转化的变化,且因此还导致液体反应相中异质 的合成气的比例变化。因此,从反应区排出的反应混合物的体积流速也发生变化。体积流 速的运些变化还可能由例如在揽拌蓋反应器和揽拌蓋级联中使用的揽拌器单元和累导致。 在鼓泡柱反应器或喷射环流反应器中,反应器中的流体动力学的扰动可能导致排出体积的 变化。由于溶于液相中的均相催化剂的浓度总是相同的,因此结果应也为不同量(基于摩 尔或重量)的催化剂从反应区排出。为了使反应区中的催化剂的总量保持恒定,需要通过 添加新鲜催化剂进行补偿。然而,新鲜催化剂的添加的闭环控制在技术上是非常复杂的,运 是由于反应器中的催化剂含量难W确定,且新鲜催化剂通过手动添加。
[0049] 合成气的非稳态供应也使得催化剂从反应混合物的分离变得复杂化,运是由于 在膜分离期间符合最小的CO分压对于催化剂活性的保持具有固有的重要性巧P1 931 472B1)O W50] 另外的因素是变化的进料体积流速影响膜的分离性能一-称为截留 (retention)。因此,已观察到膜的截留不是恒定的,而是取决于膜分离阶段中的操作条件。 在此,相关的操作参数包括跨膜压、溢流速率、和膜溫度。然而,运些参数受进料体积流速的 影响,使得进入的反应混合物的体积流速变化还影响膜的分离性能。在极端的情况中,运意 味着膜的截留随着体积流速的上升而下降,使得特别大量的催化剂损失。
[0051] 不仅反应器中的不同操作条件对于膜分离阶段中的分离具有不利的作用,而且相 反地,还有负反馈作用:
[0052] 当膜的截留变化时,运也导致不同的渗余物体积流速。由于膜分离单元的渗余物 被再循环入反应区,因此反应未从催化剂分离获得恒定的回流(returnflow);而是,其经 历回收物的变化。运首先使得反应器中的催化剂含量的闭环控制由于新鲜催化剂的添加而 复杂化;其次,反应器中的流体动力学被扰动,运些对于气/液相反应中的反应物的转化造 成重要影响。
[0053] 鉴于上述现有技术,本发明解决的问题是提出用于将均相催化剂与反应混合物分 离的方法,其简化了新鲜催化剂的添加并且避免了反应区中流体动力学在从反应区排出的 反应混合物的不同体积流速下的扰动。
[0054] 通过闭环控制,通过使膜分离单元的渗余物体积流速和膜分离单元的截留两者保 持恒定而解决上述问题。

【发明内容】
阳化5] 因此,本发明提供了通过至少一个膜分离单元将均相催化剂从反应混合物分离的 方法,其中将包含均相催化剂且源自反应区的反应混合物W进料的形式施用至膜分离单 元,其中均相催化剂在膜分离单元的渗透物中是贫乏的并富集于膜分离单元的渗余物中, 将膜分离单元的渗余物再循环入反应区中,且其中通过闭环控制使膜分离单元的渗余物体 积流速和膜分离单元的截留两者均保持恒定。
[0056] 首先,本发明基于W下出人意料的发现:膜分离单元的截留可W被主动地调节。
[0057] 截留是膜分离单元在渗余物中富集存在于进料中的组分的能力的度量,或在渗透 物中使所述组分消耗的能力的度量。
[005引截留R由膜的渗透物侧的所关注的组分的摩尔比例Xp和膜的渗余物侧的所关注 的组分的摩尔比例Xk计算,如下:
[0059] R= 1-Xp/xr
[0060] 运些浓度Xp和XK应直接地在膜的两侧测量,而不是在膜分离单元的连接处测量。
[0061] 本发明现已认识到,截留可W通过能够影响膜分离单元的操作条件的适合的措施 而技术上予W调节,并因此可W保持恒定。膜分离单元上的由反应区造成的扰动可W被补 偿,使得即使在反应区内不利的操作条件下也可W确保高截留并因此确保低的催化剂损 失。
[0062] 此外,渗余物体积流速的闭环控制导致流入反应区的回收物的一致性增加,使得 反应的流体动力学不被扰动。
[0063] 最后,恒定的截留和恒定的渗余物体积流速还能够使反应区的催化剂预算平衡, 运显著地简化了新鲜催化剂的计量加入。
[0064] 总之,下文详细描述的膜分离单元的闭环控制给反应区中进行的方法带来了显著 的改善并降低了催化剂损失。 阳〇化]理论上,本发明关注通过均质催化进行的任何反应,通过膜技术进行催化剂分离, 其中来自反应区的扰动影响催
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