專利名稱：用于氣體反應(yīng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及通過氣體反應(yīng)產(chǎn)生期望的產(chǎn)物。更具體地，本發(fā)明涉及通過離心分離的氣體反應(yīng)。更加具體地，本發(fā)明涉及通過催化離心分離增強氣體反應(yīng)。
背景技術(shù)：
化學(xué)反應(yīng)的速率和程度受到動力學(xué)和熱力學(xué)的規(guī)律限制。反應(yīng)速率取決于許多因素，包括時間、溫度和壓力。在催化反應(yīng)的情況下，存在額外速率限制因素，即反應(yīng)物和催化劑的接觸時間以及被反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑表面移除以使催化劑催化其它反應(yīng)物的時間。在常規(guī)反應(yīng)器中，經(jīng)常通過混合控制反應(yīng)物和催化劑的接觸時間，所述混合為參與化學(xué)反應(yīng)的成分之間提供接觸。已經(jīng)存在各種針對最大化混合和混合設(shè)備的使用以加速化學(xué)反應(yīng)的創(chuàng)新。已經(jīng)提出高剪切和高能量的混合設(shè)備，用于提高化學(xué)反應(yīng)的速率。已經(jīng)提出用于加速化學(xué)反應(yīng)物的反應(yīng)的其它設(shè)備。例如，先前已經(jīng)公開通過使用水動力空穴加速化學(xué)反應(yīng)的方法。水動力空穴包括相變和溫度及壓力的迅速增加；由流動流體速度的變化引起的壓力變化導(dǎo)致加速的化學(xué)反應(yīng)。在本領(lǐng)域中需要通過反應(yīng)氣態(tài)成分產(chǎn)生期望的產(chǎn)物的有效且經(jīng)濟(jì)的設(shè)備和方法。 所期望的是，通過所公開的系統(tǒng)和方法將能量到反應(yīng)的轉(zhuǎn)換最大化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種設(shè)備，所述設(shè)備包括(1)第一筒狀的多孔催化轉(zhuǎn)子，所述第一筒狀的多孔催化轉(zhuǎn)子關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線對稱設(shè)置，并且包圍第一內(nèi)部空間；其中所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子包括第一催化劑；( 外殼，其中所述外殼和所述轉(zhuǎn)子由環(huán)形空間分開；C3)馬達(dá)，所述馬達(dá)被構(gòu)造為用于使所述轉(zhuǎn)子繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；(4)進(jìn)料入口管線；以及(5)第一出口管線，其中所述第一出口管線與所述環(huán)形空間流體連接。在實施例中，所述設(shè)備的進(jìn)料入口管線與第一內(nèi)部空間流體連接。在一些實施例中，進(jìn)料入口管線延伸至第一內(nèi)部空間中。 在一些情況中，進(jìn)料入口管線延伸至第一內(nèi)部空間的豎直中央部分中。在一些其它情況中， 進(jìn)料入口管線延伸至所述第一內(nèi)部空間中接近所述旋轉(zhuǎn)軸線的位置。在實施例中，所述設(shè)備的轉(zhuǎn)子大體是管狀的。在實施例中，所述設(shè)備的第一多孔催化轉(zhuǎn)子由可選擇性滲透材料制成或包括可選擇性滲透材料。在一些情況中，所述可選擇性滲透材料由催化劑制成、由催化劑浸漬或涂覆有催化劑。在一些其它情況中，所述可選擇性滲透材料包括燒結(jié)金屬或陶瓷。在實施例中，所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子具有在從約4英寸到約12英寸范圍內(nèi)的直徑。在實施例中，所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子具有在從約8英寸到約20 英寸范圍內(nèi)的長度。在實施例中，所述設(shè)備的馬達(dá)能夠提供至少約7，500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率。CN 102405097 A
說明書
2/13 頁在特定實施例中，所述設(shè)備還包括與所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子同心并且包圍第二內(nèi)部空間的第二多孔催化轉(zhuǎn)子，其中所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子包括第二催化劑。在實施例中，進(jìn)料入口管線與第一內(nèi)部空間流體連接。在某些特定實施例中，所述設(shè)備還包括第二出口，其中所述第二出口管線與第二內(nèi)部空間流體連接。在特定實施例中，所述設(shè)備的第一催化劑和第二催化劑是相同的。在特定其它實施例中，所述設(shè)備的第一催化劑和第二催化劑是不同的。本發(fā)明的另一個方面包括一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個所述設(shè)備。在一些實施例中， 所述系統(tǒng)的第一設(shè)備的所述多孔催化轉(zhuǎn)子的催化功能與第二設(shè)備的所述多孔催化轉(zhuǎn)子的催化功能不同。本發(fā)明還公開一種產(chǎn)生氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物的方法。所述方法包括(1)使包括至少一種氣態(tài)反應(yīng)物的進(jìn)料氣體從多孔催化轉(zhuǎn)子的入口側(cè)穿過所述轉(zhuǎn)子，其中所述多孔催化轉(zhuǎn)子對所述至少一種氣態(tài)反應(yīng)物是可滲透的，并且由對催化第一反應(yīng)有效的催化劑制成或者包含對催化第一反應(yīng)有效的催化劑；和( 從轉(zhuǎn)子的出口側(cè)提取第一期望的產(chǎn)物。在實施例中， 所述方法還包括使所述多孔催化轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸線以指定旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)。在實施例中，所述轉(zhuǎn)子是筒形的。在特定實施例中，所述多孔催化轉(zhuǎn)子包括燒結(jié)金屬或陶瓷。在實施例中，所述燒結(jié)金屬或陶瓷由催化劑制成、由催化劑浸漬或涂覆有催化劑。在特定實施例中，所公開的方法還包括使所述期望的產(chǎn)物從第二多孔催化轉(zhuǎn)子的入口側(cè)通過所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子，其中所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子對所述第一期望的產(chǎn)物是可滲透的，并且由對催化第二期望反應(yīng)有效的催化劑制成或包含對催化第二期望反應(yīng)有效的催化劑。在一些情況下，所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子和所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子被包括在單個設(shè)備中。在一些其它情況下，所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子和所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子被包含在兩個分開的設(shè)備中。這些和其它實施例以及潛在優(yōu)勢在下面詳細(xì)的描述和附圖中將清晰明顯。


為了更詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，現(xiàn)在將參考附圖，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的系統(tǒng)的示意圖。圖3A是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的系統(tǒng)的示意圖。圖;3B是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的系統(tǒng)的示意圖。圖3C是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的系統(tǒng)的示意圖。在圖中，相同的附圖標(biāo)記被用于表示相同的元件。標(biāo)記和術(shù)語當(dāng)在本文中使用時，當(dāng)參考本發(fā)明的設(shè)備使用術(shù)語“反應(yīng)離心機”和“催化離心機” 時，用于指設(shè)備被構(gòu)造為集成離心和催化功能。本文使用的短語“多孔催化轉(zhuǎn)子”指對氣體不是不滲透的并且由至少一種催化材料制成或其中包含至少一種催化材料的轉(zhuǎn)子。
具體實施例方式I.概要。本文公開了使氣態(tài)成分反應(yīng)來產(chǎn)生期望的產(chǎn)物的系統(tǒng)和方法。所公開的系統(tǒng)和方法為離心與催化的組合而設(shè)置，增強氣相反應(yīng)以產(chǎn)生期望的產(chǎn)物。盡管以下描述關(guān)于多孔催化轉(zhuǎn)子，但可以想象的是，在應(yīng)用中，離心分離本身將足夠允許期望的反應(yīng)，并且在這種情況下，多孔轉(zhuǎn)子可以不由催化劑制成或其中不包含催化劑。所述系統(tǒng)和方法對于任何數(shù)量的各種各樣的反應(yīng)是可適用的，對于所述反應(yīng)，能夠以氣相提供反應(yīng)物(或者在反應(yīng)器中轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，且/或，對于所述反應(yīng)，合適的催化劑可用。通過旋轉(zhuǎn)的高剪切反應(yīng)器的進(jìn)料引入包括磨料催化劑的非均相催化劑能夠引起反應(yīng)器部件的嚴(yán)重磨損。在實施例中，通過在空穴條件有可能存在的點放置催化表面，本發(fā)明的系統(tǒng)通過消除或減少進(jìn)料流中對磨料催化劑的需求克服所述問題。II.用于氣體反應(yīng)的系統(tǒng)。本公開的反應(yīng)性離心分離系統(tǒng)包括至少一個催化離心機。所述至少一個催化離心機包括至少一個多孔催化轉(zhuǎn)子。現(xiàn)在將參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明的用于氣體反應(yīng)的系統(tǒng)。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的反應(yīng)性離心分離系統(tǒng)100的示意圖。反應(yīng)性離心分離系統(tǒng)100包括催化離心機110。所公開的系統(tǒng)的一個或多個催化離心機中的每一個包括外殼、至少一個多孔催化轉(zhuǎn)子、至少一個進(jìn)料入口管線以及至少一個產(chǎn)物出口管線。在圖1的實施例中，催化離心機 110包括外殼165、催化轉(zhuǎn)子185、進(jìn)料入口管線120以及產(chǎn)物出口管線190。所公開的系統(tǒng)的一個或多個催化離心機中的每一個包括外殼。如在圖1中所示， 外殼165包圍轉(zhuǎn)子185。外殼165的外表面和/或內(nèi)表面可以是筒狀的。外殼165能由指定材料制成，以防止有害材料傷害催化離心機的使用者。在應(yīng)用中，催化離心機110的元件——例如殼體165——由不銹鋼制成。通過提供封閉的容器，在設(shè)計極限內(nèi)每個催化離心機內(nèi)的溫度和壓力根據(jù)需要是可調(diào)整的。催化離心機110可以在至少15磅/平方英寸 (表壓)(psig)、500磅/平方英寸(表壓)、1000磅/平方英寸(表壓)或1455磅/平方英寸(表壓)的壓力條件運行。催化離心機110可以在100標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓力條件下運行。催化離心機 110 可以在 150°c、200°c、250°c、300°c、40(rc、45(rc、50(rc、55(rc或達(dá)到約600°C的溫度條件下運行。一個或多個催化離心機中的每一個包括至少一個多孔催化轉(zhuǎn)子。如在圖1的實施例中所示，多孔催化轉(zhuǎn)子185關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線103對稱設(shè)置在殼體165中。多孔催化轉(zhuǎn)子185 設(shè)置在外殼165中，使得在催化轉(zhuǎn)子185的外壁186和外殼165的內(nèi)表面之間產(chǎn)生間隙或環(huán)形空間105。轉(zhuǎn)子185包圍內(nèi)部空間122，所述內(nèi)部空間122被構(gòu)造成使得在使用之前內(nèi)部空間122可以排空空氣，以在運行時提供接近無摩擦的旋轉(zhuǎn)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的系統(tǒng)200的示意圖。系統(tǒng)200包括催化離心機210。催化離心機210包括外殼沈5、內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子^5A、外部多孔催化轉(zhuǎn)子^5B、 進(jìn)料入口管線220、產(chǎn)物出口管線四0。外部多孔催化轉(zhuǎn)子設(shè)置在外殼沈5中，使得在外部多孔催化轉(zhuǎn)子的外壁和外殼沈5的內(nèi)表面之間產(chǎn)生間隙或環(huán)形空間205。 內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子通過內(nèi)部空間222B與外部多孔催化轉(zhuǎn)子分離，并且包圍內(nèi)部空間222A。內(nèi)部空間222A和222B可以被構(gòu)造成使得內(nèi)部空間在使用之前可以排空空氣， 以在運行時提供接近無摩擦的旋轉(zhuǎn)。圖3A-3C提供根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)實施例的示意圖，其中催化離心機包括兩個轉(zhuǎn)子和額外的入口管線或額外的出口管線。圖3AJB和3C的系統(tǒng)300、300'、300〃分別包括催化離心機310、310'和310〃。催化離心機包括外殼365 (365' ,365")、內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A(385A'、385A〃 )、外部多孔催化轉(zhuǎn)子385B (385B ‘、385B〃)、進(jìn)料入口管線 320(320' ,320")、產(chǎn)物出口管線 390 (390 ‘ ,390")。外部多孔催化轉(zhuǎn)子 385B (385B ‘、 385B")設(shè)置在外殼365(365' ,365 ")中，使得在外部多孔催化轉(zhuǎn)子385B(385B ‘、 385B")的外壁386B(386B'、386B〃)和外殼365(365' ,365")的內(nèi)表面之間產(chǎn)生間隙或環(huán)形空間305(305' ,305")。內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A(385A'、385A〃)通過內(nèi)部空間 322B(322B'、322B〃)與外部多孔催化轉(zhuǎn)子385B(385B‘、85B〃)分離，并且包圍內(nèi)部空間 322A(322A'、322A〃)。內(nèi)部空間 322A(322A'、322A〃)和 322B(322B'、322B〃)可以被構(gòu)造成使得內(nèi)部空間在使用之前可以排空空氣，以在運行時提供接近無摩擦的旋轉(zhuǎn)。多孔催化轉(zhuǎn)子。多孔催化轉(zhuǎn)子在形狀上可以是管狀的，例如燒結(jié)金屬管。多孔催化轉(zhuǎn)子(185、285AJ85B、385A、385B、385A'、385B'、385A〃、385B〃 )被設(shè)計成使得其對氣態(tài)成分可滲透并且可以提供至少一種催化功能。多孔催化轉(zhuǎn)子可以包括或包含燒結(jié)金屬。 轉(zhuǎn)子可以由可滲透材料制成或者可以包含可滲透材料?？梢詫τ谛枰木哂姓w強度以承受所期望的運行旋轉(zhuǎn)的孔隙率和孔徑，來定制可滲透材料。在應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子包含碳纖維。在應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子還具有催化功能。在這些實施例中，轉(zhuǎn)子由至少一種催化金屬或金屬鹽制成或其中包含至少一種催化金屬或金屬鹽。在實施例中，催化可滲透材料187夾在轉(zhuǎn)子185的外支撐件186和內(nèi)支撐件188 之間。例如，轉(zhuǎn)子185的外支撐件186和內(nèi)支撐件188可以是支撐材料。例如，轉(zhuǎn)子185的多孔催化性材料可以夾在支撐件之間，以為其提供增加的強度。內(nèi)支撐件和外支撐件可以類似支撐材料的籃，多孔催化材料被夾在其中。內(nèi)支撐件和外支撐件可以被構(gòu)造為如網(wǎng)籃 (例如不銹鋼網(wǎng)籃)，多孔催化材料被夾在其中。內(nèi)支撐件和外支撐件可以是已知的任何材料以提供支撐，并且氣體可以容易地通過內(nèi)支撐件和外支撐件。轉(zhuǎn)子185Q85、385A、385B、 385Α ‘、386Β'、385Α 〃、385Β 〃 )的頂部 189 Q89、389A、389B、389A ‘、389B ‘、389A〃、 389B")和底部184(觀4、384' ,384")可以是不可滲透的，或者可以是多孔催化材料。內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子的底部可以是一體的，或者可以不是一體的。在實施例中，通過將金屬粉末——例如不銹鋼粉末——放在模具中并且在高溫下擠壓金屬粉末，來形成多孔催化材料。在實施例中，高于20，000磅/平方英寸(表壓)的壓力用來壓縮粉末并且形成多孔材料。在實施例中，高于50，000磅/平方英寸(表壓)的壓力用于壓縮粉末并且形成多孔材料。在實施例中，直至150，000磅/平方英寸(表壓) 的壓力用于壓縮粉末并且形成多孔材料。擠壓可以減少起始粉末至少60%的厚度。然后被擠壓的材料可以在爐子中煅燒。為了避免在成形期間的收縮，材料可以達(dá)到接近但是小于熔化溫度的溫度，并且冷卻可以在足夠的持續(xù)時間內(nèi)被控制以避免/最小化收縮。在形成轉(zhuǎn)子的多孔催化材料的期間，控制溫度還可以妨礙形成氧化物。通過在擠壓之前向粉末添加一種或多種催化劑金屬或金屬鹽，可以向轉(zhuǎn)子提供催化劑功能。例如，一種或多種催化材料可以被添加到金屬粉末中、煅燒然后被擠壓以制作燒結(jié)材料。可替換地，能夠在形成多孔材料之后添加催化劑功能。例如，在實施例中，形成燒結(jié)材料然后由一種或多種金屬催化劑涂覆或浸漬。然后被浸漬的材料可以被煅燒。轉(zhuǎn)子的多孔材料可以是用戶定制的，以提供期望的彎曲程度的氣流路徑、孔隙率 (密度)以及材料的平均孔徑。例如，粉末可以被擠壓到蜂窩結(jié)構(gòu)中或添加蠟，隨后被煅燒以去除蜂窩結(jié)構(gòu)或蠟結(jié)構(gòu)然后在轉(zhuǎn)子的多孔材料中留下蜂窩或其它圖案的定制路徑或孔洞。例如，絲瓜海綿或合成海綿被放置在金屬殼體/支撐件中，催化劑粉末被擠壓進(jìn)內(nèi)部是海綿的殼體/支撐件中。然后通過煅燒殼體移除海綿，以便形成多孔催化轉(zhuǎn)子，所述多孔催化轉(zhuǎn)子帶有由設(shè)置在其中的海綿限定的孔洞和路徑以及通道?？梢韵胂蟮氖强梢酝ㄟ^這種方式使用任何海綿結(jié)構(gòu)或花邊狀結(jié)構(gòu)來構(gòu)造用于轉(zhuǎn)子的多孔催化材料——有機的或無機的、合成的或天然的。在一些實施例中，多孔催化轉(zhuǎn)子具有規(guī)則的孔洞和/或路徑和/或通道。在一些實施例中，多孔催化轉(zhuǎn)子具有隨機的孔洞和/或路徑和/或通道。在實施例中， 由多孔催化轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)得到在反應(yīng)離心機的運行期間氣態(tài)反應(yīng)物和催化劑的所期望的表面接觸面積，對每個特別的應(yīng)用/反應(yīng)所述多孔催化轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)是用戶定制的?？梢孕纬啥嗫邹D(zhuǎn)子的合適的材料是例如陶瓷或不銹鋼。在實施例中，多孔材料包括316不銹鋼。在實施例中，可選擇性滲透材料的密度在從約3g/cm3到約6g/cm3的范圍內(nèi)。在應(yīng)用中，可選擇性滲透材料的密度大于約3g/cm3、3. 5g/cm3、4g/cm3、4. 5g/cm3,5g/cm3 或6g/cm3。在應(yīng)用中，可選擇性滲透材料的密度是約3. 5g/cm3、4g/cm3、4. 5g/cm3,5g/cm3或 5. 5g/cm3。在實施例中，可選擇性滲透材料的平均孔徑小于約200 μ m、小于約50 μ m、小于約 20 μ m、小于約10 μ m、小于約5 μ m、小于約3 μ m、小于約1 μ m、或小于約0. 5 μ m。在實施例中，平均孔徑在埃的范圍內(nèi)。每個多孔催化轉(zhuǎn)子可以具有被確定為適合于特定應(yīng)用的直徑和長度，并且反應(yīng)離心機可以具有任何期望的標(biāo)稱尺寸。因此，所給定的尺寸不意味著進(jìn)行限制。在應(yīng)用中，每個多孔催化轉(zhuǎn)子可以具有從約2英寸到約12英寸、從約4英寸到約10英寸、從約4英寸到約8英寸或從約4英寸到約6英寸的范圍內(nèi)的直徑。轉(zhuǎn)子可以具有從約8英寸到約20英寸、從約10英寸到約17英寸或從約12英寸到約15英寸范圍內(nèi)的豎直長度。反應(yīng)離心機 110,210,310的標(biāo)稱容量可以是約10加侖、約5加侖或約1加侖。多孔催化材料的厚度可以被定制以提供期望的表面面積。在實施例中，多孔催化材料或轉(zhuǎn)子具有約1/4英寸、約 1/2英寸、約3/4英寸或約1英寸的厚度?？梢酝ㄟ^提供特定孔徑(例如30μπι到100 μ m)的燒結(jié)材料、隨后用分子篩或膜處理燒結(jié)材料，來得到期望的滲透性或平均孔徑。燒結(jié)材料的外表面可以由一層或多層分子篩覆蓋。合適的分子篩包括但不局限于碳分子篩、ALPOS、SAP0S、二氧化硅、鈦硅酸鹽和沸石。在實施例中，分子篩具有在從3埃(A)到約20A (約0. 3nm到約2nm)范圍內(nèi)的孔徑。 可以通過與用于在整體式和/或蜂窩催化轉(zhuǎn)換器上準(zhǔn)備催化劑表面的方法類似的方法涂覆涂層，所述整體式和/或蜂窩催化轉(zhuǎn)換器在汽車消聲器上使用。轉(zhuǎn)子185向催化離心機110提供催化功能。轉(zhuǎn)子185由一種或多種催化劑制成或者其中包含一種或多種催化劑。催化劑能夠在形成多孔材料期間被整體形成到所述多孔材料中，或者在多孔材料形成之后涂覆到多孔材料上和/或多孔材料中。在實施例中，多孔催化轉(zhuǎn)子185包括由一種或多種催化劑浸漬或涂覆的燒結(jié)材料(或由分子篩涂覆的燒結(jié)材料)?？梢詮脑亟饘俸徒饘冫}中選擇催化劑。浸漬或涂覆燒結(jié)材料或與燒結(jié)材料共同成形的催化劑可以是任何合適的催化劑，例如，鈀硅催化劑或鉬硅膠催化劑。在應(yīng)用中，催化劑具有將輕氣體轉(zhuǎn)換成較重的碳?xì)浠衔锏墓δ?。所公開的系統(tǒng)對其它包括氣體和液體的化學(xué)反應(yīng)也有利，其中高剪切引入空穴，導(dǎo)致在催化表面存在極端的溫度和壓力。所公開的系統(tǒng)的至少一個催化離心機還包括至少一個進(jìn)料入口管線。圖1的實施例的系統(tǒng)100包括進(jìn)料入口管線120。進(jìn)料入口管線120被構(gòu)造成將進(jìn)料氣體引入到由多孔催化轉(zhuǎn)子185限定的內(nèi)部空間122中。進(jìn)料入口管線120的一端125與催化離心機110 的內(nèi)部空間122流體連通。在實施例中，進(jìn)料入口管線的出口端125設(shè)置在內(nèi)部空間122 的豎直中央部分中。所期望的是，出口端125接近旋轉(zhuǎn)軸線103設(shè)置。進(jìn)料入口管線120 的另一端被構(gòu)造成用于將反應(yīng)進(jìn)料氣體引入由轉(zhuǎn)子185限定輪廓的內(nèi)部區(qū)域122中。在實施例中，進(jìn)料入口管線120的出口端125和/或另一(入口)端具有1/2英寸、3/4英寸或 1英寸的直徑。在圖2的實施例中，系統(tǒng)200包括進(jìn)料入口管線220。進(jìn)料入口管線220被構(gòu)造成將進(jìn)料氣體引入到由多孔催化轉(zhuǎn)子限定的內(nèi)部空間222A中。進(jìn)料入口管線220的一端225與催化離心機210的內(nèi)部空間222A流體連通。在實施例中，進(jìn)料入口管線220的出口端225設(shè)置在內(nèi)部空間222A的豎直中央部分中。所期望的是，出口端225接近旋轉(zhuǎn)軸線 203設(shè)置。在實施例中，進(jìn)料入口管線220的出口端(225)和/或另一(入口)端具有1/2 英寸、3/4英寸或1英寸的直徑。如在圖3A中所示，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)300的進(jìn)料入口管線可以包括進(jìn)料入口管線320，所述進(jìn)料入口管線320與內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A的外壁386A和外部多孔催化轉(zhuǎn)子385B的內(nèi)壁388B之間的內(nèi)部空間322B流體連通。在實施例中，進(jìn)料入口管線320的出口端325設(shè)置在外部轉(zhuǎn)子385B的頂部389B的下方。在實施例中，進(jìn)料入口管線320的出口端325設(shè)置在外部轉(zhuǎn)子385A的頂部389A的下方。在實施例中，進(jìn)料入口管線320的出口端325豎直地設(shè)置在內(nèi)部轉(zhuǎn)子385A的頂部389A上方并且設(shè)置在外部轉(zhuǎn)子385B的頂部 389B下方。在實施例中，進(jìn)料入口管線320的出口端325設(shè)置在內(nèi)部轉(zhuǎn)子385A的外壁386A 和外部轉(zhuǎn)子385B的內(nèi)壁388B之間。在實施例中，進(jìn)料入口管線320的出口端和/或另一 (入口)端具有1/2英寸、3/4英寸或1英寸的直徑。根據(jù)本發(fā)明的氣體反應(yīng)系統(tǒng)的催化離心機還可以包括一個或多個額外的入口管線。如在圖:3B中所示，根據(jù)實施例的系統(tǒng)300'包括進(jìn)料入口管線320'，所述進(jìn)料入口管線被構(gòu)造成將進(jìn)料氣體引入由多孔催化轉(zhuǎn)子385A'限定的內(nèi)部空間322A'中。進(jìn)料入口管線320'的一端325'與催化離心機310'的內(nèi)部空間322A'流體連通。在實施例中，進(jìn)料入口管線320'的出口端325'設(shè)置在內(nèi)部空間322A'的豎直中央部分中。所期望的是， 出口端325'接近旋轉(zhuǎn)軸線303設(shè)置。在實施例中，進(jìn)料入口管線320'的出口端325'和 /或另一(入口)端具有1/2英寸、3/4英寸或1英寸的直徑。系統(tǒng)300還包括額外的入口管線370，所述入口管線與內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A'的外壁386A'和外部多孔催化轉(zhuǎn)子 385B'的內(nèi)壁388B'之間的內(nèi)部空間322B'流體連通。這個構(gòu)造對將額外的反應(yīng)物、不活潑物質(zhì)或水蒸汽375添加到內(nèi)部空間322B'中是有用的。在實施例中，額外的入口管線370 的出口端水平地設(shè)置在內(nèi)部轉(zhuǎn)子385A'的外壁386A'和外部轉(zhuǎn)子385B'的內(nèi)壁388B'之間。在實施例中，入口管線370的出口端設(shè)置在外部轉(zhuǎn)子385B'的頂部389B'下方。在實施例中，入口管線370的出口端設(shè)置在外部轉(zhuǎn)子385A'的頂部389A'下方。在實施例中， 入口管線370的出口端豎直地設(shè)置在內(nèi)部轉(zhuǎn)子385A'的頂部389A'上方并且設(shè)置在外部轉(zhuǎn)子385B'的頂部389B'下方。本發(fā)明的催化離心分離系統(tǒng)還包括馬達(dá)，所述馬達(dá)與至少一個催化離心機的至少一個多孔催化轉(zhuǎn)子聯(lián)接，并且被構(gòu)造為提供至少一個多孔催化轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)對轉(zhuǎn)子中的進(jìn)料氣體施加反應(yīng)離心力。例如在圖1的實施例中，馬達(dá)145與轉(zhuǎn)子185聯(lián)接，并且能夠使轉(zhuǎn)子185繞旋轉(zhuǎn)軸線103旋轉(zhuǎn)。在圖2的實施例中，馬達(dá)245與轉(zhuǎn)子和聯(lián)接，并且能夠使轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸線203旋轉(zhuǎn)。在圖3AJB和3C的實施例中， 馬達(dá) 345、345'、345〃 分別與轉(zhuǎn)子 385A、385A'、385A〃 和 385B、385B'、385B〃 聯(lián)接，并且能夠使轉(zhuǎn)子沿繞旋轉(zhuǎn)軸線303、303'、303"旋轉(zhuǎn)。在實施例中，其中催化離心機包括兩個或更多個馬達(dá)，一個或更多個馬達(dá)沿與至少一個其它馬達(dá)的方向相反的方向可以是可旋轉(zhuǎn)的。例如，在圖2的實施例中，內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子通過齒輪可以與馬達(dá)245聯(lián)接，使得內(nèi)部轉(zhuǎn)子沿順時針方向是可旋轉(zhuǎn)的，并且外部轉(zhuǎn)子沿逆時針方向是可旋轉(zhuǎn)的。高速馬達(dá)可以具有達(dá)到90，000轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)頻率的性能?？商鎿Q地，一些其它裝置可以提供高旋轉(zhuǎn)頻率。在實施例中，高速馬達(dá)能夠產(chǎn)生至少5千轉(zhuǎn)/分(RPM)、7千轉(zhuǎn)/分、 7. 5千轉(zhuǎn)/分、10千轉(zhuǎn)/分、15千轉(zhuǎn)/分、20千轉(zhuǎn)/分、25千轉(zhuǎn)/分、30千轉(zhuǎn)/分、40千轉(zhuǎn)/ 分、50千轉(zhuǎn)/分、60千轉(zhuǎn)/分、70千轉(zhuǎn)/分、80千轉(zhuǎn)/分或90千轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)頻率。所公開的系統(tǒng)的一個或多個催化離心機的每一個還包括至少一個產(chǎn)物出口管線， 所述產(chǎn)物出口管線被構(gòu)造為從催化離心機中移除所期望的氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物。在圖1的實施例中，系統(tǒng)100包括產(chǎn)物出口管線190。殼體165的內(nèi)表面和多孔催化轉(zhuǎn)子185的外表面186 之間產(chǎn)生環(huán)形區(qū)域105。產(chǎn)物出口管線190包括與環(huán)形空間105流體連通的一個(入口) 端192。產(chǎn)物出口管線190的端部192能夠豎直地設(shè)置在環(huán)形空間105中的任何位置，例如，面朝環(huán)形區(qū)域105的頂部、底部或中央。在實施例中，產(chǎn)物出口管線190的端部192接近殼體165的內(nèi)表面設(shè)置。可替代地，產(chǎn)物出口管線190的端部192遠(yuǎn)離殼體165的內(nèi)表面設(shè)置?？商娲?，產(chǎn)物出口管線190的端部192水平地大體設(shè)置在殼體165的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子185的外表面186之間。在實施例中，產(chǎn)物出口管線190的入口端192和/或另一(出口)端具有1/2英寸、3/4英寸或1英寸的直徑。在圖2的實施例中，系統(tǒng)200的催化離心機210包括產(chǎn)物出口管線四0。殼體265 的內(nèi)表面和外部多孔催化轉(zhuǎn)子的外表面之間產(chǎn)生環(huán)形區(qū)域205。產(chǎn)物出口管線 290被構(gòu)造為用于從環(huán)形空間205中移除反應(yīng)產(chǎn)物。產(chǎn)物出口管線290包括與環(huán)形空間205 流體連通的一個(入口)端2狐。產(chǎn)物出口管線四0的端部可以豎直地設(shè)置在環(huán)形空間205中的任何位置，例如，面朝環(huán)形區(qū)域205的頂部、底部或中央。在實施例中，產(chǎn)物出口管線290的端部接近殼體265的內(nèi)表面設(shè)置?？商娲兀a(chǎn)物出口管線290的端部 292A遠(yuǎn)離殼體265的內(nèi)表面設(shè)置?？商娲兀a(chǎn)物出口管線290的端部水平地大體設(shè)置在殼體沈5的內(nèi)表面和外部轉(zhuǎn)子的外表面之間。在實施例中，產(chǎn)物出口管線 290的入口端292和/或另一(出口)端具有1/2英寸、3/4英寸或1英寸的直徑。所公開的系統(tǒng)的一個或多個催化離心機的每一個還可以包括一個或額外的產(chǎn)物出口管線，所述產(chǎn)物出口管線被構(gòu)造為從催化離心機中移除所期望的氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物。如在圖3A的實施例中所示，例如催化離心機310可以包括被構(gòu)造為從環(huán)形空間305中移除反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)物出口管線390。產(chǎn)物出口管線390包括與環(huán)形空間305流體連通的一個(入口) 端392。產(chǎn)物出口管線390的端部392可以豎直地設(shè)置在環(huán)形空間305中的任何位置，例如，面朝環(huán)形區(qū)域305的頂部、底部或中央。在實施例中，產(chǎn)物出口管線390的端部392接近殼體365的內(nèi)表面設(shè)置。可替代地，產(chǎn)物出口管線390的端部392遠(yuǎn)離殼體365的內(nèi)表面設(shè)置?？商娲?，產(chǎn)物出口管線390A的端部392水平地大體設(shè)置在殼體365的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子385B的外表面386B之間。催化離心機310還包括被構(gòu)造為從內(nèi)部空間322A中移除反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)物出口管線380。產(chǎn)物出口管線380包括與內(nèi)部空間322A流體連通的一個 (入口)端。產(chǎn)物出口管線380的入口端設(shè)置為與旋轉(zhuǎn)軸線303重合。產(chǎn)物出口管線380 的入口端可以豎直地設(shè)置，面朝內(nèi)部空間322A的頂部389A、底部384或中央。如在圖3C的實施例中所示，催化離心機310"可以包括構(gòu)造為從環(huán)形空間305" 移除反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)物出口管線390"。產(chǎn)物出口管線390"包括與環(huán)形空間305"流體連通的一個(入口)端392〃。產(chǎn)物出口管線390〃的端部392〃可以豎直地設(shè)置在環(huán)形空間 305"中的任何位置，例如，面朝環(huán)形區(qū)域305"的頂部、底部或中央。在實施例中，產(chǎn)物出口管線390〃的端部392〃接近殼體365〃的內(nèi)表面設(shè)置。可替代地，產(chǎn)物出口管線390〃的端部392〃遠(yuǎn)離殼體365〃的內(nèi)表面設(shè)置?？商娲兀a(chǎn)物出口管線390〃的端部392〃水平地大體設(shè)置在殼體365〃的內(nèi)表面和外部轉(zhuǎn)子385B"的外表面386B"之間。催化離心機 310"還包括被構(gòu)造為從內(nèi)部空間322B"中移除反應(yīng)產(chǎn)物的額外的出口管線380'。產(chǎn)物出口管線380'包括與內(nèi)部空間322B〃流體連通的一個(入口)端。產(chǎn)物出口管線380' 的入口端可以豎直地設(shè)置在外部轉(zhuǎn)子385B"的頂部389B"的下方。產(chǎn)物出口管線380'的入口端可以豎直地設(shè)置在外部轉(zhuǎn)子385A"的頂部389A"的下方。在實施例中，與內(nèi)部空間 322B〃流體連通的產(chǎn)物出口管線380'的入口端豎直地設(shè)置在轉(zhuǎn)子385A"的頂部389A" 和轉(zhuǎn)子385B"的頂部389B"之間。產(chǎn)物出口管線380'的入口端可以水平地設(shè)置在內(nèi)部轉(zhuǎn)子385A"的外壁386A"和外部轉(zhuǎn)子385B"的內(nèi)壁388B"之間。反應(yīng)性離心分離系統(tǒng)還包括一個或多個泵?？梢允褂靡粋€或多個泵為催化離心機加壓并且增大通過其的流量。例如，在圖1和圖2的實施例中，反應(yīng)離心機系統(tǒng)100和200 分別包括兩個泵11IA/11IB和211A/21IB。泵111A/21IA設(shè)置在進(jìn)料入口管線120/220上， 并且可以用來在壓力下強制進(jìn)給材料進(jìn)入催化離心機110/210中。泵111B/211B可以設(shè)置在產(chǎn)物出口管線190/290上，并且可以用來提供從環(huán)形空間105/205中移除產(chǎn)物的真空。系統(tǒng)可以包括多于兩個的泵。例如，圖3A的系統(tǒng)300包括三個泵311A、311B和 311C。泵311A設(shè)置在進(jìn)料入口管線320上，并且可以用來在壓力下強制進(jìn)給材料進(jìn)入催化離心機310中。泵311B可以設(shè)置在產(chǎn)物出口管線390上，并且可以用來提供從環(huán)形空間 305中移除產(chǎn)物的真空。泵311C可以設(shè)置在第二產(chǎn)物出口管線383上，并且用來在真空下從內(nèi)部空間322A將產(chǎn)物移除。在圖:3B的實施例中，系統(tǒng)300'包括三個泵311A'、311B'和311D。泵311A'設(shè)置在進(jìn)料入口管線320'上，并且可以用來在壓力下強制進(jìn)給材料進(jìn)入催化離心機310' 中。泵311B'可以設(shè)置在產(chǎn)物出口管線390'上，并且可以用來提供從環(huán)形空間305'中移除產(chǎn)物的真空。泵311D可以設(shè)置在第二反應(yīng)物入口管線375上，并且用來在壓力下將成分引入內(nèi)部空間322B'中。在圖3C的實施例中，系統(tǒng)300〃包括三個泵311A"、311B"和311C'。泵311A" 設(shè)置在進(jìn)料入口管線320 "上，并且可以用來在壓力下強制進(jìn)給材料進(jìn)入催化離心機 310"中。泵311B"可以設(shè)置在產(chǎn)物出口管線390"上，并且可以用來提供從環(huán)形空間 305"中移除產(chǎn)物的真空。泵311C'可以設(shè)置在第二產(chǎn)物出口管線383上，并且用來通過真空從內(nèi)部空間322B"將產(chǎn)物移除。加熱器?？梢韵胂螅瑢τ谔囟☉?yīng)用，可以加熱催化離心機110、210、310的全部或部分以加強氣體成分的反應(yīng)。例如使用本領(lǐng)域已知的設(shè)備和方法可以加熱殼體165J65、365的全部或部分。本發(fā)明的系統(tǒng)可以包括兩個或更多個反應(yīng)離心機。兩個或更多個反應(yīng)離心機可以串聯(lián)和/或并聯(lián)構(gòu)造。在實施例中，系統(tǒng)的第一反應(yīng)離心機包括具有第一催化特性的多孔催化轉(zhuǎn)子，而串聯(lián)的第二催化離心機包括具有第二催化功能的多孔催化轉(zhuǎn)子。在實施例中， 來自第一催化離心機的氣體產(chǎn)物作為進(jìn)料氣體被引入第二催化離心機中，所述第二催化離心機中包括具有不同催化功能的轉(zhuǎn)子。在這種實施例中，可想到中間階段氣體的添加。包括含有兩個或更多個多孔催化轉(zhuǎn)子的催化離心機的系統(tǒng)和包括串聯(lián)的多個催化離心機的系統(tǒng)可能是可操作的，以執(zhí)行多個反應(yīng)和/或增強期望的反應(yīng)的程度。反應(yīng)器能夠通過位于一個反應(yīng)器中的多個多孔旋轉(zhuǎn)離心機構(gòu)造。在實施例中，不同直徑的旋轉(zhuǎn)多孔筒被構(gòu)造為一個包圍另一個順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。每個旋轉(zhuǎn)多孔筒能夠具有相同催化表面以催化相同的反應(yīng)或者具有不同的催化表面以催化不同的反應(yīng)。在這種實施例中，可以想象根據(jù)需要，能夠?qū)㈩~外的進(jìn)料(即氣體)引入旋轉(zhuǎn)的多孔筒之間的環(huán)形空間中。III.通過反應(yīng)件離心分離產(chǎn)牛期望的產(chǎn)物?，F(xiàn)在將參考圖1闡述根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生期望的氣相反應(yīng)產(chǎn)物的方法。通過進(jìn)料入口管線120將氣態(tài)進(jìn)料115引入催化離心機110 中。通過入口管線120將進(jìn)料氣體引入包含在催化轉(zhuǎn)子185的壁之間的內(nèi)部空間122中。 在實施例中，進(jìn)料氣體被引入內(nèi)部空間122的豎直中央部分。進(jìn)料氣體被引入內(nèi)部區(qū)域122 中接近旋轉(zhuǎn)軸線103的位置。馬達(dá)145引起多孔催化轉(zhuǎn)子185繞旋轉(zhuǎn)軸線103旋轉(zhuǎn)。多孔催化轉(zhuǎn)子可以通過至少5千轉(zhuǎn)/分、7千轉(zhuǎn)/分、7. 5千轉(zhuǎn)/分、10千轉(zhuǎn)/分、15千轉(zhuǎn)/分、 20千轉(zhuǎn)/分、25千轉(zhuǎn)/分、30千轉(zhuǎn)/分、40千轉(zhuǎn)/分、50千轉(zhuǎn)/分、60千轉(zhuǎn)/分、70千轉(zhuǎn)/ 分、80千轉(zhuǎn)/分或90千轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)。反應(yīng)離心力被施加到被引入催化離心機 110中的氣體，強制氣體進(jìn)入多孔催化轉(zhuǎn)子185的孔。如在此以前所討論的，多孔催化轉(zhuǎn)子185由多孔催化材料制成或包含多孔催化材料，氣體必須穿過多孔催化材料以進(jìn)入催化離心機110的環(huán)形區(qū)域105。轉(zhuǎn)子的孔可以被定制以提供對于氣體進(jìn)料和催化劑的相互作用來說最佳的表面面積。在多孔催化轉(zhuǎn)子185 中，進(jìn)料氣體以高速和高剪切率遇到催化材料。以足夠的高旋轉(zhuǎn)頻率，進(jìn)料氣體在進(jìn)入催化轉(zhuǎn)子之前可以分解，例如二氧化碳在進(jìn)入催化轉(zhuǎn)子185之前可以分解成一氧化碳和高反應(yīng)的氧?；谄谕姆磻?yīng)可以選擇操作溫度和壓力。在應(yīng)用中，操作溫度可以在從約室溫到約 600°C的范圍內(nèi)。在應(yīng)用中，操作溫度可以在從約100°C或150 V到約300 V、400 V或500 V 的范圍內(nèi)。壓力可以是在設(shè)計材料的極限內(nèi)的期望壓力。進(jìn)料氣體可以包括氫氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳、一氧化碳、H20、另一種不活潑氣體或烴類氣體或其他氣態(tài)反應(yīng)物中的一個或多個。通過公開的方法能夠從這些成分中產(chǎn)生較高分子量的成分。利用高溫可以允許在室溫下非氣態(tài)的產(chǎn)物的氣相反應(yīng)。例如， 利用高溫可以允許包含氣態(tài)汽油或柴油的進(jìn)料氣體。這種進(jìn)料氣體可以在高溫至 500°C)下脫硫并且催化轉(zhuǎn)子可以包含脫硫催化劑。除了反應(yīng)氣體進(jìn)料氣體還可以包含H2O 和/或不活潑氣體?？梢詮睦绾夂偷獨庵羞x擇不活潑氣體。例如，可以利用引入H2O與進(jìn)料氣體以提供氫反應(yīng)物。由于利用催化離心機，較大的催化劑表面面積和因此所獲得的用于促進(jìn)反應(yīng)的較多的催化劑允許在比常規(guī)所允許的溫度和/或壓力更低的溫度和/或壓力條件進(jìn)行不同的反應(yīng)。在特定壓力/溫度條件下，氣體和/或轉(zhuǎn)換產(chǎn)物可以在反應(yīng)器中轉(zhuǎn)換為液體。在一些情況下，液體可以被進(jìn)給到反應(yīng)器，并且當(dāng)其通過反應(yīng)器進(jìn)給時，在所述空穴條件下轉(zhuǎn)換為氣體。能夠期望的是，在空穴期間產(chǎn)生的極端溫度和壓力結(jié)合催化表面的存在相應(yīng)地增強化學(xué)反應(yīng)?？梢允褂帽肐llA以施加壓力并且強制進(jìn)料氣體115進(jìn)入轉(zhuǎn)子185。在多孔催化轉(zhuǎn)子185中，氣體與催化劑和其它氣體分子相互作用。通過一個或多個出口管線190從環(huán)形空間105移除反應(yīng)產(chǎn)物195。通過泵IllB可以施加真空至環(huán)形空間105，通過產(chǎn)物出口管線190增強產(chǎn)物的收回。在實施例中，通過應(yīng)用真空使用泵IllA和管線120從內(nèi)部空間 122移除不需要的雜質(zhì)?，F(xiàn)在將參考圖2闡述產(chǎn)生期望的產(chǎn)物的另一種方法。通過進(jìn)料入口管線220將氣態(tài)進(jìn)料215引入催化離心機210中。通過入口管線220將進(jìn)料氣體引入包含在內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子的壁之間的內(nèi)部空間222A中。在實施例中，將進(jìn)料氣體引入到內(nèi)部空間222A 的豎直中央部分中。進(jìn)料氣體被引入內(nèi)部區(qū)域222A中接近旋轉(zhuǎn)軸線203的位置。馬達(dá)M5 引起內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸線203旋轉(zhuǎn)。多孔催化轉(zhuǎn)子可以通過至少5千轉(zhuǎn)/ 分、7千轉(zhuǎn)/分、7. 5千轉(zhuǎn)/分、10千轉(zhuǎn)/分、15千轉(zhuǎn)/分、20千轉(zhuǎn)/分、25千轉(zhuǎn)/分、30千轉(zhuǎn) /分、40千轉(zhuǎn)/分、50千轉(zhuǎn)/分、60千轉(zhuǎn)/分、70千轉(zhuǎn)/分、80千轉(zhuǎn)/分、或90千轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)。反應(yīng)離心力被施加到被引入催化離心機210中的氣體，強制氣體進(jìn)入內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子的孔中。如在此之前討論的，內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子由第一多孔催化材料制成或包含第一多孔催化材料，氣體必須穿過所述第一多孔催化材料以進(jìn)入內(nèi)部催化轉(zhuǎn)子的外表面和外部多孔催化轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面之間的內(nèi)部空間222B。 第一多孔催化材料包含第一催化劑。內(nèi)部轉(zhuǎn)子的孔可以被定制以提供對于氣體進(jìn)料和第一催化劑最佳的相互作用。在內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子中，進(jìn)料氣體以高剪切率遇到第一催化材料。可以使用泵211A以施加壓力并且強制進(jìn)料氣體進(jìn)入轉(zhuǎn)子^5A。在內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子中^5A，進(jìn)料氣體與第一催化劑和其它氣體分子相互作用。從內(nèi)部催化轉(zhuǎn)子觀5八出來的第一產(chǎn)物進(jìn)入內(nèi)部空間222B。進(jìn)入第二內(nèi)部空間222B的氣體進(jìn)入外部多孔催化轉(zhuǎn)子觀58。如在此之前討論的， 外部多孔催化轉(zhuǎn)子由第二多孔催化材料制成或包含第二多孔催化材料，氣體必須穿過第二多孔催化材料以進(jìn)入外部催化轉(zhuǎn)子的外表面和殼體265的內(nèi)表面之間的環(huán)形空間205中。第二多孔催化材料包含第二催化劑。第二催化劑可以和第一催化劑相同或者不同。外部轉(zhuǎn)子的孔可以被定制以提供被引入其中的氣體和第二催化劑最佳的相互作用。在外部多孔催化轉(zhuǎn)子中，氣體以高剪切率遇到第二催化材料。在外部多孔催化轉(zhuǎn)子觀58中，氣體與第二催化劑相互作用以產(chǎn)生第二產(chǎn)物。第二產(chǎn)物從外部催化轉(zhuǎn)子 285B出來并且進(jìn)入環(huán)形空間205。第二產(chǎn)物可以和第一產(chǎn)物相同或不同。通過一個或多個出口管線290從環(huán)形空間205移除第二反應(yīng)產(chǎn)物四5?？梢酝ㄟ^泵211B將真空施加至環(huán)形空間205，通過第二產(chǎn)物出口管線290增強第二產(chǎn)物295的收回。現(xiàn)在將參考圖3A闡述產(chǎn)生期望的產(chǎn)物的另一種方法。通過進(jìn)料入口管線320將氣體進(jìn)料315引入催化離心機310中。通過入口管線320將進(jìn)料氣體引入內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A的外壁386A和外部催化轉(zhuǎn)子385B的內(nèi)壁388B之間的內(nèi)部空間322B中?？梢詫⑦M(jìn)料氣體引入外部轉(zhuǎn)子385B的頂部389B下方的位置，隨后水平地引入內(nèi)轉(zhuǎn)子385A的外表面386A和外部轉(zhuǎn)子385B的內(nèi)表面388B之間?？梢允褂帽?1IA以在壓力下將進(jìn)料氣體引入內(nèi)部空間322B中。馬達(dá)345引起內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A和外部多孔催化轉(zhuǎn)子385B繞旋轉(zhuǎn)軸線303 旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子可以繞旋轉(zhuǎn)軸線303沿相同或相反方向旋轉(zhuǎn)。多孔催化轉(zhuǎn)子可以通過直至5千轉(zhuǎn)/分、7千轉(zhuǎn)/分、7. 5千轉(zhuǎn)/分、10千轉(zhuǎn)/分、15千轉(zhuǎn)/分、20千轉(zhuǎn)/分、25千轉(zhuǎn)/分、30 千轉(zhuǎn)/分、40千轉(zhuǎn)/分、50千轉(zhuǎn)/分、60千轉(zhuǎn)/分、70千轉(zhuǎn)/分、80千轉(zhuǎn)/分或90千轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)。進(jìn)入內(nèi)部轉(zhuǎn)子385A中的氣體可以轉(zhuǎn)換為第一產(chǎn)物383，所述第一產(chǎn)物離開內(nèi)部轉(zhuǎn)子385A進(jìn)入內(nèi)部空間322A。可以使用真空311C增強第一產(chǎn)物從內(nèi)部空間322A 中的提取。進(jìn)入外部轉(zhuǎn)子385B的氣體可以轉(zhuǎn)換為第二產(chǎn)物395，所述第二產(chǎn)物可以進(jìn)入環(huán)形區(qū)域305。可以使用真空311B增強第二產(chǎn)物395從環(huán)形區(qū)域305中的提取。通過對管線390施加壓力，可以給予氣體進(jìn)入內(nèi)部轉(zhuǎn)子385A的時間。通過對管線380施加壓力，可以強制氣體通過外部轉(zhuǎn)子385B。真空和/或壓力的輔助可以用于控制期望的反應(yīng)。在這種方式下，具有兩種不同產(chǎn)物的兩種不同的反應(yīng)大體上同時地被執(zhí)行。現(xiàn)在將參考圖IBB描述通過氣體反應(yīng)產(chǎn)生產(chǎn)物的另一種方法。通過進(jìn)料入口管線 320'將氣態(tài)進(jìn)料315'引入催化離心機310'中。通過入口管線320'將進(jìn)料氣體引入包含在內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A'的壁內(nèi)的內(nèi)部空間322A'中。在實施例中，將進(jìn)料氣體引入到內(nèi)部空間322A'的豎直中央部分。進(jìn)料氣體被引入內(nèi)部區(qū)域322A'中接近旋轉(zhuǎn)軸線 303'的位置。馬達(dá)345'引起內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A'繞旋轉(zhuǎn)軸線303'旋轉(zhuǎn)。多孔催化轉(zhuǎn)子可以通過至少5千轉(zhuǎn)/分、7千轉(zhuǎn)/分、7. 5千轉(zhuǎn)/分、10千轉(zhuǎn)/分、15千轉(zhuǎn)/分、20千轉(zhuǎn)/分、25千轉(zhuǎn)/分、30千轉(zhuǎn)/分、40千轉(zhuǎn)/分、50千轉(zhuǎn)/分、60千轉(zhuǎn)/分、70千轉(zhuǎn)/分、80 千轉(zhuǎn)/分或90千轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)。反應(yīng)離心力被施加到被引入催化離心機310' 中的氣體，強制氣體進(jìn)入內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A'的孔。如在此之前討論的，內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A'由第一多孔催化材料制成或包含第一多孔催化材料，氣體必須穿過所述第一多孔催化材料以進(jìn)入內(nèi)部催化轉(zhuǎn)子385A'的外表面386A'和外部多孔催化轉(zhuǎn)子385B'的內(nèi)表面388B'之間的內(nèi)部空間322B'中。第一多孔催化材料包含第一催化劑。內(nèi)部轉(zhuǎn)子 385A'的孔可以被定制以提供對于氣體進(jìn)料和第一催化劑最佳的相互作用。在內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A'中，進(jìn)料氣體以高剪切率遇到第一催化材料?？梢允褂帽?11A'以施加壓力并且強制進(jìn)料氣體進(jìn)入內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A'。在內(nèi)部多孔催化轉(zhuǎn)子385A'中，進(jìn)料氣體與第一催化劑和其它氣體分子相互作用。從內(nèi)部催化轉(zhuǎn)子385A'出來的第一產(chǎn)物進(jìn)入內(nèi)部空間322B'中。進(jìn)入第二內(nèi)部空間322B'的氣體進(jìn)入外部多孔催化轉(zhuǎn)子385B'。根據(jù)需要可以引入額外的進(jìn)料。如在此之前討論的，外部多孔催化轉(zhuǎn)子385B'由第二多孔催化材料制成或包含第二多孔催化材料，氣體必須穿過所述第二多孔催化材料以進(jìn)入外部催化轉(zhuǎn)子 385B'的外表面386B'和殼體365'的內(nèi)表面之間的環(huán)形空間305'。第二多孔催化材料包含第二催化劑。第二催化劑可以和第一催化劑相同或者不同。外部轉(zhuǎn)子385B'的孔可以被定制以提供被引入其中的氣體和第二催化劑最佳的相互作用。在外部多孔催化轉(zhuǎn)子 385B'中，氣體以高剪切率遇到第二催化材料。在外部多孔催化轉(zhuǎn)子385B'中，氣體與第二催化劑相互作用以產(chǎn)生第二產(chǎn)物。第二產(chǎn)物從外部催化轉(zhuǎn)子385B'出來并且進(jìn)入環(huán)形空間 305'。第二產(chǎn)物可以和第一產(chǎn)物相同或不同。通過額外的入口管線370可以將額外的反應(yīng)物375引入內(nèi)部空間322B'?？梢允褂帽?11D以在壓力下引入額外的反應(yīng)物。
通過一個或多個出口管線390'從環(huán)形空間305'移除第二反應(yīng)產(chǎn)物395'。可以通過泵311B'將真空施加至環(huán)形空間305'，以通過第二產(chǎn)物出口管線390'增強第二產(chǎn)物的收回。第二產(chǎn)物可以和第一產(chǎn)物相同或不同。作為該方法的變型，其中利用如在圖3C中的構(gòu)造，第一產(chǎn)物383'可以通過額外的出口管線380'從內(nèi)部空間322B"中被移除。泵311C'可以用來通過額外的出口管線 380'增強產(chǎn)物383'的移除。催化離心方法利用允許氣體不斷地流進(jìn)并且流出催化離心機的設(shè)計。不像大多數(shù)依賴分批次處理的離心機，所公開的催化離心機允許連續(xù)的處理或半連續(xù)的處理。在此應(yīng)用中，產(chǎn)物可以通過一個或多個出口管線從環(huán)形區(qū)域和/或內(nèi)部空間中連續(xù)地或半連續(xù)地被提取。在應(yīng)用中，額外的入口管線和額外的出口管線都與內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子之間的內(nèi)部空間流體連通。催化離心機被設(shè)計為在專用于所期望的反應(yīng)的溫度運行。盡管不旨在限制，反應(yīng)可以在從約25°C到約600°C的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行。在實施例中，反應(yīng)在室溫執(zhí)行。通過在高溫條件運行，通常在室溫條件為液體的成分的氣相反應(yīng)能夠通過所公開的系統(tǒng)和方法被執(zhí)行。例如，利用高溫可以允許利用柴油和汽油的反應(yīng)。串聯(lián)運行。在氣體反應(yīng)方法的實施例中，來自第一反應(yīng)離心機的氣體產(chǎn)物作為進(jìn)料氣體被直接引入第二催化離心機中，而氣體產(chǎn)物仍然在反應(yīng)形式中。新鮮的外部進(jìn)料氣體也可以被添加到反應(yīng)氣體產(chǎn)物中。這樣，可以執(zhí)行串聯(lián)并且復(fù)雜的反應(yīng)。特點/優(yōu)勢。利用所公開的系統(tǒng)和方法可以允許轉(zhuǎn)子的大量旋轉(zhuǎn)能量向一個或多個期望的反應(yīng)的轉(zhuǎn)換。在應(yīng)用中，所述系統(tǒng)和方法允許高于約95%的能量轉(zhuǎn)換到反應(yīng)中； 可替代地，高于約97%的轉(zhuǎn)換；可替代地，高于約99%的轉(zhuǎn)換。例子ΜΙ 一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括催化離心機，所述催化離心機包括對加氫脫碳、加氫脫硫或加氫脫氧進(jìn)行催化的轉(zhuǎn)子，所述系統(tǒng)可以用于對進(jìn)料氣體進(jìn)行脫硫、脫碳和/或脫氧。Ml。在實施例中，催化轉(zhuǎn)子包括重整催化劑。例如，轉(zhuǎn)子可以包括對甲烷重整有效的催化劑或?qū)φ羝淄橹卣行У拇呋瘎?。合適的催化劑可以是例如鎳銅催化劑或鎳硅催化劑。在這種實施例中，對于包括甲烷和二氧化碳的進(jìn)料氣體或包括甲烷、二氧化碳和蒸汽的進(jìn)料氣體進(jìn)行重整以產(chǎn)生合成氣體。合成氣體可以在高溫條件被引入催化離心機或第二轉(zhuǎn)子中，所述催化離心機或第二轉(zhuǎn)子包括對合成氣體到碳?xì)浠衔锏馁M托(Fischer-Tropsch)轉(zhuǎn)換有效的催化劑。以這種方式，通過所公開的系統(tǒng)和方法可以產(chǎn)生較高的碳?xì)浠衔?。通過增加催化劑和合成氣體的接觸時間，所公開的系統(tǒng)和方法能夠增強性能和/或改變費托工藝的產(chǎn)物分布。可替代地或者此外，合成氣體可以穿過本發(fā)明具有催化功能的催化離心機或催化離心機的轉(zhuǎn)子，用于從合成氣體中產(chǎn)生混合醇。在這種應(yīng)用中，可以使用所公開的系統(tǒng)和方法來提高用于從合成氣體中產(chǎn)生混合醇的反應(yīng)的選擇性和反應(yīng)速率。Ml。包括蒸汽、甲烷和二氧化碳的進(jìn)料氣體可以被用來產(chǎn)生醇類、醛類或其他所需的產(chǎn)物。高于沸點的水(即蒸汽)的存在可以被用來向該反應(yīng)或其它反應(yīng)提供氧和氫。M4。在實施例中，催化離心機的催化轉(zhuǎn)子包括加氫催化劑。這樣，可以使用所公開的系統(tǒng)和方法以加氫，例如，乙炔到乙烯，丙二烯到其它烯烴和/或鏈烷烴。炔烴和二烯烴是在乙烷、丙烷和較高分子量的碳?xì)浠衔锏牧呀庵挟a(chǎn)生的不期望的產(chǎn)物。芳香烴也在萘的高溫裂解中產(chǎn)生。這些芳香烴中的一些通過所公開的系統(tǒng)和方法被氫化或氧化為碳氧化物。Ml。在世界各地，通過羰基化反應(yīng)從甲醇中產(chǎn)生乙酸，即通過使用釕基催化劑的甲醇加二氧化碳。(當(dāng)使用鈷時，壓力在6000鎊/平方英寸的級別，但是對于釕催化劑來說壓力減小到1500鎊/平方英寸。)在實施例中，使用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法通過甲醇和二氧化碳的反應(yīng)產(chǎn)生乙酸。_。通過甲醇與二氧化碳和氫的反應(yīng)產(chǎn)生乙醇可以同樣受益于使用本公開的系統(tǒng)和方法。Ml。甲烷和烯烴、二烯烴或芳香烴的反應(yīng)以產(chǎn)生較高分子量的產(chǎn)物。_。二氧化碳和水(蒸汽)反應(yīng)以產(chǎn)生糖?？?。醇類、醛類或酮類的反應(yīng)以產(chǎn)生典型的合成燃料的較高分子量的碳?xì)浠衔锖突蛳N，所述合成燃料例如噴氣燃料、煤油、汽油或柴油燃料。更特別的例子是甲醇通過使用催化劑SAP0-34被轉(zhuǎn)換成低分子量的烯烴，例如乙烯和丙烯。使用H-ZSM-5以及合適的溫度，能夠從甲醇中產(chǎn)生汽油和柴油燃料。_。可進(jìn)行甲烷的部分氧化并且取決于催化劑和反應(yīng)條件可以產(chǎn)生不同的產(chǎn)物。通過本專利和公開的文獻(xiàn)中提到的如甲烷的氧化偶聯(lián)的反應(yīng)可以主要地產(chǎn)生乙烯。然而在條件和催化劑的不同設(shè)置條件下可以產(chǎn)生甲醇。例11。通過使用合適的催化劑以及反應(yīng)溫度、壓力以及反應(yīng)時間的組合，乙烷部分氧化以產(chǎn)生乙烯和/或乙酸。雖然已經(jīng)顯示并且闡述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不偏離本發(fā)明的精神和教導(dǎo)的情況下作出其變型。被闡述的實施例僅僅是示例性的，并不旨在進(jìn)行限制。許多在此公開的本發(fā)明的變型和改進(jìn)是可能的并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在數(shù)字范圍或限制被明確說明處，所表述的范圍或限制應(yīng)該被理解為包括落在被明確表述的范圍和限制內(nèi)相同大小的相關(guān)范圍或限制(例如，從約1到約10包括2、3、4等；大于0. 10包括 0. 11,0. 12,0. 13等)。關(guān)于權(quán)利要求的任意元件使用術(shù)語“可選地”旨在表示主題元件是需要的，或可替代地是不需要的。兩種情況均旨在落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。使用較廣泛的術(shù)語例如包括、包含、具有等應(yīng)該被理解成為較窄的術(shù)語例如由……組成、基本上包括、絕大部分地包括等提供支持。因此，保護(hù)范圍不受上述的說明書限制，而僅僅受權(quán)利要求書限制，該范圍包括權(quán)利要求的主題的所有等同物。每個和每條權(quán)利要求作為實施例被并入說明書中。因此，權(quán)利要求是對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的進(jìn)一步的描述和附加。因此在此引用的所有專利、專利申請和公布的公開內(nèi)容通過引用并入，達(dá)到其為本文所闡述的內(nèi)容提供示例、程序或其它細(xì)節(jié)的程度。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括筒狀的第一多孔催化轉(zhuǎn)子，所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線對稱地設(shè)置，并且包圍第一內(nèi)部空間；其中所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子包括第一催化劑； 外殼，其中所述外殼和所述轉(zhuǎn)子被環(huán)形空間分開； 馬達(dá)，所述馬達(dá)被構(gòu)造成用于使所述轉(zhuǎn)子繞所述旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)； 進(jìn)料入口管線；以及第一出口管線，其中所述第一出口管線與所述環(huán)形空間流體連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述進(jìn)料入口管線與所述第一內(nèi)部空間流體連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子是大致管狀的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子由可選擇性滲透材料制成或包括可選擇性滲透材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述可選擇性滲透材料由催化劑制成、由催化劑浸漬或涂覆有催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述可選擇性滲透材料包括燒結(jié)金屬或陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述進(jìn)料入口管線延伸至所述第一內(nèi)部空間中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述進(jìn)料入口管線延伸至所述第一內(nèi)部空間的豎直中央部分中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述進(jìn)料入口管線延伸至所述第一內(nèi)部空間中的接近所述旋轉(zhuǎn)軸線的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子的直徑在從約4英寸到約 12英寸的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子的長度在從約8英寸到約20英寸的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述馬達(dá)能夠提供至少約7500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括與所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子同心并且包圍第二內(nèi)部空間的第二多孔催化轉(zhuǎn)子，其中所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子包括第二催化劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述進(jìn)料入口管線與所述第一內(nèi)部空間流體連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，還包括第二出口，其中所述第二出口管線與所述第二內(nèi)部空間流體連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述第一催化劑和所述第二催化劑是相同的。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述第一催化劑和所述第二催化劑是不同的。
18.—種系統(tǒng)，包括多個根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中第一設(shè)備的多孔催化轉(zhuǎn)子的催化功能與第二設(shè)備的多孔催化轉(zhuǎn)子的催化功能不同。
20.一種產(chǎn)生氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物的方法，所述方法包括使包括至少一種氣態(tài)反應(yīng)物的進(jìn)料氣體從多孔催化轉(zhuǎn)子的入口側(cè)穿過所述多孔催化轉(zhuǎn)子，其中所述多孔催化轉(zhuǎn)子對所述至少一種氣態(tài)反應(yīng)物是可滲透的，并且所述多孔催化轉(zhuǎn)子由對催化第一反應(yīng)有效的催化劑制成或者包含對催化第一反應(yīng)有效的催化劑；和從所述轉(zhuǎn)子的出口側(cè)提取第一期望的產(chǎn)物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法還包括使所述多孔催化轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸線以指定旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)子是筒形的。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述多孔催化轉(zhuǎn)子包括燒結(jié)金屬或陶瓷。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述燒結(jié)金屬或陶瓷由催化劑制成、由催化劑浸漬或涂覆有催化劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括使所述期望的產(chǎn)物從第二多孔催化轉(zhuǎn)子的入口側(cè)通過所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子，其中所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子對所述第一期望的產(chǎn)物是可滲透的，并且所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子由對催化第二期望反應(yīng)有效的催化劑制成或包含對催化第二期望反應(yīng)有效的催化劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子和所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子被包括在單個設(shè)備中。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的方法，其中所述第一多孔催化轉(zhuǎn)子和所述第二多孔催化轉(zhuǎn)子被包含在兩個分開的設(shè)備中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種設(shè)備，所述設(shè)備包括(1)第一筒狀的多孔催化轉(zhuǎn)子，第一筒狀的多孔催化轉(zhuǎn)子關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線對稱設(shè)置，并包圍第一內(nèi)部空間；其中第一多孔催化轉(zhuǎn)子包括第一催化劑；(2)外殼，其中外殼和轉(zhuǎn)子由環(huán)形空間分開；(3)馬達(dá)，馬達(dá)被構(gòu)造為用于使轉(zhuǎn)子繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；(4)進(jìn)料入口管線；和(5)第一出口管線，其中第一出口管線與環(huán)形空間流體連接。本發(fā)明還公開一種方法，包括(1)使包括至少一種氣態(tài)反應(yīng)物的進(jìn)料氣體穿過多孔催化轉(zhuǎn)子，其中多孔催化轉(zhuǎn)子對至少一種氣態(tài)反應(yīng)物是可滲透的，并且由對催化第一反應(yīng)有效的催化劑制成或者包含對催化第一反應(yīng)有效的催化劑；和(2)提取第一期望的產(chǎn)物。
文檔編號B01J19/18GK102405097SQ201080017185
公開日2012年4月4日 申請日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者阿巴斯·哈桑, 阿齊茲·哈桑, 雷福德·G·安東尼 申請人:Hrd有限公司