CN101918128A - 向微通道反应器加载微粒或者从微通道反应器卸载微粒 - Google Patents

Abstract

本发明提供了对包括多个微通道的设备中的微通道加载微粒以及从中卸载微粒的方法，所述设备通常是设计用来操作数百个或数千个包含微粒的微通道的。将超声波发生头与一组微通道的一端对齐，提供了特别高效的对微通道中的微粒进行致密化的方式。

Description

向微通道反应器加载微粒或者从微通道反应器卸载微粒

相关申请

本申请要求2007年11月5日提交的美国临时专利申请系列号第60/985,628号以及2008年9月5日提交的美国临时专利申请系列号第61/094,859号的优先权。

政府权利

本发明是根据第W56HZV-07-C-0276号合同，在政府基金资助下进行的。美国政府享有本发明的某些权利。

引言

微粒材料(也称为粉末)形式在微通道中的应用有三个重要方面：将所述微粒材料加入或加载入所述微通道中；对所述加载过程进行质量控制和保证；将微粒从微通道移出或者卸载。

将微粒材料加载入微通道的重要参数如下：1)所述通道均匀地填充，2)可以将两种或者更多种不同的微粒材料加载入各个微通道中，各自置于所需的位置，3)装填的微通道达到其装填表观体密度(以避免在装置操作或运输过程中额外发生沉降)，在加载的催化剂床中不存在空隙或夹杂物。很关键的一点是，对于多通道装置，其中各个通道要实现基本一致的床高度和密度，因为这些参数会影响压降和造成流体分布不均。

可以设想，可以使得具体制造的床具有不均一的密度或者高度，以改变或者影响流动分布，但是一般情况下，人们的目的是产生基本均一的流动分布，其中各个通道之间的流动偏差小于20％，优选小于10％，最优选小于5％。

很重要的一点是，要精确地向通道中加载催化剂以及/或者惰性微粒，这是因为如果在反应过程中产生或消耗大量的热量，则催化剂需要足够靠近散热装置(例如装有冷却剂的相邻的通道)。对于吸热反应，催化剂需要足够靠近热源，以维持反应。如果催化剂和/或惰性材料的设置不够精确，则会由于增加副产物生成量或者降低转化率，从而导致反应器生产能力损失。我们的目标是在微通道设备中快速、精确并反复地进行加载，所述微通道设备包括数百个或者数千个平行的装有微粒的工艺通道。

本发明还描述了一种从微通道卸载微粒催化剂的方法，该方法使得反应器设备可以重新用于两种或者更多种应用。在一些实施方式中，所述反应器可以重复使用数十次或者数百次。在每次重新加载循环中，所述反应器可以使用相同的或者不同的催化剂加载来重新使用。理想情况下，催化剂不会受到常规操作条件的负面影响，因此在其行使功能结束时，催化剂仍然是自由流动的颗粒或者粉末，其会在重力影响下、或者在重力与其它温和的物理激励作用结合影响下离开反应器。会导致催化剂难以排出的因素包括：压实，烧结和结块。

压实的机理是床的密度的物理变化，主要可以通过使得床适当地沉降至装填表观体密度来避免这一问题。但是如果催化剂或惰性材料经历物理破坏，则这一条件可能恶化。烧结的机理是热引发的相邻催化剂颗粒的粘结，通常在升高的温度下发生。除非反应本身是在接近可以发生烧结的温度下进行的，否则烧结只会在操作混乱或者反应条件不受控制的情况下成为问题。颗粒或粉末结块的机理包括独立的颗粒被外界物质粘连在一起，例如在费-托合成中，是被高分子量石蜡粘连在一起。通过物理、化学、热学或这些方法的结合逆转这种过程是本文所述一些实施例的焦点。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种将微粒加载入微通道化学反应器或分离器中的方法，所述方法包括：提供微通道设备，该设备包括至少10个微通道(优选至少100个，更优选至少1000个微通道)；在所述化学反应器或分离器中的至少10个微通道(优选至少100个，更优选至少1000个微通道)中加入微粒；对装有所述微粒的反应器进行振动，使得达到以下性质：流过占微通道总数的一个亚组的流体的压降(每个入口压力相等的情况)相对于流过全部微通道的流体的压降、或者(对于相等的流动入口条件，并且微通道的每个横截面积上具有相同流量的情况)相对于微通道的不同亚组，变化等于或小于20％。更优选偏差在平均压降的5％以内，更优选偏差在平均压降的2％以内。较佳的是，微通道中催化剂长度的变化为平均值的10％或更小，更优选为5％或更小，更优选为2％或更小。在此方法中，“亚组”表示微通道设备的微通道阵列中至少10个相邻的微通道(或“至少100个”等)，对于线性阵列，则为10个顺次相邻的通道。或者对于全部加载的通道，可针对一组(或亚组)内超过90％的通道测量均匀性，分布中各端部的5％的通道弃去。在此方法中，微通道设备中“至少10个微通道”并不表示化学反应器中所有的微通道都必须填充微粒，而是至少有10个微通道填充。例如，所述反应器或者分离器可以包括200个微通道，其中20个被填充。在用压降表征的发明中，在通过调节流速以获得以下特性的情况下测定压降：通过调节流速，使得所有通道中的平均压降为20％(例如，如果入口处的压力为10个大气压(表压)，则出口处的压力为8个大气压(表压))。

在一些优选的实施方式中，使用声波仪(sonicator)提供“振动”；在一些优选的实施方式中，声波头(也称为超声喇叭)具有一个面(优选是矩形的面)，这个面比微通道反应器或分离器的横截面小。在一些优选的实施方式中，所述通道呈波形。波形是一种三维结构，形成平行的微通道阵列，在连接之前堆叠起来。在常规的实施方式中，在振动步骤过程中使得通道振动。较佳的是，设备中有至少10个微通道(优选至少100个微通道)处于平行微通道的单个线性阵列中。

在本发明的一些实施方式中，使用夹在两块金属板之间的波形片材(即波形件)形成平行的微通道。

在一个方面，本发明提供了一种用来增大加载入微通道设备中的多个微通道内的微粒的填充密度的方法，该方法包括：提供微通道设备，该设备包括多个微通道，所述多个微通道包含微粒；将超声波发生头置于所述多个微通道的一端，放置所述头，使其与所述多个微通道声波接触；由所述超声波发生头对所述多个微通道施加超声波能量。在一些优选的实施方式中，本发明的特征还包括以下特征中的一种或者任意组合：将声波传导性材料置于所述超声波发生头和所述多个微通道之间；所述超声波能量的频率为20-40千赫；以200千帕(30psi)至280千帕(40psi)的接触压力，将所述超声波发生头压在所述设备上；所述超声波能量以等于或小于30秒的脉冲群(burst)提供，更优选其脉冲群为1-10秒，在一些实施方式中为1-3秒；所述多个微通道中的每个微通道的长度至少为10厘米，至少一个尺度等于或小于2毫米；所述微通道设备包括至少1000个微通道，所述超声波发生头在所述至少1000个微通道中不超过500个微通道上延伸；所述微通道设备包括插入件，其沿着微通道的长度延伸；所述插入件将声波能量沿着所述微通道的长度传播；所述微通道设备包括至少部分地由波形插入件的壁限定的通道(图9中显示了波形结构的一个例子)；所述微通道设备包括多个插入件，所述多个插入件沿着所述多个微通道的长度延伸；所述插入件将声波能量沿着所述多个微通道的长度传播；该方法还包括一个步骤，即在所述施加超声波能量的步骤之后，连接总管，所述总管覆盖所述多个微通道的端部，形成用来使得流体流入或流出所述多个微通道的流动路径。在一些优选的实施方式中，所述微通道由第一壁和第二壁限定，所述插入件的质量小于第一壁或第二壁，通常其厚度为所述第一壁或第二壁的厚度的50％或更小。插入件的形状可以为波形或者螺旋形。术语“沿着长度延伸”表示插入件的长度与微通道的长度为相同方向。所述微通道的长度通常大于插入件的长度。在优选的实施方式中，插入件的长度至少为微通道的50％，在一些实施方式中，至少为微通道长度的90％。

在另一个方面，本发明提供了一种从微通道设备卸载微粒的方法，所述方法包括：提供微通道设备，该设备包括多个微通道，所述多个微通道包含微粒；将产生超声波的头置于所述多个微通道的一端，放置所述头，使其与所述多个微通道声波接触；由所述超声波发生头对所述多个微通道施加超声波能量；在所述多个微通道处于干态(注意“干态”表示所述通道中包含的气体体积大于液体体积)的情况下，进行所述施加超声波能量的步骤。

在另一个方面，本发明提供了一种对化学反应器进行加载的方法，所述方法包括：提供化学反应器，其包括至少100个微通道；

将微粒加入所述化学反应器中的至少100个微通道中；

使得气体通过所述通道，使得微粒流化，使得微粒移动离开所述微通道，然后减小气体的流速，使得微粒重新填充所述微通道。

在另一个方面，本发明提供了一种对化学反应器进行加载的方法，所述方法包括：提供化学反应器，其包括至少100个微通道；对所述化学反应器中的微通道的线性阵列内的至少10个微通道添加微粒；所述微通道线性阵列中的至少10个微通道各自具有间隙(即通道开口)；在储存器内填入微粒；所述储存器包括滑动门，所述滑动门可以移动以形成开口，该开口基本上是矩形的(“基本上”，因此可以适应仅有单排微通道的情况)，开口小于微通道的间隙；使得滑动门移动，使得储存器的开口与微通道线性阵列中的至少10个微通道的通道开口相匹配，将微粒从储存器输送到所述微通道线性阵列中的至少10个微通道内。在一个实施方式中，将所述微粒从储存器输送到微通道线性阵列中的至少100个微通道内。

在另一个方面，本发明提供了一种从微通道反应器中的至少10个装有微粒的微通道的阵列中移出微粒的方法，所述方法包括：

提供波仪，其包括至少10个尖端的阵列；将所述尖端置于所述至少10个微通道的各个微通道内，对所述至少10个微通道中的微粒进行声波处理。

在另一个方面，本发明提供了一种填充床微通道化学反应器或分离器，其包括至少100个加载有微粒的微通道，其中空隙分数(所述至少100个加载有微粒的微通道的平均值)等于或小于0.50，所述通道的任意亚组的填充密度变化小于10％，优选小于5％，更优选等于或小于2％。

本发明还包括本文所述的任意方法或者设备。例如，本发明包括本文所述的任意方法。

术语表

作为标准的专利术语，″包括″等于″包含″，这些术语均不排除存在另外的组分或者多种组分的情况。例如，当描述某种器件包括薄片、片材等的时候，应当理解为本发明的器件可以包括多个薄片、片材等。在另一种实施方式中，术语“包含/包括”可以用更严格限制的术语“基本由......组成”或者“由......组成”来代替。

“间隙”是微通道的最小尺度。通常在层叠器件中，间隙在叠置方向上(即高度方向)。当使用术语“间隙”的时候，优选的实施方式可以用此代替微通道的高度。

“微通道”是其至少一个内部尺度(壁之间的尺度，不包括催化剂)等于或小于10毫米的通道，优选其至少一个内部尺度等于或小于2毫米，并且大于1微米(优选大于10微米)，在一些实施方式中为50-500微米；优选微通道在这些尺度内保持至少1厘米的长度，优选至少20厘米。在一些实施方式中，长度为5-100厘米，在一些实施方式中为10-60厘米。还通过存在至少一个入口(其不同于至少一个出口)限定微通道。微通道不仅仅是通过沸石或中孔材料的通道。微通道的长度对应于通过微通道的流动方向。微通道的高度和宽度基本上垂直于通过通道的流动方向。对于微通道具有两个主表面(例如由叠置并粘结起来的片材形成的表面)的层叠器件，高度是主表面之间的距离，宽度垂直于高度。在本发明的优选实施方式中，微通道是直的，或者基本上是直的，这意味着可以在微通道中画出直的没有阻碍的线(“没有阻碍”意味着在加载微粒之前)。通常，器件包括多个微通道，这些微通道分享共同的顶部件(header)和底部件(footer)。尽管一些器件包括单独的顶部件和单独的底部件；但是微通道装置可以包括多个顶部件和多个底部件。

“声波接触”表示超声波发生头或者与设备直接接触，或者通过能够传输声波的固体介质(厚度优选等于或小于0.5厘米，更优选等于或小于2毫米)与设备接触。

所述微通道或总管的体积基于开放空间。计算体积的时候，通道壁不计算在内。

微粒表示颗粒，例如适于填入微通道内的催化剂颗粒。较佳的是，所述颗粒的粒度(最大尺度)等于或小于2毫米，在一些实施方式中，等于或小于1毫米。可以使用筛网或显微镜或其它合适的技术测定粒度。对于较大的颗粒，使用筛分。所述微粒可以是催化剂、吸附剂或惰性材料。

本发明还包括用本文所述的设备进行单元操作的方法。″单元操作″表示化学反应、蒸发、压缩、化学分离、蒸馏、冷凝、混合、加热或冷却。″单元操作″不仅仅表示流体输送，不过经常在单元操作的同时发生输送。在一些优选的实施方式中，单元操作不仅仅是混合。

微通道反应器的特征是存在至少一个反应通道，所述通道的至少一个尺度(壁之间的尺度，不包括催化剂)等于或小于1.0厘米，优选等于或小于2毫米(在一些实施方式中约等于或小于1毫米)且大于100纳米(优选大于1微米)，在一些实施方式中为50-500微米。包含催化剂的通道是反应通道。更优选的是，反应通道是其中发生反应的通道。微通道设备有类似的特征，不同之处在于，不需要包含催化剂的反应通道。高度和宽度都基本上垂直于通过反应器的反应物流动方向。微通道也通过不同于至少一个出口的至少一个入口的存在来限定-微通道不仅仅是通过沸石或中孔材料的通道。所述反应微通道的高度和/或宽度优选约等于或小于2毫米，更优选等于或小于1毫米。反应通道的长度通常更长。较佳的是，反应通道的长度大于1厘米，在一些实施方式中大于50厘米，在一些实施方式中大于20厘米，在一些实施方式中为1-100厘米。微通道的侧面由反应通道壁限定。这些壁优选由硬质材料制成，例如陶瓷，基于铁的合金如钢，或者基于Ni、Co或Fe的超合金如蒙乃尔合金。用于反应通道壁的材料的选择可以取决于反应器预期进行的反应。在一些实施方式中，所述反应室壁由具有耐久性并且具有良好导热性的不锈钢或因科镍

制成。通常，反应通道壁由能够为微通道设备提供主要结构支持的材料形成。微通道设备可以由已知的方法制成，在一些优选的实施方式中，通过将交错板材(也称为“薄垫片”)层叠起来而制成，优选设计用于反应通道的薄垫片与设计用于热交换的薄垫片交错。一些微通道设备包括在一个器件中层叠的至少10个层(或者至少100个层)，这些层各自包括至少10个通道(或者至少100个通道)；所述器件可以包括具有较少通道的其它的层。

热交换流体可以流过与工艺通道(优选反应微通道)相邻的传热微通道，可以是气体或液体，可以包括水蒸气、液态金属、或者任何其它已知的热交换流体，所述体系可以最优化，使得热交换器内存在相变。在一些优选的实施方式中，多个热交换层与多个反应微通道交错。例如，至少10个热交换器与至少10个反应微通道交错，优选至少10层热交换微通道阵列与至少10层反应微通道通过界面连接。这些层可以各自包括简单的直的通道，或者层内的通道可以包括更复杂的几何形状。

附图简要说明

图1a-e显示了流化以装填通道。

图2显示了被测微粒的粒度分布。

图3显示了料斗。

图4a-d显示了用来对微通道进行湿法清洁的各种构造。

图5显示了对测试反应器进行加氢处理过程中使用的甲烷。X轴是时间天数(小时：分钟)。

图6是使用有刻度的销确定加载高度的实施例。

图7显示华盛顿(Washington)器件的含通道区段相对于安装在“钻床”架上的超声装置的取向。气动控制装置允许在垂直平面内对喇叭组件进行自动引导和位置调节。

图8显示微通道FT反应器的重复单元的尺度，图中未按比例绘制，内部对称性为右侧的垂直边。

图9显示从通道向下沿边缘观察的波形件的照片。

发明详述

在实施例以及一些优选实施方式中，粒径为50-500微米。通常将颗粒加载入包括1个至一百万个通道的微通道反应器中。通常通道的范围是每个器件包括10个至一万个平行的微通道。所述微通道优选具有一个小于2毫米的尺度，更优选小于1.5毫米，最优选为0.5-1.5毫米。反应器横截面上的微通道的第二尺度可以等于所述第一尺度，或者大于第一尺度。所述第二尺度的范围可以约为1毫米至5厘米。矩形微通道的第三尺度(长度)优选约为1厘米至1米。通常可以理解，微通道可以具有除了矩形以外的形状。其形状可以是圆柱形、椭圆形、或者任意其它的三维形状。

实施例1.1：通过通道定量给料将微粒加载入微通道中

加载入微处理技术所用的微通道器件内的催化剂必须满足严格的物理和化学标准，以确保成功操作。要获得较高的性能水平，不仅依赖于催化剂微粒的总体质量，而且还依赖于将材料正确地结合入器件的微通道内的能力，同时将高度和床均一性严格控制在较窄的公差范围内。

由于用来组装反应器所用的制造方法使得单独的微通道存在几何结构的变化，因此给通道体积的测量以及在通道内加入预先确定量的催化剂带来了挑战。通道尺度的变化会给以下标准带来负面影响：使得加载入各个单独的通道内的催化剂的质量变化基本保持均匀。

另外，催化剂粉末在加载入微通道的时候，其基本总体流动特征部分由其骨架密度和颗粒形状支配。颗粒的流动会受到各种物理特性和/或处理过程的影响，这些因素包括：

水分含量-催化剂粉末，特别是具有吸湿性的催化剂粉末会发生团集或更倾向于结块，抑制流动。这会在窄的微通道中造成催化剂颗粒的“跨隙(bridging)”，这又会导致催化剂床中出现空隙。

静电作用力——干态环境条件和材料加工设备容易发生静电积累，由塑料制成的设备尤其容易发生这些情况。静电作用力的存在会使得粉末和与之接触的表面之间发生吸引或排斥作用，从而破坏粉末的流动。

摩擦-过度的加工会通过粉末与加工设备表面、通道壁之间的接触而磨损粉末，独立的颗粒之间的摩擦会导致产生细粒，会减小空隙分数，增大催化剂床中的ΔP。

空隙分数，-会影响紧密填充的催化剂床中的ΔP，提供关于可以发生空隙接触和产生催化活性的表面积的信息。

装填表观体密度，PABD-用来确定每单位体积的催化剂质量。

粒度分布也会影响材料的流动和粉末的密度。

化学组成-加入的组分和添加剂本身的性质会减少团集，或者改进滑动，还会影响粉末的流动特性。

停止时间。

被测的催化剂粉末的粒度标称为平均直径300微米，几乎不影响流动性能。

进行了以下试验来举例说明对多通道微通道进行加载的本发明。微通道设备由40个平行的微通道组成，每个微通道的横截面约为1毫米×3毫米，深度约为18.7厘米。所述反应器包括超过270个独立的微通道，这些微通道设置成两排，每排包括相等数量的通道。需要在微通道18.7厘米的深度中加载16.8厘米的催化剂，使得各个通道中催化剂床的顶部与通道的顶部相距大约1.9厘米。由此，工艺通道大约1.9厘米的顶部部分未与冷却剂微通道相邻，所述冷却剂微通道在与工艺微通道平行的平面内以交叉流动构型设置。在通道的不与冷却剂相邻的部分内加载SiC。床端部的热负荷较低，因此工艺微通道的所述不与冷却设备相邻的部分加载FT催化剂。

通过以下方法测定反应器总体积：称取已知质量的乙醇，然后用乙醇填充微通道，然后再次对除去了填充反应器的乙醇之后的该试样进行再次称重。通过求差值，发现填充所有微通道所需的乙醇的质量为119.53克。其比重为0.789，则用来加载催化剂的反应器的总体积为151.5毫升。用宽胶带(duct tape)封闭通道出口，将乙醇保留在反应器中。

测定反应器的体积之后，需要测定加载入反应器中的催化剂的目标质量。这是通过以下方式进行的：首先测定基于钴-氧化硅的催化剂的PABD，图2显示了该催化剂的粒度分布，使用Malvern Mastersizer 2000测定。通过ASTM D4164-03(2008)“使用包括振动台的替代方法，用于测定形成的催化剂和催化剂载体的机械拍实填充密度的标准测试法(Standard Test Methodfor Mechanically Tapped Packing Density of Formed Catalyst and CatalystCarriers using the alternative method involving a vibrating table)”测定PABD。测得PABD为1.08克/毫升，因此催化剂目标加载量为147克。

在加载催化剂之前，首先将120x120SS304丝网置于一片100ppi SS304金属泡沫(厚度约0.635厘米)上，将反应器的底部封闭。将泡沫和丝网安装入底部件中，然后使用螺栓和装有弹簧的“C”垫圈固定于反应器，以便在反应器条件下提供密封。泡沫和丝网的目的是将催化剂保持在反应器中。完成以上操作之后，从烧杯将目标加载量(147克)的催化剂倒入微通道中。发现147克的催化剂仅仅将所有的微通道填充至18.7厘米的深度。通过在振动台上进行振动，并且用橡胶头的槌子敲打反应器的主体，使得床致密化。一旦判断催化剂已经沉降至采用该方法可以达到的程度，发现催化剂床平均高出0.25厘米，因此通过使用装有橡胶球的移液管，将空气直接吹入独立的通道中，从独立的通道中除去大约5.55克的物质。通过将销插入通道中，测定销可以插入的深度，从而测得独立通道的深度。一旦完成该操作之后，全部催化剂加载量约为142克，其PABD为1.06克/毫升。然后加入粒度分布与催化剂类似的SiC，然后反应器的顶部用与底部件类似的方式密封，从而完成了所述床。

确定反应器的体积-可以由设计尺寸计算精确体积，或者可以通过物理测量填充反应器通道的液体的量(优选使用乙醇之类的流体，这类流体可以显著减少填充液体的通道中夹杂的气泡和空隙)。

微粒的特性包括装填的表观体密度(PABD)和空隙分数

填充床的空隙分数可以通过以下方式测定：

图A：FT催化剂的标称粒度分布Dp，50约为260微米

证明以下工艺能够有效地将催化剂粉末加入测式器件的波形通道中，所述器件的标称通道尺寸为1016微米×3175微米(1.02毫米×3.2毫米)和1016微米×5715微米(1.02毫米×5.7毫米)：

1.加入约30重量％的加载量

2.在振动台上以3600Hz的频率振动30-60秒，或者以20千赫的频率(振幅1毫米)干态超声处理5-10秒，从而使得床致密化。

3.重复两次

4.加入催化剂(最后10％)，完成反应器

5.在振动台上以3,600Hz的频率振动30-60秒，或者以20千赫的频率(振幅1毫米)干态超声处理5-10秒，从而使得床致密化。

用于100个或更多个平行微通道的催化剂加载工艺设备：

微粒材料表现出的流动类型可以与整体加工设备在材料上引起的流动类型相匹配。

漏斗状流动-这特别适合于粗的颗粒，自由流动的材料，不会降解的固体，以及颗粒偏析不会造成问题的应用。在此种粉末流动状态中，一些材料移动，而余下的材料处于停滞状态。

质量流动-质量流动适于粘着性固体、细小粉末、可降解的材料以及具有偏析倾向的固体。在此种状态下，任何时候，只要有材料被排出，则所有的材料都在运动。

实施例中所述的催化剂具有以下优点：颗粒球形，预期定义为0.7-1(Unit Operations of Chemical Engineering，第四版，McCabe，Smith&Harriot，McGraw-Hill出版公司，c1985第137页)，不团集特性和高的耐磨擦性。然而，尽管其粒度分布较窄，但是此粒度分布会在加工和加载的过程中导致粒度偏析。因此该材料本身的物理性质使其非常适于质量流动，用来输送和分布在密集的微通道格栅内。

预期进料斗以及分配漏斗的振动可以使得发生高效而规则的材料流动，同时尽可能减少多余的摩擦作用。可以使用振动台使得材料沉降(settle)。

在说明书中，可以用通道装填均一性或流动均一性来表征所述方法和设备。对于微通道反应器中的微通道阵列内至少10个相邻的微通道测量该均一性，对于线性阵列(即处于一个平面内的一系列平行通道)来说，对10个顺次的通道进行测量，在一些实施方式中测量至少100个相邻的(或顺次的)通道，在一些实施方式中，对所有的包含催化剂的平行通道进行测量。在每次测量中，对一组内所有的通道进行均一性测量，或者对一组内超过90％的通道进行测量，而弃去分布各端部5％的通道。满足任一测量的设备将符合本发明的要求，即以压降表征，平均压降为20％。在说明书中，“通道”优选表示微通道，其为至少包括等于或小于1厘米、优选等于或小于2毫米的高度或宽度、以及任意的长度的通道。

输送粉末的料斗是人们已知的。例如，Schenck SolidsFlow^TM 5000型Streamout进料机在进料浅盘出口处输送受控制的幕帘状的均匀流动，宽度可为20.3-167.6厘米。

实施例1.2：通过流化将微粒加载入微通道中

一种将微粒加载入微通道或多通道反应器中的方法是流化。如图1a所示，可以将粒状的颗粒置于反应器上方的料斗内，或者部分或全部地加载入通道内。顶部件设计成具有足够的体积，以使得颗粒离开通道，在通道上方形成流化的悬浮体，而且不会从出口管道离开。图1b显示了使用该方法的可能的床加载。如图1c所示，气体向上流动，对气流进行调节，使其与颗粒的终端速度相匹配，使得料斗内或者通道上方的体积内所有的微粒完全流化。如图1d所示，减小气体速度，使得微粒下降或落入通道中。可以使用次要步骤，使气体流到初始流化点，使得颗粒上升，由此一部分颗粒从反应器顶部离开，重新分布，由此进一步使得颗粒在通道之间重新分布，以改进均一性。如图1e所示，该次要步骤可以辅助重新分布，实现基本均一的催化剂装填。基本均一定义为在装填的床中，流动分布不均不大于20％，优选小于10％，更优选分布不均小于5％，更优选小于2％。分布不均可以定义为(每个通道中的最大流量-每个通道中的最小流量)÷每个通道中的最大流量。或者，装填分布不均可以定义为(通道中催化剂的最大长度-通道中催化剂的最小长度)÷通道中催化剂的最大长度。

在各个通道中，向上通过所有通道的气体流动必需足够均匀，可以通过在每个通道的入口处或入口附近产生额外的压降而产生。通过厄甘公式(Ergun equation)计算，入口区域内的压降优选大于装填的床的压降的130％。流动限制物可以为以下形式：孔、流动分布特征、多孔介质、或者任意其它的会增加足够的压降的装置。

当表面速度与流化速度(V_f)相等的时候，会发生初始流化，床内的颗粒会开始上升。

$V_f=\frac{({\mathrm{\ρ}}_p-{\mathrm{\ρ}}_f)g{D}_p^2}{150\mathrm{\μ}}\frac{{\mathrm{\ϵ}}^3}{1-\mathrm{\ϵ}}$

式中：

D_p[m]＝床内的粒径

ε[-]＝床内的流体的空隙分数

g[m/s2]＝重力加速度

μ[kg/m/s]＝流体的粘度

ρ_p[kg/m³]＝颗粒的密度

ρ_f[kg/m³]＝流体的密度

终端速度V_t[m/s]可以通过下式计算：

$V_t=\sqrt{\frac{{2\mathrm{gm}}_p({\mathrm{\ρ}}_p-{\mathrm{\ρ}}_f)}{{\mathrm{\ρ}}_p{\mathrm{\ρ}}_f{A}_{p}C}}$

Ap[m2/s]＝颗粒的横截面积

C[-]＝颗粒的牵引系数

m_p[kg]＝颗粒的质量

该终端速度是在通道内的速度，而不是在总管内的速度。牵引系数是已知的，可以在以下文献中查到，例如Lapple和Shepherd的Ind.Chem.Eng.Chem.32，605(1940)。

实施例1.3：逐层地将微粒加载入微通道中

设计一种机械装置，用来快速而高效地将特定试样量的催化剂粉末沉积入平行的微通道中，所述微通道进一步以重复的排的形式设置，用来形成平行微通道的两维阵列。该加载器件在一系列实际试验中进行评价。然后使用所述器件成功地将催化剂粉末加入微通道反应器的波形通道中，用于准备反应器操作和性能测试。

测量通道总体积并将预先确定量的催化剂加入通道中看起来似乎很简单，但是通道尺寸的几何变化以及其它工艺变化会使得不同通道中存在不规则的颗粒填充密度。以下本发明的方法以省时高效的方式在平行设置的大量通道中填充单种试剂量的颗粒，同时避免对单独的通道进行填充。

器件设计

设备由矩形主体组成，理想情况下该主体由铝或任意其它致密材料构成，中心部设置有楔形狭缝32(图3)。对该楔形狭缝的尺寸进行设计，以便与1+n排微通道(n至少为1，优选至少为5，在一些实施方式中为5-500个微通道)的位置、长度和宽度相匹配，但是不限于这些宽度，只要楔形狭缝覆盖的面积大于其设计用来填充的通道开口即可。这可用于一排或多排微通道阵列。所述狭缝可以具有其它的形状。在设备的底部安装“滑动底板”，其与具有狭缝的插入件储存器的底部齐平接触。在本发明方法的其它方式中，滑动门33可以位于微通道和滑动门之间的开放空间之上。

另外，在滑动门和微通道阵列之间可以有第二狭缝，其通道间隙34小于微通道阵列的间隙，方向垂直于微通道阵列排的宽度(如果仅用于微通道阵列中的一排微通道的话)。所述第二狭缝的间隙小于微通道排阵列，迫使活板门对下落的颗粒产生更高的流动阻力。较小的间隙使得要达到颗粒流入具有较大横截面积的成排微通道优于流入具有较小横截面积的成排微通道的局面更加困难，因为当颗粒从活板门向下移动到微通道排阵列的时候，需要在较小的间隙上更均匀地分布。该第二通道间隙优选为微通道间隙的70％，更优选为微通道间隙的50％，更优选为微通道间隙的30％，更优选为微通道间隙的10％。该较小间隙的第二狭缝长度为微通道排阵列长度的25％，更优选为微通道排阵列长度的50％，更优选为微通道排阵列长度的75％，更优选为微通道排阵列长度的100％或更长。

可以在楔形狭缝中安装任选的插入件，作为校准的储存器。该储存器插入件实际上是一系列独立的有狭缝的储存器，每排微通道阵列包括一个，其尺寸设定成用来容纳已知质量或体积的材料(完全填充的情况下)。

滑动底板与活板门类似，作为密封件，用来将材料保持在储存器的狭缝中，直至其准备好用来沉积在成排的通道中。当滑动底板迅速打开的时候，催化剂粉末在重力作用下呈瀑布状落入独立的微通道中。具有高流动质量的催化剂粉末有助于保持以均一规则的流动图案流入所有的通道中。所述填充过程可以通过将计算的催化剂加载总量分步加载的形式完成。或者根据安装的狭缝储存器的尺寸，也可以在单步中完成。所采用的拍实-机械振动操作会随着进行加载的器件的尺寸和质量变化。对通道加载至全满水平的过程通常是分步进行的，每步加入量为总质量的50％或更少(也即是说，每次加入50％或更少的微粒)，更优选为总质量的30-33％，更优选为总质量的20-25％。

加入通道的确切质量等分数可以通过手工定皮重，或者可以使用开发用于粉末加工工业的方法完成。可以通过在打开活板门之前(对料斗)施加短时间的振动作用，使得粉末在通道中更均匀地分布，由此使得通道中的粉末分布更均匀。

除非催化剂粉末具有极佳的自由流动性质，否则最好能够将催化剂分步加入。在进行每次加入之后，可以通过拍实或机械振动使得材料致密化，从而改进床装填质量和消除空隙。根据所需微粒床的硬度和填充密度，床的机械振动可以以3600赫兹的频率进行30秒，优选进行60秒，更优选进行90秒。可以优选等到所有的通道中都填充了重量试样量之后，再进行振动操作，以免第一次填充的微通道阵列振动处理过多而带来的不均匀的床压实现象。

以下的步骤是一种经过证实的实施例，可以高效地将粉末催化剂结合入较小的微通道反应器中，所述反应器由包括136个通道的铜波形件组成，夹在两个玻璃板之间。透明的结构允许对流入通道的粉末进行观察监控，并在致密化的时候评价填充质量和床装填特性。该方法还用来成功地将催化剂加载入测试反应器的微通道(见图1.3.2)的两个相邻的层中(与上述的情况类似)。

6.加入约30重量％的加载量

7.拍实至少60次，使得床致密化

8.重复两次

9.加入催化剂(最后10％)，完成反应器

10.拍实至少60次，使得床致密化

11.取出所需量的催化剂，以提供用来回填保护床的空间

12.拍实至少30次，再次使得床致密化

13.用销规或dP测量测定床深度

14.对任何不满足±3毫米的高度均一性要求的通道进行调节

15.在通道顶部添加保护床(例如SiC)

16.拍实60次，使得SiC保护床致密化

实施例1.4：通过散料倾倒，将催化剂加载入微通道中

当反应器在工艺侧包括线性流通通道的时候，可以使得催化剂或惰性颗粒同时流过所有的通道。一旦形成了颗粒流，则颗粒保持材料(金属泡沫或陶瓷泡沫，或金属丝网或其它合适的材料)可以在出口处横向滑动，将催化剂或惰性材料俘获在通道中。可以通过铲挖、真空处理或其它合适的方法，从入口侧除去多余的微粒材料。

实施例1.5：向微通道中加载惰性材料以提供不反应区

在一些情况下，特定的工艺微通道中需要完全加载活性催化剂(或者其它活性材料，例如吸附剂)，在其它的情况下则无此需要。在特定通道或通道的特定区域内不设置催化剂的原因包括：没有活性传热装置(将热量传给冷却剂，传给相邻平面内发生的第二反应，或者从发生反应的平面传给相邻的平面)，或者需要将工艺微通道分为包含不同催化剂的区。在一些情况下，可以在制造过程中将冷却剂通道堵塞起来，从而保护反应器，在对应于这些位置的工艺通道中，反应器可以用非活性材料运作。在其它的情况下，在入口和/或出口处附近可以没有冷却剂通道，可以在工艺微通道的相应区域设置惰性材料，以防发生热偏移或者形成由于催化活性引发的热点。

所用的惰性材料可以是与催化剂载体相同的材料，例如氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铈、沸石、或其它合适的催化剂载体。在其它的实施方式中，材料可以与催化剂载体不同，例如为金刚石或SiC。所用惰性材料的粒度分布可以与催化剂相同，或者层的粒度范围可以分级，从小于所用催化剂的较小粒径到大于所用催化剂的较大粒径，或者反之亦然。

用来从微通道卸载微粒的理念

实施例2.1：

对已经进行了超过1100小时操作的FT反应器进行高压喷水操作，从而从微通道除去催化剂。使用工业动力清洗机，该清洗机装有内部储存器加热能力，输送高达3000psig的压力。除去反应器的顶部件和底部件，以便使得水完全流过反应器。

反应器抬升至208升(55加仑)的圆筒上方，垂直下降半浸没在圆筒中，用来收集水和催化剂。水在动力清洗机内加热至93℃，以2758kPag(400psig)的压力输送到反应器。在动力清洗机的喷嘴处添加压力计，用来监控输送压力。持续进行高压喷水处理，直至催化剂停止从反应器流出。此时，将不锈钢金属丝(各种用过的热电偶)插入微通道中，使得任意残余的催化剂变松。再次开始对反应器进行高压喷水处理，将水收集在208升(55加仑)的圆筒中。一旦停止从反应器流出催化剂，将反应器垂直旋转180°。该反应器在新的位置方向进行高压喷水处理。一旦催化剂停止从反应器流出，将不锈钢金属丝插入微通道中，以辅助逐出催化剂。通过高压喷水处理除去变松的催化剂。在催化剂停止从反应器流出并且再次高压喷水处理之后，用橡胶槌搅拌反应器。

通过高压喷水处理回收的催化剂的总量为20.4克，尝试其它去除技术(主要是重力倾倒)之后，反应器内剩余大约250克催化剂。

喷嘴无需人工操作，而是可以在移动车架上或者可编程的轴向定位器上操作。另外，高压喷水溶液中不一定仅包含水，可以包含溶剂、清洁剂、微粒或其它添加剂来促进催化剂破碎。在一些实施方式中，所述高压喷水处理溶液不含水。

实施例2.2：使用振动台除去催化剂

在一些情况下，在操作之后，微粒催化剂仍然能够自由流动。在其它的情况下，需要一些形式的热化学处理，使其变回自由流动状态。一旦处于自由流动状态，可以通过以下方式卸载催化剂颗粒：除去工艺顶部件、底部件、或此二者，将反应器组块放置在催化剂接受容器顶上，所述容器安装于振动平台上。安装之后，可以使得平台或台开始振动，振动频率为1-10000赫兹，振幅为.1毫米至10厘米。催化剂卸载时间为0.1秒至20小时。可以对台进行编程，使得频率和振幅随着回收的催化剂质量或体积和/或时间变化。

实施例2.3：通过浴和通道超声处理从微通道除去废催化剂

超声波理论和通过超声波清洁除去催化剂

已经证明，在水性介质中进行超声处理是一种有效的从微通道或试管的壁除去催化剂的技术，直接原因在于液体内微小气泡的形成和破碎。液体中这些“空化气泡”的形成和生长是负压和正压振荡的结果。振荡循环的负压区产生稀薄化作用。正压区产生压缩。这些区是由振荡源或换能器辐射出的声波传播而产生的。

空化气泡在形成之后可以继续振荡一段时间，然后最终消失，或者可以生长到无法维持的尺寸(该尺寸由液体基质的性质决定)最终崩溃或内爆。气泡空隙的内爆产生冲击波，从崩溃点开始以离散羽流方式辐射。该内爆现象会产生“瞬时的”空化。仅仅发生振荡的空化气泡会导致被称为“微流体化(micro-streaming)”的效果，仅仅会对与之紧邻的空间提供搅拌作用。相反地，空化气泡的内爆产生强烈的冲击波，超声波清洗通常通过这种方式发挥作用。一个难题是直接将这类能量带入大型器件内部。

气泡内爆产生的冲击波强度直接与气泡的尺寸相关。较大的气泡产生较强的冲击波。所产生的气泡的尺寸与频率成反比。在较低的频率下会产生较大的空化气泡，但是其数量较少。较高的频率会增加气泡的数量，但是会减小其平均尺寸。因此，如果超声波输入功率保持恒定，则低频率的输入能量会产生较少的空化气泡，但是各个空化气泡包含较高的能量，在内爆的时候会放出较高的能量。或者，较高的频率会导致较多的气泡内爆，每次气泡内爆会产生较低的能量。在表面附近的液体和与之接触的表面之间的相对移动由于摩擦作用而受到限制之处还存在边界层现象。因此，空化气泡要求产生该空化气泡的声波具有足够的运动自由，以便产生空化气泡。因为相较于较低的频率，具有较高频率的声波不需要那么高的运动自由，所以较高的频率可以穿透到更接近表面和更小的区域内，在更接近表面和更小的区域内产生气泡内爆。在具有曲折的几何结构和较小尺度的微通道器件内，较高的频率可以更有效地产生能量。

具有较小横截面积的超声波换能器可以从医疗工业购得。例如，奥米超声医学科技有限公司(Omnisonics Medical Technologies，Inc.)制造了一种系统，通过使用超声波能量产生空化液流，粉碎血流内的凝块，从而治疗血管阻塞病征。

对于将超声波能量输送到夹带在微通道反应器中的簇的过程来说，存在一些挑战。为此，需要控制超声波的振幅、频率、以及传播方向。

推荐使用具有可变频率(15-40千赫)和振幅(0-±1mm)的换能器。为了尽可能增加输送入反应器通道内的超声波能量，换能器的设计以及在反应器主体上的位置也是很重要的。以下给出了与换能器的取向和设计相关的理念。

1-图4a显示了一种理念：将微通道反应器放置在液体(例如水或者任意极性或非极性的溶剂)的大池子中，将平坦的换能器板以垂直于通道轴的方向设置，使得超声波指向通道之内。

2-为了增大通道内获得超声波能量的可能性，将换能器设计成具有几个尖端的叉状，所述几个尖端的尺寸适于放入通道之内。图4b，c以两种工艺显示了该方法：

只将器件的一侧浸没在溶剂中，小心地用溶剂填充通道(3a)

器件完全浸没在装有合适溶剂的池子中，通过尖端从两侧对器件内输送超声波(3b)

图4d允许直接将超声波能量输送到团集的簇上。在此方法中，尖端插入微通道中不同的距离，使得尖端直接与微粒簇接触，这可以尽可能减少损失到周围环境或溶剂介质中的超声波能量。

这种超声波技术可以与其它的技术，例如热锻烧和/或还原结合使用。

实施例2.4：通过溶剂洗涤除去催化剂

对于产物会在工艺条件下冷凝的工艺，在反应器操作过程中，会将催化剂颗粒和通道内壁涂覆。当需要移出或替换催化剂的时候，涂层可以作为粘合剂，将颗粒保持在原位。这些被固定的颗粒无法像新鲜催化剂颗粒那样流畅地流动，更难以通过简单的重力作用倾倒法或者用高压气体将其从微通道吹出的方式将其移出。

可以使用溶剂从催化剂颗粒和通道壁除去涂料。可以使得这些溶剂以液体的形式流过填充床，或者在一些情况下，可以以压缩气体或者超临界相的形式迫使溶剂通过填充床。

可以用于除去催化剂工艺的溶剂包括轻质烃类、烯烃、醛、酮、酯、酸、芳香族化合物、或它们的混合物。还可以使用超临界的CO₂，NH₃，胺或水蒸气。可以通过包含例如氯化或溴化化合物作为溶剂组分，使得溶剂比催化剂密度更大。

较佳的是，沿着与操作过程中工艺物流流动方向相反的方向，使得溶剂流过填充床。在一些情况下，将溶剂加热至接近沸腾，在紧邻催化剂床之前使其冷凝，趁热通过床。

可以设置反应器，使得在溶剂清洗过程中，工艺流体方向(通常是向下游流动方向)相对于重力方向颠倒。在此情况下，转动反应器，使得在清洗过程中，溶剂向下流过催化剂床，与操作过程中工艺流体的方向相反。优选的是在溶剂清洗过程中允许将催化剂清洗出反应器的流动方式。

实施例2.5a：通过加氢处理以促进催化剂移出-小型器件测试

进行了测试以确定加氢处理脱蜡工艺为了将废FT催化剂从反应器移出而进行准备/使其变疏松的适宜性。

反应器在FT条件(入口压力2572kPag(373psig)，温度220℃，氢气∶CO＝2∶1，4％氩气稀释剂)下运作大约42小时。送入反应器的进料流速使得满足接触时间177ms(20，304hr-1GHSV)，WHSV为5.0。工艺通道之间的间隙为0.09525厘米。工艺微通道的宽度为0.762厘米。

使用蛤壳式电阻陶瓷加热器对器件进行加热，使用与外壳进行热交换的管对出口的物流进行冷却，来自冷却器的液体在外壳内流动。测试需要至少5000GHSV，在此处所用的反应器器件中的装填体积约为0.2cc，对应于大约17sccm的流速。为了适应自动化GC分析所需的流速，选择50sccm(～15,000GHSV)作为入口H2流速。假定该入口流速和大约5％的催化剂重量的蜡加载(即0.2克加载的催化剂的5％)，以及恒定的脱蜡速率，预测CH₄出口浓度和总脱蜡时间，结果列于表2.5.1。

表2.5.1.预期的CH₄出口浓度以及器件脱蜡的总脱蜡时间。

在测试过程中采用以下步骤：

1.在环境温度和压力下进行初始的冷流体测试

a.注意在测试反应器过程中，dP过低，在高压条件下测量的过程中，无法用可获得的设备进行该测试

2.用惰性材料吹扫，然后加压，加入纯H2

3.缓慢加热(1℃/分钟)所述反应器

4.在1924kPag(279psig)、最高温度450-460℃的条件下进行脱蜡

a.每15分钟进行检测，在加热过程中(7小时)和脱蜡过程中(过夜，约15小时)放出甲烷。

b.保持在450℃的最高温度，直至在450℃保持3.5小时之后，甲烷逐渐停止(或者15小时之后)，在出口物流中检测不到甲烷，但是所述器件在450℃保持过夜(15小时)。

5.冷却和关闭所述器件(与开始步骤相反，但是以3℃/分钟的速率冷却)。

反应器器件脱蜡过程中使用的条件列于表2中。

表2.反应器器件脱蜡过程中使用的条件。

该测试的结果是，大部分的催化剂仅仅凭借重力作用从反应器中流出，余下的催化剂通过轻柔的拍击而除去。上述技术中所用的压力为689Paa(0.1psia)至6895kPaa(1000psia)。最高温度可以为150-650℃，加热速率可以为0.01-10℃/分钟，更优选为0.1-5℃/分钟，在另一个实施方式中为0.5-2℃/分钟。

实施例2.5b：通过加氢处理以促进催化剂移出-大型器件测试

在微通道反应器中加载313.5克负载在氧化铝上的30重量％的钴和5重量％的Re费-托催化剂，以及177.1克SiC惰性材料。微通道反应器以交叉流动模式操作，使用部分沸水作为冷却剂，属于阶梯类，包括处于平行平面内的两排20个入口工艺微通道(被包括冷却剂通道的层分隔)。每个入口微通道的间隙为0.1016厘米(0.040″)，宽1.364厘米(0.537″)，在工艺流动方向的长度约为29.5厘米(11.6″)。冷却剂通道停止于29.5厘米(11.6″)的记号处，入口工艺通道连接起来，形成较大的通道，其间隙为0.3010厘米(0.122″)(用不锈钢波形件形成)，长度为29.5厘米(11.6″)。在入口和出口处，在冷却剂通道终止处(阶梯处)的上方和下方，将SiC加载入工艺微通道。

通过包括三个还原步骤和两个氧化步骤的工艺使得催化剂活化，然后用于费-托合成，在各种常规的费-托温度和压力条件下进行约1100小时的操作。在操作结束时，需要对催化剂进行脱蜡以促进其去除，以及对催化剂进行重新氧化(由于其自燃性)。

然后使用流速为10SLPM的氮气将工艺侧或包含催化剂的侧加压至2651kpag(348.5psig)。一旦达到所述压力，用流速为10SLPM的100％的氢气代替流速为10SLPM的氮气。建立氢气流之后，立刻使用固定在反应器主体上的电加热器，以1℃/分钟的速率，将反应器的温度从室温升高到220℃。反应器在220℃保持大约12小时，然后用流速为5.4SLPM的氮气代替流速为10SLPM的氢气。氮气流建立之后，立刻对反应器进行减压，使得反应器冷却至环境温度。整个体系用氮气吹扫48小时，这次要求对下游设备以及反应器自身进行吹扫。

在进行了脱蜡处理之后，对催化剂进行重新氧化，以减轻其自燃。通过以下方式进行氧化：首先将氮气流减小到975sccm，然后在氮气流中添加25sccm试样量的工艺空气(总流速为1000sccm)。经过10分钟，然后再添加第二股25sccm试样量的工艺空气，N2流速减小到925sccm(总流速为975sccm)。完成之后，等待30分钟，然后将离开反应器的气体样品送去气相色谱用于进行分析。当氧气的出口浓度达到入口浓度预期值(约1.8％(入口))的90％的时候，使用上述方法再加入两股25sccm试样量的空气(工艺空气总流速100sccm，以及875sccm的氮气)。从此时开始，重复该过程，每次增加100sccm的工艺空气，然后减去100sccm的氮气流，使得总流量保持在975sccm。最后一次添加的时候，空气流量为质量流控制器最大刻度值的95％，得到的最终工艺空气总流量为475sccm。从这时开始，氮气流以100sccm的幅度减小，每次减小操作之间暂停30分钟，直至仅含以475sccm的流速流动的工艺空气。

一旦气流仅由工艺空气组成，则以大约0.5℃/分钟的速率将器件加热至大约80℃的平均温度。达到80℃之后，反应器在80℃保持大约4.5小时，然后使其冷却至环境温度。

一旦脱蜡和钝化过程完成之后，将反应器从测试下部结构取出，以一定的方式安装在框架上，使其旋转(由此可以将催化剂从反应器的入口侧或出口侧排空)。然后拆去工艺顶部件和底部件。与顶部件一起，用来将催化剂保持在微通道中的多孔不锈钢泡沫上方的出口侧也被除去，反应器发生旋转，使得催化剂和SiC在重力作用下流出来，进入不锈钢捕集平底盘内(在仍然保持自燃性的情况下，其中装有水)。对反应器的入口(顶部件)侧重复该过程。然后，先用橡皮槌后用金属头的锤子从侧面和顶部对反应器进行敲击，以促进催化剂的流动(敲击频率约为1赫兹)。橡胶头的槌子几乎未产生效果。出了敲击以外，使用料斗振动器对组件进行振动。最后，使用直径0.1016厘米(0.040″)的飞机钻(aircraft drill)对顽固残留的催化剂进行刮擦和钻孔。在上述方法中，只有重力流动和金属头锤子具有显著效果。大部分的从器件中流出的催化剂单纯是由于重力作用流出的，或者是在低频吹扫和金属头锤子敲击的联合作用下流出的(在此情况下，催化剂会在锤子敲击情况下开始流出，在敲击停止后继续流出)。通过这种方式，回收大约241克的材料(初始加载的总质量的大约49％)。

在这些处理之后，对上述反应器进行2.1节所述的高压喷水处理。除了对反应器进行高压喷水处理以外，在此高压喷水处理之后，在反应器中填充己烷，使其静置几个小时。该过程重复两次，然后使得反应器干燥大约48小时，然后用金属头的锤子对反应器进行搅拌。通过该处理又额外回收得到3.7克材料。

实施例2.6：通过水蒸气氧化除去焦炭

当使用酸性物质催化或者在高转化率条件下进行烃类合成反应的时候，通常会发生在表面上形成焦炭的问题，由此降低催化剂的活性。焦炭会将相邻的催化剂颗粒粘结起来，导致结块，在需要对催化剂进行再生或者替换催化剂的时候，催化剂难以从反应器中移出。在常规的工艺操作过程中，高分子量烃类会累积在催化剂表面上，形成蜡，将颗粒粘结在一起。当催化反应器具有微通道尺度的时候，任意一种造成颗粒结块的机理都是特别麻烦的。

通常需要氧化性的环境将焦炭转化为挥发性化合物，可以将此挥发性化合物从催化剂表面扫去。水蒸气是简单而廉价的氧化介质。水蒸气也是一种方便的热源，可以用来使得重质烃类熔融和/或挥发。文献指出，对某些催化剂物质使用水蒸气，特别是烃类合成反应包括费-托化学反应的时候，必须加以小心。

为了避免出现高温(高温会促进催化物质的过度氧化)，可以在低于常规操作压力的压力下，使得水蒸气在待卸载的成团的催化剂上方通过。在还存在蜡的情况下，较低的压力还可以促进不希望存在的烃类的挥发。因为水蒸气是蒸气，所以不需要像例如使用液体溶剂除去蜡的时候那样使用特别的反应器构型。然而，对于特殊的反应器和催化剂体系，可以更优选沿着与常规操作过程中的流动方向相反的方向加入水蒸气。

可以使用温度为120-400℃、蒸气分数为0.0-1的饱和水蒸气。在第二实施方式中，可以使用温度为120-600℃的过热水蒸气。可以以任意可以考虑的比例，将水蒸气与其它的氧化性化合物，例如过氧化氢、空气或纯氧混合。

实施例2.7：通过流化进行卸载

卸载催化剂的方式可以是如之前的章节关于流化加载工艺所述，对输送到床的气体施加终端速度。使用图1c中的体系，使得流动沿重力方向取向，为流体提供额外的重力加速度将会有所帮助。

第3节：向微通道中加载催化剂或惰性材料的质量控制理念

实施例3.1：通过测量压降进行质量保证

包含粉末的微通道的相等装填密度的质量的另一个度量是各个通道对流体的流动阻力。通过厄甘公式对通过填充床的流动进行预测，具有相等的填充密度的通道应当具有非常类似的压降，

$\mathrm{\ΔP}=\frac{150\mathrm{\μU\ΔL}}{{\left({\mathrm{\φD}}_p\right)}^2}\frac{{(1-\mathrm{\ϵ})}^2}{{\mathrm{\ϵ}}^3}+\frac{1.75{\mathrm{\ρU}}^2\mathrm{\ΔL}}{{\mathrm{\φD}}_p}\frac{1-\mathrm{\ϵ}}{{\mathrm{\ϵ}}^3}$

式中符号定义如下

D_p[m]＝粒径

ε[-]＝流体流的空隙(开放)分数

φ[-]＝颗粒的球度

ΔL[m]＝床的长度

μ[kg/m/s]＝流体的粘度

ΔP[Pa]＝颗粒床上的压降

ρ[kg/m³]＝流体的密度

U[m/s]＝通道的比速度

第一项和第二相用于粘性损失和惯性损失。如果粒度(ΔD_p)和填充密度(ε)是相同的，则填充床的压降应当与具有相同长度的微通道的压降相等。基于设定流速条件下的压降，可以对通道之间的催化剂装填进行比较。

可以在一个或多个通道上施加物流，以确保颗粒装填。难题在于，要将流体源与器件相连，使得形成针对通道的气密密封。对于一些通道来说这样是很困难的，原因在于开口的尺寸和形状使得难以将管道或者其它连接件设置在一个或多个通道上。一种实现这一点的方式是，利用穿过垫衬材料的小孔，该小孔与微通道的横截面积接近，将所述材料附着于管道或者管道连接件，并用外力对表面进行压缩。可以对阵列中所有的微通道施加该连接，或者对代表性的样品(例如10个或100个相邻的微通道，例如平行通道的线性阵列中10个连续的通道)施加。本领域技术人员熟知其它的将连接件临时性地连接于表面的方法。

如果通道是由薄材料制成的，可以优选在不施加大量外界压力的情况下实现气密密封。因此优选包括较小的通道压降，使得厄甘公式仅从惯性项造成10％或更少的压降。

如果压降(对于每个入口处压力相等的情况)变化等于或小于平均值的10％、优选变化在平均值的5％以内，更优选变化在平均值的2％以内，则装填是良好分布的。催化剂长度变化也优选相同的水平。如上所述，这些测量是基于至少10个相邻的微通道，每组中10％的最大差别(分布各侧的5％)未包括在测量中。

实施例3.2：通过销测量确保加载水平

一种用来测定加载入微通道中的颗粒的高度的直接方法是使用已知长度的销，对颗粒床的顶部进行定位。图3.2.1中显示了这一点，其中将具有均一长度的销插入加载有催化剂和惰性微粒的两层微通道中。在此具体情况下，微通道的标称间隙为0.09525厘米(0.0375″)，标称宽度为0.3023厘米(0.119″)。当判断认为已经加载了足够的催化剂和惰性材料，使得床接近通道中所需的轴向位置的时候，插入销，与带有刻度的背景比较，通过这种方式可以测定各个通道内的实际加载量，调节最终加载量，以得到所需的轴向水平和均一度。

在以上实施例中，所述方法是人工实施的，仅在加载过程接近结束的时候实施。在其它的实施方式中，可以使用销的阵列同时对特定层或多个层中所有的通道进行检测，通过自动化方法(光学法或其它方法)记录下床的水平。通过使用较长的销进行测量，可以在整个加载过程中(床高度从零至满高度)进行测量。测隙规不一定是销的形式，可以具有任意合适的形状，例如尺寸适于插入间隙1-1000微米的微通道中的带状物或条状物。如果单独的微通道足够宽，可以使用多个销或者测隙规测得任意特定通道内的颗粒床顶部的轮廓。

实施例3.3：使用X射线检测来测定微通道中催化剂床加载高度的理念

当没有容易实现的直接测量方式的时候，可以采用各种成像方法测定微通道器件中催化剂床的高度。微通道器件经常由被肋状物分隔的金属板组成，形成开放通道，将催化剂装入其中。

最简单的方法是使用X射线源和照相纸或检测器，与用来检测管道或压力容器上的焊接的方法类似。该方法的局限性在于，要透过包括多层微通道的厚器件获得足够的分辨率。

另一种技术是X射线CT(计算机体层照相)对器件进行扫描。透过器件扫描一个断层，然后沿着催化剂高度方向移动，扫描另一个层。通过重复该过程，可以获得器件的内部3D图像，显示出催化剂结束、通道变得开放的位置。示例性的横截面积5.08厘米×10.16厘米的片的扫描可以使用450kV的源进行。根据所需的分辨率，较厚的器件可能需要较高功率的源。

由于通道内的内部压力产生的应力，微通道器件在其外侧经常包括厚金属板。由于这些厚金属板，需要很大的功率使用x射线或其它方法穿透。可以在催化剂床所需的高度，将小袋加工成这些端板。这些袋会在测量位置减小金属的厚度，允许使用较低功率的源，同时保持所需的分辨率。

可以测量催化剂床高度的其它方法为：MRI(磁共振成象)，超声波检测以及荧光成像。

实施例3.4：通过声谱检测法确保加载水平和填充密度

可以使用传输的声波检测加载入微通道中的微粒床的水平和密度，所述声波为次声波(约低于20Hz)，听觉声波(约20Hz至20kHz)或超声波(频率高于20kHz)。通道中存在的装填的微粒会使得使用多个固定的或移动式发射器-接收器对传输通过器件的声波衰减。在第二实施方式中，可以将一个发射器和几个接收器联用，所述发射器和接收器都是固定的或者可移动的。在第三实施方式中，可以将多个发射器与单个或多个接收器联用，所述发射器和接收器都是固定的或移动式的。从发射器发射出的辐射可以是连续的或脉冲群式的，当使用多个发射器的时候，在不同的时间、或者以不同的频率和强度进行发射。

衰减的程度可以与特定填充的密度相关，因此可以用于质量控制。强度的突然变化表明达到了颗粒床的顶部，或者床中存在空隙空间。也可以利用衰减的变化来检测例如已经加载了SiC而没有加载催化剂的区域内，不同材料的位置和水平。随着扫描的平行平面数量增加，可以形成3D图像，检测结构深处的空隙和密度差异。声波的频率和强度的变化还可以提供额外的分辨率。

实施例3.5：通过热金属丝风速测量法确保加载水平和填充密度

一种测定微通道阵列的装填的非侵入式方法是使用热金属丝风速测量法[G.Comte-Bellot，″流体动力学手册(The Handbook of Fluid Dynamics)″，CRC出版社，1998，第34节，R.W.Johnson编辑]。可以使用校准的热金属丝风速测定计，通过输送到每个通道的流速更直接地获得通道之间的流速分布，其中向通道一端分布流体物流的时候应当包括一个阈值。

离开填充床的物流的速度曲线应当接近活塞流，因此出口附近的气流的测量结果应当真实反映出通道中的流速。热金属丝的测量应当在沿垂直方向距离出口0.05″至0.25″的范围内进行。应当对所有的或者代表性数量的通道出口的速度进行测量。应当取独立的和平均的速度。良好的分布的出口速度为+/-20％以内，更优选+/-15％，更优选+/-10％，更优选+/-5％。良好的分布预示着均一的填充密度，获得分布均一性。

超声波加载和使用于法超声波进行致密化

为了克服传输超声波通过微通道反应器主体壁的难题，将超声喇叭(Ultra Sonic Seal，Model ST，1500瓦超声功率(Broomall，PA)装有美国俄亥俄州格罗夫城的图尔泰克斯有限公司(ToolTex，Inc.Grove City，OH.)制造的2.54厘米×20.3厘米钛喇叭)放置在垂直取向的通道的入口处。

已经证明如果喇叭以此种方式设置，波形通道(其形成包含微粒催化剂的微通道)通过以下方式起到超声波能量会聚介质的作用：产生横波，沿着纵向将超声波振动输送通过通道壁。已经证明这样可以有效地将振动频率输送通过微通道的整个长度(实验证明了长度可以最高达61厘米，预计长度可以至少为1米或更长)，同时衰减程度最小。在此情况下，超声波部件由以下部分组成：1500W的电源变压器，振幅放大器和长20.3厘米×宽2.54厘米的调谐钛超声喇叭。将该组件安装在高压室内，所述高压室与圆钢柱相连，其设计与钻床架类似(图7)。可以沿着钢柱的长度，在垂直平面内气动调节超声装置的位置。所述气动控制也可以将喇叭直接放置在通道的顶边之上，其与器件表面的接触压力可以调节。可以将金属丝网或金属薄板放置在通道顶部和发射喇叭之间，以防与波形通道端部发生接触破坏。证明该方法也可以用于不使用波形件的不锈钢微通道。我们认为波形件或微通道的材料对于该方法的操作来说并不关键，但是优选的是金属。

对装填在钢铁和丙烯酸类板材测试器件之间的微粒材料进行超声致密化测试。超声波传输通过钢板，或者在通道的顶点、从器件顶部传输。在这些初始尝试过程中，对脉冲群长度以及喇叭和器件的接触压力进行调节。脉冲群长度通常为5-20秒，将喇叭调节到频率为20千赫，振幅为0.5毫米。我们惊讶地发现，喇叭对器件主体的压力是一个重要参数。如果喇叭的压力过低，在输入频率下其会捶打在接触表面上，增大了破坏喇叭面的趋势，输送给器件的超声波极少。如果压力过高，喇叭会与器件“连接”，减弱了超声能量，降低该方法的效率。

致密化比机械方法达到的效果快十倍以上。例如，在61厘米长的波形件中填充颗粒，所述颗粒包含平均粒径300微米的载体材料，在10分钟的时间内用橡胶槌敲击器件主体约400次，使其致密化，直至实现最大致密化水平。通过通道的顶部施加超声波仅5秒钟，就使得粉末床又沉降了1英寸。相较于机械振动，所有通道内的填充水平均一性也获得改进。在此情况下，喇叭与通道的接触压力为25psi。在过量的能量输入的情况下，接触压力增大到45psi，通道内的粉末通过流化而瓦解，导致不均一的密度和差的填充水平均一性。

使用干法超声波进行催化剂卸载

费-托反应器卸载

图8中显示了工艺通道的横截面尺寸(并非按比例绘制)。图中显示了主要的重复单元，右侧显示了垂直对称线。所述重复单元由实际的工艺通道(石质和陶瓷质地)，容器壁(灰色)以及冷却剂通道(蓝色)组成，所述冷却剂通道垂直于工艺流排列，延伸进入和伸出纸页平面。所述工艺通道具有两个独立的区段：包括位于横截面中“阶跃”变化之前的上游区段，其中通道的两侧都包括除热装置，以及下游的“阶跃”反应器区段，其只在通道的一侧(对称平面侧)具有除热装置。

上游区段(对称轴的一侧)的间隙高度为高0.1厘米，长28.1厘米。在此上游区段中，使用相邻的部分沸腾冷却剂通道在两侧进行除热，除了最靠近对称线侧上的最后0.64厘米的中部冷却剂通道阵列以外。

所述“阶跃”反应器区段下游长28.1厘米，从容器壁至对称线距离为0.15厘米。如前文所述，容器壁的厚度为0.25毫米，而在上游区段的端部则不同，该处厚度为0.75毫米。

从顶部添加粉末，从而对FT反应器加载催化剂，其通道高0.1厘米。使用具有已知长度的直金属丝和尺子测定床的深度，从而测定加载高度。

加载的顺序如下：

1.用SiC粉末填充底部，然后致密化。

2.在“阶跃”以下填充催化剂粉末并致密化。

3.用SiC粉末对紧邻“阶跃”的上方和下方的区域进行填充并进行致密化。

4.在通道顶部1.9厘米的范围内用催化剂粉末对反应器通道进行填充并致密化。

5.在余下的空间填充SiC粉末直至顶部，然后致密化。

手工对40个通道区段进行加载，并测量高度。

顶部的SiC粉末在0英寸开始，向下延伸至1.95厘米，标准偏差为0.3厘米。然后催化剂区段开始，从顶部向下延伸至28.14厘米处，标准偏差为0.63厘米，SiC层在0.1厘米高的区段内延伸至30.8厘米，延伸至“阶跃(step)”处。阶跃处下方0.31厘米高的波形的区段形成SiC层，其向下延伸至35.3厘米，标准偏差为1.31厘米。通道的底部用催化剂粉末填充至55.37厘米，最后4.47厘米用SiC粉末填充，得到1.80克/立方厘米的密度。接下来的区段是顶部催化剂区段，宽1.36厘米×高0.1厘米×长26.2厘米，加载量145.198克，得到的平均填充密度为0.97克/立方厘米。接下来的区段是″阶跃″SiC粉末层，包括“阶跃”上方2.67厘米和下方4.5厘米的部分，加载量为76.516克，密度为1.38克/立方厘米。向该区段加入172.291克，得到的密度为0.94克/立方厘米。底部的最终SiC层为67.596克，密度为1.39克/立方厘米。区段高度、重量、体积和密度的详细描述参见下表。

	Sheryl测量平均值[英寸]	标准偏差间隔[英寸]	区段内的粉末的重量[克]	区段的体积[立方厘米]	区段内的粉末的密度[克]
						底部	24.055	----	----	----	----
底部通道SiC层的顶部	22.295	----	67.596	48.764	1.386

底部通道催化剂加载的顶部	14.330	0.514	172.2912	183.1309	0.938
						阶跃	12.563	----	76.516	55.577	1.377
“阶跃”SiC层的顶部	11.511	0.247	141.212	145.198	0.973
						顶部通道催化剂加载的顶部	1.198	0.116	33.011	18.344	1.799
顶部通道SiC加载的顶部	0.485	----	----	----	----

表：催化剂加载水平

操作1170小时之后，通过在80℃逐渐用氧气(空气)代替N₂使催化剂钝化。在200℃下进行脱蜡。在冷却和除去测试外壳的时候，拆下顶部件和底部件。用来将催化剂保持在通道内的顶部和底部泡沫也被除去。通过简单的重力引发的排泄是无法使得催化剂流出通道的。催化剂被牢固地锁定在通道中，显然是通过物理锁定、在脱蜡过程中未被除去的残留的蜡造成的颗粒之间的粘着共同作用造成的，而在操作故障过程中进入反应器中的聚合的泵油使得粘着现象进一步恶化。

我们研究了通过各种方法将剩余的催化剂从反应器通道中卸载。以下的方法无法成功地对FT微通道反应器进行卸载，但是可能能够有效地对微通道中的其它微粒催化剂进行卸载。

使用手动工具的人工方法

水蒸气或高压H₂O(加热的)

使用振动台通过机械作用逐出催化剂

溶剂

d-苧烯

正己烷

甲苯

正癸烷

正辛烷

环己烷

10％Daraclean 212

20％KOH

干法超声

导管，用来从独立的通道或一小组通道中移出催化剂-例如装有改良的

桨叶#5184的

UF DME超声波模头抛光机或金属导管

移出的物理方法包括使用3磅和5磅的钢制大锤，飞机钻头，猛击槌和斗式振动器。还尝试了使用高压热水。用此代替水蒸气，因为水蒸气存在更大的安全隐患。已知从水浴回收提取的催化剂是更麻烦的，但是这决不会带来问题，因为热水法仅仅另外得到了大约20克回收的催化剂。

使用索格斯利特提取器对待选的溶剂(上文列出)进行实验室规模的评价，结果显示，热己烷能够最有效地溶解残余的FT蜡并将结块的颗粒粉碎。但是，索格斯利特法的热溶剂连续流以及随后的提取难以在器件上完成，这是因为其尺寸和设计构造的原因。采用注满和浸泡法作为替代。结果证明该方法是无效的，因为溶剂在进入反应器主体之后过快地冷却。另外，己烷溶剂从未足够深地渗透入催化剂床中以粉碎蜡残余物。最后，使用该方法仅仅移出了3.7克催化剂。

最后使用放电加工从反应器主体上切割下主体结构，尽可能减小其重量，以便于加工。还进行了特别的切割以易于对选定的通道进行检测，以评价固化的床的强度，计量通道堵塞的程度，在独立的通道上测试干法超声处理理论。为了完成这一点，从反应器主体的两侧拆下冷却顶部件，进行平面切割，从反应器一侧之上的整个面移走整体金属，只剩下金属薄层，该金属薄层可以剥掉，露出整个通道。使用装有改良的

桨叶#5184的

UF DME超声波模头抛光机，对一些通道进行早期系列的干法超声测试。如前文所述，超声波通过桨叶传播，桨叶插入独立的通道内，使得填充的床变松。使用刮铲对四个裸露的通道进行清洁，使用超声导管技术获得了部分的成功，从中清理出了很少的百分之几的材料。总体结果是移出了另外约25克的催化剂。但是，大约200克的催化剂仍然牢固锁定在通道中。

使用这些技术，结果总共移出了初始491克加载量中的245克。这些技术最终不能作为合理的提取装置，特别是很明显从时间、成本和人工上来看，从反应器中移出的额外的材料的量不值得继续进行。

早期的工作还将注意力集中在对整个器件进行机械振动，将催化剂从通道逐出，与床致密化所用的过程类似。但是，已经证明机械振动缺乏足够的力度将严重固定的催化剂从一些器件通道中卸载，与超声法不同，机械振动不可能将振动能量汇集在特定的区域。

用于所有卸载实验的主要体系与先前加载实验所用的体系相同。在垂直方向，沿着钢柱的长度对超声装置的位置进行气动调节，使得喇叭直接位于通道顶边的上方，对器件的表面施加可选择的接触压力。将喇叭调至频率为20千赫、振幅为0.5毫米，使其以20-30psi的压力与器件接触。在5分钟的时间内施加多个10-20秒的超声波脉冲群，成功地将剩余的催化剂从反应器通道中逐出。使用干法超声波技术总共收集了180克。对反应器通道进行仔细研究发现，86个通道中，除了三个以外的其它所有通道都完全清洁。直得注意的是，此时对FT微通道反应器进行测试的超声波条件并未最优化，实际上是非常粗率的。仅仅对脉冲群长度以及喇叭和器件的接触压力进行了调节。

对模型器件进行了其它的尝试模拟，有目的性地将粉末捕集在波形通道中，然后通过干法超声法将其移出。很明显在加载的时候对床的完全致密化导致颗粒之间以及通道壁之间存在牢固的机械互锁作用。这使得无法通过重力或其它作用力的作用很容易地移出固定的粉末。与之相对的，超声波破坏了填充床内的偏转和摩擦力，刺激了通道中发生流动，使得只需最小努力就能快速发生卸载。

还操作实验室规模催化剂测试反应器来评价卸载性能。在操作循环结束时，一些器件不会发生标准的脱蜡过程。由此使得产物蜡和催化剂粉末一起夹带在通道内，基本模拟了催化剂截留的最差的情况。在干法反应器中传输超声波可以成功地从器件通道除去所述材料。

超声波微粒致密化

使用以下材料进行超声测试：

英格尔哈德公司(Engelhard Corp.(BASF))提供的成形挤出件，名为A1-4126E。对该材料进行研磨和过筛，以提供50x80目的颗粒分布

FT催化剂粉末，由浸渍了30％的钴的上述氧化铝载体材料组成

FT催化剂粉末，由浸渍了50％的钴的50x80目的氧化硅载体组成

粉末在通道中致密化，所述通道的尺寸为长19.05厘米和61厘米，横截面积0.3175厘米×0.1厘米和0.57厘米×0.1厘米。研究了颗粒磨损、填充床长度上的颗粒偏析，以及与ASTM PABD的关系。

评价了以下的变量以增大加载和致密化效率，同时对催化剂粉末的物理完整性产生最小的影响：

超声波频率

超声波的振幅

喇叭对其接触表面的压力

喇叭在器件主体上的位置

脉冲群长度(输送到器件中的单次或多次超声波能量脉冲群)

通过这些实验确定了相对于常规的ASTM拍实或振动PABD法，使用超声波处理可以使粉末床的致密化程度提高大约4％。还证明将喇叭物理设置在开放通道顶部附近，对于沉降性能来说是一个理想的位置。如前文所述，如果喇叭以此种方式设置，则波形通道作为超声波能量的会聚介质，沿纵向方向将超声波振动传输通过通道壁，而在与其长度横交方向上极少发生衰减。在25-40psi的范围内评价了喇叭与器件顶部的接触压力。喇叭的位置和压力与它们影响加载和致密化质量的能力相关。结果表明，较差的喇叭位置和/或压力会产生负面影响，使得催化剂床会发生一定程度的超声振动，使得发生流化。在此情况下，催化剂柱内夹带的空气使得催化剂床中出现空隙，使得通道中出现不当的致密化和较差的填充水平均一性。喇叭通常保持在频率为20kHz、振幅0.5毫米；认为也可以采用其它的超声波波长和频率。

对3-30秒的脉冲群长度进行了评价，但是证明只有3-10秒的脉冲群长度是足够的。实际上，要获得合适的床致密化，脉冲群长度是最有效的。较短的最优化的脉冲群时间也对材料自身的物理完整性几乎没有负面影响。

脉冲群时间(burst duration)：

脉冲群时间和脉冲时间(pulse duration)之间有所区别。在此工作中，以一个或多个持续1-30秒的脉冲群，对波形通道施加超声波能量。预期可以在预定的时间内，对器件施加一系列非常短的“脉冲”，而不是施加稳定的脉冲群。设想这样可以提供有效的致密化，同时对催化剂造成的物理破坏最小。

合适的床致密化可以使用1-30秒、优选3-10秒、最优选3-5秒的脉冲群时间完成。施加大于30秒的超声波能量不会导致额外的床沉降。施加30-90秒的超声波能量显示很小的床层化迹象。在小于30秒的脉冲群时间内，似乎不用担心磨损。在达到目标加载量所需的一段时间内施加超声波能量，不会使得床显著地偏析成由不同粒度组成的区域。在不导致过度加热或催化剂物理劣化的情况下采用的脉冲群时间对于控制致密化程度和床沉降质量来说，是影响最大的参数。

填充表观体密度(PABD)：

根据评价的催化剂或惰性材料达到1-1.8克/立方厘米的PABD

在f＝20kHz的情况下可以在3-5秒内实现ASTM PABD(拍实/振动)

在20千赫条件下施加5-10秒的脉冲群，使得61厘米长的床获得最大的PABD(超过ASTM PABD)

相较于ASTM PABD法，使用超声波，使得包含FT类催化剂的床额外沉降了3-5％

接触压力：

喇叭接触压力优选＝200kPa(30psi)至280kPa(40psi)，更优选34-36psi

过高的接触压力和/或控制不良的喇叭定位不会获得平滑的高效的致密化效果，而是会导致非常不希望出现的床流化

空隙分数

根据所评价的材料，制得的填充床的空隙分数为31-38％

使用较大器件的超声波

不包括波形插入件的反应器：

在不同的微通道反应器中进行Al₂O₃催化剂载体材料的超声波致密化，所述反应器包括单个通道，该通道的尺寸为长61厘米×高0.1厘米×0.57厘米。对通道进行完全填充，然后床在振动台上预先致密化到可实现的最高程度，然后进行超声波致密化。将超声波喇叭置于通道的顶端(相对于重力)。以20千赫的频率对器件的顶端施加三次10秒的超声波脉冲群，另外造成2.54厘米的沉降。氧化铝的填充表观体密度和通道的体积都较早测定，因此预期沿61厘米的通道长度上的沉降可以很容易地计算。结果，床致密化达到的水平几乎等于氧化铝粉末的ASTM PABD的测量结果。如前文所述，源喇叭应当保持与器件声波接触，优选在推荐的接触压力下接触。正面的致密化结果提供了坚实的证据，证明通道(或多排通道)不需要在反应器主体内，在薄分隔壁之间紧密间隔，以确保适当的致密化。实际上，该实施例中的反应器由单独的通道组成，该通道位于较重的反应器主体(约6千克)中心，具有约2.3厘米×1.52厘米厚的钢壁。

Claims (17)

1.一种增大加载入微通道设备中的多个微通道内的微粒的填充密度的方法，所述方法包括：

提供微通道设备，该设备包括多个含有微粒的微通道；

将超声波发生头放置在所述多个微通道的一端，使所述头与所述多个微通道声波接触地放置；

由所述超声波发生头对所述多个微通道施加超声波能量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将可传导声波的材料设置在所述超声波发生头和所述多个微通道之间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波能量的频率为20-40千赫。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述超声波发生头以200kPa至280kPa、即30psi至40psi的接触压力压在所述设备上。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波能量以等于或小于30秒、更优选1-10秒、在一些实施方式中1-3秒的脉冲群提供。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个微通道中的各个微通道的长度至少为10厘米，其至少一个尺度等于或小于2毫米。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微通道设备包括至少1000个微通道，所述超声波发生头在所述至少1000个微通道中的不大于500个微通道上延伸。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微通道设备包括插入件，所述插入件沿着所述微通道的长度向下延伸；所述插入件沿着所述微通道的长度向下传播声波能量。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述微通道设备包括至少部分地由波形插入件的壁限定的通道。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述微通道设备包括多个插入件，所述插入件沿着所述多个微通道的长度向下延伸；所述插入件沿着所述多个微通道的长度向下传播声波能量。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在施加超声波能量的步骤之后进行以下步骤：连接总管，所述总管覆盖所述多个微通道的端部，形成流动路径，用来使得流体流入和流出所述多个微通道。

12.一种从微通道设备卸载微粒的方法，该方法包括：

提供微通道设备，该设备包括多个含有微粒的微通道；

将超声波发生头放置在所述多个微通道的一端，使所述头与所述多个微通道声波接触地放置；

由所述超声波发生头对所述多个微通道施加超声波能量；

其中所述施加超声波能量的步骤是在所述多个微通道为干态的情况下进行的。

13.一种对化学反应器进行加载的方法，该方法包括：

提供化学反应器，其包括至少100个微通道；

将微粒加入所述化学反应器中的至少100个微通道中；

使得气体通过所述通道，使得微粒流化，使得微粒移动离开所述微通道，然后减小气体的流速，使得微粒重新填充所述微通道。

14.一种对化学反应器进行加载的方法，该方法包括：

提供化学反应器，其包括至少100个微通道；

将微粒加入该化学反应器中微通道的线性阵列中的至少10个微通道内；

所述微通道的线性阵列中的至少10个微通道各自具有间隙；

在储存器内填充微粒；

所述储存器包括滑动门，所述滑动门可以移动以形成基本上矩形的开口，所述开口小于所述微通道的间隙；

移动所述滑动门，使得所述储存器的开口与所述微通道线性阵列中的至少10个微通道的通道开口相匹配，以及

将微粒从所述储存器输送到微通道线性阵列中的所述至少10个微通道中。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法包括将微粒从储存器输送到微通道线性阵列中的至少100个微通道中。

16.一种从微通道反应器中的至少10个装有微粒的微通道的阵列中移出微粒的方法，所述方法包括：

提供声波仪，其包括至少10个尖端的阵列；

将所述尖端放置在所述至少10个微通道的各个微通道内，对所述至少10个微通道中的微粒进行声波处理。

17.填充床微通道化学反应器或分离器，其包括至少100个加载有微粒的微通道，其中空隙分数(对所述至少100个加载有微粒的微通道取平均值)等于或小于0.50，通道的任意亚组的填充密度变化小于10％。

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