DE112012003041T5 - Mikrokanalreaktoren und Herstellungsverfahren - Google Patents

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Thomas Yuschak
Michael Marchiando
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Abstract

Ein Mikrokanalreaktor, umfassend: (a) eine Mehrzahl von Prozessmikrokanälen mit Partikeln, die entlang der Länge der Mikrokanäle gepackt sind; (b) eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen in thermischer Verbindung mit der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen; und, (c) einen ersten Halter, der an einem ersten Ende der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen positioniert ist, um die Partikel an einem Austritt aus den Prozessmikrokanälen über das erste Ende zu hindern.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Prioriät der vorläufigen US Patentanmeldung Seriennr. 61/509,469, mit dem Titel ”MICROCHANNEL REACTORS AND FABRICATION PROCESSES”, eingereicht am 19. Juli 2011, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird.
  • EINLEITUNG ZUR ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft die Ausführung chemischer Verarbeitungsanwendungen durch Verteilen von Strömen zu und aus mehreren parallelen Reaktormodulen und insbesondere die Ausführung einer Verarbeitung in mehreren Reaktormodulen in druckhaltenden Anordnungen, die so gestaltet sind, dass sie Wartung, Reparatur und Austausch gepackter Betten aus festen Materialien erleichtern. Die vorliegende Offenbarung enthält Verfahren und Vorrichtungen, die besonders für die Konstruktion und den Betrieb von mehreren parallelen chemischen Verarbeitungsmodulen geeignet sind, wobei jedes Modul mehrere einzelne und separate Verarbeitungskanäle, wie Mikrokanäle umfasst, wobei jeder Kanal gepackte Feststoffbetten umfasst. Das gepackte Feststoffbett kann ein oder mehrere Material(ien), das bzw. die als Katalysator, Sorptionsmittel, Wärmeübertragungsmaterial, Stoffübergangsmaterial, Fluidverteilungspackung, Verdünnungsmittel, als physikalisches Retentionsmaterial für eines von diesen geeignet ist bzw. sind, oder jede Kombination von diesen umfassen. Das gepackte Feststoffbett kann mehrere Arten der vorangehenden Materialien enthalten. Die Arten von chemischen Verarbeitungsvorgängen, die durch diese Erfindung unterstützt werden, enthalten heterogene-katalysierte chemische Reaktionen, Adsorption, einschließlich Temperaturwechseladsorption oder Druckwechseladsorption und Trennungen, einschließlich Absorption und Destillation.
  • Der Katalysator kann jeden Katalysator umfassen, der zur Verwendung in chemischen Reaktoren geeignet ist, die fluide Reaktanten (Reaktionspartner) verwenden. Der Katalysator kann ein Katalysator sein, der in der Ausführung einer oder mehrerer der folgenden chemischen Reaktionen nützlich ist: Acetylierung-Addition, Alkylierung, Dealkylierung, Hydrodealkylierung, reduktive Alkylierung, Aminierung, Ammoniaksynthese, Aromatisierung, Arylierung, autothermale Reformierung, Carbonylierung, Decarbonylierung, reduktive Carbonylierung, Carboxylierung, reduktive Carboxylierung, reduktive Kopplung, Kondensierung, Cracking, Hydrocracking, Zyklisierung, Zyklooligomerisierung, Ammoxidierung, Wasser-Gas-Verschiebung, Dehalogenierung, Dimerisierung, Epoxidierung, Veresterung, Fischer-Tropsch Reaktion, Halogenierung, Hydrohalogenierung, Homologierung, Hydrierung, Dehydrierung, Hydrogenierung, Dehydrogenierung, Hydrocarboxylierung, Hydroformylierung, Hydrogenolyse, Hydrometallisierung, Hydrosilierung, Hydrolyse, Hydrobehandlung, Isomerisierung, Methylierung, Demethylierung, Metathese, Methanolsynthese, Nitrierung, Oxidierung, teilweise Oxidierung, Polymerisierung, Reduktion, Reformierung, reverse Wasser-Gas-Verschiebung, Sulfonierung, Telomerisierung, Umesterung, Trimerisierung, Sabatier-Reaktion, Kohlendioxidreformierung, vorzugsweise Oxidierung, oder vorzugsweise Methanierung.
  • Der Katalysator kann ein Metall, Metalloxid oder gemischtes Metalloxid eines Metalls, ausgewählt aus Mo, W, V, Nb, Sb, Sn, Pt, Pd, Cs, Zr, Cr, Mg, Mn, Ni, Co, Ce, oder ein Gemisch von zwei oder mehr davon umfassen. Diese Katalysatoren können auch ein oder mehrere Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle oder andere Übergangsmetalle, Seltenerdmetalle oder Lanthanide umfassen. Zusätzlich können Elemente wie P und Bi vorhanden sein.
  • Der Katalysator kann ein oder mehrere der Folgenden umfassen: Katalysatormetalle, einschließlich Edelmetalle, Übergangsmetalle und Kombinationen davon; Metalloxide, einschließlich Oxide von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Bor, Gallium, Germanium, Arsen, Selen, Tellur, Thallium, Blei, Wismut, Polonium, Magnesium, Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Nickel, Kobalt, Kupfer, Zink, Zirkonium, Molybdän, Zinn, Kalzium, Aluminium, Silizium, Element(e) der Lanthanserie und Kombinationen davon; Verbundstoffe; Zeolith(e); Nitride; Karbide; Sulfide; Halogenide; Phosphate; und Kombinationen von beliebigen der oben genannten.
  • Das Sorptionsmedium kann anorganisch sein. Beispiele für anorganische Sorptionsmedien, die verwendet werden können, enthalten Sb2O5, AgO, PtO, CrO2, PbO, HgO, Cu2O, MnO, Mn2O3, Bi2O4, NiO, NiO2, Cu2O3, SnO, SnO2, WO2, WO3, W2O5, perfluorinierten Film, Pt/γ-Aluminiumoxid, Fe/γ-Aluminiumoxid, Cu/γ-Aluminiumoxid, Zn/γ-Aluminiumoxid, Co/γ-Aluminiumoxid, Zeolith oder eine Kombination von zwei oder mehr davon. In dieser Gruppe enthalten sind Metallcyanidoligomere und -polymere. Diese enthalten die Oligomere und Polymere, die durch die Formel [Cu(I)(CN)x]n, [Fe(II)(CN)y]n, oder [Co(II)(CN)y]n dargestellt sind, wobei x gleich 3; y gleich 5; und n eine Zahl ist, die mindestens 2 ist, und in einer Ausführungsform im Bereich von etwa 2 bis etwa 16,500 und in einer Ausführungsform von etwa 1000 bis etwa 10.000 liegt.
  • Das Sorptionsmedium kann Silber, Gold, Platin, Kupfer, Zink, Palladium, Nickel, Zeolith, Silikagel, Kohlenstoff-Molekularsiebe, polymere Materialien, Aluminiumoxid, anorganische Komplexe (z. B. metallzentrierte Porphyrinringe) oder eine Kombination von zwei oder mehr davon umfassen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Sorptionsmedium ein reaktives Komplexbildungssorptionsmittel, das einen reversiblen chemischen Komplex mit einer Fluidkomponente bei einer relativ hohen Temperatur bildet, wobei die Fluidkomponente durch die Oberfläche des Sorptionsmediums sorbiert wird. Bei einer niedrigeren Temperatur wird die chemische Reaktion umgekehrt und das komplexierte Fluid in einer besser gereinigten Form wiedergewonnen.
  • Das Sorptionsmedium kann ein Antioxidans umfassen. Beispiele enthalten sekundäre Amine, phenolische Phosphate, Phosphite, Phenole, Bisphenole, Hydroxylamine, olefinische Carboxylate, Aminocarboxylate (z. B. Ethylendiamintetraessigsäure und Salze davon), Tocopherol, di-Tertiärbutyl-p-cresol, Zinn(II)-Salze, Zinn(II)-Oxide, Sorbat, Polysorbat oder eine Kombination von zwei oder mehr davon.
  • Wie hierin offenbart können die beispielhaften Mikrokanalvorrichtungen zur Durchführung eines Fischer-Tropsch (FT) Prozesses verwendet werden und allgemeiner an jedem Hochdruck-(definiert als ein Betriebsdruck größer als 2 bar)Reaktionssystem. Der FT-Prozess wurde erstmals von Franz Fischer und Hanz Tropsch in Deutschland in den 1920ern und 1930ern entwickelt. Die Chemie beruht auf der Herstellung von längerkettigen Kohlenwasserstoffen aus einem Gemisch aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2), bezeichnet als ”Synthesegas”, bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur und in Gegenwart eines Katalysators. Die FT-Reaktion kann in einem chemischen Reaktor ausgeführt werden, der ein Festbett aus festem Katalysator enthält. Geeignete FT-Katalysatorzusammensetzungen sind in der Technik bekannt. Die überschüssige Wärme, die bei der Ausführung der FT-Reaktion in einem Katalysatorfestbett erzeugt wird, wurde typischerweise durch Einsetzen von Kesselrohren, die Wasser führen, entfernt. Theoretisch kann jede Kohlenstoffquelle zum Erzeugen des Synthesegases verwendet werden.
  • Der Großteil der Produkte aus der FT-Synthese sind paraffinische Wachse, die auf der folgenden chemischen Gleichung beruhen. nCO + (2n + 1)H2 → CnH2n+2 + H2O (1)
  • Typische Nebenprodukte sind verflüssigtes Petroleumgas (LPG) und Naphtha. Nach dem FT-Prozess können schwerere Kohlenwasserstoffe hydrogekrackt werden, um Destillatprodukte, vor allem Diesel und Kerosine zu erzeugen. Von FT abgeleitete Transportkraftstoffe werden typischerweise als synthetische Kraftstoffe bezeichnet.
  • Die herkömmliche Mikrokanaltechnologie verwendet typischerweise Diffusionsschweißen und/oder Hartlöten, um großflächige Metallbleche aneinander zu befestigen. Es wird angenommen, dass ohne Schweißen der gesamten freiliegenden Oberflächen der Bleche die Mikrokanalvorrichtung einem normalen oder erhöhten Betriebsdruck nicht standhält. Gleichzeitig sind aufgrund des Allgemeinwissens das Diffusionsschweißen und/oder Hartlöten deutlich bevorzugt um sicherzustellen, dass parallele Mikrokanäle nicht miteinander kommunizieren (d. h., eine vollständige Kanaltrennung selbst zwischen Kanälen, die denselben Inhalt führen). Diffusionsschweißen und Hartlöten beruhen auf der Bildung einer durchgehenden metallischen Grenzfläche zwischen den Mikrokanalschichten. Die durchgehende Grenzfläche wird als vorteilhaft für den Zweck einer Wärmeübertragung von einem Mikrokanal zu einem benachbarten Mikrokanal und zum Vermeiden einer wechselseitigen Beeinflussung von Fluida angesehen, die eine betriebliche Herausforderung erzeugen könnte, wobei ein Sieden in den Kühlmittelkanälen zu einem örtlichen Austrocknen führen könnte, wenn sich ein Fluss aus Hochflusszonen wegbewegen könnte.
  • Hartlöten ist der Prozess, zwei Objekte aneinander zu binden, der auf dem Hinzufügen eines Zwischenschichtmaterials beruht, das bei einer Temperatur unter der Schmelztemperatur der zu bindenden Materialien schmilzt. Das Zwischenschichtmaterial wird während des Diffusionslöt- oder Hartlötprozesses flüssig und fließt, um sämtliche Spalte oder Hohlräume zwischen den zu verbindenden Materialien zu füllen. Wenn das Zwischenschichtmaterial abkühlt, verfestigt es sich, um die angrenzenden Materialien zu verbinden. Wenn aber das Zwischenschichtmaterial verflüssigt ist, kann es auch in die zu verbindenden Materialien diffundieren. Ebenso können die zu verbindenden Materialien in das Zwischenschichtmaterial diffundieren. Während die Diffusion fortschreitet, kann sich die örtliche Zusammensetzung des Zwischenschichtmaterials signifikant ändern.
  • Die Erfinder des hierin offenbarten Gegenstandes haben sich über die gängige Meinung hinweg gesetzt und eine Mikrokanaltechnologie geschaffen, die nicht auf Diffusionsschweißen und/oder Hartlöten beruht, um Mikrokanalbleche aneinander zu befestigen. Stattdessen wendet die hierin offenbarte neuartige Mikrokanaltechnologie ein Schweißen an, um die Bleche aneinander zu befestigen. Durch Verwendung von Schweißen anstelle von Hartlöten oder Diffusionsschweißen werden die Verfahrenskosten signifikant verringert und Scale-Up der Herstellung auf große Geräte ist deutlich leichter, da eine induzierte Wärmeverformung durch Bonden und Hartlöten großer Vorrichtungen vermieden wird.
  • Geschweißte Mikrokanalreaktoren, die mit Fluida bei Differentialdrücken von mehr als etwa 2 bar, wie 4 bis 100 bar (oder genauer, im Bereich von 5 bis 40 bar) zum Umgebungsdruck arbeiten, benötigen externe Stützen, um mechanische Integrität beizubehalten. Diese externen Stützen beinhalten Kompressionsreaktoranordnungen, wie in US2005/0249647 als Beispiel dargestellt, das zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird. Diese externe Stützen können auch externe mechanische Konstruktionsstützen enthalten, wie in US Patentanmeldungen Seriennummer 61/394,328, eingereicht am 18. Oktober 2010 und 61/441,276, eingereicht am 9. Februar 2011, als Beispiel dargestellt, die zum Zwecke der Bezugnahme zitiert werden. Zusätzliche Konstruktionen, die geschweißten Reaktoren Stütze bieten, sind in der folgenden Beschreibung vorgesehen.
  • Das beispielhafte Druckhaltesystem unterscheidet sich vom Stand der Technik durch eine Verringerung in der Menge an Metall, die notwendig ist, um eine druckbeaufschlagte Mikrokanalvorrichtung einzudämmen, wenn die Vorrichtung im Inneren nicht durch Bonden oder Hartlöten verbunden ist. Nach dem Stand der Technik umgab ein druckbeaufschlagter Mantel mit einem einzigen druckbeaufschlagten Fluid vier oder mehr Seiten einer Mikrokanalvorrichtung. Die hierin beschriebenen, beispielhaften Vorrichtungen benötigen weniger Metall, um den Druck in den Vorrichtungen zu halten. In der beispielhaften Form werden zylindrische oder gekrümmte druckbeaufschlagte Zonen um zwei Flächen der Vorrichtung angeordnet, die keine Einlass- oder Auslassströme enthalten. An Flächen, die Ströme enthalten, wird der Druck in Kopfstücken und Fußstücken ohne sekundäre Druckhaltung gehalten.
  • Eines der Probleme, die durch die beispielhaften Ausführungsformen angesprochen werden, ist die Verringerung der Materialmenge und somit der Kosten, um Hochdruckfluida in geschweißten Mikrokanalreaktoren einzudämmen, die nicht intern abgedichtet sind, wie durch Bonden oder Hartlöten. Die Lösung kann teilweise das Eindämmen hoher Innendrücke unter Verwendung von externen Fluida mit höherem Druck an ausgewählten Stellen der Vorrichtung oder die Verwendung von dicken (größer als 3 cm oder in einem Bereich von 3 bis 50 cm (wie 3 bis 15 cm)) Endplatten, ohne Verwendung eines sekundären Fluids enthalten. Beide Lösungen benötigen weniger Metall und sind daher billiger als die Verwendung eines Hochdruckfluids, das die gesamte Vorrichtung umgibt, die vier oder mehr Flächen enthält.
  • Zusätzliche Probleme, die durch die beispielhaften Ausführungsformen angesprochen werden, sind: (a) die Notwendigkeit, feste teilchenförmige Materialien in mehrere parallele und separate Mikrokanäle, die in einem Druckgefäß enthalten sind, mit ausreichender Gleichförmigkeit zu laden, um eine gewünschte Packungsdichte zu erhalten, ohne die der chemische Prozessor die gewünschte Leistung nicht erreichen kann; (b) die Notwendigkeit, einen präzisen, wiederholbaren Katalysatorladeprozess für mehrere parallele und separate Mikrokanäle bereitzustellen, die in einem Druckgefäß enthalten sind, (b) die Notwendigkeit, feste teilchenförmige Materialien aus mehreren parallelen Mikrokanälen, die in einem Druckgefäß enthalten sind, entladen zu müssen, um den chemischen Prozessor mit neuen Materialien aufzufrischen; (c) die Notwendigkeit, eine Ladung und Entladung fester Materialien unter Verwendung eines Verdichtungsapparats bereitzustellen, der in einem Druckgefäß angeordnet wird und das Laden mehrerer paralleler Mikrokanäle mit ausreichender Gleichförmigkeit ermöglicht; und (d) die Notwendigkeit, ein Service für die chemischen Prozessoren, die sich vor Ort in einer Anlage oder an einer fernen Stelle befinden, durch Verwendung eines tragbaren Verdichtungsapparats bereitzustellen, der in einem Druckgefäß angeordnet wird und das Laden fester Materialien mit ausreichender Gleichförmigkeit in mehrere parallele Mikrokanäle ermöglicht, die in dem Druckgefäß enthalten sind. Wenn zum Beispiel ein Katalysator seine Nutzungsdauer im Betrieb erreicht hat und ein Anlagenbesitzer einen Austausch des verwendeten Katalysators durch einen frischen Katalysator plant, kann ein Katalysatorbedienungsdienstleister den tragbaren Verdichtungsapparat verwenden, um Katalysatorentlade- und -ladedienste beim Reaktorbesitzer bereitzustellen. Diese und andere beispielhafte Vorteile sollten für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, wenn er die folgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen liest.
  • In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Packungsdichte von Partikeln bereit, die in mehrere (auch: eine Mehrzahl von) Mikrokanäle in einem Mikrokanalapparat geladen werden, umfassend: Bereitstellen eines Mikrokanalapparats, umfassend mehrere Mikrokanäle, die Partikel umfassen; Positionieren eines Ultraschallerzeugungskopfes an einem Ende der mehreren Mikrokanäle und Anordnen des Kopfes in Schallkontakt mit den mehreren Mikrokanälen; und Anwenden von Ultraschallenergie bei den mehreren Mikrokanälen aus dem Ultraschallerzeugungskopf. In einigen bevorzugten Ausführungsformen kann die Erfindung des Weiteren durch eine oder jede Kombination der folgenden Eigenschaften gekennzeichnet sein: ein schallleitendes Material wird zwischen dem Ultraschallerzeugungskopf und den mehreren Mikrokanälen angeordnet; die Ultraschallenergie hat eine Frequenz von 15 bis 40 kHz; wobei der Ultraschallerzeugungskopf gegen den Apparat mit einem Kontaktdruck von 100 kPa (15 psi) bis 280 kPa (40 psi) gepresst wird; wobei die Ultraschallenergie in Stößen von 30 Sekunden oder weniger, bevorzugter 1 bis 10 Sekunden und in einigen Ausführungsformen im Bereich von 1 bis 5 Sekunden bereitgestellt wird; wobei jeder Mikrokanal in den mehreren Mikrokanälen eine Länge von mindestens 10 cm und mindestens eine Dimension von 10 mm oder weniger hat; wobei der Mikrokanalapparat mindestens 1000 Mikrokanäle umfasst und wobei sich der Ultraschallerzeugungskopf über nicht mehr als 500 der mindestens 1000 Mikrokanäle gleichzeitig erstreckt; wobei der Mikrokanalapparat einen Einsatz umfasst, der sich die Länge des Mikrokanals entlang nach unten erstreckt; wobei der Einsatz Schallenergie die Länge des Mikrokanals entlang nach unten überträgt; wobei der Mikrokanalapparat Kanäle umfasst, die zumindest teilweise durch Wände eines wellenförmigen Einsatzes definiert sind (ein Beispiel der Konstruktion einer Wellenform ist in 9 dargestellt); wobei der Mikrokanalapparat mehrere Einsätze umfasst, die sich die Länge der mehreren Mikrokanäle entlang nach unten erstrecken; wobei die Einsätze Schallenergie die Länge der mehreren Mikrokanäle entlang nach unten senden; des Weiteren umfassend einen Schritt, der auf den Schritt des Anwenden von Ultraschallenergie folgt, zum Befestigen eines Verteilers, der die Enden der mehreren Mikrokanäle bedeckt und einen Strömungspfad für Fluid in die oder aus den mehreren Mikrokanäle schafft. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist der Mikrokanal durch eine erste Wand und eine zweite Wand definiert und der Einsatz hat eine geringere Masse als entweder die erste oder die zweite Wand, typischerweise eine Dicke die 50% oder weniger als die Dicke entweder der ersten oder der zweiten Wand ist. Der Einsatz kann Formen wie eine Wellenform oder eine Spirale aufweisen. Der Begriff ”erstreckt sich die Länge nach unten” bedeutet, dass der Einsatz eine Länge hat, die in dieselbe Richtung verläuft wie die Länge der Mikrokanäle. Die Mikrokanallänge ist typischerweise länger als die Einsatzlänge. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Einsatzlänge mindestens 50% jener des Mikrokanals, in einigen Ausführungsformen, mindestens 90% der Mikrokanallänge.
  • In einem zweite Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Entladen von Partikeln aus einem Mikrokanalapparat bereit, umfassend: Bereitstellen eines Mikrokanalapparats, umfassend mehrere Mikrokanäle, die Partikel umfassen; Positionieren eines Ultraschallerzeugungskopfs an einem Ende der mehreren Mikrokanäle und Anordnen des Kopfs in Schallkontakt mit den mehreren Mikrokanälen; und Anwenden von Ultraschallenergie bei den mehreren Mikrokanälen aus dem Ultraschallerzeugungskopf; wobei der Schritt des Anwendens von Ultraschallenergie ausgeführt wird, während die mehreren Mikrokanäle trocken sind (Achtung: ”trocken” bedeutet, dass die Kanäle ein größeres Gasvolumen als Flüssigkeitsvolumen umfassen).
  • Es ist ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Laden von Material in einer Mikrokanalvorrichtung bereitzustellen, wobei das Verfahren umfasst: (a) Laden von Partikeln in mehrere Mikrokanäle; und (b) Ultraschall-Packen der Partikel in die mehreren Mikrokanäle unter Verwendung einer tragbaren, kompakten Ultraschall-Verdichtungseinheit.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des dritten Aspekts erzeugt der Ladevorgang der Partikel in die mehreren Mikrokanäle ein gepacktes Mikrokanalbett. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform sind die mehreren Mikrokanäle parallel zueinander angeordnet. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfassen die Partikel mindestens eines von einem Katalysator, einem Sorptionsmittel, einem Wärmeübertragungsmaterial, einem Stoffübergangsmaterial, einem Fluidverteilungspackung und einem Verdünnungsmittel. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfassen die Partikel einen Katalysator. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthält das Verfahren ferner die Ablösung gebrauchter Partikel von den mehreren Mikrokanälen, wobei die gebrauchten Partikel in die mehreren Mikrokanäle gepackt waren. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthält das Verfahren ferner das Entfernen einer ersten Barriere stromabwärts der mehreren Mikrokanäle vor der Ablösung eines verbrauchten Katalysator aus den mehreren Mikrokanälen, wobei die erste Barriere den Katalysator, der in den mehreren Mikrokanälen aufgenommen ist, daran hindert, hindurch zu gehen, und ein Wiedereinsetzen der ersten Barriere stromabwärts der mehreren Mikrokanäle vor dem Laden der Partikel in die mehreren Mikrokanäle. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält das Verfahren ferner das Entfernen einer ersten Barriere stromabwärts der mehreren Mikrokanäle vor der Ablösung des verbrauchten Katalysators aus den mehreren Mikrokanälen, wobei die erste Barriere den Katalysator, der in den mehreren Mikrokanälen aufgenommen ist, daran hindert, hindurch zu gehen, und ein Einsetzen einer zweiten Barriere stromabwärts der mehreren Mikrokanäle vor dem Laden der Partikel in die mehreren Mikrokanäle, wobei die zweite Barriere den Katalysator, der in den mehreren Mikrokanälen aufgenommen ist, daran hindert, hindurch zu gehen. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform enthält das Verfahren ferner das Entfernen einer dritten Barriere stromaufwärts der mehreren Mikrokanäle vor der Ablösung des verbrauchten Katalysators aus den mehreren Mikrokanälen, wobei die dritte Barriere den Katalysator, der in den mehreren Mikrokanälen aufgenommen ist, daran hindert, hindurch zu gehen, und Einsetzen einer vierten Barriere stromaufwärts der mehreren Mikrokanäle anschließend an das Ultraschall-Packen der Partikel in die mehreren Mikrokanäle, wobei die vierte Barriere den Katalysator, der in den mehreren Mikrokanälen aufgenommen ist, daran hindert, hindurch zu gehen. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform erstrecken sich die mehreren Mikrokanäle parallel zueinander, wobei jeder der mehreren Mikrokanäle ein lineares Segment enthält, wobei das lineare Segment mindestens eines von dem verbrauchten Katalysator und dem Partikel aufnimmt, und das Ultraschall-Packen der Partikel in die mehreren Mikrokanäle die Dichte der Partikel zwischen 1 Gramm pro Milliliter und 1,5 Gramm pro Milliliter erhöht.
  • In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform des dritten Aspekts sind die mehreren Mikrokanäle in mehreren Schichten angeordnet, wobei mindestens zwei der Schichten voneinander beabstandet sind, und der Schritt des Ultraschall-Packens der Partikel in die mehreren Mikrokanäle enthält das Packen gewisser Schichten vor anderen Schichten. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform sind mindestens zwei der mehreren Schichten der mehreren Mikrokanäle voneinander durch eine Schicht dazwischenliegender Kanäle beabstandet. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfassen die dazwischenliegenden Kanäle Kühlmittelkanäle und die Kühlmittelkanäle umfassen Kühlmittelmikrokanäle. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform enthält die tragbare, kompakte Ultraschall-Verdichtungseinheit eine programmierbare Ultraschall-Packereinheit, wobei der Schritt des Ultraschall-Packens der Partikel in die mehreren Mikrokanäle die Verwendung der programmierbaren Ultraschall-Packereinheit enthält, und die programmierbare Ultraschall-Packereinheit ist autonom in Bezug auf die mehreren Mikrokanäle verstellbar. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthält die tragbare, kompakte Ultraschall-Verdichtungseinheit eine Ultraschall-Packereinheit, wobei der Schritt des Ultraschall-Packens der Partikel in die mehreren Mikrokanäle die Verwendung der programmierbaren Ultraschall-Packereinheit enthält, und die Ultraschall-Packereinheit ist manuell in Bezug auf die mehreren Mikrokanäle verstellbar. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthält das Verfahren ferner das Einbauen einer ersten Barriere stromabwärts der mehreren Mikrokanäle vor dem Laden der Partikel in die mehreren Mikrokanäle, wobei die erste Barriere den Katalysator, der in den mehreren Mikrokanälen aufgenommen ist, daran hindert, hindurch zu gehen. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält das Verfahren ferner das Einbauen einer zweiten Barriere stromaufwärts der mehreren Mikrokanäle anschließend an das Ultraschall-Packen der Partikel in die mehreren Mikrokanäle, wobei die zweite Barriere den Katalysator, der in den mehreren Mikrokanälen aufgenommen ist, daran hindert, hindurch zu gehen. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform enthält der Ladevorgang der Partikel in die mehreren Mikrokanäle das Verteilen teilchenförmiger Partikel in die mehreren Mikrokanäle.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des dritten Aspekts enthält der Vorgang des Ultraschall-Packens der Partikel das vertikale Verstellen eines Ultraschallhorns, um mit einem ersten Satz von mehreren Kühlmittelmikrokanälen neben den mehreren Mikrokanälen in Kontakt zu gelangen, und Aktivieren des Ultraschallhorns nach dem Kontaktieren des ersten Satzes der mehreren Kühlmittelmikrokanäle. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform gibt das Ultraschallhorn Schallwellen mit einer Frequenz zwischen zwanzig und vierzig Kilohertz aus. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform wird das Ultraschallhorn gegen den ersten Satz der mehreren Kühlmittelmikrokanäle mit einem Kontaktdruck zwischen 200 Kilopascal und 280 Kilopascal gepresst. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform wird das Ultraschallhorn in Stößen von dreißig Sekunden oder weniger aktiviert. In einer ausführlicheren Ausführungsform wird das Ultraschallhorn in Stößen von zehn Sekunden oder weniger aktiviert. In einer ausführlicheren Ausführungsform wird das Ultraschallhorn in Stößen von drei Sekunden oder weniger aktiviert. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält der Vorgang des Ultraschall-Packens der Partikel das vertikale Verstellen des Ultraschallhorns, so dass es nicht mehr mit dem erste Satz der mehreren Kühlmittelmikrokanäle in Kontakt steht, das horizontale Verstellen des Ultraschallhorns, das Senken des Ultraschallhorns, um einen zweiten Satz der mehreren Kühlmittelmikrokanäle neben den mehreren Mikrokanälen zu kontaktieren, und das Aktivieren des Ultraschallhorns nach dem Kontaktieren des zweite Satzes der mehreren Kühlmittelmikrokanäle. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform enthält das Verfahren ferner das Montieren der tragbaren, kompakten Ultraschall-Verdichtungseinheit in einem Druckgefäß, das die mehreren Mikrokanäle aufnimmt, vor dem Vorgang des Ultraschall-Packens der Partikel, und das Demontieren der tragbaren, kompakten Ultraschall-Verdichtungseinheit und Entfernen der tragbaren, kompakten Ultraschall-Verdichtungseinheit von dem Druckgefäß, das die mehreren Mikrokanäle aufnimmt, nach dem Vorgang des Ultraschall-Packens der Partikel. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält das Verfahren ferner das Laden einer zweiten Menge an Partikel in mehrere Mikrokanäle nach dem anfänglichen Ultraschall-Packen der Partikel und das Ultraschall-Packen der zweiten Menge an Partikel in die mehreren Mikrokanäle unter Verwendung der tragbaren, kompakten Ultraschall-Verdichtungseinheit.
  • Es ist ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine tragbare, kompakte Ultraschall-Packereinheit bereitzustellen, die einen beweglichen Schlitten einschließlich eines Ultraschallhorns umfasst, wobei sich der bewegliche Schlitten entlang einer Schiene bewegt, um den beweglichen Schlitten horizontal zu verstellen, wobei das Ultraschallhorn in Bezug auf die Schiene vertikal verstellbar ist und wobei die Schiene mindestens zwei Abschnitte umfasst, die betriebsbereit aneinander gekoppelt sind.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des vierten Aspekts umfasst die Schiene ein horizontales Element. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform umfasst die Schiene eine rechtsseitige Schiene und eine linksseitige Schiene, wobei die rechtsseitige Schiene einen ersten Abschnitt umfasst, der lösbar an einen zweiten Abschnitt gekoppelt ist, die linksseitige Schiene einen dritten Abschnitt umfasst, der lösbar an einen vierten Abschnitt gekoppelt ist, und der bewegliche Schlitten die rechtsseitige Schiene und die linksseitige Schiene überspannt. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfassen der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt, der dritte Abschnitt und der vierte Abschnitt eine ebene, horizontale Oberfläche, auf der der bewegliche Schlitten verstellt werden kann, und eine vertikale Oberfläche einschließlich mehrerer gleich beabstandeter Öffnungen, und der bewegliche Schlitten enthält einen verstellbaren Aktuator (Auslöser), der so gestaltet ist, dass er sich zwischen einer ausgerückten Position und einer zurückgezogenen Position bewegt, wobei der verstellbare Auslöser eine derartige Größe aufweist, dass mindestens ein Teil davon in mindestens einer der mehreren gleichmäßig beabstandeten Öffnungen aufgenommen werden kann. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform enthält der bewegliche Schlitten ein erstes Rad, das auf mindestens einem von dem ersten und zweiten Abschnitt läuft, und ein zweites Rad, das auf mindestens einem von dem dritten und vierten Abschnitt läuft. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthält die Schiene mehrere gleichmäßig voneinander beabstandete Öffnungen, die ihr entlang verteilt sind, und der bewegliche Schlitten enthält einen verstellbaren Auslöser, der so gestaltet ist, dass er sich zwischen einer ausgerückten Position und einer zurückgezogenen Position bewegt, wobei der verstellbare Auslöser eine derartige Größe aufweist, dass mindestens ein Teil davon in mindestens einer der mehreren Öffnungen der Schiene aufgenommen werden kann. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthält der bewegliche Schlitten ein Rad, das auf der Schiene läuft. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform ist das Ultraschallhorn in Bezug auf den beweglichen Schlitten vertikal verstellbar und das Ultraschallhorn umfasst ein erstes Ultraschallhorn und ein zweites Ultraschallhorn. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform ist das Ultraschallhorn in Bezug auf den beweglichen Schlitten pneumatisch verstellbar und das erste Ultraschallhorn ist an der linken Seite des Schlittens ausgerichtet und das zweite Ultraschallhorn ist an der rechten Seite des Schlittens ausgerichtet. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform umfasst die tragbare, kompakte Ultraschall-Packereinheit ferner einen Mikrokanalapparat, wobei der bewegliche Schlitten verstellbar am Mikrokanalapparat montiert ist.
  • Es ist ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Mikrokanalreaktor bereitzustellen, umfassend: (a) mehrere Reaktionsmikrokanäle mit einem teilchenförmigen Katalysator, der entlang der Länge der Mikrokanäle gepackt ist; (b) mehrere Wärmeübertragungsmikrokanäle in thermischer Verbindung mit den mehreren Reaktionsmikrokanälen; und (c) einen ersten Halter, der an einem ersten Ende der mehreren Mikrokanäle positioniert ist, um den teilchenförmigen Katalysator an einem Austritt aus den Reaktionsmikrokanälen über das erste Ende zu hindern.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des fünften Aspekts enthält der Mikrokanalreaktor des Weiteren einen zweiten Halter, der an einem zweiten Ende der mehreren Mikrokanäle, gegenüber dem ersten Ende, positioniert ist, um den teilchenförmigen Katalysator an einem Austritt aus den Reaktionsmikrokanälen über das zweite Ende zu hindern. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform, enthält mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter ein Sieb. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform enthalten sowohl der erste Halter wie auch der zweite Halter das Sieb und das Sieb ist aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfasst der erste Halter ein Sieb, das aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthält mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter enthält einen porösen Schaum. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthalten sowohl der erste Halter wie auch der zweite Halter den porösen Schaum, und der poröse Schaum ist aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform umfasst der erste Halter einen porösen Schaum, der aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform enthält der erste Halter einen porösen Schaum, der aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist, und ein Sieb, das aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter ein Sieb und einen porösen Schaum.
  • In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform des fünften Aspekts enthält sowohl der erste Halter wie auch der zweite Halter das Sieb und den porösen Schaum, wobei das Sieb aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist und das Sieb aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform ist der erste Halter lösbar am Mikrokanalreaktor durch mindestens eines von einer Reibungspassung und einem mechanischen Befestigungselement montiert. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform wird die Reibungspassung durch Quetschen des ersten Halters in eine Verbindungsstelle erreicht. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfasst das mechanische Befestigungselement einen Rahmen, der über dem ersten Halter liegt, und mehrere Schrauben. In einer ausführlicheren Ausführungsform ist jede der mehreren Schrauben in einem T-förmigen Kanal aufgenommen, der in einer Stütze des Mikrokanalreaktors gebildet ist. In einer ausführlicheren Ausführungsform sind der erste Halter und der zweite Halter lösbar am Mikrokanalreaktor durch mindestens eines von einer Reibungspassung und einem mechanischen Befestigungselement montiert. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform sind die mehreren Reaktionsmikrokanäle unter mehreren Reaktionsschichten verteilt, die mehreren Wärmeübertragungsmikrokanäle sind unter mehreren Kühlmittelschichten verteilt, zwischen einer ersten vorgegebenen Anzahl von Reaktionsschichten liegt eine zweite vorgegebene Anzahl von Kühlmittelschichten zur Bildung eines Teilstapels, und wobei der Teilstapel ein Paar von Endplatten enthält, zwischen welchen die Reaktionsschichten und Kühlmittelschichten liegen. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform sind mehrere Teilstapel nebeneinander angeordnet und aneinander montiert, um einen Kern zu bilden, wobei der Kern eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche enthält, die neunzig Grad in Bezug auf jede von vier Seiten abgewinkelt sind, die eine Reaktanten-Eintrittsseite, eine Produkt-Austrittsseite, eine Kühlmittel-Einlassseite und ein Kühlmittel-Auslassseite umfassen, und der Kern mehrere daran montierte, vertikale Flansche enthält, wobei die mehreren vertikalen Flansche zusammenwirken, um einen Reaktanten-Eintrittshof an der Reaktanten-Eintrittsseite, einen Produkt-Austrittshof an der Produkt-Austrittsseite, einen Kühlmittel-Eintrittshof an der Kühlmittel-Einlassseite und einen Kühlmittel-Austrittshof an der Kühlmittel-Auslassseite zu bilden.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des fünften Aspekts ist der Reaktanten-Eintrittshof an einer ersten bogenförmigen Platte montiert, der Produkt-Austrittshof ist an einer zweiten bogenförmigen Platte montiert, der Kühlmittel-Eintrittshof ist an einer dritten bogenförmigen Platte montiert, der Kühlmittel-Austrittshof ist an einer vierten bogenförmigen Platte montiert und die erste, zweite, dritte und vierte Platte wirken zusammen, um den Umfang der gestapelten Struktur zu umschließen. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform enthält die erste bogenförmige Platte eine Reaktanten-Eintrittsöffnung, die zweite bogenförmige Platte enthält eine Produkt-Austrittsöffnung, die dritte bogenförmige Platte enthält eine Kühlmittel-Eintrittsöffnung, die vierte bogenförmige Platte enthält eine Kühlmittel-Austrittsöffnung, die erste und zweite Platte liegen einander gegenüber und die dritte und vierte Platte liegen einander gegenüber, die dritte und vierte Platte sind mit der ersten Platte verbunden und die dritte und vierte Platte sind mit der zweiten Platte verbunden. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform steht die Reaktanten-Eintrittsöffnung in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Mikrokanälen, nicht aber in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Kühlmittelmikrokanälen und die Kühlmittel-Eintrittsöffnung steht in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Kühlmittelmikrokanälen, nicht aber in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Mikrokanälen. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform enthält mindestens eine von der ersten und zweiten Platte ein Mannloch. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthält sowohl die erste wie auch die zweite Platte ein Mannloch.
  • Es ist ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen Mikrokanalreaktor bereitzustellen, umfassend: (a) mehrere Reaktionsmikrokanäle mit einem darin enthaltenen Katalysator, wobei jeder der mehreren Reaktionsmikrokanäle einen Eintritt hat, der entlang einer Reaktanten-Eintrittsseite ausgerichtet ist, und jeder der mehreren Reaktionsmikrokanäle einen Austritt hat, der entlang einer Produkt-Austrittsseite ausgerichtet ist; und, (b) mehrere Wärmeübertragungsmikrokanäle in thermischer Verbindung mit den mehreren Reaktionsmikrokanälen, wobei jeder der mehreren Wärmeübertragungsmikrokanäle einen Eintritt hat, der entlang einer Kühlmittel-Eintrittsseite ausgerichtet ist, und jeder der mehreren Wärmeübertragungsmikrokanäle einen Austritt hat, der entlang einer Kühlmittel-Austrittsseite ausgerichtet ist, wobei die Reaktanten-Eintrittsseite mindestens fünfundvierzig Grad von der Produkt-Austrittsseite abgewinkelt ist und die Kühlmittel-Einlassseite mindestens fünfundvierzig Grad von der Kühlmittel-Auslassseite abgewinkelt ist.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des sechsten Aspekts enthält die Reaktanten-Eintrittsseite eine erste Abdeckung zum Verteilen eines Fluidstroms in den Eintritt jeder der mehreren Reaktionsmikrokanäle, die Produkt-Austrittsseite enthält eine zweite Abdeckung zum Vereinen von Fluid, das aus dem Austritt jeder der mehreren Reaktionsmikrokanäle kommt, die Kühlmittel-Eintrittsseite enthält eine dritte Abdeckung zum Verteilen eines Fluidstroms in den Eintritt jedes der mehreren Kühlmittelmikrokanäle, die Kühlmittel-Austrittsseite enthält eine vierte Abdeckung zum Vereinen des Fluidstroms, der aus dem Austritt jedes der mehreren Kühlmittelmikrokanäle kommt, und die erste Abdeckung, die zweite Abdeckung, die dritte Abdeckung und die vierte Abdeckung sind aneinander montiert, um ein Druckgefäß zu bilden, das die mehreren Reaktionsmikrokanäle und die mehreren Kühlmittelmikrokanäle enthält. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform liegt zwischen mindestens zwei der mehreren Reaktanten-Mikrokanäle mindestens einer der mehreren Kühlmittelmikrokanäle. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform sind die mehreren Reaktanten-Mikrokanäle in mehrere einzelne Reaktanten-Schichten mit mehreren Reaktanten-Mikrokanälen unterteilt, die parallel zueinander verlaufen, die mehreren Kühlmittelmikrokanäle sind in mehrere einzelne Kühlmittelschichten mit mehreren Kühlmittelmikrokanälen unterteilt, die parallel zueinander verlaufen, und eine gestapelte Struktur entsteht durch Stapeln einer der einzelnen Reaktanten-Schichten mit einer der einzelnen Kühlmittelschichten in einem abwechselnden Muster, um einen rechteckigen horizontalen Querschnitt und einen rechteckigen vertikalen Querschnitt zu erhalten. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform enthält die gestapelte Struktur vier Seiten, die die Reaktanten-Eintrittsseite, die Produkt-Austrittsseite, die Kühlmittel-Einlassseite und die Kühlmittel-Auslassseite umfassen, wobei die Reaktanten-Eintrittsseite mindestens neunzig Grad von der Produkt-Austrittsseite abgewinkelt ist und die Kühlmittel-Einlassseite mindestens neunzig Grad von der Kühlmittel-Auslassseite abgewinkelt ist. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthält die gestapelte Struktur eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche, die neunzig Grad in Bezug auf jede der vier Seiten abgewinkelt ist, und die gestapelte Struktur enthält mehrere daran montierte, vertikale Flansche, wobei die mehreren vertikalen Flansche zur Bildung eines Reaktanten-Eintrittshofes an der Reaktanten-Eintrittsseite, eines Produkt-Austrittshofes an der Produkt-Austrittsseite, eines Kühlmittel-Eintrittshofes an der Kühlmittel-Einlassseite und eines Kühlmittel-Austrittshofes an der Kühlmittel-Auslassseite zusammenwirken. In einer ausführlicheren Ausführungsform ist der Reaktanten-Eintrittshof an einer ersten bogenförmigen Platte montiert, der Produkt-Austrittshof ist an einer zweiten bogenförmigen Platte montiert, der Kühlmittel Eintrittshof ist an einer dritten bogenförmigen Platte montiert, der Kühlmittel-Austrittshof ist an einer vierten bogenförmigen Platte montiert und die erste, zweite, dritte und vierte Platte wirken zusammen, um den Umfang der gestapelten Struktur zu umschließen. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält die erste bogenförmige Platte eine Reaktanten-Eintrittsöffnung, die zweite bogenförmige Platte enthält eine Produkt-Austrittsöffnung, die dritte bogenförmige Platte enthält eine Kühlmittel-Eintrittsöffnung, die vierte bogenförmige Platte enthält eine Kühlmittel-Austrittsöffnung, die erste und zweite Platte liegen einander gegenüber, die dritte und vierte Platte liegen einander gegenüber, die dritten und vierten Platte sind mit der ersten Platte verbunden und die dritte und vierte Platte sind mit der zweiten Platte verbunden. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform steht die Reaktanten-Eintrittsöffnung in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Reaktanten-Mikrokanälen, aber nicht in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Kühlmittelmikrokanälen und die Kühlmittel-Eintrittsöffnung steht in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Kühlmittelmikrokanälen, aber nicht in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Reaktanten-Mikrokanälen. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält mindestens eine von der ersten und zweiten Platte ein Mannloch.
  • In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform des sechsten Aspekts enthält sowohl die erste wie auch die zweite Platte ein Mannloch. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform umfasst der Mikrokanalreaktor ferner einen ersten Halter, der an einem ersten Ende der mehreren Mikrokanäle positioniert ist, um den teilchenförmigen Katalysator an einem Austritt aus den Reaktionsmikrokanälen über das erste Ende zu hindern. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfasst der Mikrokanalreaktor ferner einen zweiten Halter, der an einem zweiten Ende der mehreren Mikrokanäle, gegenüber dem ersten Ende positioniert ist, um den teilchenförmigen Katalysator an einem Austritt aus den Reaktionsmikrokanälen über das zweite Ende zu hindern. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform enthält mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter ein Sieb. In einer ausführlicheren Ausführungsform, enthält sowohl der erste Halter wie auch der zweite Halter das Sieb und das Sieb ist aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt. In einer ausführlicheren Ausführungsform umfasst der erste Halter ein Sieb, das aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter einen porösen Schaum. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform, enthält sowohl der erste Halter wie auch der zweite Halter den porösen Schaum und der poröse Schaum ist aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt.
  • In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform des sechsten Aspekts umfasst der erste Halter einen porösen Schaum, der aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält der erste Halter einen porösen Schaum, der aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist, und der erste Halter enthält ein Sieb, das aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform enthält mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter ein Sieb und einen porösen Schaum. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform, enthält sowohl der erste Halter wie auch der zweite Halter das Sieb und den porösen Schaum, wobei das Sieb aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist und der poröse Schaum aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist. In einer ausführlicheren Ausführungsform ist der erste Halter lösbar an dem Mikrokanalreaktor durch mindestens eines von einer Reibungspassung und einem mechanischen Befestigungselement montiert. In einer ausführlicheren Ausführungsform wird die Reibungspassung durch Quetschen des ersten Halters in eine Verbindungsstelle erreicht. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform umfasst das mechanische Befestigungselement einen Rahmen, der auf dem ersten Halter liegt, und mehrere Schrauben. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform ist jede der mehreren Schrauben in einem T-förmigen Kanal aufgenommen, der in einer Stütze des Mikrokanalreaktors gebildet ist.
  • Es ist ein siebenter Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Mikrokanalvorrichtung bereitzustellen, umfassend: (a) mehrere Prozessmikrokanäle, die umlaufend um eine Längsachse verteilt sind, wobei mindestens ein Teil der Reaktionsmikrokanäle teilweise durch eine Prozessschicht mit einer Querschnittsfläche definiert ist, die mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt; und, (b) mehrere Wärmeübertragungsmikrokanäle, die umlaufend um die Längsachse verteilt sind und in thermischer Verbindung mit den mehreren Reaktionsmikrokanälen stehen.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des siebenten Aspekts umfasst die Prozessschicht eine Wellenform mit einer Dicke, die mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt, um die Querschnittsfläche zu vergrößern. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform hat die Mikrokanalvorrichtung einen kreisförmigen horizontalen Querschnitt. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfasst die Prozessschicht eine Wellenform mit einer Amplitude, die mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt, um die Querschnittsfläche zu vergrößern. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform sind die mehreren Wärmeübertragungsmikrokanäle in einzelne radiale Wärmeübertragungskeile unterteilt und die mehreren Prozessmikrokanäle sind in einzelne radiale Prozesskeile unterteilt. In einer ausführlicheren Ausführungsform haben die einzelnen Prozessreaktionskeile Prozessmikrokanäle, die sich parallel zur Längsachse erstrecken, wobei eine horizontale Querschnittsfläche der Prozessmikrokanäle mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt, die einzelnen radialen Wärmeübertragungskeile haben Wärmeübertragungsmikrokanäle, die sich senkrecht zur Längsachse erstrecken, und eine vertikale Querschnittsfläche der Wärmeübertragungsmikrokanäle nimmt mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zu. In einer ausführlicheren Ausführungsform wechseln die einzelnen radialen Prozesskeile um den Umfang mit den einzelnen radialen Wärmeübertragungskeilen ab. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform haben die einzelnen radialen Prozesskeile Reaktionsmikrokanäle, die sich parallel zur Längsachse erstrecken, wobei eine horizontale Querschnittsfläche der Prozessmikrokanäle mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt, die einzelnen radialen Wärmeübertragungskeile haben Wärmeübertragungsmikrokanäle, die sich parallel zur Längsachse erstrecken, und wobei eine horizontale Querschnittsfläche der Wärmeübertragungsmikrokanäle mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform wechseln die einzelnen radialen Prozesskeile um den Umfang mit den einzelnen radialen Wärmeübertragungskeilen ab. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält die Wellenform eine konstante Gesamtlänge und die Wellenform enthält eine konstante Gesamtbreite.
  • In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform des siebenten Aspekts enthält die Mikrokanalvorrichtung ferner einen ersten Prozessverteiler mit einer Ringform, der in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Prozessmikrokanälen steht. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsformenthält die Mikrokanalvorrichtung ferner einen zweiten Reaktionsverteiler mit einer Ringform, der in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Prozessmikrokanälen steht, wobei der erste Prozessverteiler und der zweite Prozessverteiler zwischen den mehreren Prozessmikrokanälen liegen. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform enthält die Mikrokanalvorrichtung ferner einen ersten Wärmeübertragungsverteiler mit einer Ringform, der in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Wärmeübertragungsmikrokanälen steht, und einen zweiten Reaktionsverteiler mit einer zylindrischen Form, der in strömungstechnischer Verbindung mit den mehreren Wärmeübertragungsmikrokanälen steht, wobei der erste Wärmeübertragungsverteiler und der Wärmeübertragungsreaktionsverteiler zwischen den mehreren Wärmeübertragungsmikrokanälen liegen. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfassen die mehreren Prozessmikrokanäle Reaktanten-Mikrokanäle, in welchen sich ein Katalysator befindet. In einer ausführlicheren Ausführungsform umfassen die mehreren Prozessmikrokanäle Trennungsmikrokanäle, die zum Trennen einer ersten Komponente von einer zweiten Komponente dienen.
  • Es ist ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ausführung einer Reaktion bereitzustellen, das das Leiten einer Zusammensetzung in einen Einlass mehrerer Mikrokanäle, die parallel zueinander liegen, und durch die mehreren Mikrokanäle und aus einem Auslass hinaus umfasst, wobei die mehreren Mikrokanäle zumindest teilweise durch eine Wellenform definiert sind, wobei eine lokale Kontaktzeit entlang der Länge der mehreren Mikrokanäle konstant ist und wobei die lokale Kontaktzeit senkrecht zu den mehreren Mikrokanälen unterschiedlich ist.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des achten Aspekts nimmt eine Querschnittsfläche über die mehreren Reaktionsmikrokanäle zu.
  • Es ist ein neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum chemischen Umsetzen einer Zusammensetzung in Gegenwart eines Katalysators bereitzustellen, umfassend das Leiten der Zusammensetzung, so dass sie in eine Richtung durch mehrere Reaktionsmikrokanäle fließt, die den Katalysator enthalten, wobei die mehreren Reaktionsmikrokanäle parallel zueinander ausgerichtet und zumindest teilweise durch eine Wellenform definiert sind, wobei eine lokale Kontaktzeit entlang der Länge der mehreren Reaktionsmikrokanäle konstant ist und wobei die lokale Kontaktzeit senkrecht zu den mehreren Mikrokanälen unterschiedlich ist.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des neunten Aspekts fließt der Katalysator in die mehreren Reaktionsmikrokanäle als mindestens eines von einer Aufschlämmung, einer Flüssigkeit und einem aufgelösten Katalysator in einem Reaktantenstrom. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform ist die Wellenform im Wesentlichen mit einem festen Festbettkatalysator gefüllt. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform ist das Verfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Acetylierung, Additionsreaktionen, Alkylierung, Dealkylierung, Hydrodealkylierung, reduktive Alkylierung, Aminierung, Aromatisierung, Arylierung, autothermale Reformierung, Carbonylierung, Decarbonylierung, reduktiver Carbonylierung, Carboxylierung, reduktiver Carboxylierung, reduktiver Kopplung, Kondensierung, Cracking, Hydrocracking, Zyklisierung, Zyklooligomerisierung, Dehalogenierung, Dimerisierung, Epoxidierung, Veresterung, Austausch, Fischer-Tropsch, Halogenierung, Hydrohalogenierung, Homologierung, Hydrierung, Dehydrierung, Hydrogenierung, Dehydrogenierung, Hydrocarboxylierung, Hydroformylierung, Hydrogenolyse, Hydrometallisierung, Hydrosilierung, Hydrolyse, Hydrobehandlung (HDS/HDN), Isomerisierung, Methylierung, Demethylierung, Metathese, Nitrierung, Oxidierung, Teiloxidierung, Polymerisierung, Reduktion, Reformierung, reverser Wasser-Gas-Verschiebung, Sulfonierung, Telomerisierung, Umesterung, Trimerisation und Wasser-Gas-Verschiebung.
  • Es ist ein zehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Prozesseinheit bereitzustellen, die mehrere Prozessmikrokanäle mit einem Einlass und einem Auslass umfasst, wobei die mehreren Prozessmikrokanäle zumindest teilweise durch eine Wellenform definiert sind, wobei eine lokale Kontaktzeit entlang der Länge der mehreren Mikrokanäle konstant ist und wobei die lokale Kontaktzeit senkrecht zu den mehreren Mikrokanälen unterschiedlich ist.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des zehnten Aspekts wird die Prozesseinheit durch Laminieren von Schichten hergestellt. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform umfassen die mehreren Prozessmikrokanäle mehrere Reaktionsmikrokanäle, in welchen sich ein Katalysator befindet, und der Katalysator umfasst ein poröses Material, das sich zwischen Kanalwänden der mehreren Reaktionsmikrokanäle erstreckt. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfassen die mehreren Prozessmikrokanäle mehrere Reaktionsmikrokanäle, in welchen sich ein Katalysator befindet, und der Katalysator umfasst ein poröses Material, das mindestens eine Wand der mehreren Reaktionsmikrokanäle berührt und einen offenen Raum freilässt, der sich über die Länge von mindestens einem der mehreren Reaktionsmikrokanäle erstreckt. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfassen die mehreren Prozessmikrokanäle mehrere Reaktionsmikrokanäle, in welchen sich ein Katalysator befindet, und die mehreren Reaktionsmikrokanäle enthalten Mikrokanalwände und der Katalysator umfasst eine Katalysatorbeschichtung, die an den Mikrokanalwänden angebracht ist. In einer ausführlicheren Ausführungsform umfassen die mehreren Prozessmikrokanäle mehrere Reaktionsmikrokanäle, in welchen sich ein Katalysator befindet, und mindestens ein Teil der mehreren Reaktionsmikrokanäle liegt neben einem Wärmetauscher. In einer ausführlicheren Ausführungsform umfassen die mehreren Prozessmikrokanäle mehrere Reaktionsmikrokanäle, in welchen sich ein Katalysator befindet, und mindestens ein Teil der mehreren Reaktionsmikrokanäle liegt neben mehreren Wärmeaustauschmikrokanälen.
  • Es ist ein elfter Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erhöhung der Packungsdichte von Partikeln bereitzustellen, die in mehrere Mikrokanäle in einem Mikrokanalapparat geladen werden, umfassend: (a) Bereitstellen eines Mikrokanalapparats, umfassend mehrere Mikrokanäle mit darin enthaltenen Partikeln; (b) Montieren einer tragbaren, kompakten Ultraschallvorrichtung an einem Mikrokanalapparat, wobei die tragbare, kompakte Ultraschallvorrichtung so gestaltet ist, dass sie zwischen einer ersten Position, wo die tragbare, kompakte Ultraschallvorrichtung in akustischer Verbindung mit den mehreren Mikrokanälen steht, und einer zweiten Position, in der die tragbare, kompakte Ultraschallvorrichtung nicht in akustischer Verbindung mit den mehreren Mikrokanäle steht, verstellbar ist; und, (c) Anwenden von Ultraschall bei den mehreren Mikrokanälen aus der tragbaren, kompakten Ultraschallvorrichtung, um die Partikel zur Bildung eines gepackten Bettes aus Partikel in den mehreren Mikrokanälen zu verdichten.
  • In einer ausführlicheren Ausführungsform des elften Aspekts ist ein schallleitendes Material zwischen der tragbaren, kompakten Ultraschallvorrichtung und den mehreren Mikrokanälen angeordnet. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform hat der Ultraschall eine Frequenz von 20 Kilohertz bis 40 Kilohertz. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform wird mindestens ein Teil der tragbaren, kompakten Ultraschallvorrichtung gegen den Mikrokanalapparat mit einem Kontaktdruck von 200 Kilopascal bis 280 Kilopascal gepresst. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform wird der Ultraschall in Stößen von 30 Sekunden oder weniger angewendet. In einer ausführlicheren Ausführungsform wird der Ultraschall in Stößen von 10 Sekunden oder weniger angewendet. In einer ausführlicheren Ausführungsform wird der Ultraschall in Stößen von 3 Sekunden oder weniger angewendet. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform hat jeder Mikrokanal in den mehreren Mikrokanälen eine Länge von mindestens 10 cm und mindestens eine Dimension von 2 mm oder weniger. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform umfasst der Mikrokanalapparat mindestens 1000 Mikrokanäle und die tragbare, kompakte Ultraschallvorrichtung erstreckt sich über nicht mehr als 500 der mindestens 1000 Mikrokanäle. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform umfasst der Mikrokanalapparat einen Einsatz, der sich über die Länge von mindestens einem der mehreren Mikrokanäle nach unten erstreckt, und der Einsatz überträgt Schall die Länge des mindestens einen der mehreren Mikrokanäle hinab.
  • In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform des elften Aspekts umfasst der Mikrokanalapparat Kanäle, die zumindest teilweise durch Wände eines wellenförmigen Einsatzes definiert sind. In noch einer anderen ausführlicheren Ausführungsform umfasst der Mikrokanalapparat mehrere Einsätze, die sich die mehreren Mikrokanäle nach unten erstrecken, und die mehreren Einsätze übertragen Schall über die Länge der mehreren Mikrokanäle hinab. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform wird der Schritt des Anwenden von Ultraschallenergie ausgeführt, während die mehreren Mikrokanäle trocken sind. In einer weiteren ausführlichen Ausführungsform umfassen die mehreren Mikrokanäle mehrere Reaktanten-Mikrokanäle und die Partikel umfassen einen Katalysator, der in den mehreren Reaktanten-Mikrokanälen enthalten ist. In einer ausführlicheren Ausführungsform umfassen die mehreren Reaktanten-Mikrokanäle mindestens 100 Mikrokanäle. In einer ausführlicheren Ausführungsform enthält das Verfahren ferner das Hinzugeben von Partikeln in die mehreren Reaktanten-Mikrokanäle und das Leiten eines Gases durch die Kanäle, um die Partikel zu fluidisieren und zu ermöglichen, dass die Partikel die Mikrokanäle füllen. In einer anderen ausführlicheren Ausführungsform enthält das gepackte Bett eine Hohlraumfraktion von 0,50 oder weniger. In einer weiteren ausführlicheren Ausführungsform variiert eine Packungsdichte jedes Teilsatzes der mehreren Mikrokanäle um weniger als 10 Prozent.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Prozesssequenzdarstellung, die verschiedene Schritte der Herstellung eines Mikrokanalmoduls zeigt.
  • 2 ist eine erhöhte Perspektivansicht eines beispielhaften Blechteils einer beispielhaften Mikrokanal-Kühlmittel-Teilanordnung für die Eingliederung in das Mikrokanalmodul von 1.
  • 3 ist eine erhöhte Perspektivansicht einer beispielhaften oberen Platte einer beispielhaften Mikrokanal-Kühlmittel-Teilanordnung für die Eingliederung in das Mikrokanalmodul von 1.
  • 4 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht einer beispielhaften Mikrokanal-Kühlmittel-Teilanordnung, die die Ausrichtung der oberen Platte von 3 in Bezug auf das Blech von 2 zeigt.
  • 5 ist eine erhöhte Perspektivansicht einer beispielhaften Mikrokanal-Kühlmittel-Teilanordnung, die die Ausrichtung der oberen Platte von 3 in Bezug auf das Blech von 2 vor dem Zurechtschneiden des Blechs zeigt.
  • 6 ist eine Fotografie der Struktur von 5, wobei ein Teil der oberen Platte entfernt ist um zu zeigen, wie die Kühlmittelkanäle durch lineare Schweißnähte gebildet werden.
  • 7 ist eine vergrößerte Stirnansicht eines Teils der Struktur von 5, die das Profil der Kühlmittelkanäle und die Art, wie die Kanäle abgedichtet werden zeigt, nachdem die obere Platte am Blech montiert wurde.
  • 8 ist eine erhöhte Perspektivansicht einer beispielhaften Kühlmittelplatte, die vier Mikrokanal-Kühlmittel-Teilanordnungen enthält.
  • 9 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht, die die Schichtenbildung eines Teils des Mikrokanalmoduls von 1 zeigt.
  • 10 umfasst eine Reihe erhöhter Perspektivansichten einiger beispielhafter Komponenten, die eine Mikrokanal-Reaktanten-Teilanordnung umfassen.
  • 11 ist eine isolierte Profilansicht einer beispielhaften Mikrokanal-Reaktanten-Teilanordnung, die zwischen benachbarten Mikrokanal-Kühlmittel-Teilanordnungen liegt.
  • 12 ist eine teilweise in Einzelteile aufgelöste Ansicht eines Mikrokanalmoduls von 1.
  • 13 ist eine erhöhte Perspektivansicht eines Mikrokanalmoduls, das vor dem Schweißen der Komponenten einem Zusammenpressen unterzogen wird.
  • 14 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht des Mikrokanalmoduls von 1 zusätzlich zu Platten, die an dem Modul montiert werden.
  • 15 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht, die Stützen zeigt, die an der Anordnung von 14 montiert werden.
  • 16 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht, die Stirnwände zeigt, die an der Anordnung von 15 montiert werden.
  • 17 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht, die bogenförmige Wände zeigt, die an der Anordnung von 16 montiert werden.
  • 18 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht, die Rohrleitungen zeigt, die an der Anordnung von 17 montiert werden.
  • 19 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Anordnung von 18.
  • 20 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht, die zwei bogenförmige Wände zeigt, die an der Anordnung von 19 montiert werden.
  • 21 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Anordnung von 20.
  • 22 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht, die Abschlusskappen zeigt, die an der Anordnung von 21 montiert werden.
  • 23 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Anordnung von 22.
  • 24 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Anordnung von 23 mit geschweißten Deckeln und zugehöriger Verrohrung.
  • 25 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Anordnung von 23 mit verschraubten, geflanschten Deckeln und zugehöriger Verrohrung.
  • 26 ist eine erhöhte Perspektivansicht einer beispielhaften Mikrokanalbetriebseinheitsbank.
  • 27 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Anordnung von 24 mit einem Druckumleitungssystem zur Aufrechterhaltung eines Außendrucks am Mikrokanalmodul.
  • 28 ist eine erhöhte Perspektivansicht einer Reihe fertiggestellter Mikrokanalmodule.
  • 29 ist eine erhöhte Perspektivansicht von zwei Mikrokanalmodulbänken.
  • 30 ist eine teilweise in Einzelteile aufgelöste Ansicht einer teilweise vollendeten beispielhaften Mikrokanalbetriebseinheit, die mit gemeinsamen Einlass- und Auslassleitungen für die Mikrokanalmodulbänke dargestellt ist.
  • 31 ist eine erhöhte Perspektivansicht von vorne der teilweise vollendeten beispielhaften Mikrokanalbetriebseinheit, wie in 30 dargestellt.
  • 32 ist eine erhöhte Perspektivansicht der vollendeten beispielhaften Mikrokanalbetriebseinheit von 31.
  • 33 ist eine erhöhte Perspektivansicht einer teilweise vollendeten, weiteren beispielhaften Mikrokanalbetriebseinheit.
  • 34 ist eine erhöhte Perspektivansicht einer beispielhaften Reaktions-Teilanordnung der teilweise vollendeten Mikrokanalbetriebseinheit von 33.
  • 35 ist eine erhöhte Perspektivansicht einer teilweise vollendeten Mikrokanalbetriebseinheit, die die vertikale Anordnung einer der Kühlmittel-Teilanordnungen darin zeigt.
  • 36 ist eine Stirnansicht einer beispielhaften Kühlmittel-Teilanordnung.
  • 37 ist eine erhöhte Perspektivansicht der vollendeten Mikrokanalbetriebseinheit von 33.
  • 38 ist eine erhöhte perspektivische Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Mikrokanalbetriebseinheit, die eine Bank von Mikrokanalmodulen enthält.
  • 39 ist eine teilweise in Einzelteile aufgelöste Ansicht der Mikrokanalbetriebseinheit von 38.
  • 40 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Mikrokanalmodule und Retentionsringe, die in der Mikrokanalbetriebseinheit von 38 eingegliedert sind.
  • 41 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht der Mikrokanalmodule und Retentionsringe von 40.
  • 42 ist eine Draufsicht auf die Mikrokanalmodule und Retentionsringe von 40.
  • 43 ist ein beispielhafter Turm, der mehrere beispielhafte Mikrokanalbetriebseinheiten enthält, die in 38 dargestellt sind.
  • 44 ist eine beispielhafte Skizze, die zeigt, wie die beispielhaften Ausführungsformen mit im Handel erhältlichen Komponenten integriert werden können.
  • 45 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht eines Teilstapels.
  • 46 ist eine erhöhte Perspektivansicht des Teilstapels von 45.
  • 47 ist eine vergrößerte Ansicht eines Ecks des Teilstapels von 45.
  • 48 ist eine erhöhte Perspektivansicht eines beispielhaften Kerns.
  • 49 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht des beispielhaften Kerns von 48 mit Grenzflächenstützen.
  • 50 ist eine erhöhte Perspektivansicht des Kerns und der Grenzflächenstützen im montierten Zustand.
  • 51 ist eine vergrößerte, erhöhte Perspektivansicht einer Verbindungsstelle, wo eine Reaktanten-Grenzflächenstütze an einer unteren Platte montiert ist.
  • 52 ist eine Darstellung einer Profilansicht, die zeigt, wie das Sieb um ein Rohr gewunden ist und in der Umfangskerbe durch Reibungspassung befestigt ist.
  • 53 ist eine erhöhte Perspektivansicht eines beispielhaften Mikrokanalreaktors.
  • 54 ist eine teilweise in Einzelteile aufgelöste Ansicht des beispielhaften Mikrokanalreaktors von 53.
  • 55 ist eine teilweise in Einzelteile aufgelöste Ansicht des beispielhaften Mikrokanalreaktors während einer Sequenz in der Bauphase.
  • 56 ist eine teilweise in Einzelteile aufgelöste Ansicht des beispielhaften Mikrokanalreaktors während einer späteren Sequenz in der Bauphase.
  • 57 ist eine erhöhte Perspektivansicht einer Reihe von Verbindungsstellen-Mikrokanalreaktoren unmittelbar vor dem Verbinden der zweiten kreisförmigen Stirnplatte.
  • 58 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Struktur von 57, dargestellt mit einem Mantel.
  • 59 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Struktur von 57, dargestellt mit einem Paar von Seitenplatten in auseinander gezogener Ansicht.
  • 60 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Struktur von 59, dargestellt mit dem anderen Paar von Seitenplatten in auseinander gezogener Ansicht.
  • 61 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Struktur entweder von 60 oder 58, wobei in der Darstellung die Hälfte der Mannlöcher eingebaut und die Hälfte der Mannlöcher in auseinander gezogener Ansicht gezeigt ist.
  • 62 ist eine erhöhte Perspektivansicht der Struktur von 61, dargestellt mit den Versteifungsstreben in einer auseinander gezogenen Ansicht.
  • 63 ist eine erhöhte Perspektivansicht einer montierten Mikrokanaleinheit.
  • 64 ist eine erhöhte perspektivische, abgeschnittene Ansicht einer beispielhaften Mikrokanaleinheit, die die Montagestelle einer beispielhaften Katalysatorverdichtungseinheit zeigt.
  • 65 ist eine erhöhte Perspektivansicht, von vorne, der beispielhaften Verdichtungseinheit von 66.
  • 66 ist eine Rückansicht der beispielhaften Verdichtungseinheit von 66.
  • 67 ist eine erhöhte Perspektivansicht, von hinten, der beispielhaften Verdichtungseinheit von 66, dargestellt ohne Teil einer Schiene.
  • 68 ist eine Ansicht von unten auf eine beispielhafte Schlittenanordnung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es sollte klar sein, dass die folgende ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhafter Natur ist und keine Einschränkungen der vorliegenden Erfindung darstellen soll. Es sollte auch klar sein, dass Variationen der beispielhaften Ausführungsformen, die ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet in Betracht zieht, in den Umfang und das Wesen der Erfindung fallen.
  • Die in den folgenden Beispielen beschriebenen Katalysatoren können den Vorteil von Partikeln in Kugelgestalt haben, die laut Schätzung von 0,7 bis 1 reicht, wie in Unit Operation of Chemical Engineering, 4. Auflage, McCabe, Smith & Harriot, McGraw-Hill Publishing Company, ©1985, S. 137, definiert.
  • Wie hierin verwendet, ist ein ”Spalt” die kleinste Dimension eines Mikrokanals. Typischerweise verläuft der Spalt in einer laminierten Vorrichtung in die Stapelrichtung (d. h., in die Höhe). Wenn der Begriff ”Spalt” verwendet wird, können bevorzugte Ausführungsformen stattdessen als die Höhe eines Mikrokanals beschrieben werden.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich ferner ”tragbar” auf alles, was von einem Menschen getragen werden kann, oder eine relativ geringe Anzahl von Komponenten, umfasst, die selbst von einem Menschen getragen und montiert werden können.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich ”kompakt” auf alles, das von geringer Größe ist, aber wegen der geringen Größe nicht auf Funktion verzichtet.
  • Wie hierin verwendet, bedeutet ”Schallkontakt”, dass das Ultraschallhorn durch ein festes Medium (vorzugsweise mit einer Dicke von 0,5 cm oder weniger, bevorzugter 2 mm oder weniger), das Schall überträgt, in direktem Kontakt mit einem Apparat steht.
  • Ebenso ist, wie hierin verwendet, ein ”Mikrokanal” ein Kanal mit mindestens einer Innendimension (Wand-zu-Wand, ohne den Katalysator) von 10 mm oder weniger, vorzugsweise 5 mm oder weniger, und größer als 1 μm (vorzugsweise größer als 10 μm), und in einigen Ausführungsformen 50 bis 2000 μm, wobei 500 bis 1500 Mikron bei Verwendung mit einem teilchenförmigen Katalysator besonders bevorzugt sind; vorzugsweise bleibt ein Mikrokanal innerhalb dieser Dimensionen für eine Länge von mindestens 1 cm, vorzugsweise mindestens 20 cm. In einigen Ausführungsformen im Bereich von 5 bis 100 cm Länge, und in einigen Ausführungsformen im Bereich von 10 bis 60 cm. Mikrokanäle sind auch durch das Vorhandensein mindestens eines Einlasses definiert, der von mindestens einem Auslass getrennt ist. Mikrokanäle sind nicht einfach Kanäle durch Zeolithe oder mesoporöse Materialien. Die Länge eines Mikrokanals entspricht der Strömungsrichtung durch den Mikrokanal. Die Mikrokanalhöhe und -breite verlaufen im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung durch den Kanal. Im Falle einer laminierten Vorrichtung, wo ein Mikrokanal zwei Hauptflächen hat (zum Beispiel, Oberflächen, die durch gestapelte und verbundene Bleche gebildet werden), ist die Höhe der Abstand von Hauptfläche zu Hauptfläche und die Breite ist senkrecht zur Höhe. In bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung sind Mikrokanäle gerade oder im Wesentlichen gerade – was bedeutet, dass eine gerade, unbehinderte Linie durch den Mikrokanal gezogen werden kann (”unbehindert” heißt, vor der Partikelladung). Typischerweise umfassen Vorrichtungen mehrere Mikrokanäle, die sich ein gemeinsames Kopfstück und ein gemeinsames Fußstück teilen. Obwohl einige Vorrichtungen ein einziges Kopfstück und ein einziges Fußstück haben, kann eine Mikrokanalvorrichtung mehrere Kopfstücke und mehrere Fußstücke aufweisen. Ebenso kann ein Mikrokanal einen einfachen geraden Kanal umfassen oder komplexere Geometrien haben.
  • In einigen Apparaten enthalten Verarbeitungskanäle Katalysator, Sorptionsmittel oder Wärmeübertragungsmaterialien. In einer beispielhaften Form können der Katalysator, das Sorptionsmittel oder die Wärmeübertragungsmaterialien eine Teilchenform aufweisen und eine maximale durchschnittliche Partikelgröße von 5 mm oder weniger haben, in einigen anderen beispielhaften Ausführungsformen eine noch geringere maximale Teilchengröße in der Größenordnung von 2 mm oder weniger. Einige bevorzugte Ausführungsformen enthalten feste Materialien in einer Teilchenform, die eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,1 bis 10% der kleinsten Dimension des Mikrokanals haben; einige Katalysatoren können eine durchschnittliche Partikelgröße von 50 Mikrometern bis 1000 Mikrometern oder bevorzugter 100 Mikrometern bis 500 Mikrometern haben. Die Partikel können sphärisch sein oder eine unregelmäßige Form haben. Katalysatoren, Sorptionsmittel oder Wärmeübertragungsmaterialien können auch auf Mikrokanalwände aufgetragen oder auf Stützen aufgetragen werden, die in den Mikrokanal vor, während oder nach der Bildung der laminierten Vorrichtung eingesetzt werden.
  • Wärmeaustauschfluida können neben Verarbeitungskanälen (wie zum Beispiel, ohne Einschränkung, Reaktionsmikrokanälen) durch Wärmeübertragungskanäle strömen (wie zum Beispiel, ohne Einschränkung, Mikrokanäle) und können Gase oder Flüssigkeiten sein und können Dampf, flüssige Metalle oder sämtliche andere Wärmeaustauschfluida enthalten. Es liegt auch im Umfang dieser Offenbarung, das System so zu optimieren, dass es eine Phasenänderung des Wärmeaustauschfluids enthält. In einigen weiteren beispielhaften Ausführungsformen sind mehrere Wärmeaustauschschichten mit mehreren Reaktionsmikrokanälen verschachtelt. Zum Beispiel können zehn oder mehr Wärmeaustauschschichten mit zehn oder mehr Reaktionsschichten verschachtelt sein. Insbesondere können zehn oder mehr Wärmeaustauschmikrokanäle mit zehn oder mehr Mikrokanal-Reaktionsschichten verschachtelt sein. Zum Beispiel, und nicht als Einschränkung, können ”n” Wärmeaustauschschichten mit ”m” Reaktionsschichten verschachtelt sein, wobei ”n” und ”m” ganzzahlige Variable sind. Eine oder mehrere dieser ”n” Wärmeaustauschschichten können eine Wärmeübertragungsmikrokanalschicht oder einen Abschnitt von Wärmeübertragungsmikrokanälen enthalten, während eine oder mehrere der ”m” Reaktionsschichten eine Reaktionsmikrokanalschicht oder einen Abschnitt von Reaktionsmikrokanälen enthalten können.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich ”Schweißung” oder ”Schweißen” auf einen Prozess zum Verbinden von zwei oder mehr Metallstücken, egal, ob ein schmelzbares Metallmaterial verwendet wird oder nicht, das nahe einer Verbindungsstelle von zwei oder mehr Metallstücken flüssig wird und sich danach verfestigt, um die zwei oder mehr Metallstücke zu verbinden. Ein Beispiel für Schweißen, das kein schmelzbares Material verwendet, ist Laserschweißen, wobei der Laser eines oder mehrere der Metallstücke selbst verflüssigt, um eine einzige verschmolzene Verbindungsstelle zu bilden.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich ”Bonden” auf einen Erwärmungsprozess, der zum Verbinden von Stücken verwendet wird, wobei es zu einer Diffusion von Elementen von einem Stück zum anderen kommt, wodurch ein verbundener Gegenstand mit diffundierten Elementen nahe der Grenzfläche (oder nahe jener Stelle, die vor dem Bonden die Grenzfläche war) erhalten wird. Im Gegensatz dazu bezieht sich ”Hartlöten” auf einen Prozess, wo ein Zwischenschichtmaterial zwischen zwei oder mehr Stücken liegt und geschmolzen wird, um mit allen freiliegenden Oberflächen zwischen den zwei oder mehr Stücken in Kontakt zu kommen, um die Stücke an jeder Kontaktfläche mit dem geschmolzenen Zwischenschichtmaterial zu verbinden.
  • Für den Zweck dieser Offenbarung enthält ”Verbinden” Schweißen, Bonden, Klebstoffe, Hartlöten und jeden anderen Prozess, der zwei oder mehr Stücke verbindet.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich ”Grundoperation” (unit Operation) auf jede chemische Reaktion, Verdampfung, Kompression, chemische Trennung, Destillierung, Kondensierung, Mischung, jeden Erwärmungs- oder Kühlungsprozess. Eine ”Grundoperation” beinhaltet an sich keinen Fluidtransport oder kein Mischen. Aber eine ”Grundoperation” kann einen Fluidtransport und/oder ein Mischen nutzen.
  • Für den Zweck dieser Offenbarung bezieht sich ein ”Mikrokanalreaktor” auf jeden ”Mikrokanal”, in dem mindestens eine chemische Reaktion abläuft. Die Grenzfläche eines Mikrokanalreaktors kann, ohne Einschränkung, aus Edelstahl, einer Ni-, Co- oder Fe-basierter Superlegierung wie FeCrAlY, Inconel®, Kupfer, Aluminium, Glas, Keramik oder Kunststoffbestehen. Die Prozessschichten des Mikrokanalreaktors können aus einem anderen Material wie die Wärmeaustauschkanäle bestehen, und in einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Prozessschichten aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 30 W/m-K. Die Wahl des Materials für die Grenzfläche des Mikrokanalreaktors kann von der Reaktion abhängen, für die der Reaktor bestimmt ist.
  • Unter Bezugnahme auf 1 enthält eine beispielhafte Mikrokanalmodulvorrichtung 10 mehrere Mikrokanal-Kühlmittel- und Reaktions-Teilanordnungen 12, 14, die einen Stapel von Schichten mit mehreren Fluiddurchlässen bilden. In einer beispielhaften Form werden mehr als zwei Schichten verbunden, um eine Gruppe von Fluiddurchlässen für dasselbe Fluid oder mehrere Fluiddurchlässen für zwei oder mehr Fluida zu schaffen.
  • Wärmeaustauschfluida können durch Mikrokanäle der Kühlmittel-Teilanordnungen 12 neben Verarbeitungskanälen (wie Reaktionsmikrokanälen) strömen und können Gase oder Flüssigkeiten sein und können Dampf, flüssige Metalle oder sämtliche andere bekannte Wärmeaustauschfluida enthalten. Es sollte auch festgehalten werden, dass das Wärmeaustauschfluid eine Phasenänderung nutzen kann, um die Wärmekapazität des Wärmeaustauschsystems weiter zu erhöhen. Wie in der Folge ausführlicher besprochen wird, sind mehrere Kühlmittel-Teilanordnungen 12 mit mehreren Reaktions-Teilanordnungen 14 verschachtelt. Zum Beispiel können zehn oder mehr Kühlmittel-Teilanordnungen 12 mit zehn oder mehr Reaktions-Teilanordnungen 14 verschachtelt sein. Jede dieser Teilanordnungen 12, 14 kann einfache, gerade Kanäle oder Kanäle mit komplexeren Geometrien enthalten.
  • Unter Bezugnahme auf 1–7 umfasst eine beispielhafte Kühlmittel-Teilanordnung 12 ein Blech oder Lamellen 20, enthaltend vorgeformte Kanäle 22 (die Kanäle können durch Ätzen gebildet werden), das mit einer oberen Platte 24 verbunden ist. In der beispielhaften Form umfasst das Kühlmittelblech 20 ein rechteckiges Stück mit Dimensionen einer Breite von 7,0 Inch, einer Länge von 25,5 Inch und einer Dicke von 0,040 Inch. Dieses Blech 20 enthält mehrere geradlinige Kanäle mit einer Tiefe von 0,020 Inch und einer Breite von 0,1 Inch, die mit einer dazwischenliegenden Rippe mit einer Breite von 0,035 bis 0,045 Inch beabstandet sind. Ferner enthalten die im Wesentlichen geraden Kanäle auch einen welligen kurzen Abschnitt an der Vorderseite der Kanäle, wie in der veröffentlichten US Patentanmeldung Nr. 2007/0246106, Seriennr. 11/738,456, Prioritätsdatum 25. April 2006 gezeigt, das hierin zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird. Dieser seitliche Abstand zwischen den Kanälen 22 bewirkt die Bildung einer Rippe 26 zwischen benachbarten Kanälen, die sich über die Länge der benachbarten Kanäle erstreckt. In einer beispielhaften Form ist die obere Platte 24 auch ein rechteckiges Stück, enthält aber Dimensionen, die sich von jenen des Kühlmittelblechs unterscheiden, und ist auch im Wesentlichen eben. Zum Beispiel enthält die obere Platte 24 eine Dimension einer Breite von 6,38 Inch, einer Länge von 24,93 Inch und einer Breite von 0,020 Inch. Nach der Kühlung des Blechs 20 und der oberen Platte 24 erfolgt die Montage der Kühlmittel-Teilanordnung 12.
  • Die Montage der Kühlmittel-Teilanordnung 12 enthält die Befestigung der Position des Kühlmittelblechs 20 in einem Halteapparat (nicht dargestellt), so dass die Kanäle 22 des Kühlmittelblechs nach oben weisen und ihre Ausrichtung während des Montageprozesses nicht ändern. Danach wird die obere Platte 24 über dem Kühlmittelblech 20 gesenkt, so dass die freiliegenden obersten Oberflächen des Kühlmittelblechs neben der unteren Oberfläche der oberen Platte zu liegen kommen. Wie in 5 dargestellt, ist die obere Platte 24 mit dem Kühlmittelblech so ausgerichtet, dass jeder Rand der oberen Platte in Bezug auf einen Rand des Kühlmittelblechs 20 nach innen versetzt ist. In einer beispielhaften Form sind die medialen und lateralen Seiten der oberen Platte 24 jeweils 0,310 Inch von dem nächsten Rand des Kühlmittelblechs 20 nach innen versetzt, wodurch die obere Platte in der medial-zu-lateralen Richtung in Bezug auf das Kühlmittelblech zentriert ist. Ähnlich sind die proximalen und distalen Seiten der oberen Platte 24 jeweils 0,285 Inch vom nächsten Rand des Kühlmittelblechs 20 nach innen versetzt, wodurch die obere Platte in der proximal-zu-distalen Richtung in Bezug auf das Kühlmittelblech nach innen versetzt ist. Nach dem Ausrichten wird ein nach unten gerichteter Druck auf die obere Platte 24 ausgeübt und ein Laserschweißprozess wird ausgeführt, um das Blech 20 und die obere Platte zu verbinden.
  • Das Schweißen der Kühlmittel-Teilanordnung erfordert mindestens zwei Schichten, könnte aber drei oder mehr Schichten enthalten, die eine Reihe von oberen Platten 24 und Blechen 20 umfassen. In einer beispielhaften Form wird ein Prozess zur Herstellung einer Kühlmittel-Teilanordnung 12 mit zwei Schichten beschrieben. Wie hierin beschrieben, enthalten Verfahren zum Schweißen einer Kühlmittel-Teilanordnung 12, ohne Einschränkung, Laserschweißen, Widerstandsschweißen, Rührreibschweißen, Ultraschallschweißen und dergleichen. Insbesondere enthält die Verwendung von Laserschweißen Faserlaser wie Yb-Faserlaser. Nur zu Erklärungszwecken wird Laserschweißen verwendet.
  • Der Laserschweißprozess enthält die Bildung einer längslaufenden Schweißnaht zwischen der oberen Platte 24 und jeder Rippe 26 des Kühlmittelblechs 20, die sich über die gesamte Länge der Rippe erstreckt. Dieser Schweißprozess bewirkt die Bildung separater Kühlmittelkanäle, die sich allgemein parallel zueinander erstrecken.
  • Der Schweißprozess enthält auch ein Paar von End-Laserschweißnähten, die neben den proximalen und distalen Enden der oberen Platte gebildet werden, um die jeweiligen Kühlmittelkanäle voneinander abzudichten. Die Ränder der Teilanordnung 12 sind im Wesentlichen hermetisch abgedichtet, um ein Auslaufen von Fluid aus den Seiten zu verhindern und die Kontinuität des Strömungsdurchgangs aufrechtzuerhalten, so dass in etwa 95–100% des Fluids, das durch einen Einlass einströmt, die Teilanordnung aus dem Auslass verlässt, anstatt aus den Seiten oder anderen Durchlässen auszulaufen, wo kein Strom beabsichtigt ist. In anderen Ausführungsformen können mehr als ein Einlass und/oder Auslass vorhanden sein, der durch die Laminatgeometrie definiert ist. Wie in der Folge kurz besprochen wird, werden diese proximalen und distalen Endschweißnähte verwendet, um die Wirksamkeit der Laserschweißnähte zwischen der oberen Platte 24 und den Rippen 26 mit Fluid zu testen. Ferner, wie in der Folge ausführlicher besprochen wird, sind diese proximalen und distalen Schweißnähte in der fertigen Mikrokanalmodulvorrichtung 10 nicht enthalten.
  • Zusätzlich zu den vorangehenden Schweißnähten enthalten die lateralen und medialen Seiten jeweils ein Paar von Laserschweißnähten, die neben den medialen und lateralen Rändern der oberen Platte 24 gebildet werden. Das Schweißen erfolgt in Regionen, wo nach dem Stapeln in einer Teilanordnung Metall zwischen den Schichten in Kontakt ist. Es ist klar, dass Regionen, die einen Strömungskanal oder einen Hohlraum umfassen, so dass Fluida hindurchgehen können, nachdem die Vorrichtung hergestellt wurde, nicht unbedingt geschlossen werden. Es sollte festgehalten werden, dass die lateralen und medialen Seitenschweißnähte als Teil der fertigen Mikrokanalvorrichtung eingegliedert werden. Am Ende des Schweißprozesses wurde eine Kühlmittel-Teilanordnung 12 geschaffen, die getestet werden soll und weiter verarbeitet werden muss, um eine funktionelle Kühlmittel-Teilanordnung zu schaffen.
  • Nach der Ausführung des Schweißprozesses werden die geschweißte obere Platte 24 und das Kühlmittelblech 20 einem Drucktest unterzogen, um die Integrität der Schweißnähte zu überprüfen. Nach einer Validierung der Schweißnähte werden die obere Platte 24 und das Kühlmittelblech 20 bearbeitet, um die fertige Kühlmittel-Teilanordnung 12 zu erhalten. Diese Bearbeitung enthält das Zurechtschneiden der Ränder der rauen Kühlmittel-Teilanordnung, um die abschließende Dimension der Kühlmittel-Teilanordnung, 6,0 Inch breit und 24,0 Inch lang, zu erhalten.
  • Unter Bezugnahme auf 8 werden mehrere fertige Kühlmittel-Teilanordnungen 12 Seite an Seite (die laterale Seite einer Teilanordnung kontaktiert die laterale Seite einer anderen Teilanordnung) flach und vertikal ausgerichtet, so dass sie an den proximalen und distalen Enden in einer Ebene liegen. In einer beispielhaften Form werden vier Kühlmittel-Teilanordnungen 12 auf diese Weise ausgerichtet und entlang der Nähte zwischen benachbarten Kühlmittel-Teilanordnungen geschweißt, um die Teilanordnungen miteinander zu verbinden. Die Schweißnaht kann mit Hilfe verschiedener Schweißtechniken erzeugt werden, einschließlich, ohne Einschränkung, Laserschweißen (einschließlich Faserlaserschweißen und gepulstes Laserschweißen) und Wolfram-Inertgas (TIG) Schweißen. Wie in der Folge ausführlicher besprochen wird, ist es nicht zwingend, dass die gesamte Naht zwischen benachbarten Kühlmittel-Teilanordnungen 12 gefüllt wird. Die erhaltene Struktur ist eine quadratische Kühlmittelplatte 30 mit 24,0 Inch Seiten, die sofort in eine Mikrokanalmodulvorrichtung 10 eingegliedert werden kann.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 enthält eine beispielhafte Mikrokanalmodulvorrichtung 10 mehrere Kühlmittel-Teilanordnungen 12, zwischen welchen mehrere Mikrokanalreaktor Teilanordnungen 14 liegen. In einer beispielhaften Form wechseln die Kühlmittel-Teilanordnungen 12 (als Teil der Kühlmittelplatte 30) mit Schichten von Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 ab, um die Fluiddurchlässe im Inneren der Mikrokanalmodulvorrichtung 10 zu bilden. Es werden nun ein beispielhafter Prozess und Strukturen, die zur Herstellung der beispielhaften Mikrokanalmodulvorrichtung 10 verwendet werden, besprochen.
  • Die Herstellung der Mikrokanalmodulvorrichtung 10 enthält die Verwendung einer ersten Endplatte 36 als Basis, auf der aufeinanderfolgende Schichten geschichtet werden. In einer beispielhaften Form hat die erste Stirnplatte 36 endgültige Dimensionen von 24,0 Inch Breite, 24,0 Inch Länge und 0,25 Inch Dicke. Zu Beginn kann diese Stirnplatte etwas größere Dimensionen haben und wird auf die fertige Größe zugeschnitten und enthält eine Reihe von Durchgangsöffnungen, die sich an den medialen und lateralen Seiten erstrecken. Auf dieser Stirnplatte 36 wird eine erste Kühlmittelplatte 30 so positioniert, dass die Ränder der Kühlmittelplatte zwischen den Rändern der Stirnplatte zentriert sind. Auf der ersten Kühlmittelplatte 30, an der gegenüberliegenden Seite der ersten Stirnplatte, werden ein oder mehrere Mikrokanalreaktormodule 14 gebildet.
  • Unter Bezugnahme auf 9–11 enthält in einer beispielhaften Form ein Mikrokanalreaktormodul 14 mindestens einen Mikrokanalreaktor, in dem eine chemische Reaktion abläuft. Diese Reaktion kann in Gegenwart eines Katalysators ablaufen und der Katalysator kann auf die gesamte oder einen Teil der Grenzfläche des Mikrokanalreaktors aufgetragen werden und/oder in Teilchenform sein, so dass er innerhalb der Grenzflächen des Mikrokanalreaktors enthalten ist. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform hat das Mikrokanalreaktormodul Dimensionen von 24,0 Inch Länge und 24,0 Inch Breite.
  • Nur zur beispielhaften Erklärung umfasst ein beispielhaftes Reaktormodul 14 mindestens zwei Trägerstreifen 40, die sich längslaufend entlang der Länge des Mikrokanalreaktors erstrecken. Die Trägerstreifen 40, 42 tragen die Last benachbarter Schichten, ohne die Form des Reaktormikrokanals zu beeinflussen. Zum Beispiel, und nicht als Einschränkung, enthält das Reaktormodul 14 äußerste mediale und laterale Trägerstreifen 40 und ein Paar innerer Trägerstreifen 42, die voneinander beabstandet sind und in Bezug auf die äußersten Trägerstreifen nach innen versetzt sind. Insbesondere haben die äußersten Trägerstreifen 40 beispielhafte Dimensionen von 24,0 Inch Länge, 0,5 bis 3 Inch Breite (oder ein schmälerer Bereich von 1 bis 2 Inch), und 0,125 bis 1 Inch Dicke (oder ein schmälerer Bereich von 0,25 bis 0,5 Inch). Ebenso haben die inneren Trägerstreifen 42 beispielhafte Dimensionen von 24,0 Inch Länge, 0,25 bis 1 Inch Breite (oder ein noch schmälerer Bereich von 0,25 bis 0,5 Inch), und 0,125 bis 1 Inch Dicke (oder ein noch schmälerer Bereich von 0,25 bis 0,5 Inch). Diese Trägerstreifen 40, 42 können aus jedem Material gebildet sein, das die erforderliche strukturelle Stütze für den Mikrokanalapparat bietet.
  • Zwischen den Trägerstreifen 40, 42 liegen eine oder mehrere Wellenformen oder Lamellenstrukturen 44, die teilweise eine Grenzfläche des Mikrokanals definieren. Zum Beispiel enthält diese beispielhafte Ausführungsform drei Wellenformen 44 pro Reaktor-Teilanordnung 14, es sollte aber festgehalten werden, dass eine, zwei oder mehr als drei Wellenformen abhängig von der verwendeten Anzahl von Trägerstreifen verwendet werden können. In einer beispielhaften Form enthält die Reaktor-Teilanordnung 14 von medial zu lateral, einen medialen Trägerstreifen 40, eine erste Wellenform 44, einen ersten inneren Trägerstreifen 42, eine zweite Wellenform 44, einen zweiten inneren Trägerstreifen 42, eine dritte Wellenform 44 und einen lateralen Trägerstreifen 40. Die Wellenform oder Lamellenstruktur 44 erzeugt Kanäle oder Kammern, die ein Aspektverhältnis (Höhe zu Breite) größer eins haben, wobei die Höhe der Abstand zwischen zwei benachbarten Kühl-Teilanordnungen 14 ist und die Breite der Abstand zwischen sich wiederholenden Lamellen oder benachbarten Schenkeln (Wellenflächen) der Wellenform sind. Zum Beispiel, und nicht als Einschränkung, wird die Wellenform aus ebenen Folien 46 gebildet, um ein Block U-förmiger, sich wiederholender Muster zu haben, der mit einer benachbarten Kühl-Teilanordnung 14 zur Definition des Querschnitts des Mikrokanalreaktors zusammenwirkt. Beispielhafte Dimensionen für die Wellenform 44, enthalten ohne Einschränkung, eine Länge von 24 Inch, eine Breite von 3 bis 40 Inch (oder noch ein schmälerer Bereich von 6 bis 12 Inch), und eine Höhe von 0,25 bis 1 Inch (oder noch ein schmälerer Bereich von 0,25 bis 0,5 Inch). In dieser beispielhaften Ausführungsform wird die Wellenform 44 aus Kupfer hergestellt, es kann aber jedes leitende Material verwendet werden, um die Grenzflächen des Mikrokanalreaktors teilweise zu definieren.
  • Wie oben besprochen kann der Mikrokanalreaktor einen Katalysator 50 enthalten. Der Katalysator kann auf die gesamte oder einen Teil der Grenzfläche des Mikrokanalreaktors geschichtet werden und/oder eine Teilchenform aufweisen, so dass er in den Grenzflächen des Mikrokanalreaktors enthalten ist. In dieser beispielhaften Ausführungsform weist der Katalysator eine Teilchenform auf und ist in die Wellenform gepackt. Es können verschiedenen Katalysatoren verwendet werden, abhängig von der (den) besonderen Reaktion(en), die in dem Mikrokanal gewünscht ist (sind). Nur zu Erklärungszwecken wird eine beispielhafte Fischer-Tropsch-Reaktion als die Reaktion besprochen, die in den Mikrokanalreaktoren der Mikrokanalreaktor-Teilanordnung ausgeführt wird. Zur Ausführung dieser Reaktion wird der Katalysator mit Kobalt und Promotoren formuliert, die Platin und/oder Ruthenium und/oder Rhenium umfassen können, um die Fischer-Tropsch-Reaktion anzutreiben. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass verschiedene Katalysatoren entwickelt wurden und im Handel erhältlich sind, um die Fischer-Tropsch-Reaktion anzutreiben, die mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Nachdem der Katalysator 50 in die Reaktorkanäle der Wellenform 44 geladen wurde, wird der Katalysator aktiviert, indem er Wasserstoff bei einer erhöhten Temperatur, zum Beispiel zwischen 300 und 400 C ausgesetzt wird.
  • Die Herstellung des ersten Mikrokanalreaktormoduls 14 enthält das Positionieren der medialen und lateralen Trägerstreifen 40, so dass sie im Wesentlichen in einer Ebene mit einer entsprechenden medialen/lateralen Seite der ersten Kühlmittelplatte 30 liegen. Danach werden die Trägerstreifen 40 in Position an die erste Kühlmittelplatte geschweißt, so dass sich die Trägerstreifen parallel zueinander und in einer Ebene entlang entsprechender medialer und lateraler Ränder der Kühlmittelplatte 30 erstrecken. Ebenso wird ein Paar von inneren Trägerstreifen 42 auf der ersten Kühlplatte 30 positioniert und verläuft parallel, aber nach innen versetzt, zu den medialen und lateralen Trägerstreifen 40 und mit Abstand zueinander und zu den medialen und lateralen Trägerstreifen, um drei im Wesentlichen identische und parallele U-förmige Kavitäten zu definieren. Die inneren Trägerstreifen werden danach an die erste Kühlmittelplatte geschweißt. Es sollte festgehalten werden, dass die Kühlmittelplatte 30 so positioniert wurde, dass die Mikrokanaldurchlässe in die medial-zu-laterale Richtung verlaufen. Aber die Trägerstreifen 40, 42 werden so ausgerichtet, dass sie entlang der proximal-zu-distalen Richtung verlaufen, so dass die U-förmigen Kavitäten senkrecht zu den Mikrokanal-Fluidleitungen der ersten Kühlmittelplatte 30 verlaufen. Eine Wellenform 44 wird in jeder U-förmigen Kavität zwischen den Stützen 40, 42 positioniert, so dass die proximalen und distalen Enden der Wellenform im Wesentlichen in einer Ebene mit den proximalen und distalen Enden der ersten Kühlmittelplatte 30 liegen. Gleichzeitig wurde die Wellenform bereits geschaffen, so dass sie in einer Reibungspassungsanordnung zwischen entsprechenden Stützen 40, 42 sitzt. Es sollte aber festgehalten werden, dass die Wellenform 44 effektiv auf der Oberseite der Kühlmittelplatte 30 schwimmt, da die Wellenform weder an die Stützen 40, 42 noch an die darunterliegende erste Kühlmittelplatte geschweißt ist. Dieser Wellenformeinsatz beendet die Herstellung der Komponenten, die die erste Reaktor-Teilanordnung 14 bilden.
  • Sobald die erste Reaktor-Teilanordnung hergestellt ist, hat etwa die Hälfte der Mikrokanalreaktoren vollständig begrenzte Leitungen entlang ihrer längslaufenden Länge (die sich in die proximal-zu-distale Richtung erstrecken). Insbesondere haben diese Mikrokanalreaktoren parallele Seitenwände und eine obere Wand, die durch die Wellenform 44 gebildet wird, während die untere Wand durch die freiliegende Oberfläche der Kühlmittelplatte 30 gebildet wird. Zur Fertigstellung der restlichen Mikrokanalreaktoren jedoch (da einigen der Reaktoren eine obere Wand fehlt), wird eine zweite Kühlmittelplatte 30' über der ersten Reaktor-Teilanordnung 14 positioniert. Diese zweite Kühlmittelplatte 30' wird genau wie die erste Kühlmittelplatte hergestellt. Die zweite Kühlmittelplatte 30' wird über die erste Reaktor-Teilanordnung 14 gelegt, so dass die Mikrokanäle senkrecht zu den Reaktormikrokanälen der ersten Reaktor-Teilanordnung verlaufen. Die zweite Kühlmittelplatte 30' ist so ausgerichtet, dass ihre medialen und lateralen Ränder im Wesentlichen in einer Ebene mit den medialen und lateralen Ränder der Stützen 40 liegen, während die proximalen und distalen Ränder der Kühlmittelplatte im Wesentlichen in einer Ebene mit den proximalen und distalen Ränder der Stützen 40, 42 liegen. Danach wird der Prozess zur Bildung einer Reaktor-Teilanordnung 14 an der Oberseite der zweiten Kühlmittelplatte 30' wiederholt. Dieser Prozess des Anordnens von Kühlplatten 30 an der Oberseite einer ersten Reaktor-Teilanordnung 14 und des anschließenden Konstruierens einer zweiten Reaktor-Teilanordnung an der Oberseite der Kühlplatte wird wiederholt, bis das Mikrokanalmodul vollendet ist und die oberste Kühlplatte keine Reaktions-Teilanordnung aufweist, die an ihrer obersten Oberfläche angeordnet ist. Stattdessen weist die oberste Kühlplatte an ihrer Oberseite eine zweite Endplatte 36 zur Vollendung der Modulstapelsequenz auf.
  • Unter Bezugnahme auf 12 und 13 wird der Stapel 10 zwischen zwei Klemmplatten 37 angeordnet, die eine Reihe von Durchgangsöffnungen enthalten, die sich an den medialen und lateralen Seiten erstrecken, um Befestigungselemente 54 aufzunehmen. Diese Befestigungselemente 54 umfassen in einer beispielhaften Form Schrauben und Mutter, die festgezogen werden können, um die Klemmplatten 37 gegeneinander zu pressen und auch die Kühlplatten 30 und Reaktions-Teilanordnungen 14 dazwischen zusammenzupressen. Sobald die passende Kompression erreicht ist, werden die proximalen und distalen Enden der Kühlplatten 30, Reaktions-Teilanordnungen 14 und Endplatten 36 aneinander geschweißt. Die Befestigungselemente 54 und Klemmplatten 37 können dann entfernt werden, um die medialen und lateralen Enden der Kühlplatten 30, Reaktions-Teilanordnungen 14 und Endplatten 36 aneinander zu schweißen. Das Schweißen kann verschiedene Arten von Schweißverfahren anwenden, einschließlich, ohne Einschränkung, TIG, MIG, Laserschweißen und Elektronenstrahlschweißen. Wie in der Folge besprochen wird, können dieses Mikrokanalmodul 10 und andere ähnlich hergestellte zur Schaffung verschiedener Mikrokanalbetriebseinheiten verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 14–24 verwendet eine erste beispielhafte Mikrokanalbetriebseinheit 100 mindestens ein Mikrokanalmodul 10, das an einem Außenskelett montiert ist, das Eingänge zum Mikrokanalmodul und Ausgänge aus dem Mikrokanalmodul leitet, wie auch für eine Kompression gegen abgedichtete Teile des Mikrokanalmoduls sorgt. Nur zu Erklärungszwecken wird angenommen, dass das Mikrokanalmodul 10 zur Verwendung mit einem Fischer-Tropsch Prozess hergestellt wurde, obwohl der erfindungsgemäße Reaktor mit anderen Hochdruckreaktionen verwendet werden kann. Daher werden die Herstellung und Besprechung der Bestandteile der ersten beispielhaften Mikrokanalbetriebseinheit 100 im Sinne einer Fischer-Tropsch Mikrokanalbetriebseinheit beschrieben. Für den Fachmann ist aber klar, dass die folgende Herstellung und Integrierung eines Mikrokanalmoduls 10 leicht ohne signifikante Veränderung an zahlreiche andere Prozesse angepasst werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf 14 wird ein beispielhaftes Mikrokanalmodul 10 als der Kern der Fischer-Tropsch Mikrokanalbetriebseinheit 100 verwendet. Dies enthält die Herstellung der Mikrokanalbetriebseinheit, so dass sie mindestens einen Mikrokanalreaktor enthält, der zur Ausführung einer Fischer-Tropsch Reaktion angepasst ist. Gemäß dieser Strategie enthalten die Oberseite und Unterseite des Mikrokanalmoduls 10 massive Endplatten 36, an welchen entsprechende rechteckige Platten 104 mit im Allgemeinen derselben Breite wie das Mikrokanalmodul montiert sind, aber mit einer größeren Länge als das Mikrokanalmodul, so dass sie über den offenen Seiten des Mikrokanalmoduls hängen, das die Mikrokanalreaktoren umfasst. Mit anderen Worten, das Mikrokanalmodul 10 enthält mehrere Reaktormikrokanäle, die an gegenüberliegenden Seiten des Moduls offen sind. Es sind diese offenen, gegenüberliegenden Seiten, über die die Platten 104 hängen, im Gegensatz zu den offenen Seiten des Moduls 10, die Teil der Kühlmittelplatten 30 sind. In einer beispielhaften Form können die Platten 104 aus Edelstahl oder einem anderen Metall hergestellt werden und enthalten beispielhafte Dimensionen von 33,1 Inch Länge, 24,6 Inch Breite und 0,75 Inch Dicke. In dieser beispielhaften Ausführungsform sind die Platten 104 an die Endplatten 36 des Mikrokanalmoduls 10 an den Außensäumen geschweißt, wo die Platten und Endplatten zusammenkommen. Beispielhafte Schweißnähte, die zum Befestigen der Platten 104 an den Endplatten 36 verwendet werden können, enthalten, ohne Einschränkung, Kehlnähte, die unter Verwendung eines Standardschweißprozesses (TIG, MIG, Laser, usw.) erzeugt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 15 werden vier rechteckigen Stützen 108 am Mikrokanalmodul 10 und an den Platten montiert, nachdem die Platten 104 am Mikrokanalmodul 10 montiert wurden. Jede der Stützen 108 kann aus Edelstahl oder einem anderen Metall hergestellt werden und beispielhafte Dimensionen von 24 Inch Länge, 4,5 Inch Breite und 0,75 Inch Dicke enthalten. Die Stützen 108 stellen, wenn sie an die Platten 104 und das Modul 10 gekoppelt sind, eine Reihe senkrechter Stützen bereit, die sich vom Modul 10 und den Platten erstrecken. Insbesondere ist jede Stütze 108 an einer jeweiligen Ecke des Moduls 10 und einer peripheren Seite einer entsprechenden Platte 104 montiert, um einen eingeschlossenen, rechteckigen Umfang an jeder Seite des Moduls bereitzustellen, wodurch eine einzige rechteckige Öffnung an jeder Seite für einem Strom zu und aus den Mikrokanalreaktoren bereitgestellt wird. In dieser beispielhaften Ausführungsform sind die Stützen 108 an die Platten 104 und Ecken des Mikrokanalmoduls 10 an den Außensäumen geschweißt, wo die Platten, Ecken und Stützen zusammenkommen. Beispielhafte Schweißnähte, die zum Befestigen der Stützen 108 an den Platten 104 und Ecken des Moduls 10 verwendet werden können, enthalten, ohne Einschränkung, vollständig durchdringende Schweißnähte, die mit jedem Standardschweißprozess (TIG, MIG, Laser, usw.) erzeugt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 16 werden vier Stirnwände 112 an den Stützen montiert, nachdem die Stützen 108 an den Platten 104 und Ecken des Moduls 10 montiert wurden. In der beispielhaften Form enthält jede der Stirnwände 112 eine lineare Seite, die an einer entsprechenden Stütze 108 so montiert ist, dass sie sich senkrecht von der Stütze weg erstreckt, um teilweise das zu definieren, was zu den entsprechenden einzelnen Öffnungen an gegenüberliegenden Seiten des Moduls 10 für einen Strom zu und aus den Mikrokanälen der Kühlmittelplatten 30 wird. Die lineare Seite jeder Stirnwand ist durch eine gleichförmige bogenförmige Seite verbunden, um eine massive Wand zu bilden, die einer halbkreisförmigen Form ähnlich ist. Es sollte festgehalten werden, dass die Verwendung anderer Formen zur Druckhaltung gewählt werden kann, aber eine gekrümmte Form im Allgemeinen weniger Material erfordert. In einer beispielhaften Form kann jede Stirnwand 112 aus Edelstahl oder einem anderen Metall hergestellt sein und beispielhafte Dimensionen von 24 Inch Länge entlang der geraden Seite, 27 Inch Länge entlang der bogenförmigen Seite und 0,75 Inch Dicke enthalten. Insbesondere ist jede Stirnwand 112 etwa 1 Iinch in Bezug auf eine entsprechende Stütze 108 nach innen versetzt und an die Stütze entlang der linearen Seite geschweißt. Die Enden, wo die lineare Seite und bogenförmige Seite zusammentreffen, werden auch an die Platten 104 geschweißt. Beispielhafte Schweißnähte, die zur Befestigung der Stirnwände 112 an den Platten 104 und Stützen 108 verwendet werden können, enthalten, ohne Einschränkung, vollständig durchdringende Schweißnähte, die mit jedem Standardschweißprozess (TIG, MIG, Laser, usw.) erzeugt werden können. Im vollendeten Zustand umfassen die Stirnwände 112 an derselben Seite des Moduls 10 Buchstützen, die im Allgemeinen parallel zueinander sind.
  • Unter Bezugnahme auf 17–19 wird nach dem Einbau der Stirnwand 112 ein Paar von beispielhaften bogenförmigen, rechteckigen Wände 116, 118 an gegenüberliegenden Seiten des Moduls 10 montiert. Insbesondere enthält die erste bogenförmige, rechteckige Wand 116 ein Durchgangsloch 120 zur Aufnahme einer Einlassrohrleitung 122, die das Kühlmittel in strömungstechnischer Verbindung mit den Mikrokanälen der Kühlmittelplatten 30 lenkt. In einer beispielhaften Form kann die Wand 116 aus Edelstahl oder einem anderen Metall hergestellt sein und enthält beispielhafte Dimensionen von 31 Inch Länge, 35 Inch Durchmesser und 0,75 Inch Dicke. Ferner kann die Einlassrohrleitung 122 aus Edelstahl oder einem anderen Metall hergestellt sein und beispielhafte Dimensionen von 12 Inch Länge, 4 Inch Durchmesser und 0,5 Inch Dicke enthalten.
  • Zum Bereitstelen dieser strömungstechnischen Verbindung wird der Umfang der Einlassrohrleitung 122 an den Umfang der Wand 116 geschweißt, die die Öffnung 120 definiert, um die Öffnung an der Seite der Einlassrohrleitung zu schließen. Alternativ kann die rechteckige Wand 116 eine eingebaute Düse mit einem Flansch enthalten, der mit einem Rohrleitungsflansch verbunden ist. Die Wand 116 ist auch an der oberen und untere Platte 104 wie auch an den zwei Stirnwänden 112 montiert, die Buchstützen an der Kühlmittel-Einlassseite des Moduls 10 sind. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Wand 116 an die obere und untere Platte 104 entlang des Saums geschweißt, wo die Platten 104 auf die Wand treffen. Zusätzlich ist die Wand 116 auch an die bogenförmigen Seiten der Stirnwände 112 entlang des Saums geschweißt, wo die Wände aufeinander treffen. Beispielhafte Schweißnähte, die zur Befestigung der Wand 116 an den Stirnwänden 112 und den Platten 104 verwendet werden können, enthalten, ohne Einschränkung, vollständig durchdringende Schweißnähte, die unter Verwendung von Standardschweißprozessen (TIG, MIG, Laser, usw.) gebildet werden. Sobald das Schweißen der Wand 116 vollendet ist, ist eine fluiddichte Dichtung gebildet, so dass Fluid, das in die Mikrokanäle der Kühlmittelplatten 30 strömt, nur durch die Einlassrohrleitung 122 kommen kann. Es sollte festgehalten werden, dass die Länge der Wand 116 nicht so groß ist wie die gesamte Länge des Moduls 10 in Kombination mit den Stützen. Daher ist die Wand 116 1 Inch von den Enden der Stützen 108 nach innen versetzt.
  • An der der Einlasswand 116 gegenüberliegenden Seite des Moduls 10 enthält die Auslasswand 118 ein Paar Öffnungen 124, 126 zur Aufnahme einer Dampfauslassrohrleitung 128 und einer Flüssigkeitsauslassrohrleitung 130, die Kühlflüssigkeit und Dampfkühlmittel aus den Mikrokanälen der Kühlmittelplatten 30 leiten. In einer beispielhaften Form kann die Wand 118 aus Edelstahl oder einem anderen Metall hergestellt sein und enthält beispielhafte Dimensionen von 31 Inch Länge, 35 Inch Durchmesser und 0,75 Inch Dicke. Ferner können die Auslassrohrleitungen 128, 130 aus Edelstahl oder einem anderen Metall hergestellt sein und enthalten beispielhafte Dimensionen von 12 Inch Länge, 2 Inch Durchmesser und 0,375 Inch Dicke.
  • Zur Bereitstellung einer strömungstechnischen Verbindung zwischen den Rohrleitungen 128, 130 und dem Auslass der Mikrokanäle der Kühlmittelplatten 30 wird der Umfang beider Rohrleitungen 128, 130 an den Umfang der Wand 118 geschweißt, die die entsprechende Öffnung 124, 126 definiert, um die Öffnung an der Seite der Auslassrohrleitung zu schließen. Die Wand 118 ist auch an der oberen und unteren Platte 104 wie auch an den zwei Stirnwänden 112 montiert, die Buchstützen an der Kühlmittel-Auslassseite des Moduls 10 sind. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Wand 118 an die obere und untere Platte 104 entlang des Saums geschweißt, wo die Platten 104 auf die Wand treffen. Zusätzlich ist die Wand 118 auch an die bogenförmigen Seiten der Stirnwände 112 entlang des Saums geschweißt, wo die Wände aufeinander treffen. Beispielhafte Schweißnähte, die zur Befestigung der Wand 118 an den Stirnwänden 112 und den Platten 104 verwendet werden können, enthalten, ohne Einschränkung, vollständig durchdringende Schweißnähte, die mit jedem Standardschweißprozess (TIG, MIG, Laser, usw.) gebildet werden. Wenn das Schweißen der Wand 118 vollendet ist, ist eine fluiddichte Dichtung gebildet, so dass Fluid, das aus den Mikrokanälen der Kühlmittelplatten 30 strömt, nur durch die Auslassrohrleitungen 128, 130 austreten kann. Wie bei der anderen Wand 116 ist diese Auslasswand 118 1 Inch von den Stützen 108 nach innen versetzt.
  • Unter Bezugnahme auf 20–23 werden ein Paar von Abdeckungen 134 und eine Abschlusskappe 136 an der Anordnung montiert, nachdem die Wände 116, 118 und Rohrleitungen 122, 128, 130 montiert wurden. Insbesondere umfasst jede Abdeckung 134 ein bogenförmiges Rechteck mit einer Breitendimension und einer Längendimension, die den Breiten- und Längendimensionen der Platten 104 ähnlich sind. Aber ähnlich wie bei den Wänden 116, 118 sind die Abdeckungen 134 1 Inch von den Stützen 108 nach innen versetzt. In einer beispielhaften Form können die Abdeckungen 134 aus Edelstahl oder einem anderen Material hergestellt sein und enthalten beispielhafte Dimensionen von 31 Inch Länge, 35 Inch Durchmesser und 0,75 Inch Dicke.
  • Insbesondere ist jede Abdeckung 134 so ausgerichtet, dass ihre längslaufende Dimension über dem längslaufenden Teil einer entsprechenden Platte 104 liegt und auch der der Breite nach verlaufende Teil der Abdeckung über dem der Breite nach verlaufenden Teil der entsprechenden Platte liegt. Die Abdeckungen 134 werden dann neben einer entsprechenden Platte 104 positioniert und am der Breite nach verlaufenden Saum geschweißt, wo die Abdeckung und die entsprechende Endplatte aufeinandertreffen. Sobald die Abdeckungen 134 an den Platten 104 montiert sind, bildet die erhaltene Struktur ein zylindrisches Profil mit einem kreisförmigen Querschnitt, das an den Enden des Mikrokanalmoduls 10 in Verbindung mit den Reaktionsmikrokanälen offen ist, wie auch die resultierenden Leitungen 140, die durch die Innenseite der Abdeckungen und die Außenseiten der Platten definiert sind. Zum Schließen der Leitungen und zum Verhindern einer strömungstechnischen Verbindung zwischen der Innenseite der Leitungen und den Reaktionsmikrokanälen werden entsprechende Abschlusskappen 136 an der Anordnung montiert.
  • Jede der Abschlusskappen 136 kann aus Edelstahl oder einem anderen Metall hergestellt sein und enthält eine kreisförmige Form mit beispielhaften Dimensionen von 35 Inch Durchmesser und 0,75 Inch Dicke. Beide Abschlusskappen 136 enthalten eine rechteckige Öffnung mit Dimensionen von 24 Inch Länge und 24 Inch Breite. Insbesondere hat die rechteckige Öffnung im Allgemeinen dieselben rechteckigen Dimensionen wie der Umfang, der von den Platten 104 und den Stützen 108 gemeinsam an den entsprechenden Enden der Anordnung gebildet wird. Jede Abschlusskappe 136 hat eine derartige Größe, dass sie zum Umfang der zylindrischen Form passt, die durch die Abdeckungen 134 und die Wände 116, 118 definiert ist, um die Leitungen 140 zu schließen und einen sekundären Verschluss für die Kühlmittelseite bereitzustellen. Daher ist eine Fläche jeder Abschlusskappe 136 an die längslaufenden Enden der Abdeckungen 134 und der Wände 116, 118 geschweißt, so dass sie im Wesentlichen normal zu diesen Abdeckungen und Wänden liegt. Gleichzeitig ist jede Abschlusskappe 136 an die freiliegenden Längsenden der Platten 104 und der Stützen 108 geschweißt. Das Nettoergebnis ist, dass eine einzige, fluiddichte rechteckige Öffnung an den entsprechenden Längsenden vorhanden ist, die in die und aus den Mikrokanalreaktoren der Mikrokanal-Teilanordnungen 14 gehen. Gleichzeitig definieren die Abschlusskappen 136 gemeinsam ein Paar abgedichteter Kavitäten mit den Platten 104 und den Abdeckungen 134. Diese abgedichteten Kavitäten können von einem druckbeaufschlagten Fluid eingenommen werden, um einen Überdruck auf die Außenseite der Platten auszuüben. Diese beispielhafte Fischer-Tropsch Mikrokanalbetriebseinheit 100 unterscheidet sich von herkömmlichen Strategien teilweise darin, dass die abgedichteten Kavitäten an der Außenseite des Moduls 10 in strömungstechnischer Verbindung mit einem druckbeaufschlagten Fluid stehen. Das druckbeaufschlagende Fluid (z. B. Wasser, Stickstoff, Fischer-Tropsch-Reaktanten) kann zwischen den Kavitäten unterschiedlich sein und kann den Kavitäten zugeleitet werden um sicherzustellen, dass immer druckbeaufschlagtes Fluid an der Außenseite des Moduls 10 vorhanden ist.
  • Unter Bezugnahme auf 24 und 25 kann eine Anpassung der Fischer-Tropsch Mikrokanalbetriebseinheit 100 zur Aufnahme von Einlassströmen und Verteilung von Auslassströmem aus der Betriebseinheit unter Anwendung verschiedener Techniken und Strukturen erfolgen. 24 zeigt eine erste beispielhafte Struktur 100, wo das Einlassende zu Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen und der Auslass aus den Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen mit einer geschweißten Verbindung abgedichtet sind. Insbesondere ist ein erster Deckel 144 mit einer Öffnung zur Aufnahme einer Einlassrohrleitung 146 an jedes freiliegende Ende der Anordnung geschweißt. Insbesondere umfasst der Deckel 144 eine kuppelförmige Struktur mit einer kreisförmigen Öffnung an einem Ende und die Öffnung erstreckt sich durch die Kuppel. In einer beispielhaften Form kann der Deckel 144 aus Edelstahl oder einem anderen Metall hergestellt werden und enthält beispielhafte Dimensionen von 35 Inch Durchmesser, 6 Inch Höhe und 0,75 Inch Dicke. Die kreisförmige Öffnung des Deckels 144 wird an die gegenüberliegende Fläche (gegenüber dem Rest der Anordnung) der Abschlusskappe 136 geschweißt, um eine fluiddichte Dichtung dazwischen zu bilden. Zur Sicherstellung, dass nur Fluid aus der Rohrleitung 146 das Innere der Reaktionsmikrokanäle der Reaktions-Teilanordnungen 14 erreicht, wird die Rohrleitung an den Deckel 144 geschweißt, um eine fluiddichte Dichtung dazwischen zu bilden. Ebenso enthält der zweite Deckel 148, der im Prinzip mit dem ersten Deckel identisch ist, eine Auslassöffnung, an die eine Auslassrohrleitung 150 geschweißt ist, um eine fluiddichte Dichtung zu bilden. Ebenso ist der zweite Deckel 148 an das gegenüberliegende freiliegende Ende der Anordnung geschweißt, um das Auslassende des Moduls zu verschließen, wodurch sichergestellt wird, dass sämtliches Fluid, das durch die Reaktionsmikrokanäle der Reaktions-Teilanordnungen 14 strömt, die aus dem Modul 10 austreten, durch die Auslassrohrleitung 150 geleitet wird.
  • 25 zeigt eine zweite beispielhafte Struktur 100', die mit der ersten beispielhaften Struktur 100 identisch ist, mit der Ausnahme, dass ein Paar von Flanschen 160, 162, 164, 166 zwischen den Abschlusskappen 136 und den Deckeln 144, 148 eingefügt ist. Die kreisförmige Öffnung des ersten Deckels 144 ist an einen ringförmigen Flansch 160 mit einer Reihe von Öffnungen geschweißt, die dazu ausgebildet sind, Befestigungselemente (nicht dargestellt), wie Mutter und Schrauben, aufzunehmen, um den ersten Deckel lösbar am Rest der Anordnung zu befestigen. Zu diesem Zweck enthält die Anordnung einen anderen ringförmigen Flansch 162 mit entsprechenden Öffnungen, die zur Aufnahme von Befestigungselementen ausgebildet sind, der an die Abschlusskappe 136 geschweißt ist. Die Grundlage für diese entfernbare Struktur rührt zum Teil von dem Wunsch her, bei den Reaktions-Teilanordnungen 14 nach einer vorbestimmten Zeitdauer den Katalysator zu tauschen oder zu regenerieren oder den Kern zu prüfen, zu überholen oder zu reparieren. Während die erste beispielhafte Struktur auch einen Austausch und eine Regenerierung des Katalysators ermöglicht, kann der Austausch des Katalysators erfordern, dass der Deckel 144 von der Abschlusskappe 136 geschnitten wird. Diese zweite beispielhafte Struktur erfordert kein Abschneiden des Deckels von der Abschlusskappe 136, da die Abschlusskappe einfach durch Entfernen der Befestigungselemente von den Flanschen 160, 162 und Entfernen des oberen Flansches 160 und der Abschlusskappe entfernt werden kann. Ähnlich wie bei der Einlassseite ist der Auslassdeckel 148 an einen ringförmigen Flansch 168 mit einer Reihe von Öffnungen geschweißt, die zur Aufnahme von Befestigungselementen (nicht dargestellt), wie Muttern und Schrauben, ausgebildet sind, um den Deckel 148 lösbar am Rest der Anordnung durch eine Verbindung mit einem komplementären Flansch 166 zu befestigen, der an die entsprechende Abschlusskappe 136 geschweißt ist. Wie beim oberen Deckel wird der untere Deckel 148 leicht vom Rest der Anordnung einfach durch Entfernen der Befestigungselemente entfernt, die die Flansche 166, 168 zusammenhalten.
  • Unter Bezugnahme auf 26 können die erste und zweite beispielhafte Struktur 100, 100' in vielfacher Ausfertigung hergestellt und parallel zueinander ausgerichtet werden, um eine Bank einer Mikrokanalstruktur 280 zu bilden. Nur zur beispielhaften Beschreibung ist die beispielhafte Struktur 100' wiederholt in 26 zur Schaffung der Bank dargestellt. Diese Bank 280 ist mit einer gemeinsamen Zuleitung 282 verbunden, die eine Verteilung von Rohmaterial zu jeder Einlassrohrleitung 146 bewirkt, wodurch Rohmaterial an das Innere der Reaktionsmikrokanäle der Reaktions-Teilanordnungen abgegeben wird. Jede der Auslassrohrleitungen 150 ist auch mit einer gemeinsamen Produktleitung 284 verbunden, um Produkt aus den Reaktionsmikrokanälen jeder beispielhaften Struktur 100, 100' zu sammeln. Ähnlich stehen die Einlassrohrleitungen 122 der beispielhaften Strukturen 100, 100' in strömungstechnischer Verbindung mit einer einzigen Kühlfluidleitung 286, die Kühlmittel in strömungstechnischer Verbindung mit den Mikrokanälen der Kühlmittelplatten leitet. Stromabwärts der Mikrokanäle der Kühlmittelplatten befinden sich entsprechende Dampfauslassrohrleitungen 128 und Flüssigkeitsauslassrohrleitungen 130, um Kühlflüssigkeit und Dampfkühlmittel aus den Mikrokanälen zu leiten. In einer beispielhaften Form stehen alle Dampfauslassrohrleitungen 128 mit einer gemeinsamen Kühlmitteldampfleitung 288 in strömungstechnischer Verbindung, während alle der Flüssigkeitsauslassrohrleitungen 130 mit einer gemeinsamen Kühlmittelflüssigkeitsleitung 290 in strömungstechnischer Verbindung stehen. Auf diese Weise befördert eine einzige Leitung 288 den Kühldampf, der aus den beispielhaften Strukturen 100, 100' gesammelt wurde, während eine einzige Leitung 290 die Kühlflüssigkeit befördert, die aus den beispielhaften Strukturen gesammelt wurde.
  • Unter Bezugnahme auf 27 kann in einer anderen beispielhaften Ausführungsform 200 eine beispielhafte Struktur 100, 100' eine Überdruckstruktur 202 enthalten. Nur zur beispielhaften Darstellung ist die beispielhafte Struktur 100 in 27 mit der Überdruckstruktur dargestellt. Diese Überdruckstruktur 202 enthält eine Einlassrohrleitung 204, die ein druckbeaufschlagtes Fluid in das Innere der Kavitäten durch eine entsprechende Austrittsöffnung durch die Abdeckungen 134 leitet. Zum Beispiel, und nicht als Einschränkung, kann das druckbeaufschlagte Fluid ein inertes Fluid wie Stickstoff sein, das bei einem Druck, der größer als der Druck in den Reaktionsmikrokanälen der Reaktions-Teilanordnungen 14 ist, in die Kavitäten geleitet wird. Auf diese Weise stellt das druckbeaufschlagte Fluid einen Überdruck an der Außenseite des Mikrokanalmoduls 10 bereit. Falls jedoch aus irgendeinem Grund der Druck des druckbeaufschlagten Fluids nicht mehr länger bei oder über dem Druck ist, der in den Reaktionsmikrokanälen der Reaktions-Teilanordnungen 14 herrscht, lenkt eine Umleitungsrohrleitung 206 in strömungstechnischer Verbindung mit der Einlassrohrleitung 146 Reaktanten, die durch die Einlassrohrleitung strömen, durch die Umleitungsrohrleitung und durch ein Rückschlagventil oder einen Druckregler 208, dessen Auslassseite in strömungstechnischer Verbindung mit der Einlassrohrleitung 204 steht. Es sollte auch festgehalten werden, dass die Einlassrohrleitung 204 auch ein Rückschlagventil 212 stromaufwärts der Verbindung mit der Auslassseite des ersten Rückschlagventils 208 enthält. Während 27 so verstanden werden kann, dass sie nur die Einlassrohrleitung 204 in Verbindung mit einer der Kavitäten zeigt, sollte klar sein, dass die Einlassrohrleitung 204 mit beiden Kavitäten an gegenüberliegenden Seiten des Moduls 10 in Verbindung steht. Auf diese Weise strömt der Inhalt der Umleitungsrohrleitung durch die Einlassrohrleitung 204 und in die fragliche Kavität oder Kavitäten, wenn eine oder alle Kavitäten einen Druck unter dem Druck in der Umleitungsrohrleitung aufweisen.
  • In Betrieb würde, unter der Annahme, dass der Reaktormikrokanal bei einem Druck ”X” arbeitet und das druckbeaufschlagte Fluid bei einem Druck ”Y” zugeleitet wird, der höher als Druck X ist, das erste Rückschlagventil 208 geschlossen werden um zu verhindern, dass das druckbeaufschlagte Fluid in die Umleitungsrohrleitung 206 und in Verbindung mit der Reaktanten-Einlassrohrleitung 146 gelangt. Wenn aber aus irgendeinem Grund der Druck Y unter den Druck X fällt, wird das erste Rückschlagventil 208 geöffnet, so dass ein Teil des Reaktantenstroms von der Reaktanten-Einlassrohrleitung 146 in die Umleitungsrohrleitung 206, durch das erste Rückschlagventil und durch die Einlassrohrleitung 204 in das Innere der Kavitäten strömen kann, so dass der Druck in den Kavitäten mindestens so hoch ist wie der Druck in den Reaktionsmikrokanälen der Reaktions-Teilanordnungen 14. Wenn aber der Druck Y unter den Druck X fällt, wird das zweite Rückschlagventil 212 geschlossen um sicherzustellen, dass der Druck in den Kavitäten aufrechterhalten wird und die Reaktanten stromaufwärts des zweiten Rückschlagventils nicht auslaufen können.
  • Unter Bezugnahme auf 28–32 verwendet eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer Mikrokanalbetriebseinheit 300 mehrere Mikrokanalmodule 10, die Ende an Ende montiert sind, wobei die Einlassseiten für die Kühlmittel-Teilanordnungen 12 alle in dieselbe Richtung weisen, wie auch die Einlassseiten der Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 alle in dieselbe Richtung weisen. Insbesondere sind die Endplattem 36 jedes Moduls 10 einander in einer Presspassung benachbart. In einer beispielhaften Form sind zehn Mikrokanalmodule 10 Ende an Ende ausgerichtet, so dass die obere Endplatte 36A eines ersten Moduls 10A neben der unteren Endplatte 36B eines zweiten Moduls 10B liegt und so ausgerichtet ist, dass sie dieses vollständig überlappt. Dieses Muster wird für eine beliebige Anzahl von Modulen wiederholt, aber in diesem Beispiel für zehn Module. Sobald die Module Ende an Ende ausgerichtet sind, werden die Säume zwischen den Endplattem 36 benachbarter Module geschweißt, um die benachbarten Module aneinander zu koppeln, um eine Mikrokanalmodulbank 302 zu bilden. Insbesondere wurde jedes der Mikrokanalmodule 10 der ersten Bank 302A so hergestellt, dass das Modul im Uhrzeigersinn eine Einlassseite für die Kühlmittel-Teilanordnungen 12, eine Auslassseite für die Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14, eine Auslassseite für die Kühlmittel-Teilanordnungen und eine Einlassseite für die Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 enthält. Im Gegensatz dazu wurden die Mikrokanalmodule 10 der zweiten Bank 302B so hergestellt, dass das Modul im Uhrzeigersinn eine Einlassseite für die Kühlmittel-Teilanordnungen 12, eine Einlassseite für die Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14, eine Auslassseite für die Kühlmittel-Teilanordnungen und eine Auslassseite für die Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 enthält.
  • Unter Bezugnahme auf 30 sind die Mikrokanalmodulbänke 302A, 302B parallel zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet, so dass die Einlassseiten jeder der Kühlmittel-Teilanordnungen 12 einander zugewandt sind. Diese Ausrichtung hat auch Mittel, dass die Auslassseiten jeder der Kühlmittel-Teilanordnungen 12 in entgegengesetzte Richtungen weisen. Ferner führt diese Ausrichtung dazu, dass die Einlassseiten für die Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 beide in eine erste Richtung weisen und die Auslassseiten für die Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 beide in eine zweite Richtung weisen, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
  • Die Herstellung der dritten beispielhaften Mikrokanalbetriebseinheit 300 enthält das Schweißen eines Paares von halbkreisförmigen linearen Leitungen 310, mit halbkreisförmigen Stirnwänden 312, an jede der Mikrokanalmodulbänke 302A, 302B neben der Einlassseite der Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 (siehe 1). Insbesondere hat jede der linearen Leitungen 310 eine Breitendimension, die annähernd gleich der Breitendimension der entsprechenden Mikrokanalmodulbänke 302A, 302B ist, so dass ein Schweißen der Leitungen an den Säumen, wo die Leitungen auf die Ränder der Modulbänke treffen, eine fluiddichte Dichtung dazwischen bildet. Gleichzeitig werden die Stirnwände 312 an die längslaufenden Enden der Modulbänke 302A, 302B geschweißt um sicherzustellen, dass das gesamte Fluid, das in die Einlassseite der Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 eintritt, über die linearen Leitungen 310 befördert wird. Jede lineare Leitung 310 enthält auch eine daran geschweißte Einlassrohrleitung 314, die den Reaktanten zur Einlassseite der Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 leitet.
  • Ein zweites Paar von halbkreisförmigen linearen Leitungen 320, mit halbkreisförmigen Stirnwänden 322, ist an jede der Mikrokanalmodulbänke 302A, 302B neben der Auslassseite der Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 geschweißt. Insbesondere hat jede der linearen Leitungen 320 eine Breitendimension, die annähernd gleich der Breitendimension der entsprechenden Mikrokanalmodulbänke 302A, 302B ist, so dass ein Schweißen der Leitungen an den Säumen, wo die Leitungen auf die Ränder der Modulbänke treffen, eine fluiddichte Dichtung dazwischen bildet. Gleichzeitig werden die Stirnwände 322 an die längslaufenden Enden der Modulbänke 302A, 302B geschweißt um sicherzustellen, dass das gesamte Fluid, das aus der Auslassseite der Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 austritt, über die linearen Leitungen 320 befördert wird. Jede lineare Leitung 320 enthält auch eine daran geschweißte Auslassrohrleitung 324, die Produkt von der Auslassseite der Mikrokanalreaktor-Teilanordnungen 14 wegleitet.
  • Ein drittes Paar von halbkreisförmigen linearen Leitungen 330, mit halbkreisförmigen Stirnwänden 332, ist an jede der Mikrokanalmodulbänke 302A, 302B neben der Auslassseite der Kühlmittel-Teilanordnungen 12 geschweißt. Insbesondere hat jede der linearen Leitungen 330 eine Breitendimension, die annähernd gleich der Breitendimension der entsprechenden Mikrokanalmodulbänke 302A, 302B ist, so dass ein Schweißen der Leitungen an den Säumen, wo die Leitungen auf die Ränder der Modulbänke treffen, eine fluiddichte Dichtung dazwischen bildet. Gleichzeitig sind die Stirnwände 332 an die längslaufenden Enden der Modulbänke 302A, 302B geschweißt um sicherzustellen, dass das gesamte Fluid, das aus der Auslassseite der Kühlmittel-Teilanordnungen 12 austritt, über die linearen Leitungen 330 befördert wird. Jede lineare Leitung 330 enthält auch eine daran geschweißte Auslassrohrleitung 334, die Kühlmittel von der Auslassseite der Kühlmittel-Teilanordnungen 12 wegleitet.
  • Zwei längslaufende Platten 340 sind über die Oberseiten und Unterseiten der verbleibenden, sonst freiliegenden Einlassseiten der Kühlmittel-Teilanordnungen 12 geschweißt, um eine fluiddichte Dichtung zu bilden, wie auch eine Einlasskappe 342 und eine hintere Kappe (nicht dargestellt) an der Vorder- und Rückseite montiert sind, um die verbleibenden Öffnungen zu schließen und eine fluiddichte Dichtung zu bilden. Die Platten 340 und Kappen 342 wirken zusammen um zu verhindern, dass Fluid in die Einlassseite der Kühlmittel-Teilanordnungen 12 außer durch eine Kühlmittel-Einlassrohrleitung 346 eintritt, die an die Einlasskappe 342 geschweißt ist.
  • Unter Bezugnahme auf 33–37 ist eine weitere beispielhafte Mikrokanalbetriebseinheit 400 zylindrisch und stellt eine koaxiale Kühlmittelabgabe und Reaktantenabgabe bereit. Insbesondere ist die zylindrische Form das Ergebnis einer Reihe von Mikrokanal-Kühlmittel- und Reaktions-Teilanordnungen 402, 404, die einander in einer kreisförmigen Anordnung abwechseln. In dieser beispielhaften Ausführungsform 400 umfassen die Mikrokanal-Kühlmittel-Teilanordnungen 402 jeweils ein Blech oder eine Lamellenstruktur 408 mit vorgeformten Kanälen 410 (die Kanäle können durch Ätzen gebildet werden), das bzw. die mit einer oberen Platte 412 verbunden ist. In einer beispielhaften Form sind die vorgeformten Kanäle 410 linear und erstrecken sich horizontal. In einer beispielhaften Form umfasst das Kühlmittelblech 408 ein rechteckiges Stück mit konstanten Dimensionen einer Breite von 24 Inch, einer Länge von 24 Inch und einer variablen Dicke, die sich ändert, um die Differenz im Umfang an der Innenseite der Betriebseinheit 400 und der Außenseite der Betriebseinheit aufzunehmen. Alternativ kann das Kühlmittelblech 408 ein rechteckiges Stück mit einer konstanten Dicke und Dimensionen einer Breite von 24 Inch und einer Länge von 24 Inch umfassen. Zum Beispiel, und nicht als Einschränkung, kann das Blech 408 einen pyramidenstumpfförmigen horizontalen Querschnitt oder einen rechteckigen horizontalen Querschnitt aufweisen.
  • Unter besonderer Bezugnahme auf 36 zeigt eine grafische Darstellung, wie sich der Querschnitt eines beispielhaften Kühlmittelmikrokanals 414 zwischen der Innenseite und der Außenseite der Kühlmittel-Teilanordnung 402 ändern kann. In einer beispielhaften Form hat der Kühlmittelmikrokanal einen Querschnitt, der durch die untere, flache Oberfläche der oberen Platte 412 und die innere, konkave Oberfläche des Blechs 408 definiert ist, das die vorgeformten Kanäle 410 begrenzt. Zwischen der Innenseite und der Außenseite der Betriebseinheit 400, behält das Profil des Kühlmittelkanals 414 im Allgemeinen dieselbe Form, aber der Querschnitt des Kühlmittelkanals 414 nimmt proportional zur Zunahme in der Dicke des Blechs in radialer Richtung zu.
  • Alternativ kann sich der beispielhafte Kühlmittelmikrokanal radial (im Gegensatz zu parallel zum axialen Mittelpunkt) vom Mittelpunkt der Einheit 400 parallel zu den unten besprochenen Reaktionsmikrokanälen 422 erstrecken. In einem solchen Fall können die beispielhaften Kühlmittelmikrokanäle einen konstanten radialen Querschnitt aufweisen (und nur das Material haben, das die Zunahme des Mikrokanals mit zunehmendem radialen Abstand definiert) oder können einen Querschnitt haben, der mit zunehmendem radialen Abstand vom Mittelpunkt zunimmt. Das Profil der beispielhaften Kühlmittelmikrokanäle, die sich radial erstrecken, kann verschiedene Formen annehmen, wie zum Beispiel, ohne Einschränkung, rechteckig, quadratisch, kreisförmig und länglich.
  • Einer der Vorteile der Strategie von 33–37 ist, dass die Mikrokanalbetriebseinheit 400 ”selbsttragend” ist. Im Gegensatz dazu gleichen derzeitige rechteckige Betriebseinheiten den Druck in jeder Prozessschicht durch den Druck in den Schichten aus, die sich an jeder Seite neben ihr befinden. Ein mögliches Problem entsteht an den Enden, wo die äußerste Prozessschicht nur an einer Seite ausgeglichen ist, nicht aber an der anderen Seite (z. B. Umgebungsbedingungen). Für einen Ausgleich dieses Drucks ist bekannt, Außenstützen zu verwenden, um eine Verformung der Betriebseinheit zu vermeiden. Wenn aber die Prozessschichten kreisförmig angeordnet werden, wie bei der beispielhaften Betriebseinheit 400, gibt es keine ”Außenschicht” und daher hat jeder Prozess benachbarte Schichten an beiden Seiten für den Druckausgleich. Dadurch können Außenstützen fehlen und weniger Material zur Konstruktion der Betriebseinheit verwendet werden, wodurch die Betriebseinheit weniger wiegt und ihr Prozessdurchsatz pro Verdrängungseinheit erhöht wird. Ferner senkt die geringere Materialmenge, die zur Konstruktion der Betriebseinheit verwendet wird, die Kosten für eine vergleichbare Betriebseinheit.
  • Unter Bezugnahme auf 35 und 36 wird ein Verbindungsprozess, vorzugsweise ein Laserschweißprozess, ausgeführt, um die obere Platte 412 an dem Blech 408 zu befestigen, wodurch eine längslaufende Schweißnaht zwischen der oberen Platte und einer Rippe 416 des Kühlmittelblechs 408 gebildet wird, die sich über die gesamte Länge der Rippe erstreckt. Dieser Schweißprozess bildet separate Kühlmittelkanäle 414, die sich im Allgemeinen parallel zueinander in einer radialen Richtung vom axialen Mittelpunkt der Betriebseinheit 400 erstrecken. Zwischen den Mikrokanal-Kühlmittel-Teilanordnungen 402 liegen die Reaktions-Teilanordnungen 404.
  • Unter Bezugnahme auf 33, 34 und 36 verwenden die Reaktions-Teilanordnungen die obere Platte 412 von einer ersten benachbarten Kühlmittel-Teilanordnung 402 und das Blech 408 von einer zweiten benachbarten Kühlmittel-Teilanordnung, um einen wellenförmigen Einsatz 420 dazwischen aufzunehmen. In einer beispielhaften Form umfasst der wellenförmige Einsatz 420 eine Wellenform mit einer Reihe sich wiederholender Einheiten mit einem blockförmigen U-förmigen Profil, das sich vertikal erstreckt, um im Allgemeinen Kavitäten 422 mit rechteckigem Querschnitt, senkrecht zu den horizontalen Kühlmittelkanälen 414 der Kühlmittel-Teilanordnungen 402 zu bilden. Dieses blockförmige U-förmige Profil nimmt mit zunehmendem Abstand vom axialen Mittelpunkt der Betriebseinheit zu. Zum Beispiel enthält der Einsatz 420 Dimensionen einer Breite von 24 Inch, einer Länge von 24 Inch und einer variablen Dicke, entsprechend dem Abstand vom axialen Mittelpunkt. In dieser beispielhaften Ausführungsform nimmt die Dicke allmählich von 0,063 Inch an der Innenseite der Betriebseinheit 400 auf 0,313 Inch an der Außenseite der Betriebseinheit zu. Zum Beispiel, und nicht als Einschränkung, hat der Einsatz 420 Grenzflächen, die einem pyramidenstumpfförmigen horizontalen Querschnitt ähnlich sind. Innerhalb der Kavitäten 422 kann der Einsatz 420 einen Katalysator (nicht dargestellt) enthalten, wie zum Beispiel, ohne Einschränkung, einen FT-Katalysator. Dieser Katalysator kann auf die Wände des Einsatzes 420 aufgetragen sein und/oder sich in den Kavitäten 422 in Teilchenform befinden.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 33 enthält die Innenseite und die Außenseite der Betriebseinheit 400 entsprechende innere und äußere zylindrische Bänder 430, 432. um das Packen der Kühlmittel- und Reaktion-Teilanordnungen 402, 404 zu erleichtern. Das innere Kühlmittelband 430 enthält mehrere Durchgangsöffnungen (nicht dargestellt), die mit den Öffnungen an den Kühlmittelmikrokanälen 414 in unmittelbarer Nähe des radialen Mittelpunkts ausgerichtet sind, um eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Innenseite des inneren Bandes und den Kühlmittelmikrokanälen bereitzustellen. Das äußere Kühlmittelband 432 enthält mehrere Durchgangsöffnungen (nicht dargestellt), die mit Öffnungen ausgerichtet sind, die aus den Kühlmittelmikrokanälen 414, am weitesten vom radialen Mittelpunkt entfernt, ausgerichtet sind, um eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Außenseite des äußeren Bandes und den Kühlmittelmikrokanäle bereitzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 37 ist eine einzige Kühlmittel-Einlassrohrleitung 440 an das innere zylindrische Band 430 geschweißt, um Kühlmittel in das Innere des zylindrischen Bandes und danach durch die Kühlmittelmikrokanäle 414 zu leiten. Zum Sammeln des Kühlmittels, das aus den Kühlmittelmikrokanälen 414 austritt, ist eine ringförmige Hülle 444 an die Außenseite des zylindrischen Bandes 432 geschweißt, um eine abgedichtete zylindrische Kavität bereitzustellen, die das zylindrische Band umgibt und das gesamte Kühlmittel sammelt, das aus den Mikrokanälen austritt. In einer beispielhaften Form enthält die Hülle 444 ein Paar von Rohrleitungen 446, 448, die jeweils die flüssige Phase und die Dampfphase des Kühlmittels leiten, das aus den Kühlmittelkanälen austritt. Rohmaterialien werden an die Reaktanten-Teilanordnungen unter Verwendung einer Beschickungsrohrleitung 452 geleitet, die an eine hohle, ringförmige Kappe 454 geschweißt ist, die selbst an die oberen Ränder der zylindrischen Bänder 430, 432 geschweißt ist. Auf diese Weise wird eine fluiddichte Dichtung zwischen der Innenseite der Beschickungsrohrleitung 452 und den Reaktionsmikrokanälen gebildet. Gleichzeitig verhindert diese fluiddichte Dichtung das Mischen des Einlasskühlmittelstroms mit dem (den) Rohmaterial(ien), das (die) in einem der Reaktionsmikrokanäle strömt (strömen). Ebenso enthält die Auslassseite der Reaktionsmikrokanäle eine hohle ringförmige Kappe 458, die selbst an die unteren Ränder der zylindrischen Bänder 430, 432 geschweißt ist, um eine fluiddichte Dichtung zu bilden und alle Materialien zu erfassen, die aus den Reaktionsmikrokanälen ausströmen. Diese Kappe 458 hat eine Öffnung, die teilweise durch eine Auslassrohrleitung 460 definiert ist, die an die Kappe geschweißt ist, um den Auslassstrom von der Kappe wegzuleiten.
  • Unter Bezugnahme auf 38–42 sind mehrere Mikrokanalmodule 10 in eine weitere beispielhafte Mikrokanalbetriebseinheit 500 eingegliedert. Diese beispielhafte Mikrokanalbetriebseinheit 500 enthält acht Mikrokanalmodule 10, wobei eine Reihe von Retentionsringen 502 verwendet wird, die vertikal voneinander beabstandet und an die Mikrokanalmodule geschweißt sind. Wie in 40 und 41 dargestellt, sind fünf Retentionsringe 502 gleichmäßig voneinander beabstandet, wobei der obere der fünf Ringe am oberen Umfangsrand jedes der Module 10 montiert ist und der untere der fünf Ringe am unteren Umfangrand jedes der Module montiert ist. Zur Erleichterung der Montage an den Modulen 10 hat jeder der Retentionsringe 502 dieselbe Form. Diese Form ist kreisförmig und enthält einen Durchmesser von 144 Inch und eine Dicke von 0,75 Inch. Ein axial zentriertes kreisförmiges Loch 506 ist durch jeden Retentionsring 502 gebildet. Um den Umfang des kreisförmigen Lochs 506 sind acht quadratische Löcher 508 angeordnet, die eine derartige Größe haben, dass sie auf den Außenumfang der Module 10 abgestimmt sind. In einer beispielhaften Form haben die quadratischen Löcher eine Seitenlänge von 24 Inch. Jedes der quadratischen Löcher 508 weist den gleichen Abstand zu den anderen Löchern 508 auf, aber die Löcher sind dem kreisförmigen Loch 506 näher als dem Umfang 510 der Ringe. Wie in der Folge ausführlicher besprochen wird, stellt diese zusätzliche Beabstandung von den Löchern 508 am Umfangsrand einen zusätzlichen Raum bereit, um den Kühldampf von der Kühlflüssigkeit zu trennen, die aus den Mikrokanal-Kühlmittel-Teilanordnungen austritt.
  • Unter Bezugnahme auf 38 ist zur Sicherstellung einer strömungstechnischen Verbindung zwischen einer Einlasskühlmittelrohrleitung 514 und dem Inneren der Kühlmittelmikrokanäle ein Reihe vertikaler Teiler 516 zwischen den Ringen 502 eingesetzt, die mit den Ringen zusammenwirken, um eine rechteckige Öffnung zu definieren, die in abgedichteter strömungstechnischer Verbindung mit dem Inneren der Einlasskühlmittelrohrleitung 514 steht, nicht aber in bereiter Verbindung mit der Außenseite des Mikrokanalmoduls. In dieser beispielhaften Ausführungsform badet das Kühlmittel die Mikrokanalmodule 10 und die Außenseite der Module steht in engem Kontakt mit dem Kühlmittel, das aus den Modulen austritt, außer an Flächen in Verbindung mit den Reaktormikrokanälen. In dieser beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich die Einlasskühlmittelrohrleitung 514 durch das kreisförmige Loch 506 jedes Rings 502 und enthält eine Reihe von um den Umfang verlaufenden Öffnungen, die dazu ausgebildet sind, mit den Öffnungen der Kühlmittelmikrokanal-Teilanordnung der Module ausgerichtet zu werden. Auf diese Weise leitet die Einlassrohrleitung 514 das Kühlmittel gleichzeitig zu allen Modulen 10.
  • Zum Einfangen des Kühlmittels, das aus den Modulen 10 austritt, sind die Ringe 502 um den Umfang durch ein kreisförmiges Band 518 begrenzt. Der obere Ring 502 enthält auch eine Umfangsöffnung (nicht dargestellt), die von einer Kühldampfauslassrohrleitung 520 umgeben ist, um Kühldampf zu sammeln und abzuziehen, der aus den Modulen 10 austritt. Ebenso enthält der untere Ring 502 eine Umfangsöffnung (nicht dargestellt), die von einer Kühlflüssigkeitsauslassrohrleitung 524 umgeben ist, um Kühlflüssigkeit zu sammeln und abzuziehen, die aus den Modulen 10 austritt.
  • Unter Bezugnahme auf 38 und 39 ist zwischen der Einlasskühlmittelrohrleitung 514 und den Auslasskühlmittelrohrleitungen 520, 524 ein Paar von Kappen 530, 532 eingesetzt, die Reaktanten an die Reaktormikrokanäle verteilen und Produkte ableiten, die aus den Reaktormikrokanälen austreten. Insbesondere enthält jede Kappe 530 eine kreisförmige, halbzylindrische Form, die an der Außenseite konvex und an der Innenseite konkav ist. Der Innenraum steht mit der Einlassseite jeder der Reaktormikrokanäle der Module 10 in strömungstechnischer Verbindung und nimmt Reaktanten über eine abgedichtete strömungstechnische Verbindung mit einer Einlassrohrleitung 536 auf. Sobald die Reaktanten in den Reaktormikrokanälen reagiert haben, wird der Auslass aus diesen Mikrokanälen in der zweiten Kappe 532 gesammelt. Ähnlich wie bei der Einlasskappe 530 umfasst die Auslasskappe 532 eine kreisförmige, halbzylindrische Form, die an der Außenseite konvex und an der Innenseite konkav ist. Um Produkte aus der Auslasskappe 532 auszulassen, ist eine Auslassrohrleitung 538 an die Auslasskappe geschweißt, um eine fluiddichte Dichtung dazwischen zu bilden und die Innenseite der Auslasskappe mit der Innenseite der Auslassrohrleitung zu verbinden. Insbesondere ist jede Kappe 530, 532 um den Umfang an einen entsprechenden Ring 502 geschweißt, um eine fluiddichte Dichtung zwischen der Kappe und dem Ring sicherzustellen. Auf diese Weise wird Fluid, das in die Reaktormikrokanäle eintritt oder aus diesen austritt, nicht mit dem Kühlfluid gemischt.
  • Unter Bezugnahme auf 43 enthält ein beispielhafter Turm 600 mehrere Mikrokanalbetriebseinheiten 500 mit einigen geringen Modifizierungen. Anstelle der Verwendung eines kreisförmigen Bandes 518 zum Binden der Ringe 502 verwendet der Turm ein zylindrisches Gehäuse 602, das einen Kühldampfauslass 604 an der Oberseite und einen Kühlflüssigkeitsauslass 606 an der Unterseite enthält. Ebenso leitet dieselbe Kühlmittel-Einlassrohrleitung 514 Kühlmittel zu jeder der Betriebseinheiten 500. Und der Turm 600 verwendet auch eine gemeinsame Reaktanten-Einlassrohrleitung 536 für jede der Betriebseinheiten 500, während auch eine gemeinsame Produktauslassrohrleitung 538 für jede der Betriebseinheiten verwendet wird. Sonst bleiben die Komponenten und der Betrieb der Betriebseinheiten unverändert.
  • Unter Bezugnahme auf 44 zeigt eine beispielhafte Skizze 700, wie die beispielhaften Ausführungsformen mit im Handel erhältlichen Komponenten integriert werden können, um eine funktionierende FT-Anlage bereitzustellen. In einer beispielhaften Form können ein oder mehrere Module 10 (siehe 1) in eine Mikrokanalbetriebseinheit 702 eingegliedert werden. In einer beispielhaften Form sind die Module FT-Reaktormikrokanäle mit Kühlmittelkanälen, die zwischen den Reaktormikrokanälen liegen. Diese Betriebseinheiten 702 können in einer Bank 704 angeordnet sein, um mehrere Betriebseinheiten zu umfassen. Jede Bank 704 kann als eine eigenständige Anordnung hergestellt oder in eine größere Mikrokanalanordnung eingegliedert werden. In einer beispielhaften Form sind mehrere Bänke 704 hergestellt und auf einer griffbereiten tragbaren Struktur, wie einem Schlitten, angeordnet. Diese tragbare Struktur enthält die notwendigen Rohrverbindungen zur Aufnahme mindestens eines Kühlmittel-Einlassstroms, mindestens eines Kühlmittel-Auslassstroms, mindestens eines FT-Reaktantenstroms und mindestens eines FT-Produktstroms. In einer beispielhaften Form kann der FT-Produktstrom zu einem FT-Flüssigkeits-Dampf-Abscheider 710 und/oder einem FT-Wachsdampf-Flüssigkeits-Abscheider 712 geleitet werden. Jede dieser Vorrichtungen 710, 712 kann auch an einen entsprechenden FT-Wachskondensator 714 und einen FT-Flüssigkeitskondensator 716 angeschlossen sein. Zum Kühlen des Kühlmittels, das aus den Bänken 704 austritt, kann der Auslasskühlmittelstrom mittels einer Kühlmittelpumpe 720 durch eine Dampftrommel 722 geleitet und danach zur Einlasskühlmittelseite der Bänke zurückgeleitet werden. Offensichtlich enthält die Skizze nicht alle notwendigen Rohrleitungen, sondern es wird einfach nur gezeigt, wie die hierin offenbarten Mikrokanalvorrichtungen in im Handel erhältliche Prozessgeräte eingegliedert werden können, um eine FT-Anlage mit kleinem Fußabdruck mit derselben oder einer höheren FT-Produktausbeute zu bilden.
  • Unter Bezugnahme auf 45–48 und 53 enthält ein beispielhafter Mikrokanalreaktor 800 mehrere Kerne 802, wobei jeder Kern 802 mehrere Teilstapel 804 umfasst. Jeder Teilstapel 804 umfasst mehrere Stapel 806, die gemäß dem zuvor beschriebenen Prozess zur Herstellung der Mikrokanalmodulvorrichtung 10 hergestellt sind, die mehrere Mikrokanal-Kühlmittel- und Reaktions-Teilanordnungen 12, 14 enthielt (mit der Ausnahme, dass jede beispielhafte Reaktions-Teilanordnung 812 zwei Wellenformen 44 anstelle der drei Wellenformen enthält, die als Teil der vorangehenden Reaktions-Teilanordnung 14 beschrieben sind).
  • In einer beispielhaften Form umfasst jeder Stapel 806 abwechselnde Mikrokanal-Kühlmittel- und Reaktions-Teilanordnungen 810, 812, die dreißig Schichten dick sind (fünfzehn Mikrokanal-Kühlmittel-Teilanordnungen 810 und fünfzehn Reaktions-Teilanordnungen 812). Die Ränder der Teilanordnungen 810, 812 sind abgeschrägt, so dass ein Umfangsschweißen zum Verbinden der Teilanordnungen möglich ist. An der Oberseite und Unterseite jedes Stapels 806 ist ein Metallabstandsblech 814 mit einer Dicke von etwa 0,125 Inch montiert, um einen Teilstapel 804 zu konstruieren. Nach Vollendung jedes Teilstapels 804 sind die beispielhaften Dimensionen 24,0 Inch Länge, 24,0 Inch Breite und 5,0 Inch Höhe.
  • Mehrere Teilstapel 804, in einer beispielhaften Form acht Teilstapel, sind zusammengestapelt, so dass die Einlässe der Kühlmittel-Teilanordnung 810 alle an einer einzigen Seite angeordnet sind, während die Auslässe der Kühlmittel-Teilanordnung 810 alle an der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind. Ebenso sind die mehreren Teilstapel 804 so zusammengestapelt, dass die Einlässe der Reaktions-Teilanordnung 812 alle an einer einzigen Seite angeordnet sind, während die Auslässe der Reaktions-Teilanordnung 812 alle an der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind. Auf diese Weise ist die Richtung des Fluidstroms in und aus jedem Teilstapel 804 dieselbe, wodurch die Fluidverteilung bei den Teilanordnungen 810, 812 vereinfacht wird. Jedes der Metallabstandsbleche 814 ist abgeschrägt, um ein Umfangsschweißen benachbarter Abstandsbleche zu ermöglichen, um den Teilstapel 804 mit einem anderen zur Bildung des Kerns 802 zu verbinden. In dieser beispielhaften Ausführungsform hat der Kern 802 beispielhafte Dimensionen von 24,0 Inch Länge, 24,0 Inch Breite und 40,0 Inch Höhe.
  • Unter Bezugnahme auf 49 und 50 ist der beispielhafte Kern 802 an einer Reihe von rechteckigen Grenzflächenstützen 820, 822 mit abgeschrägten Rändern und mit Langen, die im Wesentlichen dieselbe Dimension wie die Dicke des Kerns haben, montiert. In dieser Ausführungsform gibt es vier Kühlmittel-Grenzflächenstützen 820, jede mit einer Länge von 40,0 Inch, einer Breite von 6,5 Inch und einer Dicke von 1,5 Inch. Es gibt auch vier Reaktanten-Grenzflächenstützen 822, jede mit einer Länge von 40,0 Inch, einer Breite von 4,0 Inch und einer Dicke von 1,0 Inch. Jede der vier Reaktanten-Grenzflächenstützen 822 ist vertikal entlang ihrer Länge ausgerichtet und so positioniert, dass sie sich senkrecht von einer der Reaktantenflächen 824 weg erstreckt. Insbesondere ist der ferne Rand jeder Reaktantenfläche 824 entlang der Länge einer Seite einer entsprechenden Reaktanten-Grenzflächenstütze 822 geschweißt. Zusätzlich ist jede der vier Kühlmittel-Grenzflächenstützen entlang ihrer Länge ausgerichtet und so positioniert, dass sie sich senkrecht von einer entsprechenden Reaktanten-Grenzflächenstütze 822 erstreckt. Insbesondere ist ein längslaufendes Ende (nicht an den Kern 802 geschweißt) jeder Reaktanten-Grenzflächenstütze 822 an ein längslaufendes Ende einer entsprechenden Kühlmittel-Grenzflächenstütze 820 geschweißt, wodurch es sich senkrecht in Bezug auf eine entsprechende Kühlmittelfläche 826 erstreckt. Entsprechende obere und untere rechteckige Platten 830 sind an entsprechende flache obere und untere Flächen des Kerns 802 montiert und so ausgerichtet, dass die längslaufende Dimension jeder Platte jede Reaktantenfläche 824 des Kerns um 4,0 Inch überlappt und die Breitendimension jeder Kühlmittelfläche 824 den Kern um 6,5 Inch überlappt. Ebenso sind die entsprechenden Enden der rechteckigen Grenzflächenstützen 820, 822 an den rechteckigen Platten 830 montiert, um einen rechteckigen Hof zu bilden. In einer beispielhaften Form hat der rechteckige Hof 832 an der Reaktantenseite eine Dimension von 42,0 Inch Länge, 24,0 Inch Breite und 4,0 Inch Höhe, während der rechteckige Hof 834 an der Kühlmittelseite eine Dimension von 42,0 Inch Länge, 32,0 Inch Breite und 4,0 Inch Höhe hat.
  • Unter Bezugnahme auf 51 enthält jede der vier Reaktanten-Grenzflächenstützen 822 eine Reihe von T-förmigen vertikalen Kanäle 840, die entlang der Länge jeder Stütze voneinander beabstandet sind. In einer beispielhaften Form sind die Kanäle 840 komplementärer Reaktanten-Grenzflächenstützen 822 dazu ausgebildet, entlang des inneren Umfangs des Hofs 832 an der Reaktantenseite einander zugewandt und miteinander ausgerichtet zu sein. Wie in der Folge ausführlicher besprochen wird, ist jeder dieser Kanäle 840 dazu ausgebildet, das Ende einer Edelstahlschraube 856 aufzunehmen. Die Dimensionen des T-förmigen vertikalen Kanals 840 sind so gewählt, dass der Kopf und Schaft der Schraube 856 vertikal verstellbar sind, wobei aber der Kopf der Schraube an einer Drehung gehindert wird, während er im Kanal aufgenommen ist. Unterhalb der T-förmigen vertikalen Kanäle 840, ist eine längslaufende rechteckige Kerbe 844 in jeder Stütze 822 ausgebildet. In einer beispielhaften Form sind die Kerben 844 komplementärer Reaktanten-Grenzflächenstützen 822 so ausgebildet, dass sie einander zugewandt und miteinander entlang des inneren Umfangs des Hofs 832 an der Reaktantenseite ausgerichtet sind. Ebenso enthalten die oberen und unteren Platten 830 auch eine längslaufende rechteckige Kerbe 844 entlang des inneren Umfangs des Hofs 832 an der Reaktantenseite.
  • Wie in 52 dargestellt, weist die rechteckige Kerbe 844 eine derartige Größe auf, dass ein Katalysatorsieb 846 aufgenommen wird, das teilweise um ein hohles Rohr 848 gewunden ist. In dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst das Sieb 846 ein Edelstahlnetz mit einer durchschnittlichen Partikelöffnung von 0,023 Inch (d. h., Maschengröße 270 × 270 mit einem Draht von 0,0014 Durchmesser), während das Rohr 848 eine 96 Kaliber (0,006 Inch Wanddicke) Kupferrohrleitung umfasst. Auf diese Weise stimmen der Durchmesser des Rohres 848 und die Dicke des Siebs 846 überein, um die Breitendimension der Kerbe 844 einzunehmen, so dass, wenn das Rohr (mit dem darum geschlungenen Sieb 846) in eine Kerbe eingesetzt wird, ein signifikanter Kraftaufwand notwendig ist, um das Rohr in das Innere der Kerbe zu schieben, wodurch eine Reibungspassung erzeugt wird, um das Sieb im Allgemeinen fest zwischen gegenüberliegenden Kerben zu halten.
  • Unter Bezugnahme auf 53–56 enthält der beispielhafte Mikrokanalreaktor 800 ein Paar von Retentions-Teilanordnungen 850, um den teilchenförmigen Katalysator in Mikrokanälen der Reaktions-Teilanordnungen 812 zu halten. Es sollte festgehalten werden, dass die Retentions-Teilanordnungen 850 Spiegelbilder voneinander sind, wobei eine Teilanordnung an der Einlassseite der Reaktions-Teilanordnungen 812 angeordnet ist, während die zweite Teilanordnung an der Auslassseite der Reaktions-Teilanordnungen 812 angeordnet ist. Daher erfolgt der Kürze wegen nur eine Besprechung einer der Teilanordnungen 850.
  • In dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst jede Retentions-Teilanordnung 850 ein Sieb 846, einen rechteckigen Rohrrahmen 848, vier poröse Schaumeinsätze 852, und vier Retentionsrahmen 854, gemeinsam mit entsprechenden Befestigungselementen 856 zur Befestigung der Rahmen an den Reaktanten-Grenzflächenstützen 822. Wie zuvor besprochen wird das Sieb 846 um den rechteckigen Rohrrahmen 848 gelegt und in die Kerben 844 entlang des inneren Umfangs des Hofs 832 an der Reaktantenseite eingesetzt.
  • Sobald das Sieb 846 eingebaut ist, werden die vier poröse Schaumeinsätze 852 nebeneinander auf die Oberseite des Siebs 846 gelegt, um die Fläche des Siebs abzudecken, die mit dem teilchenförmigen Katalysator (nicht dargestellt) in Kontakt kommt. Es sollte festgehalten werden, dass mehr als vier Schaumeinsätze 852 oder weniger als vier Schaumeinsätze verwendet werden können, solange die Fläche des Siebs 846, die mit dem teilchenförmigen Katalysator in Kontakt kommt, im Wesentlichen abgedeckt ist. In dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst jeder Schaumeinsatz 852 geschäumten Edelstahl mit einer Porengröße von 65 Poren pro linearem Inch und einer Toleranz von 0,006 Inch für die Länge, Breite und Dicke. Die Schaumeinsätze 852 dienen als Stütze für das leichter verformbare Sieb 846.
  • Um die Einsätze 852 in Position zu halten, enthalten die beispielhaften Retentions-Teilanordnungen 850 vier Retentionsrahmen 854 und entsprechende Befestigungselemente 856, die zur Befestigung der Retentionsrahmen an Reaktanten-Grenzflächenstützen 822 verwendet werden. In einer beispielhaften Form ist ein einziger Retentionsrahmen 854 für jeden Schaumeinsatz 852 vorgesehen, aber es sollte festgehalten werden, dass dieses Verhältnis nicht erforderlich ist. Mit anderen Worten, es können mehrere Retentionsrahmen 854 für einen einzigen Schaumeinsatz 852 vorgesehen sein oder es kann ein einziger Retentionsrahmen für mehrere Schaumeinsätze vorgesehen sein. In dieser beispielhaften Ausführungsform werden die Retentionsrahmen 854 aus Edelstahl hergestellt und umfassen eine rechteckige Form und eine vertikale Versteifungsrippe 860. An den Enden des rechteckigen Rahmens 854 befindet sich eine Reihe von Laschen 862 mit längslaufenden Schlitzen, um ein hindurchgehendes Gewindeende einer Schraube 856 aufzunehmen. Dieser längslaufende Schlitz sorgt für eine vertikale Einstellbarkeit der Schraube 856 in Bezug auf den Rahmen 854. In einer beispielhaften Form werden acht Schrauben und entsprechende Mutter zur Montage jedes Rahmens 854 an den gegenüberliegenden Reaktanten-Grenzflächenstützen 822 verwendet. Insbesondere ist jeder Schraubenkopf 856 in einen entsprechenden T-förmigen vertikalen Kanal 840 einer Reaktanten-Grenzflächenstütze 822 so eingesetzt, dass das Gewindeende der Schraube sich durch den längslaufenden Schlitz der Lasche 862 erstreckt. Danach wird der Rahmen 854 in einer Ebene gegen den Schaumeinsatz 852 geschoben und die Mutter 856 wird in Bezug auf die Schraube festgezogen, um den Rahmen in dieser Position zu halten. Dieser Prozess wird wiederholt, bis jeder Rahmen 854 in Position gesichert ist.
  • Wie in der Folge ausführlicher besprochen wird könnte der Katalysator, der in den Reaktionsmikrokanälen der Reaktion-Teilanordnungen 812 untergebracht ist, getauscht oder regeneriert werden müssen. In jedem Fall erfordert dies höchstwahrscheinlich die Entfernung des Katalysators aus den Reaktionsmikrokanälen. Bevor dies aber erfolgen kann, muss mindestens eine der Retentions-Teilanordnungen 850 (vorzugsweise beide Teilanordnungen) entfernt werden, um Zugang zu dem Katalysator zu erlangen. Zur Entfernung jeder Teilanordnung 850 wäre der zuvor für das Einbauen der Teilanordnung beschriebene Prozess umgekehrt auszuführen. Nämlich die Rahmen 854 würden entfernt werden, danach würden die Schaumeinsätze 852 entfernt werden und dann würde das Sieb 846 zuletzt entfernt werden, wodurch ein direkter Zugang zu dem Katalysator in den Reaktanten-Mikrokanälen geschaffen wird.
  • Unter Bezugnahme auf 57–63 können mehrere Mikrokanalreaktoren 800 als Teil einer Mikrokanaleinheit 870 aneinander montiert werden. Es folgt eine Besprechung, die beschreibt, wie mehrere Mikrokanalreaktoren 800 zur Herstellung einer Mikrokanaleinheit 870 verwendet werden können.
  • Unter Bezugnahme auf 57 sind drei Mikrokanalreaktoren 800 Ende an Ende positioniert und aneinander montiert (ohne Retentions-Teilanordnungen 850 dargestellt). In einer beispielhaften Form enthält jeder Mikrokanalreaktor vier Seiten, wobei eine erste Seite eine Reaktanten-Einlassseite 880 umfasst, eine zweite Seite (90 Grad in Bezug auf die erste Seite abgewinkelt) eine Kühlmittel-Einlassseite 882 umfasst, eine dritte Seite (90 Grad in Bezug auf die zweite Seite und 180 Grad in Bezug auf die erste Seite abgewinkelt) eine Produkt-Auslassseite 884 umfasst und eine vierte Seite (90 Grad in Bezug auf die dritte Seite und 90 Grad in Bezug auf die erste Seite abgewinkelt) eine Kühlmittel-Auslassseite 886 umfasst. Und die vier Seiten sind so ausgerichtet, dass, wenn die Mikrokanalreaktoren 800 aneinander montiert sind, alle der Reaktanteneinlässe 880 an derselben Seite liegen, wie auch die Kühlmitteleinlässe 882, die Produktauslässe 884 und die Kühlmittelauslässe 886. Nach dem Ausrichten und Montieren der Mikrokanalreaktoren 800 aneinander werden die kreisförmigen Endplatten 890 an der freiliegenden Oberseite und Unterseite der Reaktoren montiert. An diesem Punkt kann die Gestaltung, die in 57 dargestellt ist, mehreren Herstellungswegen folgen.
  • Ein erster dieser Herstellungswege ist in 58 dokumentiert. In einer beispielhaften Form werden die Mikrokanalreaktoren 800 und kreisförmigen Endplatten 890 axial in einen zylindrischen Mantel 900 eingesetzt, so dass die längslaufenden Enden des Mantels im Wesentlichen in einer Ebene mit den kreisförmigen Endplatten liegen. Dieser zylindrische Mantel 900 hat einen längslaufenden, horizontalen kreisförmigen Querschnitt und ist vorbearbeitet, um eine Reihe von Öffnungen 902, 904 zu enthalten. Eine erste dieser Öffnungen 902 wird sechsmal wiederholt und umfasst eine ziemlich große kreisförmige Öffnung. Diese Öffnungen 902 sind in Längsrichtung an gegenüberliegenden Seiten (drei an jeder Seite) des Mantels 900 voneinander beabstandet, um drei Öffnungen an der Reaktanten-Einlassseite 880 der drei Mikrokanalreaktoren 800 und drei Öffnung an der Produkt-Auslassseite 884 der Mikrokanalreaktoren bereitzustellen. Eine zweite dieser Öffnungen 904 wird neunmal wiederholt und umfasst eine kleinere kreisförmige Öffnung. Diese Öffnungen 904 sind in Längsrichtung an gegenüberliegenden Seiten des Mantels 900 voneinander beabstandet, um drei Öffnungen an der Kühlmittel-Einlassseite 882 der drei Mikrokanalreaktoren 800 und sechs Öffnungen an der Kühlmittel-Auslassseite 886 der Mikrokanalreaktoren bereitzustellen. Sobald der Mantel wie oben beschrieben richtig positioniert ist, wird der Mantel an den Mikrokanalreaktoren 800 und kreisförmigen Endplatten 890 montiert, so dass Fluid, das in die drei Öffnungen 902 am nächsten der Reaktanten-Einlassseite 880 eintritt, nicht mit der Kühlmittel-Einlassseite 882 oder der Kühlmittel-Auslassseite 886 in Verbindung steht. Ebenso steht Fluid, das in die drei Öffnungen 904 eintritt, die der Kühlmittel-Einlassseite 882 am nächsten sind, weder mit der Reaktanten-Einlassseite 880 noch der Produkt-Auslassseite 884 in Verbindung. Anschließend wird jede der vier Seiten 880–886 von einer anderen isoliert, mit Ausnahme einer Verbindung, die in den Mikrokanalreaktoren 800 vorhanden ist. Die vollendete Anordnung ist in 61 dargestellt.
  • Ein zweiter dieser Herstellungswege ist in 59 und 60 dokumentiert. In einer beispielhaften Form, sind entsprechende Seitenplatten 920–926 an der Reaktanten-Einlassseite 880, der Kühlmittel-Einlassseite 882, der Produkt-Auslassseite 884 und der Kühlmittel-Auslassseite 886 montiert. Insbesondere hat eine erste Platte 920 ein bogenförmiges Profil und enthält drei Öffnungen 928, die einen Zugang zu der Kühlmittel-Einlassseite 882 der drei Mikrokanalreaktoren 800 bereitstellen. Eine zweite Platte 922 hat auch ein bogenförmiges Profil und enthält sechs Öffnungen 930, die einen Zugang zu der Kühlmittel-Auslassseite 888 der drei Mikrokanalreaktoren 800 bereitstellen. Eine dritte Platte 924 hat auch ein bogenförmiges Profil und enthält drei größere Öffnungen 932, die einen Zugang zu der Reaktanten-Einlassseite 880 der drei Mikrokanalreaktoren 800 bereitstellen. Eine vierte Platte 926 hat auch ein bogenförmiges Profil und enthält drei größere Öffnungen 934, die einen Zugang zu der Produkt-Auslassseite 884 der drei Mikrokanalreaktoren 800 bereitstellen. Jede der entsprechenden Seitenplatten 920–926 ist an den Mikrokanalreaktoren 800 und kreisförmigen Endplatten 890 montiert, so dass Fluid, das in die drei Öffnungen 932 am nächsten der Reaktanten-Einlassseite 880 eintritt, weder mit der Kühlmittel-Einlassseite 882 noch mit der Kühlmittel-Auslassseite 886 in Verbindung steht. Ebenso steht Fluid, das in die drei Öffnungen 928 am nächsten der Kühlmittel-Einlassseite 882 eintritt, weder mit der Reaktanten-Einlassseite 880 noch der Produkt-Auslassseite 884 in Verbindung. Folglich ist jede der vier Seiten 880–886 von einer anderen isoliert, mit Ausnahme einer Verbindung, die in den Mikrokanalreaktoren 800 vorhanden ist. Die vollendete Anordnung ist in 61 dargestellt und ist funktionell dieselbe wie die vollendete Anordnung unter Verwendung des zylindrischen Mantels 900.
  • Unter Bezugnahme auf 61 sind sechs Mannlöcher 940 jeweils an den sechs Öffnungen montiert, die einen direkten Zugang zu den Mikrokanalreaktoren 800 der Reaktanten-Einlassseite 880 und der Produkt-Auslassseite 884 bieten. In einer beispielhaften Form sind die Mannlöcher 940 an den Umfang der Öffnungen geschweißt und enthalten Zugangspunkte, die groß genug sind, um einen sinnvollen Zugang zu den Reaktanten-Mikrokanälen jedes Mikrokanalreaktors bereitzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 62 ist die erhaltene Struktur, die in 61 dargestellt ist, an ihren Enden durch die Montage einer Reihe von Versteifungsstreben 950 verstärkt, die so angeordnet sind, dass sie ineinander greifen und sich sowohl vertikal wie auch Seite zu Seite erstrecken.
  • Wie in 63 dargestellt, hat die erhaltene Struktur von 62 Rohrleitungen und zugehörige Flansche 952, die zur Abgabe von Kühlmittel an die Mikrokanalreaktoren und zum Ableiten von Kühlmittel aus den Mikrokanalreaktoren montiert sind. Zusätzlich sind die Rohrleitungen und zugehörigen Flansche 954 an der erhaltenen Struktur von 62 montiert, um einen Reaktanten an die Mikrokanalreaktoren abzugeben und Produkt aus den Mikrokanalreaktoren abzuleiten.
  • Unter Bezugnahme auf 64–68 könnte jede beispielhafte Mikrokanaleinheit 870 erfordern, dass die Reaktionsmikrokanäle der Reaktions-Teilanordnungen 812 nach der Montage mit Katalysator beladen werden. Zum Laden eines Katalysators in die Reaktionsmikrokanäle und zum Lösen eines verbrauchten Katalysators aus den Reaktionsmikrokanälen enthält die vorliegende Offenbarung eine Ultraschall-Verdichtungseinheit 1000. Zum Beispiel wird die Ultraschall-Verdichtungseinheit 1000 aus Bestandteilen hergestellt, die eine derartige Größe aufweisen, dass das Einsetzen der Ultraschall-Verdichtungseinheit durch ein oder mehrere der Mannlöcher 940 an der Reaktions-Einlassseite möglich ist. Diese kompakte Verdichtungseinheit 1000 löst das Problem eines Zugangs zur Ultraschalltechnologie im Bereich einer Wartung einer Mikrokanaleinheit 870. Insbesondere können größere Ultraschallgeräte verwendet werden, um anfänglich einen Katalysator zu packen, aber diese größeren Geräte sind zur Verwendung beim Laden eines frischen Katalysators durch Wartungstechniker nicht praktisch und können sicher nicht durch eine Mannlochabdeckung eingesetzt werden.
  • Zum Beispiel, und nicht als Einschränkung, kann die Ultraschall-Verdichtungseinheit 1000 von mehreren vormontierten Abschnitten montiert und im Inneren der Mikrokanaleinheit 870 eingebaut werden. Die Mikrokanaleinheit ist so konstruiert, dass sie zur Verwendung der Ultraschall-Verdichtungseinheit ausgebildet ist. Zum Beispiel enthalten die vier Reaktanten-Grenzflächenstützen 822 eine Reihe von T-förmigen vertikalen Kanälen 840, die zum Aufnehmen von Befestigungselementen aus zwei rechtsseitigen Schienenabschnitten, zwei linksseitigen Schienenabschnitten ausgebildet sind. In diesem Beispiel werden fünf vormontierte Abschnitte verwendet. Diese vormontierten Abschnitte umfassen zwei rechtsseitige Schienenabschnitte, zwei linksseitige Schienenabschnitte und eine Schlittenanordnung. Es sollte festgehalten werden, dass die Ultraschall-Verdichtungseinheit 1000 aus weniger oder mehr als fünf vormontierten Abschnitten zusammengebaut werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf 66 ist eine beispielhafte Mikrokanaleinheit 870 mit entfernter dritter Platte 924 (siehe 60) und entferntem ersten Mannloch 940 (siehe 61) nur zu Veranschaulichungszwecken dargestellt, um die eingebaute Position der Ultraschall-Verdichtungseinheit 1000 (in der Mikrokanaleinheit 870) an der Reaktanten-Einlassseite 880 eines ersten der drei Mikrokanalreaktoren 800 zu zeigen. Bevor Zugang zu der Reaktanten-Einlassseite 880 erlangt wird, kann es notwendig sein, die Retentions-Teilanordnungen 850 zu entfernen, die die Oberseite der Reaktions-Teilanordnungen 812 direkt abdecken. Wie in der Folge ausführlicher besprochen wird, enthält die Verdichtungseinheit 1000 eine Verdichtungsschlittenanordnung 1010, die sich entlang eines Paares beabstandeter Schienen 1020 bewegt, um den Inhalt eines vorgegebenen Teils der Reaktions-Teilanordnungen 812 zunehmend Ultraschallwellen auszusetzen, bis alle der Reaktions-Teilanordnungen eines Mikrokanalreaktors 800 verarbeitet sind. Insbesondere gelangt jede der Schienen 1020 mit entsprechenden Reaktanten-Grenzflächenstützen 822 des Mikrokanalreaktors 800 in Eingriff, um die Verdichtungseinheit 1000 am Mikrokanalreaktor 800 zu sichern.
  • Unter Bezugnahme auf 67–69 enthält die Verdichtungseinheit 1000 die Verdichtungsschlittenanordnung 1010, die zahlreiche Komponenten umfasst. Alle der Komponenten der Schlittenanordnung 1010 sind an einer Schlittengrundplatte 1030 montiert. Eine Unterseite der Schlittengrundplatte 1030 enthält vier Vertiefungen, die jeweils einen selbstschmierenden Nockenstößel 1032 aufnehmen. An der Unterseite ist auch ein Paar Ultraschallhörner 1034 montiert.
  • An der oberen Oberfläche der Schlittengrundplatte 1030 ist ein Stiftblock 1040 nahe jedem Ende montiert, der an eine pneumatische Kolbenanordnung 1042 gekoppelt ist. Die Kolbenanordnung 1042 steht mit einem Schnappstift 1044 in Eingriff, der zwischen einer ausgerückten Position und einer zurückgezogenen Position verstellbar ist. Wie in der Folge ausführlicher besprochen wird, wenn sich der Schnappstift 1044 in seiner ausgerückten Position befindet und in einer von mehreren Öffnungen 1046 einer entsprechenden Schiene 1020 aufgenommen ist, ist die Schlittenanordnung 1010 in Bezug auf die Schienen nicht verstellbar, während, wenn sich der Schnappstift in seiner zurückgezogenen Position befindet, die Schlittenanordnung in Bezug auf die Schienen verstellbar sein kann. Zusätzlich ist ein Kugelstößel 1048 in einer Vertiefung montiert, die sich in das Ende der Schlittengrundplatte 1030 erstreckt. Dieser Kugelstößel 1048 ist ebenso zwischen einer ausgerückten Position und einer zurückgezogenen Position verstellbar, wobei in der ausgerückten Position ein Teil des Kugelstößels in einer von mehreren Öffnungen 1050 einer der Schienen 1020 der Schlittenanordnung 1010 aufgenommen ist, so dass die Schlittenanordnung in Bezug auf die Schienen nicht verstellbar ist, während in der zurückgezogenen Position der Kugelstößel aus der Öffnung herausgezogen wird, so dass die Schlittenanordnung in Bezug auf die Schienen verstellbar ist.
  • Zwischen den pneumatischen Kolbenanordnungen 1042 ist eine Booster-Halterung 1056 zentriert, an der ein Paar von Ultraschallwandlern 1058 montiert ist.
  • In dieser beispielhaften Ausführungsform ist jedes Ultraschallhorn 1034 an einen entsprechenden Ultraschallwandler 1058 gekoppelt. Zur Befestigung des Ultraschallwandlers 1058 in der gewünschten Position enthalten sowohl die Booster-Halterung 1056 wie auch eine Booster-Halterungskappe 1060 einen halbkreisförmigen Ausschnitt. Sobald die Booster-Halterungskappe 1060 an der Booster-Halterung 1056 durch Befestigungselemente (z. B. Schrauben) befestigt ist, können somit die Befestigungselemente festgezogen werden, so dass die Booster-Halterung und -Kappe dazwischen einen entsprechenden Ultraschallwandler 1058 aufnehmen. Die Booster-Halterung 1056 enthält auch eine Ausnehmung, die eine derartige Größe aufweist, dass sie einen Teil eines kompakten Führungszylinders 1064 aufnimmt. Der Führungszylinder führt die Funktion zum Heben und Senken der Ultraschallhörner aus, um einen Kontakt mit der und Druck gegen die Reaktoroberfläche während der Verdichtung und der Anhebung bereitzustellen, so dass eine Bewegung entlang der Schiene möglich ist. An der Rückseite des Führungszylinders 1064 ist eine Klammer 1072 montiert, die auf der Oberseite der Schlittengrundplatte 1030 sitzt. Die Führungsklammer stellt einen Befestigungspunkt für den Führungszylinder bereit, um ihn während des Hebe- und Senkbetriebs stabil zu halten.
  • Jede der zwei beabstandeten Schienen 1020 umfasst trennbare Komponente, um eine Montage im Inneren der beispielhaften Mikrokanaleinheit 870 unter Verwendung eines der Mannlöcher 940 als Austrittsstelle für die Komponenten zu erleichtern. In dieser beispielhaften Ausführungsform enthalten die Schienen 1020 jeweils zwei Abschnitte, die durch einen Schwalbenschwanzschnitt aneinander montiert sind, der sich vertikal durch die Seitenführungen 1080, 1082 erstreckt. Jede Seitenführung ist an einem entsprechenden Winkelabschnitt 1086, 1088 mit einem L-förmigen Neunzig-Grad-Profil montiert. In dieser beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich eine Reihe von Dübeln 1090 durch die Winkelabschnitte 1086, 1088. die in entsprechenden Vertiefungen aufgenommen werden, die im Boden der Seitenführungen 1080, 1082 gebildet sind, um die Winkelabschnitte an den Seitenführungen zu montieren.
  • Wie zuvor kurz besprochen, könnten in jeder beispielhaften Mikrokanaleinheit 870 ihre Reaktionsmikrokanäle der Reaktions-Teilanordnungen 812 nach der Montage mit Katalysator geladen werden müssen. Zum Laden eines Katalysators in die Reaktionsmikrokanäle kann mit dem Entfernen einer der Mannloch- 940 Abdeckungen wie auch der oberen Retentions-Teilanordnung 850 begonnen werden, um die Reaktionsmikrokanäle der Reaktions-Teilanordnungen 812 freizulegen. Sobald die Reaktionsmikrokanäle freiliegen, kann ein teilchenförmiger Katalysator an die Oberseite der Reaktionsmikrokanäle abgegeben werden, wobei der teilchenförmige Katalysator von ausreichend geringer Größe ist, um in die Reaktionsmikrokanäle zu fließen. Dieser Prozess wird ausgeführt, bis fast alle, wenn nicht alle, der Reaktionsmikrokanäle mit teilchenförmigem Katalysator gefüllt zu sein scheinen (d. h., der teilchenförmige Katalysator erscheint an der Oberseite des Reaktionsmikrokanals). An diesem Punkt kann die Ultraschall-Verdichtungseinheit 1000 eingebaut werden.
  • Der Einbau der Ultraschall-Verdichtungseinheit 1000 enthält das Montieren der Schienen 1020 und danach das Befestigen der Schienen an entsprechenden Reaktanten-Grenzflächenstützen 822 (siehe 51). Ebenso wird die Verdichtungsschlittenanordnung 1010 durch das offene Mannloch 940 eingebracht und auf den Schienen 1020 aufgesetzt, so dass die Nockenstößel 1032 auf der horizontalen Oberfläche der Winkelabschnitte 1086, 1088 sitzen. Es sollte festgehalten werden, dass die Schienen 1020 an den Reaktanten-Grenzflächenstützen 822 so befestigt sind, dass die Ultraschallhörner 1034 vertikal über der Mikrokanaleinheit liegen und vertikal gesenkt werden können, um mit dieser in Kontakt zu gelangen. In diesem Beispiel gelangen die Ultraschallhörner mit einer entsprechenden Kühlmittel-Teilanordnung 810 in Kontakt, die zwischen Reaktanten-Teilanordnungen 812 liegen, wenn sich der Schnappstift 1044 in seiner ausgerückten Position befindet und in einer von mehreren Öffnungen 1046 einer der entsprechenden Seitenführungen 1080, 1082 aufgenommen ist. In einer beispielhaften Form enthalten die Seitenführungen 1080, 1082 jeweils neununddreißig Öffnungen 1046, die insgesamt neununddreißig Kühlmittel-Teilanordnungen 810 entsprechen, die zwischen vierzig Reaktanten-Teilanordnungen 812 liegen (die tatsächliche Anzahl ist in diesen Figuren die doppelte, da jedes Horn 1034 über einem anderen Satz von Teilanordnungen liegt).
  • Beginnend bei Öffnung #1 werden die Schnappstifte 1044 in ihre ausgerückte Position bewegt und in Öffnung #1 1046 aufgenommen. Danach werden die Hörner 1034 gesenkt, um mit der ersten Kühlmittel-Teilanordnung 810 in Kontakt zu gelangen, und definitiv gegen diese gepresst. Die Ultraschallhörner 1034 werden dann für eine vorbestimmte Zeit (z. B. für zehn Sekunden) aktiviert, wodurch der Katalysator in jeder der benachbarten Reaktanten-Teilanordnungen 812 verdichtet wird. Jedes der Hörner 1034 wird deaktiviert und angehoben, gefolgt von einer Bewegung der Schnappstifte 1044 in ihre zurückgezogene Position. Danach wird die Schlittenanordnung 1010 verstellt, so dass die Schnappstifte 1044 in axiale Ausrichtung mit Öffnung #2 bewegt werden. Die Schnappstifte 1044 werden in ihre ausgerückte Position bewegt, die Hörner 1034 werden gesenkt und aktiviert, um den Katalysator in jeder der benachbarten Reaktanten-Teilanordnungen 812 zu verdichten. Dieser Prozess wird wiederholt, bis alle Reaktanten-Teilanordnungen 812 verdichtet sind. Es ist wichtig, anschließend diesen Prozess auszuführen, um Ultraschallenergie an verschiedenen Flächen der Oberfläche der Einheit bereitzustellen, um eine gleichförmige Packung zu erreichen. Es sollte festgehalten werden, dass die Steuerung der Schlittenanordnung 1010 und ihrer Komponenten jede Kombination einer manuellen oder automatischen Manipulation sein kann.
  • Nach der ersten Verdichtungsrunde weisen die Reaktionsmikrokanäle zwischen sechs bis acht Inch Variation in der Katalysatorpackung auf. Es ist bevorzugt, dass der Katalysator in allen Reaktionsmikrokanälen gleichförmig gepackt ist, so dass zusätzlicher Katalysator hinzugefügt wird und im Wesentlichen über den Mikrokanälen nivelliert wird. Danach wird eine zweite Verdichtungsrunde unter Verwendung der Ultraschall-Verdichtungseinheit 1000 ausgeführt, die derselben Abfolge wie oben für die erste Runde besprochen folgt. Nach einer zweiten Verdichtungsrunde weisen die Reaktionsmikrokanäle etwa ein halbes Inch Variation in der Katalysatorpackung auf. Ein dritter Katalysator-Zugabeschritt wird ausgeführt, gefolgt von einer dritten Verdichtungsrunde. Die Abfolge der Katalysatorzugabe und -verdichtung kann so oft wie notwendig wiederholt werden, um die gewünschte Katalysatorverdichtung in den Reaktionsmikrokanälen der Reaktanten-Teilanordnungen 812 zu erreichen. Wenn die gewünschte Verdichtung erreicht ist, wird die Ultraschall-Verdichtungseinheit 1000 demontiert und von der Mikrokanaleinheit 870 durch das erste Mannloch 940 entfernt. Danach wird die Retentions-Teilanordnung 850 eingebaut, die die Oberseite der Reaktions-Teilanordnungen 812 direkt abdeckt, gefolgt von einer Abdeckung des Mannlochs 940.
  • Es liegt auch im Umfang der Offenbarung, die Ultraschall-Verdichtungseinheit 1000 zum Entfernen von verbrauchtem Katalysator aus den Reaktanten-Teilanordnungen 812 zu verwenden. Diese beispielhafte Abfolge ist besonders für eine Wartung vor Ort der Mikrokanaleinheit 870 wichtig, nachdem sie permanent eingebaut war und betrieben wurde, bei der aber der verbrauchte Katalysator regeneriert oder getauscht werden muss. Eine beispielhafte Abfolge beginnt mit dem Entfernen sowohl der oberen wie auch unteren Abdeckung des Mannlochs 940 für die beispielhafte Mikrokanaleinheit 870. Danach werden sowohl die obere wie auch untere der Retentions-Teilanordnungen 850, die die obere und untere der Reaktions-Teilanordnungen 812 direkt abdecken, entfernt. Die Komponenten der Verdichtungseinheit 1000 werden dann durch das obere Mannloch 940 eingesetzt und so montiert, dass die Schienen an einem entsprechenden Winkelabschnitt 1086, 1088 montiert werden und die Schlittenanordnung 1020 auf den Schienen 1020 laufen kann.
  • Beginnend bei Öffnung #1 werden die Schnappstifte 1044 in ihre ausgerückte Position bewegt und in der Öffnung #1 1046 aufgenommen. Danach werden die Hörner 1034 gesenkt, um mit der ersten Kühlmittel-Teilanordnung 810 in Kontakt zu gelangen. Die Ultraschallhörner 1034 werden dann für eine vorbestimmte Zeit (z. B. für zehn Sekunden) aktiviert, wobei der Katalysatorkuchen aus dem Inneren der Reaktanten-Teilanordnungen 812 gelöst wird. Der gelöste Katalysator fällt aus dem unteren der Reaktanten-Mikrokanäle und wird gesammelt und über das untere Mannloch entfernt. Jedes der Hörner 1034 wird deaktiviert und angehoben, gefolgt von der Bewegung der Schnappstifte 1044 in ihre zurückgezogene Position. Danach wird die Schlittenanordnung 1010 verstellt, so dass die Schnappstifte 1044 in axiale Ausrichtung mit Öffnung #2 bewegt werden. Die Schnappstifte 1044 werden in ihre ausgerückte Position bewegt, die Hörner 1034 werden gesenkt und aktiviert, um weiteren Katalysator aus dem Inneren jeder der benachbarten Reaktanten-Teilanordnungen 812 zu lösen. Dieser Prozess wird wiederholt, bis der gesamte oder im Wesentlichen der gesamte Katalysator aus den Reaktanten-Teilanordnungen 812 gelöst wurde. Wie oben besprochen, kann die Bewegungsabfolge der Komponenten der Schlittenanordnung 1020 jede Kombination aus manueller oder automatischer Manipulation sein.
  • Sobald eine erste Runde der Lösung des Katalysators durchgeführt ist, können die Reaktionsmikrokanäle optional mit einem Fluid gewaschen oder gespült werden, um sämtlichen restlichen Katalysator zu entfernen. Es sollte festgehalten werden, dass dieser Waschprozess optional ist und nicht in allen Fällen vor dem Laden eines neuen Katalysators in die Mikrokanal-Reaktions-Teilanordnungen 812 durchgeführt werden muss. Sobald der verbrauchte Katalysator gesammelt ist, wird die Retentions-Teilanordnung 850 am Boden der Reaktions-Teilanordnungen 812 eingebaut und die untere Mannlochabdeckung wird wieder befestigt. Danach wird ein neuer oder überholter Katalysator an der Oberseite der Reaktions-Teilanordnungen hinzugefügt und einem Verdichtungsprozess unterzogen, um den Katalysator korrekt in den Reaktions-Teilanordnungen 812 zu packen. Eine ausführliche Abfolge des Verdichtungsprozesses wird der Kürze wegen unterlassen, da er im Allgemeinen dieselbe Abfolge ist, wie oben für das Laden eines neuen Katalysators in den Reaktions-Teilanordnungen beschrieben wurde.
  • Zur Behebung von Problemen einer Fortpflanzung von Ultraschallwellen durch die Wände eines Mikrokanalreaktorkörpers wird das Ultraschallquellenhorn (Ultra Sonic Seal, Modell ST, 1500 Watt Ultraschallleistungsversorgung (Broomall, PA) mit einem 2,54 cm × 20,3 cm Titanhorn, hergestellt von ToolTex, Inc. Grove City, OH, ausgestattet.
  • Es wurde gezeigt, dass, wenn das Horn in der oben beschriebenen Weise positioniert wird, die Reaktanten-Mikrokanäle (die den teilchenförmigen Katalysator enthalten) als Fokussierungsmedium für die Ultraschallenergie dienen, indem sie Transversalwellen erzeugen, die Ultraschallvibration durch die Wände der Kanäle in eine längslaufende Richtung übertragen. Dies erwies sich in der Übertragung der Vibrationsfrequenz über die gesamte Länge der Mikrokanäle (bis zu 61 cm Länge nachgewiesen und mindestens 1 m oder mehr Länge erwartet) Kanäle mit minimaler Abschwächung als effektiv. In diesem Fall bestanden die Ultraschallkomponenten aus einem 1500 W Versorgungstransformator, einem Amplitudenverstärker und einem abgestimmten Titan-Ultraschallhorn, das 20,3 cm lang und 2,54 cm breit war. Die Position der Ultraschalleinheit war pneumatisch in der vertikalen Ebene entlang der Länge der Stahlsäule einstellbar. Die pneumatische Steuerung positioniert das Horn direkt am oberen Rand der Kanäle mit Einstellbarkeit seines Kontaktdrucks gegen die Oberfläche der Vorrichtung. Es wurde entweder ein Metallsieb oder eine dünne Metallplatte zwischen der Oberseite der Kanäle und dem aussenden Horn angeordnet, um einen Kontaktschaden an den Enden der Reaktanten-Mikrokanäle zu vermeiden. Es wird angenommen, dass diese Strategie auch bei Mikrokanälen aus Edelstahl mit oder ohne Verwendung einer Wellenform funktioniert. Es wird nicht angenommen, dass das Material des Mikrokanals für die Ausführung dieses Verfahrens kritisch ist, obwohl Metalle bevorzugt sind.
  • Es wurde eine Ultraschallverdichtung an einem teilchenförmigen Material durchgeführt, das zwischen einer Stahl- und Acrylplattentestvorrichtung gepackt war. Ultraschall wurde durch eine Stahlplatte oder von der Oberseite der Vorrichtung am Scheitelpunkt der Kanäle übertragen. Einstellungen wurden vorgenommen, um die Dauer und den Kontaktdruck des Horns gegen die Vorrichtung während dieser anfänglichen Versuche zu erhöhen. Die erhöhte Dauer war typischerweise 5–20 Sekunden und das Horn wurde auf eine Frequenz von 20 kHz bei einer Amplitude von 0,5 mm eingestellt. Der Druck des Horns gegen den Vorrichtungskörper erwies sich überraschend als ein wichtiger Parameter. Wenn der Druck des Horns zu gering war, hämmerte er gegen die Kontaktfläche bei seiner Eingangsfrequenz, wodurch die Möglichkeit einer Beschädigung der Fläche des Horns mit geringer Fortpflanzung von Ultraschall in der Vorrichtung zunahm. Wenn der Druck zu hoch war, ”koppelte” das Horn mit der Vorrichtung und Schallenergie wurde verringert, wodurch die Wirksamkeit des Prozesses sank.
  • Die Verdichtung war mehr als zehnmal schneller und lag über jener, die durch mechanische Mittel erreicht wurde. Zum Beispiel wurde eine 61 cm lange Wellenform mit Partikeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 μm Trägermaterial gefüllt und durch Schlagen des Vorrichtungskörpers mit einem Gummihammer, ~400 Mal in einem Zeitraum von 10 Minuten, verdichtet, bis eine wahrgenommene maximale Verdichtung erreicht war. Das Einführen von Ultraschall durch die Oberseiten der Kanäle über einen Zeitraum von nur 5 Sekunden setzte das Pulverbett einen weiteren Inch ab. Die Füllungspegelgleichförmigkeit über alle Kanäle war im Vergleich zur mechanischen Vibration ebenso verbessert. In diesem Fall war der Kontaktdruck des Horns gegen die Kanäle 25 psi. In einer Demonstration einer überschüssigen Energiezufuhr wurde der Kontaktdruck auf 45 psi erhöht und das Pulver in den Kanälen war durch Fluidisierung aufgebrochen, was zu einer inkonsistenten Dichte und einer schlechten Füllpegelgleichförmigkeit führte.
  • Aus der voransehenden Beschreibung und der Zusammenfassung der Erfindung sollte für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass, während die hierin beschriebenen Verfahren und Apparate beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, die hierin enthaltene Erfindung nicht auf diese präzise Ausführungsform beschränkt ist und dass Änderungen an solchen Ausfürungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die Ansprüche definiert ist. Zusätzlich ist klar, dass die Erfindung durch die Ansprüche definiert ist und nicht beabsichtigt ist, dass irgendwelche Einschränkungen oder Elemente, die die hierin angeführten beispielhaften Ausführungsformen beschreiben, in die Interpretierung eines Anspruchelements miteinbezogen werden, falls eine solche Einschränkung oder ein solches Element nicht ausdrücklich angeführt ist. Ebenso ist klar, dass es nicht notwendig ist, einen oder alle der genannten Vorteile oder Aufgaben der hierin offenbarten Erfindung zu erfüllen, um im Umfang der Ansprüche zu liegen, da die Erfindung durch die Ansprüche definiert ist und inhärente und/oder unvorhergesehene Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen können, obwohl sie nicht ausdrücklich hierein besprochen wurden.

Claims (78)

  1. Mikrokanalvorrichtung, umfassend: eine Mehrzahl von Mikrokanälen mit Partikeln, die entlang der Länge der Mikrokanäle gepackt sind; eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen in thermischer Verbindung mit der Mehrzahl von Mikrokanälen; und, einen ersten Halter, der an einem ersten Ende der Mehrzahl von Mikrokanälen positioniert ist, um die Partikel an einem Austritt aus den Mikrokanälen über das erste Ende zu hindern.
  2. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen zweiten Halter, der an einem zweiten Ende der Mehrzahl von Mikrokanälen, gegenüber dem ersten Ende, positioniert ist, um die Partikel an einem Austritt aus den Mikrokanälen über das zweite Ende zu hindern.
  3. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 2, wobei mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweite Halter ein Sieb enthält.
  4. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 3, wobei: der erste Halter und der zweite Halter jeweils das Sieb enthalten; und, das Sieb aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  5. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der erste Halter ein Sieb umfasst, das aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  6. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 2, wobei mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter einen porösen Schaum enthält.
  7. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 6, wobei: der erste Halter und der zweite Halter jeweils den porösen Schaum enthalten; und, der poröse Schaum aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  8. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der erste Halter einen porösen Schaum umfasst, der aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  9. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, wobei der erste Halter einen porösen Schaum enthält, der aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist, und ein Sieb, das aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  10. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 2, wobei mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter ein Sieb und einen porösen Schaum enthält.
  11. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 10, wobei: der erste Halter und der zweite Halter jeweils das Sieb und den porösen Schaum enthalten; das Sieb aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist; und, der poröse Schaum aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  12. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–10, wobei der erste Halter lösbar an der Mikrokanalvorrichtung durch mindestens eines von einer Reibungspassung und einem mechanischen Befestigungselement montiert ist.
  13. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Reibungspassung durch Quetschen des ersten Halters in einer Verbindungsstelle erreicht wird.
  14. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das mechanische Befestigungselement einen Rahmen, der über dem ersten Halter liegt, und eine Mehrzahl von Schrauben umfasst.
  15. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 13, wobei jede der Mehrzahl von Schrauben in einem T-förmigen Kanal aufgenommen ist, der in einem Träger der Mikrokanalvorrichtung gebildet ist.
  16. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 2–4, 6, 7, 10 und 11, wobei der erste Halter und der zweite Halter lösbar an der Mikrokanalvorrichtung durch mindestens eines von einer Reibungspassung und einem mechanischen Befestigungselement montiert sind.
  17. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Reibungspassung durch Quetschen des ersten Halters und des zweiten Halters in einer Verbindungsstelle erreicht wird.
  18. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das mechanische Befestigungselement einen Rahmen, der über dem ersten Halter liegt, und eine Mehrzahl von Schrauben umfasst.
  19. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 18, wobei jede der Mehrzahl von Schrauben in einem T-förmigen Kanal aufgenommen ist, der in einem Träger der Mikrokanalvorrichtung gebildet ist.
  20. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–19, wobei: die Mehrzahl von Mikrokanälen auf einer Mehrzahl von Prozessschichten verteilt sind; die Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen auf einer Mehrzahl von Übertragungsfluidschichten verteilt sind; zwischen einer ersten vorbestimmten Anzahl von Prozessschichten eine zweite vorbestimmte Anzahl von Übertragungsfluidschichten liegt, um einen Teilstapel zu bilden; und, wobei der Teilstapel ein Paar von Platten enthält, zwischen welchen die Prozessschichten und Übertragungsfluidschichten liegen.
  21. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 20, wobei: eine Mehrzahl von Teilstapeln nebeneinander angeordnet und aneinander montiert sind, um einen Kern zu bilden; und, der Kern eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche enthält, die neunzig Grad in Bezug auf jede der vier Seiten abgewinkelt sind, die eine Prozesseintrittsseite, eine Prozessaustrittsseite, eine Übertragungsfluideinlassseite und eine Übertragungsfluidauslassseite umfassen; und, der Kern eine Mehrzahl von daran montierten vertikalen Flanschen enthält, wobei die Mehrzahl von vertikalen Flanschen zur Bildung eines Prozesseintrittshofs an der Prozesseintrittsseite, eines Prozessaustrittshofs an der Prozessaustrittsseite, eines Übertragungsfluideinlasshofs an der Übertragungsfluideinlassseite und eines Übertragungsfluidauslasshofs an der Übertragungsfluidauslassseite zusammenwirken.
  22. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 21, wobei: der Prozesseintrittshof an einer ersten bogenförmigen Platte montiert ist; der Prozessaustrittshof an einer zweiten bogenförmigen Platte montiert ist; der Übertragungsfluideintrittshof an einer dritten bogenförmigen Platte montiert ist; der Übertragungsfluidaustrittshof an einer vierten bogenförmigen Platte montiert ist; und, die erste, zweite, dritte und vierte Platte zusammenwirken, um die gestapelte Struktur um den Umfang einzuschließen.
  23. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 22, wobei: die erste bogenförmige Platte eine Prozesseintrittsöffnung enthält; die zweite bogenförmige Platte eine Prozessaustrittsöffnung enthält; die dritte bogenförmige Platte eine Übertragungsfluideintrittsöffnung enthält; die vierte bogenförmige Platte eine Übertragungsfluidaustrittsöffnung enthält; die erste und zweite Platte einander gegenüberliegen; die dritte und vierte Platte einander gegenüberliegen; die dritte und vierte Platte an die erste Platte angrenzen; und, die dritte und vierte Platte an die zweite Platte angrenzen.
  24. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 23, wobei: die Prozesseintrittsöffnung in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Mikrokanälen steht, nicht aber in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Übertragungsfluidmikrokanälen; und, die Übertragungsfluideintrittsöffnung in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Übertragungsfluidmikrokanälen steht, nicht aber in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Mikrokanälen.
  25. Mikrokanalvorrichtung, umfassend: eine Mehrzahl von Prozessmikrokanälen mit darin enthaltenen Partikeln, wobei jeder der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen einen Eintritt hat, der entlang einer Prozesseintrittsseite ausgerichtet ist, und jeder der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen einen Austritt hat, der entlang einer Produktaustrittsseite ausgerichtet ist; und, eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen in thermischer Verbindung mit der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen, wobei jeder der Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen einen Eintritt hat, der entlang einer Übertragungsfluideintrittsseite ausgerichtet ist, und jeder der Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen einen Austritt hat, der entlang einer Übertragungsfluidaustrittsseite ausgerichtet ist; wobei die Prozesseintrittsseite mindestens fünfundvierzig Grad zur Produktaustrittsseite abgewinkelt ist; und, wobei die Übertragungsfluideinlassseite mindestens fünfundvierzig Grad zur Übertragungsfluidauslassseite abgewinkelt ist.
  26. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 25, wobei: die Prozesseintrittsseite eine erste Abdeckung zum Verteilen eines Fluidstroms in den Eintritt jedes der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen enthält; die Produktaustrittsseite eine zweite Abdeckung zum Vereinen eines Fluidstroms, der aus dem Austritt jeder der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen kommt, enthält; die Übertragungsfluideintrittsseite eine dritte Abdeckung zum Verteilen eines Fluidstroms in den Eintritt jedes der Mehrzahl von Übertragungsfluidmikrokanälen enthält; die Übertragungsfluidaustrittsseite eine vierte Abdeckung zum Vereinen eines Fluidstroms, der aus dem Austritt jedes der Mehrzahl von Übertragungsfluidmikrokanälen kommt, enthält; und, die erste Abdeckung, die zweite Abdeckung, die dritte Abdeckung und die vierten Abdeckung aneinander montiert sind, um ein Druckgefäß zu bilden, das die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen und die Mehrzahl von Übertragungsfluidmikrokanälen enthält.
  27. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 25 oder Anspruch 26, wobei zwischen mindestens zwei der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen mindestens einer der Mehrzahl von Übertragungsfluidmikrokanälen liegt.
  28. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 25–27, wobei: die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen in eine Mehrzahl von einzelnen Prozessschichten geteilt sind, die mehrere Prozessmikrokanäle aufweisen, die sich parallel zueinander erstrecken; die Mehrzahl von Übertragungsfluidmikrokanälen in eine Mehrzahl von einzelnen Übertragungsfluidschichten geteilt sind, die mehrere Übertragungsfluidmikrokanäle aufweisen, die sich parallel zueinander erstrecken; und, eine gestapelte Struktur durch Stapeln einer der einzelnen Prozessschichten mit einer der einzelnen Übertragungsfluidschichten in einem abwechselnden Muster gebildet wird, so dass sie einen rechteckigen horizontalen Querschnitt und einen rechteckigen vertikalen Querschnitt hat.
  29. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 28, wobei: die gestapelte Struktur vier Seiten enthält, die die Prozesseintrittsseite, die Produktaustrittsseite, die Übertragungsfluideinlassseite und die Übertragungsfluidauslassseite umfassen; die Prozesseintrittsseite mindestens neunzig Grad zur Produktaustrittsseite abgewinkelt ist; und, die Übertragungsfluideinlassseite mindestens neunzig Grad zur Übertragungsfluidauslassseite abgewinkelt ist.
  30. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 29, wobei: die gestapelte Struktur eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche enthält, die neunzig Grad in Bezug auf jede der vier Seiten abgewinkelt sind; und, die gestapelte Struktur eine Mehrzahl von vertikalen Flanschen enthält, die daran montiert sind, wobei die Mehrzahl von vertikalen Flanschen zur Bildung eines Prozesseintrittshofs an der Prozesseintrittsseite, eines Produktaustrittshofs an der Produktaustrittsseite, eines Übertragungsfluideinlasshofs an der Übertragungsfluideinlassseite und eines Übertragungsfluidauslasshofs an der Übertragungsfluidauslassseite zusammenwirken.
  31. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 30, wobei: der Prozesseintrittshof an einer ersten bogenförmigen Platte montiert ist; der Produktaustrittshof an einer zweiten bogenförmigen Platte montiert ist; der Übertragungsfluideintrittshof an einer dritten bogenförmigen Platte montiert ist; der Übertragungsfluidaustrittshof an einer vierten bogenförmigen Platte montiert ist; und, die erste, zweite, dritte und vierte Platte zusammenwirken, um die gestapelte Struktur um den Umfang einzuschließen.
  32. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 31, wobei: die erste bogenförmige Platte eine Prozesseintrittsöffnung enthält; die zweite bogenförmige Platte eine Produktaustrittsöffnung enthält; die dritte bogenförmige Platte eine Übertragungsfluideintrittsöffnung enthält; die vierte bogenförmige Platte eine Übertragungsfluidaustrittsöffnung enthält; die erste und zweite Platte einander gegenüberliegen; die dritte und vierte Platte einander gegenüberliegen; die dritte und vierte Platte an die erste Platte angrenzt; und, die dritte und vierte Platte an die zweite Platte angrenzt.
  33. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 32, wobei: die Prozesseintrittsöffnung in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen steht, nicht aber in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Übertragungsfluidmikrokanälen; und, die Übertragungsfluideintrittsöffnung in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Übertragungsfluidmikrokanälen steht, nicht aber in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen.
  34. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 25–33, des Weiteren umfassend einen ersten Halter, der an einem ersten Ende der Mehrzahl von Mikrokanälen positioniert ist, um die Partikel an einem Austritt aus den Prozesskanälen über das erste Ende zu hindern.
  35. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 34, des Weiteren umfassend einen zweiten Halter, der an einem zweiten Ende der Mehrzahl von Mikrokanälen, gegenüber dem ersten Ende, positioniert ist, um die Partikel an einem Austritt aus den Prozesskanälen über das zweite Ende zu hindern
  36. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 35, wobei mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter ein Sieb enthält.
  37. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 36, wobei: der erste Halter und der zweite Halter jeweils das Sieb enthalten; und, das Sieb aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  38. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 34, wobei der erste Halter ein Sieb umfasst, das aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  39. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 35, wobei mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter einen porösen Schaum enthält.
  40. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 39, wobei: der erste Halter und der zweite Halter jeweils den porösen Schaum enthalten; und, der poröse Schaum aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  41. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 34, wobei der erste Halter einen porösen Schaum umfasst, der aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  42. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 34, wobei: der erste Halter einen porösen Schaum enthält, der aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist; und, der erste Halter ein Sieb enthält, das aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  43. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 35, wobei mindestens einer von dem ersten Halter und dem zweiten Halter ein Sieb und einen porösen Schaum enthält.
  44. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 43, wobei: der erste Halter und der zweite Halter jeweils das Sieb und den porösen Schaum enthalten; das Sieb aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist; und, der poröse Schaum aus mindestens einem von einem Metall, einer Keramik, Edelstahl, einer Nickellegierung, einer Kobaltlegierung, einer Eisenlegierung, Kupfer, Aluminium, einem Glas und einem Kunststoff hergestellt ist.
  45. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 34–43, wobei der erste Halter durch mindestens eines von einer Reibungspassung und einem mechanischen Befestigungselement lösbar an der Mikrokanalvorrichtung montiert ist.
  46. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 45, wobei die Reibungspassung durch Quetschen des ersten Halters in einer Verbindungsstelle erreicht wird.
  47. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 45, wobei das mechanische Befestigungselement einen Rahmen, der über dem ersten Halter liegt, und eine Mehrzahl von Schrauben umfasst.
  48. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 47, wobei jede der Mehrzahl von Schrauben in einem T-förmigen Kanal aufgenommen ist, der in einem Träger der Mikrokanalvorrichtung gebildet ist.
  49. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 35–37, 39, 40, 43 und 44, wobei der erste Halter und der zweite Halter durch mindestens eines von einer Reibungspassung und einem mechanischen Befestigungselement lösbar an der Mikrokanalvorrichtung montiert sind.
  50. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 49, wobei die Reibungspassung durch Quetschen des ersten Halters und des zweiten Halters in einer Verbindungsstelle erreicht wird.
  51. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 49, wobei das mechanische Befestigungselement einen Rahmen, der über dem ersten Halter liegt, und eine Mehrzahl von Schrauben umfasst.
  52. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 25–51, wobei: die Partikel einen Katalysator umfassen; und, der Katalysator ein Fischer-Tropsch Katalysator ist.
  53. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 25–51, wobei: die Partikel einen Katalysator umfassen; und, der Katalysator ein gepacktes Bett in der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen umfasst.
  54. Mikrokanalvorrichtung, umfassend: eine Mehrzahl von Prozessmikrokanälen, die um den Umfang um eine Längsachse verteilt sind, wobei mindestens ein Teil der Reaktionsmikrokanäle, der teilweise durch eine Prozessschicht mit einer Querschnittsfläche definiert ist, die mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt; und, eine Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen um den Umfang um die Längsachse verteilt sind und in thermischer Verbindung mit der Mehrzahl von Reaktionsmikrokanälen stehen.
  55. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 54, wobei die Prozessschicht eine Wellenform mit einer Dicke umfasst, die mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt, um die Querschnittsfläche zu vergrößern.
  56. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 54 oder Anspruch 55, wobei die Prozessschicht eine Wellenform mit einer Amplitude umfasst, die mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt, um die Querschnittsfläche zu vergrößern.
  57. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 54–56, wobei die Mikrokanalvorrichtung einen kreisförmigen horizontalen Querschnitt hat.
  58. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 54–57, wobei: die Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen in einzelne radiale Wärmeübertragungskeile unterteilt sind; und, die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen in einzelne radiale Prozesskeile unterteilt sind.
  59. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 58, wobei: die einzelnen Prozessreaktionskeile Prozessmikrokanäle haben, die sich parallel zur Längsachse erstrecken; eine horizontale Querschnittsfläche der Prozessmikrokanäle mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt; die einzelnen radialen Wärmeübertragungskeile Wärmeübertragungsmikrokanäle haben, die sich senkrecht zur Längsachse erstrecken; und, wobei die vertikale Querschnittsfläche der Wärmeübertragungsmikrokanäle mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt.
  60. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 58, wobei die einzelnen radialen Prozesskeile um den Umfang mit den einzelnen radialen Wärmeübertragungskeilen abwechseln.
  61. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 58, wobei: die einzelnen radialen Prozesskeile Reaktionsmikrokanäle haben, die sich parallel zur Längsachse erstrecken; eine horizontale Querschnittsfläche der Prozessmikrokanäle mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt; die einzelnen radialen Wärmeübertragungskeile Wärmeübertragungsmikrokanäle haben, die sich parallel zur Längsachse erstrecken; und, wobei eine horizontale Querschnittsfläche der Wärmeübertragungsmikrokanäle mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt.
  62. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 60, wobei die einzelnen radialen Prozesskeile um den Umfang mit den einzelnen radialen Wärmeübertragungskeilen abwechseln.
  63. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 56, wobei: die Wellenform eine konstante Gesamtlänge enthält; und, die Wellenform eine konstante Gesamtbreite enthält.
  64. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 56, des Weiteren umfassend einen ersten Prozessverteiler mit einer Ringform, der in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen steht.
  65. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 66, des Weiteren umfassend: einen zweiten Reaktionsverteiler mit einer Ringform, der in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen steht; und, wobei zwischen der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen der erste Prozessverteiler und der zweite Prozessverteiler liegen.
  66. Mikrokanalvorrichtung nach Anspruch 66, des Weiteren umfassend: einen ersten Wärmeübertragungsverteiler mit einer Ringform, der in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen steht; und, einen zweiten Reaktionsverteiler mit einer zylindrischen Form, der in strömungstechnischer Verbindung mit der Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen steht; wobei zwischen der Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen der erste Wärmeübertragungsverteiler und der Wärmeübertragungsreaktionsverteiler liegen.
  67. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 54–66, wobei die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen Reaktanten-Mikrokanäle umfassen, in welchen ein Katalysator untergebracht ist.
  68. Mikrokanalvorrichtung nach einem der Ansprüche 54–66, wobei die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen Trennungsmikrokanäle umfassen, die eine Trennung einer ersten Komponente von einer zweiten Komponente bewirken.
  69. Verfahren zum Ausführen eines chemischen Prozesses, umfassend: Leiten einer Zusammensetzung in einen Einlass von einer Mehrzahl von Prozessmikrokanälen, die um den Umfang um eine Längsachse verteilt sind, und durch die Mehrzahl von Mikrokanälen und durch einen Prozessauslass nach außen, wobei, mindestens ein Teil der Prozessmikrokanäle teilweise durch eine Prozessschicht mit einer Querschnittsfläche definiert ist, die mit zunehmendem Abstand zur Längsachse zunimmt; und, Leiten einer anderen Zusammensetzung in einen Einlass von einer Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen, die um den Umfang um die Längsachse verteilt sind, und durch die Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen und aus einem Übertragungsauslass nach außen, wobei die Mehrzahl von Wärmeübertragungsmikrokanälen in thermischer Verbindung mit der Mehrzahl von Prozessmikrokanälen stehen.
  70. Verfahren nach Anspruch 69, wobei eine Querschnittsfläche über die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen zunimmt.
  71. Verfahren nach Anspruch 69 oder Anspruch 70, wobei das Leiten der Zusammensetzung durch die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen ein chemisches Reagieren der Zusammensetzung in Gegenwart eines Katalysators enthält.
  72. Verfahren nach Anspruch 71, wobei der Katalysator in die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen als mindestens eines von einer Aufschlämmung, einer Flüssigkeit und eines in einem Reaktanten aufgelösten Katalysators strömt.
  73. Verfahren nach Anspruch 71, wobei die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen zumindest teilweise durch eine Wellenform begrenzt sind, die im Wesentlichen mit einem festen Festbettkatalysator gefüllt ist.
  74. Verfahren nach einem der Ansprüche 69–73, wobei das Verfahren ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Acetylierung, Additionsreaktionen, Alkylierung, Dealkylierung, Hydrodealkylierung, reduktiver Alkylierung, Aminierung, Aromatizserung, Arylierung, autothermaler Reformierung, Carbonylierung, Decarbonylierung, reduktiver Carbonylierung, Carboxylierung, reduktiver Carboxylierung, reduktiver Kopplung, Kondensierung, Cracking, Hydrocracking, Zyklisierung, Zyklooligomerisierung, Dehalogenierung, Dimerisierung, Epoxidierung, Veresterung, Austausch, Fischer-Tropsch, Halogenierung, Hydrohalogenierung, Homologierung, Hydrierung, Dehydrierung, Hydrogenierung, Dehydrogenierung, Hydrocarboxylierung, Hydroformylierung, Hydrogenolyse, Hydrometallisierung, Hydrosilierung, Hydrolyse, Hydrobehandlung (HDS/HDN), Isomerisierung, Methylierung, Demethylierung, Metathese, Nitrierung, Oxidierung, teilweiser Oxidierung, Polymerisierung, Reduktion, Reformierung, reverses Wasser-Gas-Verschiebung, Sulfonierung, Telomerisierung, Umsterung, Trimerisierung und Wasser-Gas-Verschiebung.
  75. Prozesseinheit nach einem der Ansprüche 69–74, wobei die Prozesseinheit durch Laminieren von Blechen hergestellt wurde.
  76. Prozesseinheit nach einem der Ansprüche 69–75, wobei: die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen eine Mehrzahl von Reaktionsmikrokanälen umfassen, in welchen ein Katalysator untergebracht ist; und, der Katalysator ein poröses Material umfasst, das sich zwischen Kanalwänden der Mehrzahl von Reaktionsmikrokanälen erstreckt.
  77. Prozesseinheit nach einem der Ansprüche 69–75, wobei: die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen eine Mehrzahl von Reaktionsmikrokanälen umfassen, in welchen ein Katalysator untergebracht ist; und, der Katalysator ein poröses Material umfasst, das mindestens eine Wand der Mehrzahl von Reaktionsmikrokanälen berührt und einen offenen Raum hinterlässt, der sich über die gesamte Länge von mindestens einem der Mehrzahl von Reaktionsmikrokanälen erstreckt.
  78. Prozesseinheit nach einem der Ansprüche 69–75, wobei: die Mehrzahl von Prozessmikrokanälen eine Mehrzahl von Reaktionsmikrokanälen umfassen, in welchen ein Katalysator untergebracht ist; und, die Mehrzahl von Reaktionsmikrokanälen Mikrokanalwände enthalten und der Katalysator eine Katalysatorbeschichtung umfasst, die an den Mikrokanalwänden aufgebracht ist.
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