JP2010502432A5 - - Google Patents

Claims (53)

1. 対向するシムシートの間に挟まれて該シムシートに取り付けられ、１対の直線的な側壁と該対向シムシートの少なくとも一方によって形成された上部壁とを各々が含む一連のマイクロチャネルを形成する波形インサートと、
   前記波形インサートと熱的に連通した第１の組のマイクロチャネルと、
   を含むことを特徴とする統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
2. 前記波形インサートは、アルミニウム及び銅の少なくとも一方から組み立てられることを特徴とする請求項１に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
3. 前記波形インサートは、前記一連のマイクロチャネルが矩形断面を有するように直角を含んで組み立てられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
4. 前記波形インサートは、少なくとも部分的に触媒を収容することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
5. 前記触媒は、５００ミクロン未満の大きさの複数の粒子を含み、
   前記連続的マイクロチャネル内の前記複数の粒子は、一連の平行充填床を構成する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
6. 前記触媒は、３００ミクロン未満の大きさの複数の粒子を含む、
   ことを特徴とする請求項５に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
7. 前記触媒は、１００ミクロン未満の大きさの複数の粒子を含む、
   ことを特徴とする請求項５に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
8. 少なくとも前記連続的マイクロチャネルの複数のものが、１．５よりも大きい縦横比を含む、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
9. 少なくとも前記連続的マイクロチャネルの複数のものが、３よりも大きい縦横比を含む、
   ことを特徴とする請求項８に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
10. 前記波形インサートは、０．０５から１インチの間の範囲の高さを有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
11. 前記第１の組のマイクロチャネルは、前記一連のマイクロチャネルから熱エネルギを取り除く冷却流体を担持するようになった熱交換器を含む、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
12. 前記一連のマイクロチャネル及び前記第１の組のマイクロチャネルの有効体積の３０パーセントよりも多くが、前記触媒によって占有される、
    ことを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
13. 前記一連のマイクロチャネルの断面周囲の６０パーセントよりも多くが、前記波形インサートによって設けられる、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
14. 共通マニホルドが、前記一連のマイクロチャネルと流体連通している、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
15. フィッシャー・トロプシュ反応を実行する方法であって、
    （ａ）１．５よりも大きい縦横比を有して触媒を収容する一連のマイクロチャネルを少なくとも部分的に形成する波形インサートを含むマイクロチャネル反応器に、炭素含有分子及び水素含有分子を含む供給流れを流入させる段階、
    （ｂ）前記マイクロチャネル反応器内で前記炭素含有分子の一部分を前記水素含有分子と反応させて、処理流れを流れる炭化水素分子を形成する段階、
    （ｃ）前記マイクロチャネル反応器と熱的に連通した第１の組の冷却マイクロチャネルを使用して該マイクロチャネル反応器から熱エネルギを除去する段階、及び
    （ｄ）前記マイクロチャネル反応器から前記炭化水素分子の少なくとも一部分を除去する段階、
    を含むことを特徴とする方法。
16. 前記マイクロチャネル反応器は、触媒を収容することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記触媒は、５００ミクロン未満の大きさの複数の粒子を含み、
    前記連続的マイクロチャネル内の前記複数の粒子は、一連の平行充填床を構成する、
    ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の方法。
18. 前記波形インサートは、アルミニウム及び銅の少なくとも一方から組み立てられることを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記波形インサートは、少なくとも前記マイクロチャネルの複数のものが矩形断面を含むように一連の直角を含んで組み立てられることを特徴とする請求項１５から請求項１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記マイクロチャネル反応器に流入される炭素含有分子に対する水素含有分子の比は、１よりも大きいことを特徴とする請求項１５から請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記炭素含有分子は、一酸化炭素を含み、
    前記一酸化炭素の前記炭化水素分子への３０パーセントよりも大きい転換が達成される、
    ことを特徴とする請求項１５から請求項２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記一酸化炭素の前記炭化水素分子への６０パーセントよりも大きい転換が達成される、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記マイクロチャネル反応器内で前記炭素含有分子の一部分を前記水素含有分子と反応させて処理流れを流れる炭化水素分子を形成する前記行為は、２０パーセント未満のメタン選択度を含む、
    ことを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の方法。
24. 前記一連の平行充填床のうちの２つの間の中間温度差が、２０Ｃ以内である、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
25. 前記一連の平行充填床のうちの１つにおける温度差が、１０Ｃ以内である、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
26. 前記マイクロチャネル反応器は、前記波形インサートを挟む１対の対向板を含み、
    前記対向板にわたる中間熱流束が、０．５Ｗ／ｃｍ²よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１５から請求項２５のいずれか１項に記載の方法。
27. マイクロチャネルユニット内で反応及び同時の熱交換を実行する方法であって、
    （ａ）１．５よりも大きい縦横比を有して粒状触媒を少なくとも部分的に収容する一連のマイクロチャネルを少なくとも部分的に形成する波形インサートを含むマイクロチャネル反応器に反応剤の供給流れを流入させる段階、
    （ｂ）メタノール合成、フィッシャー・トロプシュ、水素化、水素化分解、オリゴマー化、重合化、アルキル化、スルホン化、ニトロ化、アンモニア合成、酸化、及び直接的な組合せによる過酸化水素合成のうちの少なくとも１つである反応により、前記マイクロチャネル反応器内で反応剤の少なく一部分を反応させて生成物分子を形成する段階、
    （ｃ）前記マイクロチャネル反応器と熱的に連通した第１の組の冷却マイクロチャネルを使用して該マイクロチャネル反応器から熱エネルギを除去する段階、及び
    （ｄ）前記マイクロチャネル反応器から前記生成物分子の少なくとも一部分を除去する段階、
    を含むことを特徴とする方法。
28. 対向するシムシートの間に挟まれ、該シムシートに取り付けられて前記一連のマイクロチャネルを形成し、かつ１対の直線的な側壁と該対向シムシートの少なくとも一方によって形成された上部壁とを各々が含む少なくとも２つの波形インサート、
    を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
29. 前記少なくとも２つの波形インサートの各々が１対の直線的な側壁と前記対向シムシートの少なくとも一方によって形成された上部壁とを含む前記一連のマイクロチャネルと流体連通したマニホルド、
    を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
30. 前記一連のマイクロチャネルと直列であり、粒子状物質が通過するのを妨げるように作動するフィルタ、
    を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
31. 前記一連のマイクロチャネル内に収容された複数のフィッシャー・トロプシュ触媒粒子、
    を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
32. 前記一連のマイクロチャネルの断面周囲の６０パーセントよりも多くが、前記波形インサートによって設けられる、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
33. 前記一連のマイクロチャネルは、１００個よりも多いマイクロチャネルを含むことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
34. 前記一連のマイクロチャネルの有効体積の３０パーセントよりも多くが、前記粒状触媒によって占有されることを特徴とする請求項４から請求項１４のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
35. 前記一連のマイクロチャネルの有効体積の６０パーセントよりも多くが、前記粒状触媒によって占有されることを特徴とする請求項４から請求項１４のいずれか１項に記載の統合マイクロチャネル反応器及び熱交換器。
36. 前記マイクロチャネル反応器に前記供給流れを流入させる前記段階は、非テイラー流パターンで該供給流れを流す段階を含む、
    ことを特徴とする請求項１５から請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
37. 前記マイクロチャネル反応器を越えての前記触媒の流出を遅らせるために、フィルタを通して該触媒をふるいに掛ける段階を更に含むことを特徴とする請求項１５から請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
38. 前記反応器マイクロチャネルと前記第１の組の冷却マイクロチャネルの間の温度変化が、．０５と５度摂氏の間であることを特徴とする請求項１５から請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
39. 前記一連のマイクロチャネルの有効体積の３０パーセントよりも多くが、前記粒状触媒によって占有されることを特徴とする請求項１５から請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
40. 前記触媒は、５００ミクロン未満の大きさの複数の粒子を含み、
    前記一連のマイクロチャネル内の前記複数の粒子は、一連の平行充填床を構成する、
    ことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
41. 前記波形インサートは、アルミニウム及び銅の少なくとも一方から組み立てられることを特徴とする請求項１５又は請求項４０に記載の方法。
42. 前記波形インサートは、少なくとも前記マイクロチャネルの複数のものが矩形断面を含むように一連の直角を含んで組み立てられることを特徴とする請求項１５、請求項４０、請求項４１のいずれか１項に記載の方法。
43. フィッシャー・トロプシュ反応が、生じており、
    前記マイクロチャネル反応器に流入される炭素含有分子に対する水素含有分子の比が、１よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１５、及び請求項４０から請求項４２のいずれか１項に記載の方法。
44. 前記炭素含有分子は、一酸化炭素を含み、
    前記一酸化炭素の前記炭化水素分子への３０パーセントよりも大きい転換が達成される、
    ことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
45. 前記一酸化炭素の前記炭化水素分子への６０パーセントよりも大きい転換が達成される、
    ことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
46. 前記マイクロチャネル反応器内で前記炭素含有分子の一部分を前記水素含有分子と反応させて処理流れを流れる炭化水素分子を形成する前記行為は、２０パーセント未満のメタン選択度を含む、
    ことを特徴とする請求項４４又は請求項４５に記載の方法。
47. 前記一連の平行充填床のうちの２つの間の中間温度差が、２０度摂氏以内である、
    ことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
48. 前記一連の平行充填床のうちの１つにおける温度差が、１０度摂氏以内である、
    ことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
49. 前記マイクロチャネル反応器は、前記波形インサートを挟む１対の対向板を含み、
    前記対向板にわたる中間熱流束が、０．５Ｗ／ｃｍ²よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項２７、及び請求項４０から請求項４８のいずれか１項に記載の方法。
50. 前記マイクロチャネル反応器に前記供給流れを流入させる前記段階は、非テイラー流パターンで該供給流れを流す段階を含む、
    ことを特徴とする請求項１５、及び請求項４０から請求項４９のいずれか１項に記載の方法。
51. 前記マイクロチャネル反応器を越えての前記触媒の流出を遅らせるために、フィルタを通して該触媒をふるいに掛ける段階を更に含むことを特徴とする請求項１５、及び請求項４０から請求項５０のいずれか１項に記載の方法。
52. 前記反応器マイクロチャネルと前記第１の組の冷却マイクロチャネルの間の温度変化が、０．０５と５度摂氏の間であることを特徴とする請求項１５、及び請求項４０から請求項５１のいずれか１項に記載の方法。
53. 前記反応器マイクロチャネルと前記第１の組の冷却マイクロチャネルの間の熱流束変化が、０．０５と５度摂氏の間であることを特徴とする請求項１５、及び請求項４０から請求項５２のいずれか１項に記載の方法。