[发明专利]用于优化和控制高放热和高吸热反应/过程的微纤维介质

说明书

美国政府在本发明中拥有已付清许可(paid-up license)，和在有限情况下要求专利所有者以合理条件许可他人的权利，所述条件由美国海军研究所授予的合同号N00014-07-M-0393的条款提供。

相关申请交叉引用

本申请根据35 U.S.C. §119(e)要求2009年11月6日提交的美国临时专利申请序列号61/258,741(题为MICROFIBROUS ENTRAPPED CATALYSTS FOR OPTIMIZING AND CONTROLLING HIGHLY EXOTHERMIC AND HIGHLY ENDOTHERMIC REACTIONS (用于优化和控制高放热和高吸热反应的微纤维夹带的催化剂))的优先权。该临时专利申请(序列号61/258,741，2009年11月6日提交，题为MICROFIBROUS ENTRAPPED CATALYSTS FOR OPTIMIZING AND CONTROLLING HIGHLY EXOTHERMIC AND HIGHLY ENDOTHERMIC REACTIONS(用于优化和控制高放热和高吸热反应的微纤维夹带的催化剂))也出于所有目的全文通过引用结合到本文中。

发明领域

本发明涉及一种填充的容器，它能够用于进行利用精细温度控制的高放热或高吸热化学反应或过程。本发明涉及用填充的容器进行本文所述反应和过程的方法。

发明背景

诸如费-托、从合成气生成甲醇、乙烯氧化、马来酸酐、邻苯二甲酸酐、甲醛、丙烯腈、丙烯酸、1,2-二氯乙烷、氯乙烯、空气压缩、浓酸稀释、蒸气冷凝等的放热反应和过程为强放热性。诸如蒸汽甲烷重整和蒸发等的吸热反应和过程为强吸热性。为了改进产物选择性、催化剂寿命和操作安全性，需要来/往反应区域的有效传热。公知的反应器，管-壳结构中的多管反应器，已用于高放热或高吸热反应。对管-壳热交换器也是类似的，如欧洲专利号0,308,034中所示。它由其中填充催化剂颗粒的许多细管(通常小于2英寸)组成。这些管由冷却流体围绕，冷却流体通过类似热交换器的反应器的壳侧。由于细管的高面积/体积比，能够达到有效热交换。然而，此设计面临严重的按比例放大问题。在较大比例，需要更多细管。增大的部件数使此类反应器的制造非常困难和昂贵，尤其在大规模。

有一些反应器设计允许加热或冷却通过管侧的流体，并且在壳和管之间的空间内填充催化剂颗粒。这些设计能够简单解决多管反应器的按比例放大问题，然而，以热交换效率为代价。在此设计系列中，已用不同类型的管的几何形状来提高热交换效率，如以前的专利GB 2,204,055、US 4,224,983、US 5,080,872所示，为了更好的热交换性能，也选择不同的流向。

这些反应器设计，无论它们看来多么不同，共有一个共同的结构特征：反应区域和热交换区域由管壁分离。因此，可将这些反应器分类为具有外部热交换的反应器。