(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスマイクロチャネル、
熱交換チャネル、および
前記プロセスマイクロチャネルと前記熱交換チャネルとの間で共有される共有壁
を含み、前記共有壁は伝熱壁を含み、前記伝熱壁は該伝熱壁を通る熱の流れを減少させる少なくとも１つの熱抵抗層を含む、
装置を用いて、
エチルベンゼンを含む原料組成物を前記プロセスマイクロチャネルの中に流し、少なくとも１つの触媒と接触させて前記エチルベンゼンを脱水素し、スチレンを含む生成物を形成させることであって、
前記プロセスマイクロチャネルと、前記熱交換チャネルとの間で熱を交換させること、および
前記生成物を前記プロセスマイクロチャネルから取り出すこと
を含む、エチルベンゼンをスチレンへ変換するためのプロセス。
【請求項２】
前記触媒は少なくとも１つの脱水素触媒を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記原料組成物は酸素を含む流体と組み合わされ、前記触媒は少なくとも１つの酸化脱水素触媒を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記原料組成物と前記酸素とは、前記プロセスマイクロチャネルへ入る前に混合される、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記酸素を含む段階添加原料流が段階添加チャネルの中に流れ、前記段階添加チャネルは前記プロセスマイクロチャネルと隣接し、前記プロセスマイクロチャネルは前記原料組成物のための入口を有し、前記原料組成物は前記原料組成物のための前記入口を通って前記プロセスマイクロチャネルへ入り、前記段階添加原料流は前記段階添加チャネルから前記プロセスマイクロチャネルへ流入し、前記段階添加原料流は前記原料組成物のための前記入口の下流で前記プロセスマイクロチャネルへ入り、前記プロセスマイクロチャネルの中で前記原料組成物と接触する、請求項３に記載のプロセス。
【請求項６】
前記触媒は鉄、クロム、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウムまたはそれらの組み合わせの、少なくとも１つの酸化物を含む、請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項７】
前記触媒はバナジウム、モリブデン、タングステンまたはそれらの２つ以上の組み合わせの、少なくとも１つの酸化物を含む、請求項１、３、４、５のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項８】
前記触媒は、ＦｅＶＯ４、ＣｒＶＯ４、ＮａＶＯ３、ＢｉＶＯ４、ＡｌＶＯ４、ＣｅＶＯ４、ＶＯＰＯ４、ＬａＶＯ４、ＳｍＶＯ４、ＮｉＭｏＯ４、ＭｇＭｏＯ４、ＣａＭｏＯ４、ＦｅＭｏＯ４、Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３、ＭｇＷＯ４、ＣａＷＯ４、ＮｉＷＯ４、ＦｅＷＯ４、Ｋ２Ｏ、ＭｏＯ３、ＴｉＯ２またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む、請求項１、３、４、５、７のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項９】
前記触媒は傾斜型触媒を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記構造壁はマイクログルーブ型担持ストリップを含み、前記担持ストリップは、長さおよび前記長さに沿って延在する中心軸、第１の表面、第１の側端、第２の側端、前記第１の側端から前記第２の側端へ延在する前端、前記第１の側端から前記第２の側端へ延在する後端、前記第１の表面の中にあって前記中心軸に対してある角度で前記第１の側端と前記第２の側端との間に延在する複数の平行マイクログルーブを有する、請求項１から９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１１】
スチレンの収率は２０％より大きく、少なくとも２４時間のスチレンの前記収率の変化は２０％より小さく、接触時間は最大１０秒である、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記構造壁はマイクログルーブ担持ストリップを含み、前記担持ストリップは長さおよび前記長さに沿って延在する中心軸、第１の表面、第１の側端、第２の側端、前記第１の側端から前記第２の側端へ延在する前端、前記第１の側端から前記第２の側端へ延在する後端、前記第１の表面の中にあって前記中心軸に対して９０℃の角度で整列したまたは前記中心軸に平行に整列した複数の平行マイクログルーブを有する、請求項１から９または１１のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１３】
スチレンの前記収率は少なくとも２０％であり、少なくとも２４時間のスチレンの前記収率の変化は２０％より小さく、前記スチレンは時間あたり触媒のグラムあたり少なくとも５００ｍｌの速度で製造される、請求項１から１２のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記プロセスマイクロチャネルの中の前記原料組成物の前記流れの時間あたりの気体空間速度は、前記プロセスマイクロチャネル内の体積のリットルあたり時間あたり少なくとも１０００ノルマルリットルの原料である、請求項１から１３のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項１５】
プロセスマイクロチャネル、
熱交換チャネル、および
前記プロセスマイクロチャネルと前記熱交換チャネルとの間で共有される共有壁
を含み、前記共有壁は伝熱壁を含み、前記伝熱壁は該伝熱壁を通る熱の流れを減少させる少なくとも１つの熱抵抗層を含む、
装置。
【請求項１６】
槽の中に配置された複数のマイクロチャネル反応器を含む装置であって、
各マイクロチャネル反応器は、複数のプロセスマイクロチャネル、複数の熱交換チャネル、任意選択として複数の段階添加チャネルを含み、各プロセスマイクロチャネルは、隣接する熱交換チャネルを有し、共通壁が各プロセスマイクロチャネルと隣接する熱交換チャネルとに共有されており、各共通壁は少なくとも１つの熱抵抗層を含み、
前記槽は、原料を前記プロセスマイクロチャネルへ流すためのマニホルド、生成物を前記プロセスマイクロチャネルから流すためのマニホルド、熱交換流体を前記熱交換チャネルへ流すためのマニホルド、任意選択として、酸素または酸素源を前記段階添加チャネルへ流すためのマニホルド、および熱交換流体を前記熱交換チャネルから流すためのマニホルドを備える、
請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、合衆国法規集３５の１１９（ｅ）節を根拠として２００６年３月２３日出願の米国特許仮出願第６０／７８５，１３１号の優先権を主張する。該仮出願中の開示は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、マイクロチャネルプロセス技術を用いてスチレンを作るためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
スチレンは、通常、エチルベンゼンを鉄系触媒の存在下で脱水素することによって商業生産される。この反応は、吸熱の平衡支配反応である。このプロセスは、通常、約６００〜８５０℃の間の温度および大気圧下または減圧下で稼動する。多くの場合、エチルベンゼンと同時に水蒸気が反応器に供給される。このプロセスに関する問題は、高水準のエネルギーを消費することである。９５％を上回るスチレンへの選択率を維持するために、エチルベンゼンの反応率は、通常、６５％未満にする。その結果、多くの場合に反応体リサイクルが必要である。しかし、未反応エチルベンゼンのスチレンからの分離は、エチルベンゼンの沸点（１３６℃）とスチレンの沸点（１４５℃）とが近いためコストが高い。
【０００４】
エチルベンゼンの脱水素の代わりとしてエチルベンゼンの酸化脱水素の使用が示唆されたことがある。今までのところこのプロセスは商業化されていない。この反応は発熱反応である。高いスチレン選択率が実現されることがあるが、そのような高い選択性を提供すために、６０％未満のエチルベンゼン反応率が通常得られる。反応温度を高くすればエチルベンゼン反応率は増加するが、スチレンおよびエチルベンゼンの燃焼によってスチレン選択率が著しく低下する傾向がある。触媒床中のホットスポットの存在によって触媒が焼結し、その結果、触媒が劣化する傾向がある。
【０００５】
本発明は、少なくとも一実施態様で、これらの問題への解決策を提供する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エチルベンゼンをスチレンに変換するためのプロセスであって、エチルベンゼンを含む原料組成物を少なくとも１つのプロセスマイクロチャネルの中に流し、少なくとも１つの触媒と接触させてエチルベンゼンを脱水素し、スチレンを含む生成物を形成させること、プロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルと熱接触する少なくとも１つの熱交換チャネルとの間で熱を交換させること、および生成物をプロセスマイクロチャネルから取り出すことを含むプロセスに関する。
【０００７】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルの中の原料組成物の流れの気体時間あたり空間速度は、時間あたり体積リットルあたり少なくとも約１０００ノルマルリットルの原料であるとよい。エチルベンゼンの反応率は、サイクルあたりまたはプロセスマイクロチャネルを通る通過あたり少なくとも約５０％であるとよい。スチレンへの選択性は少なくとも約７０％であるとよい。
【０００８】
一実施態様では、触媒は少なくとも１つの脱水素触媒を含むとよい。
【０００９】
一実施態様では、原料組成物は酸素と組み合わすとよく、触媒は少なくとも１つの酸化脱水素触媒を含むとよい。
【００１０】
一実施態様では、酸素を含む段階添加原料流が段階添加チャネルの中に流れ、段階添加チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、プロセスマイクロチャネルは原料組成物のための入口を有し、原料組成物は原料組成物のための入口を通ってプロセスマイクロチャネルへ入り、段階添加原料流は段階添加チャネルからプロセスマイクロチャネルへ流入し、段階添加原料流は原料組成物のための入口の下流でプロセスマイクロチャネルへ入り、プロセスマイクロチャネルの中で原料組成物と接触するとよい。
【００１１】
一実施態様では、プロセスは、複数のプロセスマイクロチャネルと複数の熱交換チャネルとを含むマイクロチャネル反応器の中で行うとよい。
【００１２】
一実施態様では、本発明は、エチルベンゼンを含む原料組成物を少なくとも１つのプロセスマイクロチャネルの中に流し、少なくとも１つの触媒と接触させてエチルベンゼンを脱水素し、スチレンを含む生成物を形成させること、プロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルと熱接触する少なくとも１つの熱交換チャネルとの間で熱を交換させること、および生成物をプロセスマイクロチャネルから取り出すことを含む、エチルベンゼンをスチレンに変換するためのプロセスに関する。触媒は少なくとも１つの脱水素触媒を含み、触媒は担体上に担持され、担体はマイクログルーブ型担持ストリップを含み、マイクログルーブ型担持ストリップは担持ストリップを備え、担持ストリップは、長さおよび長さの方向へ延在する中心軸、第１の表面、第１の側端、第２の側端、第１の側端から第２の側端へ延在する前端、第１の側端から第２の側端へ延在する後端、第１の表面の中の複数の平行マイクログルーブであって、マイクログルーブの中に流れる流体がマイクログルーブ型ストリップの前端から後端へ向かう方向に流れるのを可能にするのに十分な中心軸に対する角度で第１の側端と第２の側端との間に延在する複数の平行マイクログルーブを有する。一実施態様では、マイクログルーブは第１の表面から第２の表面へ担持ストリップの中へ部分的に伸びる。一実施態様では、マイクログルーブは担持ストリップを貫いて伸び、それによって、流体が担持ストリップを通って流れるのを可能にするのに適した開放マイクログルーブを提供してよい。一実施態様では、プロセス流体がマイクログルーブの上またはマイクログルーブの横を側流方式で流れてよい。マイクログルーブは、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの幅全体に延在してよく、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの幅の一部にしか延在しなくてよい。
【００１３】
一実施態様では、本発明は、エチルベンゼンを含む原料組成物を少なくとも１つのプロセスマイクロチャネルの中に流し、少なくとも１つの触媒と接触させてエチルベンゼンを脱水素し、スチレンを含む生成物を形成させること、プロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルと熱接触する少なくとも１つの熱交換チャネルとの間で熱を交換させること、および生成物をプロセスマイクロチャネルから取り出すことを含む、エチルベンゼンをスチレンに変換するためのプロセスであって、触媒は少なくとも１つの脱水素触媒を含み、触媒は複合担持構造体に担持され、複合担持構造体は通過流構造体であり、原料組成物は複合担持構造体の中で触媒と接触し、反応して生成物を形成し、複合担持構造体は、第１の表面、第２の表面、長さおよび長さの方向へ延在する中心軸、前端、後端、第１の側端、第２の側端、第１の側端から第２の側端へ延在する前端および後端、前端から第２の側端へ延在する第１の表面中の複数の平行マイクログルーブ、および第１の側端から後端へ延在する第１の表面中の複数の平行マイクログルーブを含む少なくとも１つの第１の担持ストリップと、第１の表面、第２の表面、長さおよび長さの方向へ延在する中心軸、前端、後端、第１の側端、第２の側端、第１の側端から第２の側端へ延在する前端および後端、前端から第１の側端へ延在する第１の表面中の複数の平行マイクログルーブ、および第２の側端から後端へ延在する第１の表面中の複数の平行マイクログルーブを含む少なくとも１つの第２の担持ストリップとを含み、第１の担持ストリップは第２の担持ストリップと隣接し、第１の担持ストリップの第２の表面は第２の担持ストリップの第１の表面と接触し、担持ストリップのそれぞれの前端および後端は流体が前端および後端を通って流れるのを可能にするように開かれ、担持ストリップのそれぞれの側端は流体が側端を通って流れないように閉じられ、マイクログルーブのそれぞれは流体が担持ストリップを通って１つの担持ストリップから別の担持ストリップへ流れるのを可能にするのに十分に担持ストリップの中に進入し、第１の担持ストリップの第１の表面の中のマイクログルーブ群は第１の担持ストリップの前端および第１の側端の方へ配向され、約０°より大きく約９０°より小さな角度を中心軸と形成し、第２の担持ストリップの第１の表面の中のマイクログルーブ群は第２の担持ストリップの前端および第１の側端の方へ配向され、９０°より大きく約１８０°より小さな角度を中心軸と形成する、プロセスに関する。
【００１４】
一実施態様では、本発明は、エチルベンゼンを含む原料組成物を少なくとも１つのプロセスマイクロチャネルの中に流し、少なくとも１つの触媒と接触させてエチルベンゼンを脱水素し、スチレンを含む生成物を形成させること、プロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルと熱接触する少なくとも１つの熱交換チャネルとの間で熱を交換させること、および生成物をプロセスマイクロチャネルから取り出すことを含む、エチルベンゼンをスチレンへ変換するためのプロセスであって、原料組成物は酸素と組み合わされ、触媒は少なくとも１つの酸化脱水素触媒を含み、触媒は担体上に担持され、担体はマイクログルーブ型担持ストリップを含み、マイクログルーブ型担持ストリップは担持ストリップを備え、担持ストリップは、長さおよび長さの方向へ延在する中心軸、第１の表面、第１の側端、第２の側端、第１の側端から第２の側端へ延在する前端、第１の側端から第２の側端へ延在する後端、第１の表面中の複数の平行マイクログルーブであって、マイクログルーブの中に流れる流体がマイクログルーブ型担持ストリップの前端から後端へ向かう方向に流れるのを可能にするのに十分な中心軸に対する角度で第１の側端と第２の側端との間に延在する複数の平行マイクログルーブを有する、プロセスに関する。
【００１５】
一実施態様では、本発明は、エチルベンゼンを含む原料組成物を少なくとも１つのプロセスマイクロチャネルの中に流し、少なくとも１つの触媒と接触させてエチルベンゼンを脱水素し、スチレンを含む生成物を形成させること、プロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルと熱接触する少なくとも１つの熱交換チャネルとの間で熱を交換させること、および生成物をプロセスマイクロチャネルから取り出すことを含む、エチルベンゼンをスチレンへ変換するためのプロセスであって、原料組成物は酸素と組み合わされ、触媒は少なくとも１つの酸化脱水素触媒を含み、触媒は複合担持構造体に担持され、複合担持構造体は通過流構造体であり、原料組成物および酸素は複合担持構造体の中で触媒と接触し、反応して生成物を形成し、複合担持構造体は、第１の表面、第２の表面、長さおよび長さの方向へ延在する中心軸、前端、後端、第１の側端、第２の側端、第１の側端から第２の側端へ延在する前端および後端、前端から第２の側端へ延在する第１の表面中の複数の平行マイクログルーブ、および第１の側端から後端へ延在する第１の表面中の複数の平行マイクログルーブを有する少なくとも１つの第１の担持ストリップと、第１の表面、第２の表面、長さおよび長さの方向へ延在する中心軸、前端、後端、第１の側端、第２の側端、第１の側端から第２の側端へ延在する前端および後端、前端から第１の側端へ延在する第１の表面中の複数の平行マイクログルーブ、および第２の側端から後端へ延在する第１の表面中の複数の平行マイクログルーブを有する少なくとも１つの第２の担持ストリップとを含み、第１の担持ストリップは第２の担持ストリップと隣接し、第１の担持ストリップの第２の表面は第２の担持ストリップの第１の表面と接触し、担持ストリップのそれぞれの前端および後端は流体が前端および後端を通って流れるのを可能にするように開かれ、担持ストリップのそれぞれの側端は流体が側端を通って流れないように閉じられ、マイクログルーブのそれぞれは流体が担持ストリップを通って１つの担持ストリップから別の担持ストリップへ流れるのを可能にするのに十分に担持ストリップの中へ進入し、第１の担持ストリップの第１の表面の中のマイクログルーブは第１の担持ストリップの前端および第１の側端の方へ配向され、約０°より大きく９０°より小さな角度を中心軸と形成し、第２の担持ストリップの第１の表面の中のマイクログルーブは第２の担持ストリップの前端および第１の側端の方へ配向され、９０°より大きく約１８０°より小さな角度を中心軸と形成するプロセスに関する。
【００１６】
一実施態様では、本発明は、エチルベンゼンを含む原料組成物を少なくとも１つのプロセスマイクロチャネルの中に流し、少なくとも１つの触媒と接触させてエチルベンゼンを脱水素し、スチレンを含む生成物を形成させること、プロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルと熱接触する少なくとも１つの熱交換チャネルとの間で熱を交換させること、および生成物をプロセスマイクロチャネルから取り出すことを含む、エチルベンゼンをスチレンへ変換するためのプロセスであって、原料組成物は酸素と組み合わされ、触媒は少なくとも１つの酸化脱水素触媒を含み、酸素を含む段階添加原料流が段階添加チャネルの中に流れ、段階添加チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、プロセスマイクロチャネルは原料組成物のための入口を有し、原料組成物は原料組成物のための入口を通ってプロセスマイクロチャネルへ入り、段階添加原料流は段階添加チャネルからプロセスマイクロチャネルへ流入し、段階添加原料流は原料組成物のための入口の下流でプロセスマイクロチャネルへ入り、プロセスマイクロチャネルの中で原料組成物と接触するプロセスに関する。
【００１７】
一実施態様では、本発明は、プロセスマイクロチャネル、熱交換チャネル、およびプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとの間に配置された伝熱壁を含む装置に関する。伝熱壁は少なくとも１つの熱抵抗層を含む。この装置は、マイクロチャネル反応器の中の繰り返し単位として用いてよい。
【００１８】
一実施態様では、本発明は、前記の装置を含むマイクロチャネル反応器に関する。
【００１９】
一実施態様では、本発明は、槽の中に配置された複数の前記のマイクロチャネル反応器を含む装置に関する。各マイクロチャネル反応器は、複数のプロセスマイクロチャネル、複数の熱交換チャネル、および任意選択として、複数の段階添加チャネルを含む。槽は、原料をプロセスマイクロチャネルへ流すためのマニホルド、生成物をプロセスマイクロチャネルから流すためのマニホルド、熱交換流体を熱交換チャネルへ流すためのマニホルド、任意選択として、酸素または酸素源を段階添加チャネルへ流すためのマニホルド、および熱交換流体を熱交換チャネルから流すためのマニホルドを備える。一実施態様では、各マイクロチャネル反応器は約１から約５０，０００のプロセスマイクロチャネルを含むとよく、槽は１から約１０００のマイクロチャネル反応器を含むとよい。
【００２０】
本発明は、少なくとも一実施態様では、熱および物質移動の性能を改善することによって、生成物収率およびエネルギー効率を向上させる利点を提供する。本発明によれば、プロセス処理装置のサイズおよび下流の分離装置の数を減らすことによって、資本コストを減らすことができる。触媒をピーク性能範囲で動作させ、ホットスポットを避けることによって触媒生産性を向上させるとよい。本発明によれば、有利な経済性を有する能力増設分を加えることによって、コスト効率のよいプラント拡張を提供することができる。
【００２１】
添付の図面では、同様な部品および構成要素は同様な指示符号を有する。複数の添付の図面は概略説明図であり、必ずしも正確に拡大縮されておらず、一定の比率で描かれてもいない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本明細書中で開示するすべての範囲および比の境界は組み合わせてよい。特に明示しない限り、「ａ」、「ａｎ」および／または「ｔｈｅ」への参照は１つではなく１つ以上を含み、単数形の品目への参照は複数形の品目も含んでよいと理解すべきである。
【００２３】
用語「マイクロチャネル」は、最大約１０ミリメートル（ｍｍ）、一実施態様では最大約５ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍ、一実施態様では最大約１ｍｍの高さまたは幅の少なくとも一方の内部寸法を有するチャネルを指してよい。マイクロチャネルは、少なくとも１つの入り口と少なくとも１つの出口とを含んでよく、少なくとも１つの入り口は少なくとも１つの出口と相異なる。マイクロチャネルは、単にオリフィスでなくてよい。マイクロチャネルは、単にゼオライトまたはメソ多孔質材料中のチャネルでなくてよい。本発明のプロセスでプロセスマイクロチャネルおよび／または熱交換マイクロチャネルとして用いてよいマイクロチャネルの例を図１に示す。図１を参照すると、例を示したマイクロチャネルは高さ（ｈ）、幅（ｗ）および長さ（ｌ）を有する。マイクロチャネルの中を矢印で示す方向に流体が流れてよい。高さ（ｈ）および幅（ｗ）は、マイクロチャネルを通る流体の流れに対して両方とも垂直である。マイクロチャネルの高さ（ｈ）または幅（ｗ）は、約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．７５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲にあるとよい。高さ（ｈ）または幅（ｗ）の他方の寸法は任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであるとよい。マイクロチャネルの長さ（ｌ）は任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では約０．２から約３メートルであるとよい。図１に例を示したマイクロチャネルは長方形の断面を有するが、マイクロチャネルは任意の形状、例えば正方形、円形、半円形、台形等を有する断面を有してよいと理解すべきである。マイクロチャネルの断面の形状および／またはサイズは、その長さにわたって変化してよい。例えば、高さまたは幅は、マイクロチャネルの長さにわたって相対的に大きな寸法から相対的に小さな寸法へ、またはその逆にテーパをつけてよい。
【００２４】
用語「プロセスマイクロチャネル」は、プロセスが実行されるマイクロチャネルを指してよい。プロセスは、エチルベンゼン（ＥＢ）をスチレンへ変換することに関してよい。プロセスマイクロチャネルは、１つ以上の触媒を含んでよい。
【００２５】
用語「マイクロチャネル反応器」は、反応を行うための少なくとも１つのプロセスマイクロチャネルを含む装置を指してよい。反応器は、エチルベンゼンをスチレンへ変換するために用いてよい。マイクロチャネル反応器は、並列に動作させてよい複数のプロセスマイクロチャネル、プロセスマイクロチャネルの中への流体の流れを提供するためのヘッダまたはマニホルドアセンブリ、およびプロセスマイクロチャネルから出る流体の流れを提供するフッタまたはマニホルドアセンブリを含んでよい。マイクロチャネル反応器は、プロセスマイクロチャネルの内容物を冷却および／または加熱するためにプロセスマイクロチャネルに隣接する、および／またはプロセスマイクロチャネルと熱接触する１つ以上の熱交換チャネル、例えば熱交換マイクロチャネルを含んでよい。
【００２６】
用語「構造壁」または「ＳＷ」は、表面上に配置されるかまたは取り付けられた１つ以上のストリップまたはシムを有する内部チャネル壁、例えばマイクロチャネル壁を指してよい。ストリップまたはシムは、１つ以上のすき間、開口またはスルーホールを含んでよい。２つ以上のストリップ層またはシム層を上下に積み重ねるかまたは横に並べ、チャネル壁上に配置されるかまたは取り付けられた多孔質構造体を提供してよい。構造壁に触媒を担持させてよい。構造壁に隣接させてプロセスマイクロチャネルの中に開放バルク流領域またはギャップが配置されてよい。
【００２７】
用語「構造壁反応器」は、少なくとも１つのプロセスマイクロチャネルを含み、プロセスマイクロチャネルが１つ以上の構造壁を含む、マイクロチャネル反応器を指してよい。１つ以上の構造壁に触媒を担持させてよい。構造壁に隣接させてプロセスマイクロチャネルの中に開放バルク流領域またはギャップが配置されてよい。
【００２８】
プロセスマイクロチャネル内の体積に関する用語「体積」は、プロセス流体が貫流するかまたは側流する、プロセスマイクロチャネルの中のすべての体積を含んでよい。この体積は、プロセスマイクロチャネル内の構造壁の中のすき間、開口または孔の内部の体積を含んでよい。この体積は、プロセスマイクロチャネルの中に配置され、貫通流式または側流式の流体の流れに適応してよい表面構成要素内の体積を含んでよい。
【００２９】
用語「シム」は、平面または実質的平面のシートまたはプレートを指してよい。シムの厚さはシムの最も小さな寸法であってよく、最大約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍの範囲、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍの範囲、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲であってよい。シムは任意の長さおよび幅を有してよい。
【００３０】
用語「表面構成要素」は、マイクロチャネル内の流れおよび／または混合を変化させる、マイクロチャネル壁の中の窪みおよび／またはマイクロチャネル壁からの突起を指す。表面構成要素は、円形、球形、円錐形、楕円体形、正方形、長方形、平行四辺形、格子形、Ｖ字形、羽根形、空気翼形、波形および類似形であってよい。表面構成要素は副構成要素を含んでよい。この場合、表面構成要素の主壁がより小さな構成要素をさらに含み、より小さな構成要素は、刻み目形、波形、ギザギザ形、孔形、ばり形、格子形、扇形および類似形であってよい。表面構成要素は、深さ、幅を有してよく、円形でない表面構成要素は長さを有してよい。図３９〜４５に例を示す。表面構成要素は、プロセスマイクロチャネルの内壁の１つ以上の上または中に形成してよい。表面構成要素は、マイクロチャネル内の１つ以上の構造壁を形成させるために用いた１つ以上のストリップまたはシムの中または上に配置してよい。表面構成要素は、プロセスマイクロチャネルとともに用いてよい開口区間の１つ以上の上または中に形成させてよい。表面構成要素は、本明細書で使用される熱交換チャネルの１つ以上の内壁の上または中に形成させてよい。表面構成要素は、受動表面構成要素または受動混合要素と呼んでよい。表面構成要素を用いて層流流線を撹乱し、バルク流れの方向に対してある角度の移流を作り出してよい。表面構成要素を用いて反応体と触媒との間の接触を促進させるかまたは伝熱を促進させてよい。
【００３１】
用語「マイクログルーブ」は、最大約１０００ミクロン、一実施態様では約１から約１０００ミクロンの範囲、一実施態様では約１から約５００ミクロンの範囲、一実施態様では約１から約１００ミクロンの深さを有する基板中の溝（グルーブ）を指してよい。基板は、触媒用の担持構造体としておよび／または構造壁を形成するために用いられるストリップまたはシムであってよい。マイクログルーブは、マイクログルーブの長さの一部または全体にわたって基板中に進入してよい。マイクログルーブは、基板中に一部しか進入しなくてよい。マイクログルーブの深さは、最も深い基板中への進入点で測定してよい。マイクログルーブは、最大約１０００ミクロン、一実施態様では約０．１から約１０００ミクロンの範囲、一実施態様では約１から約５００ミクロンの範囲の幅を有してよい。幅は、マイクログルーブの最も幅の広い点で測定した幅であってよい。マイクログルーブは、任意の長さ、例えば最大約１００ｃｍ、一実施態様では約０．１から約１００ｃｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｃｍを有してよい。マイクログルーブは、任意の形の断面を有してよい。例は、正方形、長方形、Ｖ字形、半円形、逆台形、台形および類似形を含む。マイクログルーブの断面の形状および／またはサイズは、マイクログルーブの長さにわたって変化してよい。
【００３２】
用語「熱交換チャネル」は、熱を放出し、および／または熱を吸収することができる、熱交換流体を内部に有するチャネルを指す。熱交換チャネルは、マイクロチャネルであってよい。
【００３３】
用語「伝熱壁」は、プロセスマイクロチャネルと、隣接する熱交換チャネルとの間の共通壁を指してよい。一方のチャネルから他方のチャネルへ共通壁を通って熱が移動する。
【００３４】
用語「熱抵抗層」は、伝熱壁を通る熱の流れを減少させる、伝熱壁の片側または両側にあるか、あるいは伝熱壁の中に埋め込まれた層を指してよい。一実施態様では、熱抵抗層は伝熱壁内に埋め込まれ、プロセスマイクロチャネルの内部および／または熱交換チャネルの内部と直接接触しなくてよい。熱抵抗層は、真空、気体物質（例えば空気または不活性気体）、液体物質（例えば高沸点液体）および／または固体物質を含んでよい。固体物質は、すき間、開口またはスルーホールを含んでよい。熱抵抗層は、伝熱壁より低い密度を有してよい点を除けば、伝熱壁と同じまたは実質的に同じ材料で作ってよい。熱抵抗層および／または伝熱壁は、１つ以上の熱抵抗構築物のサブアセンブリを含んでよい。各サブアセンブリは、上下に積み重ねられた２つ以上のシムと、シムの間に配置された１つ以上のすき間とを含んでよい。すき間は、真空、あるいは空気または不活性気体などの気体を含んでよい。熱抵抗層は、任意の所望の数のこれらの上下に積み重ねられたサブアセンブリ、例えば１から約１００のサブアセンブリを含んでよい。熱抵抗層は、すき間、開口および／またはスルーホールを含む１つ以上のストリップまたはシムを含んでよい。ストリップまたはシムは、ストリップまたはシムの片側または両側にグルーブ（例えばマイクログルーブ）を含んでよい。熱抵抗層は、すき間、開口および／またはスルーホールを含む複数のストリップまたはシムを含んでよく、ストリップまたはシムは上下に積み重ねられ、その結果、多孔質構造体を形成する。熱抵抗層は、所望の熱抵抗特性を提供する任意の適当な材料（例えば金属、金属合金、セラミックス、ガラス、石英、シリコン、重合体、またはそれらの２つ以上の組み合わせ等）で構築してよい。熱抵抗層は、約１％から約９９％、一実施態様では約１０％から約９０％の範囲の空隙体積を有してよい。あるいは、熱抵抗層は、約１％から約９９％、一実施態様では約１０％から約９０％の範囲の非固体体積を有してよい。熱抵抗層は、伝熱壁の長さおよび／または幅にわたってさまざまな空隙に対する固体の比、または非固体に対する固体の比を有してよい。熱抵抗層は、伝熱壁の長さにわたって距離の関数として変化する物理的性質および／または形を有してよい。例えば、熱抵抗層は、プロセスマイクロチャネルへの入口で比較的低く、プロセスマイクロチャネルの出口の近くで徐々にまたは急激に高いレベルに増大するかまたはその反対の伝熱特性を示してよい。熱抵抗層は、伝熱壁の長さ方向の１つの位置から別の位置へ距離の関数として徐々にまたは急激に組成が変化してよい。熱抵抗層の厚さは、伝熱壁の厚さの約１から約９９％、一実施態様では約１０から約９０％を含んでよい。
【００３５】
用語「熱交換流体」は、熱を放出し、および／または熱を吸収することができる流体を指してよい。
【００３６】
用語「隣接する」は、別のチャネルの位置に対する１つのチャネルの位置を指すとき、壁が２つのチャネルを分離するように直接隣接することを意味してよい。この壁は、厚さが変化してよい。しかし、「隣接する」チャネルは、チャネル間の伝熱を妨げると考えられる仲介チャネルによって分離されることはない。
【００３７】
用語「熱接触」は、必ずしも互いに接触していないかまたは互いに隣接していないが、それでも互いに熱を交換することができる２つの実体、例えば２つのチャネルを指してよい。従って、例えば別の実体と熱接触する１つの実体は、相手の実体を加熱するかまたは冷却してよい。
【００３８】
用語「流体」は、気体、液体、分散固体を含む気体または液体、あるいはそれらの混合物を指してよい。流体は、分散液滴を含む気体の形であってよい。
【００３９】
用語「バルク流れ領域」は、プロセスマイクロチャネル内の開放区域を指してよい。連続バルク流れ領域は、顕著な圧力降下なしでプロセスマイクロチャネルを通る迅速な流体の流れを可能にしてよい。一実施態様では、バルク流れ領域には層流があってよい。バルク流れ領域は、プロセスマイクロチャネルの内部体積またはプロセスマイクロチャネルの断面積の約５％、一実施態様では約３０から約８０％を含んでよい。
【００４０】
用語「滞留時間」は、「平均滞留時間」と呼んでもよく、チャネルを通って流れる流体が占めるチャネルの内部体積を、用いられる温度および圧力でチャネルを通って流れる流体の平均体積流速で除した商であってよい。
【００４１】
用語「上流」および「下流」は、チャネルの中の流体流の流れの方向に対するチャネル（例えばプロセスマイクロチャネル）内の位置を指してよい。例えば、その位置へ流れて来る流体の一部分がまだ到着していないチャネル内の位置は、流体流のその一部分の下流と考えられる。その位置から流れ去る流体流の一部分が既に通り過ぎたチャネル内の位置は、流体流のその一部分の上流であると考えられる。本明細書で用いられるチャネルは水平、垂直、または傾いた角度に配向させてよいので、用語「上流」および「下流」は、必ずしも垂直位置を指さない。
【００４２】
用語「標準立方フィート」または「標準立方メートル」は、２０℃の温度および大気圧で測定された体積を指す。
【００４３】
用語「ノルマルリットル」は、２０℃の温度および大気圧で測定された体積を指す。
【００４４】
用語「ゲージ圧力」は、絶対圧から大気圧を減じた差を指す。例えば、ゼロ気圧のゲージ圧は大気圧に一致する。しかし、本文書を通して、および添付の請求項では、特に明記しない限り、すべての圧力は絶対圧である。
【００４５】
用語「傾斜触媒」は、１つ以上の触媒活性勾配を有する触媒を指してよい。傾斜触媒は、変化する触媒活性金属の濃度または表面積を有してよい。傾斜触媒は、変化する触媒活性部位のターンオーバ速度を有してよい。傾斜触媒は、距離の関数として変化する物理的性質および／または形を有してよい。例えば、傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネルへの入り口で比較的低く、プロセスマイクロチャネルの出口の近くで高くなるか、あるいはその逆の活性金属濃度を有してよく、あるいは、プロセスマイクロチャネルの中心（すなわち中点）に近いほど低く、プロセスマイクロチャネル壁に近いほど高いか、あるいはその逆の濃度の触媒活性金属を有してよい、等である。傾斜触媒の熱伝導率は、プロセスマイクロチャネル内の１つの位置から別の位置へ変化してよい。傾斜触媒の表面積は、一定表面積の担体上の触媒活性金属部位のサイズを変化させることによって、または、担体の種類または粒子サイズを変化させるなど、担体の表面積を変化させることによって変化させてよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネル内の別々の部分で担体の体積に対する表面積の比が高いかまたは低い多孔質担体を有してよく、これにあらゆる位置で同じ触媒被覆物を施してよい。これまでに記載した実施態様の２つ以上の組み合わせを用いてよい。傾斜触媒は、単独触媒成分または複数触媒成分（例えば二元金属または三元金属触媒）を有してよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネル内の１つの位置から別の位置への距離の関数としてその性質および／または組成を徐々に変化させてよい。傾斜触媒は、各粒子内に触媒活性金属の「卵殻」分布を有する縁型粒子を含んでよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネルの長さに沿った軸方向または横方向に傾斜を有してよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネル内の１つの位置から別の位置へ変化してよいさまざまな触媒組成、さまざまな担持率および／または活性触媒部位の数を有してよい。触媒活性部位の数は、触媒構造体の多孔度を変化させることによって変化させてよい。これは、さまざまな量の触媒物質を析出させるウォッシュコートプロセスを用いて実現してよい。一例は、プロセスマイクロチャネル長さに沿った異なる多孔質触媒厚さの使用であり、それによって、活性を多く必要とするところほど厚い多孔質構造体を残してよい。多孔質触媒の厚さを固定するかまたは変化させて多孔率の変化を用いてもよい。流れのための開放区域またはギャップに隣接させて第１の細孔サイズを用いてよく、プロセスマイクロチャネル壁に隣接させて少なくとも１つの第２の細孔サイズを用いてよい。
【００４６】
用語「酸素の反応率」は、反応体（段階添加を用いて加えたすべての酸素を含む）と生成物との間の酸素モル数変化を反応体中の酸素のモル数で除した商を指す。
【００４７】
用語「エチルベンゼンの反応率」は、反応体と生成物との間のエチルベンゼンモル数変化を反応体中のエチルベンゼンのモル数で除した商を指す。
【００４８】
用語「スチレンへの選択率」は、作り出されたスチレンのモル数を、作り出されたスチレンのモル数プラス生成物中のエチルベンゼンのモル数で除した商を指す。
【００４９】
用語「サイクル」は、プロセスマイクロチャネルを通る反応体の１回の通過を指す。
【００５０】
用語「時間あたり触媒グラムあたりｍｌ（ミリリットル）」は、時間あたり触媒のグラムあたり作り出された生成物の体積（ｍｌ）を指し、触媒のグラム数は、触媒中の触媒物質を指すが、存在させてよいいかなる担体も指さない。
【００５１】
用語「収率」は、特定の生成物（例えばスチレン）へ変換された反応体のモル数を変換された反応体のモル数で除した商を指す。収率は、によって計算してよい
【００５２】
用語「ｍｍ」は、ミリメートルを指してよい。用語「ｎｍ」は、ナノメートルを指してよい。用語「ｍｓ」は、ミリ秒を指してよい。用語「μｍ」は、ミクロンまたはマイクロメートルを指してよい。用語「ミクロン」と「マイクロメートル」とは同じ意味を有し、区別せず用いてよい。
【００５３】
エチルベンゼン（ＥＢ）をスチレンへ変換するための本発明のプロセスは、脱水素（ＤＨ）プロセスまたは酸化脱水素（ＯＤＨ）プロセスであってよい。脱水素反応は吸熱反応であり、酸化脱水素反応は発熱反応である。どちらのプロセスも本発明によるマイクロチャネル反応器中で行ってよいが、酸化脱水素プロセスの熱管理の方が容易であり、従って有利なことがある。スチレンを作るための本発明のプロセスは、スチレン生成マイクロチャネル反応器の上流のマイクロチャネル反応器中でエチレンを生成させるプロセスにおいて使用してよい。スチレン生成マイクロチャネル反応器の上流のアルキル化反応器の中でエチルベンゼンを形成させてよい。アルキル化反応器は、マイクロチャネル反応器または通常のアルキル化反応器であってよい。プロセスが酸化脱水素プロセスのとき、酸素または酸素源を用いてよい。酸素源は、空気または酸素富化空気であってよい。エチルベンゼンを空気および／または水蒸気と混合してよい。図２〜５に複数のこれらのプロセスを例示する流れ図を提供する。
【００５４】
図２を参照すると、第１のマイクロチャネル反応器の中でエタン（Ｃ２）が脱水素（ＤＨ）されてエチレン（Ｃ２＝）を形成する。エチレンはベンゼン（ＢＺ）とともにアルキル化反応器へ供給され、そこでエチルベンゼン（ＥＢ）が生成する。エチルベンゼンは、次に第２のマイクロチャネル反応器の中で脱水素されてスチレンを形成する。スチレンとエチルベンゼンとは分離され、未反応のエチルベンゼンはリサイクルしてよい。
【００５５】
図３に例を示すプロセスでは、第１のマイクロチャネル反応器の中でエタンが酸化脱水素（ＯＤＨ）されてエチレンを形成する。エチレンはベンゼンとともにアルキル化反応器に供給されてエチルベンゼンを形成する。エチルベンゼンは、次に第２のマイクロチャネル反応器の中で脱水素されてスチレンを形成する。スチレンとエチルベンゼンとは分離され、未反応のエチルベンゼンはリサイクルしてよい。
【００５６】
図４に例を示すプロセスでは、第１のマイクロチャネル反応器の中でエタンが酸化脱水素されてエチレンを形成する。エチレンは、ベンゼンとともにアルキル化反応器に供給されてエチルベンゼンを形成する。エチルベンゼンは、次に第２のマイクロチャネル反応器の中で酸化脱水素されてスチレンを形成する。スチレンとエチルベンゼンとは分離され、未反応のエチルベンゼンはリサイクルしてよい。
【００５７】
図５に例を示すプロセスでは、ベンゼンとリサイクルエチレンとがアルキル化反応器へ供給されてエチルベンゼンを作り出す。エタン、エチルベンゼン、酸素および回収水素がマイクロチャネル反応器へ供給されてスチレンへ同時に酸化脱水素される。スチレン、未反応のエチレンおよび水素が分離される。エチレンは、アルキル化装置へリサイクルしてよい。回収水素は、マイクロチャネル酸化脱水素反応器へ全部または一部を同時供給してよい。
【００５８】
本発明のプロセスによってスチレンを作るために用いられるマイクロチャネル反応器の以下の記載は、エチレンおよびエチルベンゼンを作るために上流で用いられるマイクロチャネル反応器にも適用可能である。一実施態様では、マイクロチャネル反応器は、図６に例を示す形であってよい。図６を参照すると、マイクロチャネル反応器１００は、マイクロチャネル反応器コア１１０、原料入口１２０、生成物出口１３０、熱交換流体入口１４０および熱交換流体出口１５０を含む。マイクロチャネル反応器コア１１０は、複数の繰り返し単位を含んでよく、各繰り返し単位は、１つ以上のプロセスマイクロチャネルを含む。プロセスマイクロチャネルは、プロセスマイクロチャネルへの反応体の流れを提供するためのヘッダまたはマニホルドアセンブリ、およびプロセスマイクロチャネルから出る生成物の流れを提供するためのフッタまたはマニホルドアセンブリと組み合わせ、並列に動作させてよい。マイクロチャネル反応器コア１１０は、プロセスマイクロチャネルと隣接し、および／または熱接触する１つ以上の熱交換チャネルをさらに含んでよい。熱交換チャネルは、マイクロチャネルであってよい。プロセスマイクロチャネルの中で実行される反応が発熱反応のとき、熱交換チャネルを用いてプロセスマイクロチャネルを冷却してよい。プロセスマイクロチャネル中で実行される反応が吸熱反応のとき、熱交換チャネルを用いてプロセスマイクロチャネルを加熱してよい。熱交換チャネルを用いて１つ以上の反応体を予熱し、および／または生成物を冷却してよい。加熱および／または冷却のさまざまな組み合わせを使用してプロセスマイクロチャネルの長さ方向に所望の温度プロフィルを提供してよい。各プロセスマイクロチャネルは触媒を含んでよい。触媒は、下記で考察する任意の形であってよく、プロセスマイクロチャネルの中の反応区域の中に配置される。動作時、マイクロチャネル反応器コア１１０の中へエチルベンゼンを含む原料組成物が矢印１２０で示すように流入する。反応が酸化脱水素反応のとき、任意選択として酸素を原料組成物と組み合わせてよい。反応中で酸素を使用するとき、マイクロチャネル反応器１００の上流、マイクロチャネル反応器コア１１０のヘッダまたはマニホルドアセンブリの中、またはマイクロチャネル反応器コア１１０内のプロセスマイクロチャネルの中でエチルベンゼンと酸素とを混合してよい。各プロセスマイクロチャネル内で、反応区域の上流の混合区域の中または反応区域の中でエチルベンゼンと酸素とを互いに混合してよい。反応区域の上流の混合区域の中で酸素の一部をエチルベンゼンと混合し、反応区域の中で酸素の一部をエチルベンゼンと混合してよい。プロセスマイクロチャネルの中で酸素とエチルベンゼンとを互いに混合するとき、酸素は、段階添加原料流としてプロセスマイクロチャネルへ入ってよい。エチルベンゼン、または酸素と組み合わされたエチルベンゼンは、プロセスマイクロチャネルの中で反応を行ってスチレンを含む生成物を形成してよい。生成物は、マイクロチャネル反応器コア１１０の中のフッタまたはマニホルドアセンブリを通り、矢印１３０で示すようにマイクロチャネル反応器コア１１０から流れ出る。矢印１４０で示すように熱交換流体がマイクロチャネル反応器コア１１０へ入り、マイクロチャネル反応器コア１１０の中の熱交換チャネルを通って循環し、プロセスマイクロチャネルを加熱または冷却し、矢印１５０で示すようにマイクロチャネル反応器コア１１０から流れ出る。
【００５９】
マイクロチャネル反応器コア１１０は、予熱区間と隣接させるかまたは熱接触させ、および／または冷却区間の上流に配置してよい。予熱区間は、冷却区間と隣接させるかまたは熱接触させて配置してよい。予熱区間および冷却区間はそれぞれ、予熱区間および冷却区間の中のプロセスマイクロチャネルが触媒を含まない点を除けば、マイクロチャネル反応器コア１１０の中のプロセスマイクロチャネルと同じかまたは類似の複数のプロセスマイクロチャネルを含んでよい。図４６および４７にこれの例を示す。図４６を参照すると、マイクロチャネル反応器１００Ａは、マイクロチャネル反応器１００Ａが予熱区間１１２および冷却区間１１４をさらに含む点を除けば、図６に例を示したマイクロチャネル反応器１００と同じである。脱水素プロセスなら、マイクロチャネル反応器コア１１０は、約２２０℃から約８５０℃の範囲の温度、一実施態様では約３００℃から約５５０℃で動作させるとよい。酸化脱水素プロセスなら、マイクロチャネル反応器コア１１０は、約３００℃から約５５０℃の範囲の温度、一実施態様では約３５０℃から約５００℃で動作させるとよい。マイクロチャネル反応器コア１１０からの熱を用いて予熱区間１１２を通ってマイクロチャネル反応器コア１１０に流入する反応体を加熱してよい。反応体は、予熱区間１１２の中で室温または外界温度から最大マイクロチャネル反応器コア１１０の中の温度へ加熱してよい。一実施態様では、反応体は、予熱区間１１２の中で室温または外界温度から約５０℃から約５００℃の範囲の温度、一実施態様では約１５０℃から約４００℃の範囲へ加熱してよい。同様に、矢印１２０で示されるように予熱区画１１２へ入る比較的低温の反応体を用いて、矢印１３０で示されるように冷却区間１１４を通ってマイクロチャネル反応器コア１１０から流れ出る比較的高温の生成物を冷却してよい。冷却区間１１４では、生成物を約５５０℃から約２５０℃の範囲の温度、一実施態様では約４５０℃から約３００℃へ冷却してよい。熱交換チャネルの中に流れる比較的低温の熱交換流体を用いる冷却において冷却区間１１４の中のマイクロチャネルであってよい追加の冷却を使用してよい。このプロセスは、図４６に例を示すように、マイクロチャネル反応器と冷却区間１１４とが予熱区間１１２と隣接している箱状の構築物を有する装置の中で実行するとよい。
【００６０】
図４７に例を示したプロセスは、図４７に例を示したマイクロチャネル反応器１００Ｂが矢印１３０で示すように冷却区間１１４から流れる生成物を冷却するスチレンノックアウトドラム１３４も含む点を除けば、図４６に例を示したプロセスと同じである。スチレンノックアウトドラム１３４へ入る生成物流の温度は、約３５０℃から約５０℃の範囲、一実施態様では約２５０℃であってよい。スチレンノックアウトドラム１３４から流れ出る生成物は、約１００℃から−約２０℃の範囲、一実施態様では約５℃の温度であってよい。スチレンノックアウトドラム１３４の中の生成物の滞留時間は、約０．０１から約１０００秒の範囲、一実施態様では約１０から約１００秒であるとよい。生成物流は、矢印１３６で示すようにノックアウトドラムから流れ出る。ノックアウトドラム１３４は、冷却区間１１４から流れ出る生成物を受けるのに適した任意の槽または容器の形であってよい。ノックアウトドラム１３４の内部体積は、マイクロチャネル反応器コア１１０の中のプロセスマイクロチャネルの内部体積と比較すると比較的大きくてよい。例えば、ノックアウトドラム１３４の内部体積は、プロセスマイクロチャネルの内部体積の最大約１０００倍、一実施態様ではマイクロチャネル反応器コア１１０の中のプロセスマイクロチャネルの内部体積の約４から約１００００倍であってよい。ノックアウトドラム１３４は、生成物スチレンが重合する傾向を妨げるかまたは低下させる上で有用であってよい。
【００６１】
一実施態様では、マイクロチャネル反応器コア１１０は、図７に例を示すように横に並べられたプロセスマイクロチャネルの層２００と熱交換チャネル（例えばマイクロチャネル）の層２５０とを含んでよい。あるいは、層２００と層２５０とを上下に積み重ねてよい。各熱交換層２５０に対して１つ以上のプロセスマイクロチャネル層２００を用いてよい。従って、例えば、２、３、４、５、６またそれ以上のプロセスマイクロチャネル層２００を単一の熱交換層２５０とともに使用してよい。あるいは、２つ以上の熱交換層２５０を各プロセスマイクロチャネル層２００とともに使用してよい。プロセスマイクロチャネル層２００は、プロセス流体の流れを提供する複数のプロセスマイクロチャネル２１０を含む。熱交換マイクロチャネル層２５０は、熱交換流体の流れを提供する複数の熱交換マイクロチャネル２６０を含む。熱交換層２５０は、加熱または冷却のために用いてよい。一実施態様では、各プロセスマイクロチャネル層２００は、プロセスマイクロチャネル層２００のそれぞれの側の隣接する熱交換マイクロチャネル層２５０の間に配置してよい。一実施態様では、２つ以上のプロセスマイクロチャネル層２００は、互いに隣接させて配置して垂直または水平に配向したプロセスマイクロチャネル層の積層を形成させてよく、この積層の片側または両側に熱交換層２５０が配置されてよい。本発明のさまざまな実施態様では、マイクロチャネルであってよい段階添加チャネルの層をプロセスマイクロチャネルと組み合わせて用いてよく、これらの実施態様の場合、プロセスマイクロチャネル層のそれぞれと隣接させて段階添加チャネルの１つ以上の層を配置してよい。１つ以上のプロセスマイクロチャネル層２００、熱交換チャネル層２５０、および任意選択の段階添加チャネル層の各組み合わせを繰り返し単位と呼んでよい。
【００６２】
プロセスマイクロチャネル層２００の中のプロセスマイクロチャネル２１０は、平行に配置してよい。各プロセスマイクロチャネル２１０は、端２１２から端２１４のマイクロチャネル層２００の長さ方向へ延在してよい。プロセスマイクロチャネル２１０は、端２１６から端２１８のプロセスマイクロチャネル層２００の幅方向へ延在してよい。プロセスマイクロチャネル２１０の中に触媒を配置してよい。プロセスマイクロチャネル２１０を通るプロセス流体の流れは、矢印２２０および２２２で示す方向であってよい。段階添加チャネルを用いるとき、段階添加チャネルが触媒を含まない点を除けば、プロセスマイクロチャネル２１０と同じように構成してよい。各プロセスマイクロチャネル２１０に対して１つ以上の隣接する段階添加チャネルを用いてよい。プロセスマイクロチャネルと段階添加チャネルとは、プロセスマイクロチャネルの長さ方向のさまざまな点または多数の点で段階添加チャネルからプロセスマイクロチャネルの中への流体の流れを可能にする開口を有する少なくとも１つの共通の壁を有してよい。
【００６３】
熱交換マイクロチャネル２６０は、熱交換マイクロチャネル層２５０の中に平行に配置してよい。各熱交換マイクロチャネル２６０は、端２６６から端２６８のマイクロチャネル層２５０の幅方向へ延在してよい。熱交換マイクロチャネル２６０は、マイクロチャネル層２５０の端２６２から端２６４のマイクロチャネル層２５０の長さ方向へ延在してよい。熱交換流体は、熱交換マイクロチャネル２６０の中を矢印２７０および２７２で示す方向へ流れてよい。矢印２７０および２７２で示す方向の熱交換流体の流れは、矢印２２０および２２２で示すプロセスマイクロチャネル２１０を通って流れるプロセス流体の流れに対して交差流であってよい。あるいは、熱交換マイクロチャネル２６０は、端２６２から端２６４または端２６４から端２６２のマイクロチャネル層２５０の長さ方向の熱交換流体の流れを提供するように配向させてよい。この結果、プロセスマイクロチャネル２１０を通るプロセス流体の流れに対して並流または向流となる方向の熱交換流体の流れが得られると考えられる。
【００６４】
マイクロチャネル層２００と２５０とのそれぞれの中のマイクロチャネル２１０と２６０の数、ならびに任意選択の段階添加層の中のチャネルの数は、任意の所望の数、例えば１、２、３、４、５、６、８、１０、数１００、数１０００、数１０，０００、数１００，０００、数１，０００，０００等であってよい。マイクロチャネル反応器コア１１０の中に用いてよい、プロセスマイクロチャネル層、熱交換チャネル層、および任意選択として段階添加チャネル層を含む繰り返し単位の数は、任意の数、例えば１、２、３、４、５、６、８、１０、数１００、数１，０００等であってよい。
【００６５】
図８〜１２にマイクロチャネル反応器コア１１０の中で用いてよい複数の繰り返し単位の例を示す。マイクロチャネル反応器コア１１０は、任意の数、例えば１、２、３、４、５、６、８、１０、数１００、数１，０００等のこれらの繰り返し単位を含んでよい。図８に例を示す繰り返し単位２０１は、触媒２１５が配置されている反応区域２１２を含むプロセスマイクロチャネル２１０を含む。図８に例を示した触媒２１５は、固体粒子床の形であってよい。しかし、図８に例を示したプロセスマイクロチャネルの中では、本明細書中で考察する任意の触媒形を用いてよい。プロセスマイクロチャネル２１０の片側または両側に隣接させて１つ以上の熱交換チャネルを配置してよい。あるいは、プロセスマイクロチャネル２１０から離れているがプロセスマイクロチャネル２１０と熱接触する１つ以上の熱交換チャネルを配置してよい。
【００６６】
図９に例を示す繰り返し単位２０２は、プロセスマイクロチャネル２１０と、隣接する段階添加チャネル２８０および２８０Ａとを含む。段階添加チャネルは、マイクロチャネルであってよいが、あるいは大型チャネルであってもよい。段階添加チャネル２８０および２８０Ａのそれぞれは、プロセスマイクロチャネル２１０との共通の壁２８１および２８１Ａと、共通の壁２８１および２８１Ａのそれぞれの中に配置された開口区間２９０および２９０Ａとを有する。開口区間２９０および２９０Ａのそれぞれは、開口区間を通る段階添加原料流の流れを可能にするための複数の開口２９３および２９３Ａを含む。プロセスマイクロチャネル２１０は、触媒２１５が配置される反応区域２１２を含む。図９に例を示した触媒は、固体粒子の形である。しかし、反応区域の中では、本明細書中で考察する任意の形を有する触媒を用いてよい。
【００６７】
図１０に、マイクロチャネル反応器コア１１０の中で用いてよい繰り返し単位２０２Ａの例を示す。繰り返し単位２０２Ａは、プロセスマイクロチャネル２１０、段階添加チャネル２８０および開口区間２９０を含む。プロセスマイクロチャネル２１０と段階添加チャネル２８０とを共通の壁２８１が分離する。開口区間２９０は、共通の壁２８１の中に配置される。開口区間２９０は、開口区間を通る段階添加原料流の流れを可能にするための複数の開口２９３を含む。プロセスマイクロチャネル２１０は、混合区域２１１と反応区域２１２とを有する。反応区域２１２の中に触媒を担持するマイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａが配置される。担持ストリップ４００Ａは、下記に記載される。混合区域２１１は、反応区域２１２の上流にある。プロセスマイクロチャネル２１０へはエチルベンゼンを含む原料組成物が矢印２２０で示すように流入し、混合区域２１１へ流入する。段階添加チャネル２８０へは酸素を含む段階添加原料流が矢印２８２で示すように流入し、段階添加チャネル２８０から開口区間２９０を通って矢印２９２で示すように混合区域２１１へ流入する。矢印２８２で示す段階添加チャネル２８０の中の段階添加原料流の流れの方向は、矢印２２０で示すプロセスマイクロチャネル２１０の中の原料組成物の流れの方向と並流である。あるいは、段階添加チャネル２８０の中の段階添加原料流の流れは、プロセスマイクロチャネル２１０の中の原料組成物の流れに対して向流または交差流であってよい。原料組成物および段階添加は、混合区域２１１の中で互いと接触し、反応体混合物を形成する。反応体混合物は、混合区域２１１から反応区域２１２へ流入し、触媒と接触し、反応してスチレンを含む生成物を形成する。生成物は、矢印２２２で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０から出る。段階添加チャネル２８０またはプロセスマイクロチャネル２１０と隣接させて熱交換チャネルを配置してよい。あるいは、段階添加チャネル２８０および／またはプロセスマイクロチャネル２１０から離れているが熱接触している１つ以上の熱交換チャネルを配置してよい。いずれにせよ、熱交換チャネルは、段階添加チャネル２８０およびプロセスマイクロチャネル２１０の中のプロセス流体と熱を交換してよい。
【００６８】
図１０に例を示す繰り返し単位２０２の代替実施態様では、混合区域２１１と反応区域２１２との間のプロセスマイクロチャネル２１０の中に補助混合区域を設けてよい。
【００６９】
図１１に例を示す繰り返し単位２０２Ｂは、繰り返し単位２０２Ｂが別個の混合区域２１１を含まない点を除けば、図１０に例を示した繰り返し単位２０２Ａと同一である。繰り返し単位２０２Ｂの場合、段階添加原料流は、開口区間２９０を通って反応区域２１２へ流入し、そこで原料組成物と接触し、触媒の存在下で反応してスチレンを含む生成物を形成する。生成物は、次に矢印２２２で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０から流れ出る。
【００７０】
図１２に例を示す繰り返し単位２０２Ｃは、段階添加原料流の一部が混合区域２１１の中で原料組成物と混合し、段階添加原料流の一部が反応区域２１２の中で原料組成物と混合する点を除けば、図１０に例を示した繰り返し単位２０２Ａと同一である。混合区域２１１の中で原料組成物と混合する段階添加原料流の量は、段階添加原料流の約１％から約９９体積％、一実施態様では約５％から約９５体積％、一実施態様では約１０％から約９０体積％、一実施態様では約２０％から約８０体積％、一実施態様では約３０％から約７０％、一実施態様では段階添加原料流の約４０％から約６０体積％であってよい。段階添加原料流の残りは、反応区域２１２の中で原料組成物と混合する。
【００７１】
開口２９３および２９３Ａは、開口区間２９０および２９０Ａを通る段階添加原料流の流れをそれぞれ可能にするのに十分なサイズであってよい。開口は、細孔と呼んでよい。前記の開口を含む開口区間２９０および２９０Ａは、約０．０１から約５０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．１から約２ｍｍの範囲の厚さを有するとよい。前記開口は、最大約２５０ミクロンの範囲、一実施態様では最大約１００ミクロン、一実施態様では最大約５０ミクロン、一実施態様では約０．００１から約５０ミクロンの範囲、一実施態様では約０．０５から約５０ミクロン、一実施態様では約０.１から約５０ミクロンの平均直径を有するとよい。一実施態様では、開口は、約０．５から約１０ナノメートル（ｎｍ）の範囲、一実施態様では約１から約１０ｎｍ、一実施態様では約５から約１０ｎｍの平均直径を有するとよい。開口区間の中の開口の数は、平方センチメートルあたり約１から約５×１０８開口の範囲、一実施態様では平方センチメートルあたり約１から約１×１０６開口であるとよい。開口は、互いに孤立していてよく、または孤立していなくてよい。開口の一部またはすべては、開口区間内の他の開口と流体連通していてよい。すなわち、流体は、１つの開口から別の開口へ流れてよい。プロセスマイクロチャネル２１０を通って流れる流体の流れ通路に沿った開口区域の長さに対する開口区間の厚さの比は、約０．００１から約１の範囲、一実施態様では約０．０１から約１、一実施態様では約０.０３から約１、一実施態様では約０．０５から約１、一実施態様では約０．０８から約１、一実施態様では約０．１から約１であるとよい。
【００７２】
一実施態様では、開口区間２９０および２９０Ａは、各プロセスマイクロチャネル２１０の内壁の１つ以上の一部を形成する内部部分を含んでよい。開口区間のこの内部部分の上に表面構成要素シートがあってよい。表面構成要素シートの中および／または上に表面構成要素を形成させてよい。段階添加原料流は、開口区間および表面構成要素シートを通ってプロセスマイクロチャネルへ流入してよい。段階添加原料流の一部は表面構成要素シートの表面から離れてよく、一部は表面構成要素シートの表面構成要素の内部に流れてよい。表面構成要素シートは、流れの長さ全体と比較すると比較的小さな幅またはスパンを有する角度のある構成要素を含んでよい。表面構成要素シートは、開口区間のための機械的支持を提供してよい。表面構成要素は、渦巻流れパターンを段階添加原料流に付与してよい。渦巻流れパターンは、開口区間を通って流れる段階添加原料流にせん断を付与し、従って、バルク流路の中の段階添加原料流の気泡または液滴のサイズを減少させてよい。
【００７３】
開口区間２９０および２９０Ａは、本発明のプロセスの動作を可能にするのに十分な強度および寸法安定性を提供する任意の材料で構築してよい。これらの材料は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、任意の上記金属の合金、重合体（例えば熱硬化性樹脂）、セラミックス、ガラス、１つ以上の重合体（例えば熱硬化性樹脂）とガラス繊維とを含む複合体、石英、シリコン、カーボンナノチューブまたはカーボンモレキュラーシーブを含む微多孔質炭素、ゼオライトまたはそれらの２つ以上の組み合わせを含む。開口は、レーザ穿孔法、マイクロエレクトロマシニングシステム（ＭＥＭＳ）、リソグラフィー電着および成型法（ＬＩＧＡ）、電気火花加工法、光化学機械加工法（ＰＣＭ）、電気化学機械加工法（ＥＣＭ）、電気化学エッチング法および類似技法などの既知の技法を用いて形成させてよい。開口は、押し出しなどの構造化プラスチックを作るために用いられる技法、または整列カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）膜などの膜を作るために用いられる技法を用いて作製してよい。開口は、金属粉末または粒子を焼結または圧縮して曲がりくねった相互連結キャピラリーチャネルを作製することなどの技法および膜作製技法を用いて作製してよい。任意のこれらの方法によって提供されたサイズから、開口を部分的に埋める開口内部側壁上の被覆物の塗布によって開口の大きさを小さくしてよい。選択的な被覆物によって、連続流路に隣接させて最小細孔サイズを提供する多孔質体の外部薄層を作製してもよい。最小平均細孔開口は、所望のエマルジョンのための液滴サイズによって、約１ナノメートルから約数百ミクロンの範囲であってよい。開口は、熱処理によって、ならびに開口内部の側壁上に酸化物スケールまたは被覆物を作製する方法によって、大きさを減らしてよい。これらの技法を用いて開口を部分的に閉塞させ、流れのための開口のサイズを小さくしてよい。図１３および１４は、同じ倍率および同じ位置で、熱処理の前後のステンレス鋼多孔基板のＳＥＭ表面構造の比較を示す。図１３は熱処理前の表面を示し、図１４は熱処理後の表面を示す。熱処理後の多孔質材料の表面は、著しく小さなギャップと開口サイズとを有する。開口の間の平均距離は、対応して増加する。
【００７４】
開口区間２９０および２９０Ａは、約０．０１から約１０００ミクロンの範囲、一実施態様では約０．０１から約２００ミクロンの範囲の平均細孔サイズの相互連結チャネルまたは細孔を有する金属または非金属多孔質材料から作ってよい。これらの細孔は、開口２９３および２９３Ａとして機能してよい。多孔質材料は、平均細孔間距離が平均細孔径と同様になるように、粉末または微粒子から作ってよい。多孔質材料は、約３００℃から約１０００℃の範囲の高温での約１時間から約２０日間の長さの酸化によって、またはゾル被覆によるアルミナまたは化学蒸着法を用いるニッケルなどの別の材料の薄層で表面の上および細孔の内部を被覆して小さな細孔を塞ぎ、大きな細孔の細孔径を小さくし、これによって細孔間距離を増加させることによって調整してよい。図１５に、調整した基板または開口区間のＳＥＭ画像を示す。
【００７５】
約１ミクロンより小さな気泡または液滴サイズを有する段階添加原料流を提供するのに十分に小さなマイクロ規模の開口または細孔２９３および２９３Ａを有する開口区間２９０および２９０Ａとして用いられる基板の製作は難しいことがある。このことの理由の１つは、圧縮および／または焼結によって粉末／粒子から作った金属多孔質基板などの未処理規則性多孔質材料では、比較的高い表面粗さが生じるという事実にある。これらの金属多孔質基板では、通常、所定の名目細孔サイズが特定の値より小さくなると、表面領域には必要な細孔径がない。多孔質材料のバルクは指定された名目細孔サイズを有するが、表面領域は、多くの場合、細孔の合体したものおよびはるかに大きなサイズの空洞を特徴とする。この問題は、これらの基板を調整して表面領域中に所望の細孔サイズと細孔間距離とを提供することによって克服することができる。これは、多孔質基板から表面層を除去し、より小さな開口を有する滑らかな新しい表面を加えることによって実行してよい。これらの調整済み基板を用いて形成することができる段階添加原料流の液滴サイズまたは気泡サイズは、基板による圧力降下を増加させないで小さくすることができる。多孔質表面を直接研磨または機械加工すると、表面構造の汚れおよび細孔の閉塞を引き起こすことがあるので、多孔質構造を液体充填材で満たした後、固形化および機械研削／研磨する。次に、充填材を除いて材料の多孔質構造を再び得る。充填材は、亜鉛またはスズなどの低い融点を有する金属、あるいはエポキシなどの重合体の前駆体であってよい。液体充填工程および除去工程は、真空を用いて支援してよい。研削／研磨は、研削盤および研削粉を用いて実現してよい。金属充填材除去は、融解および真空吸引によって、または酸エッチングによって実現してよい。エポキシまたは他の重合体は、溶媒溶解によって、または空気中の燃焼除去によって除去してよい。
【００７６】
図１６〜１９を参照すると、開口区間２９０および２９０Ａは、一実施態様では比較的小さな開口３０２を含む比較的薄いシート３００と比較的大きな開口３１２を含む比較的厚いシートまたはプレート３１０とで構築してよい。開口３１２は、開口３０２と位置を合わせるかまたは連結してよい。比較的薄いシート３００を比較的厚いシートまたはプレート３１０の上に置き、結合させ、比較的薄いシート３００をプロセスマイクロチャネル２１０の内部に面させ、比較的厚いシート３１０を段階添加チャネル２８０または２８０Ａの内部に面させる。比較的薄いシート３００は、任意の適当な手順（例えば拡散ボンディング）を用いて比較的厚いシート３１０に結合させ、機械的強度を強化した複合構築体３２０を提供してよい。比較的薄いシート３００は、約０．００１から約０．５ｍｍの範囲、一実施態様では約０．０５から約０．２ｍｍの厚さを有するとよい。比較的小さな開口３０２は、任意の形状、例えば円形、三角形または長方形を有してよい。比較的小さな開口３０２は、約０．０５から約５０ミクロンの範囲、一実施態様では約０．０５から約２０ミクロンの平均直径を有するとよい。比較的厚いシートまたはプレート３１０は、約０．１から約５ｍｍの範囲、一実施態様では約０．１から約２ｍｍの厚さを有するとよい。比較的大きな開口３１２は、任意の形状、例えば円形、三角形または長方形を有してよい。比較的大きな開口３１２は、約０．０１から約４０００ミクロンの範囲、一実施態様では約１から約２０００ミクロン、一実施態様では約１０から約１０００ミクロンの平均直径を有するとよい。シート３００の中の開口３０２の全数およびシートまたはプレート３１０の中の開口３１２の全数は、平方センチメートルあたり約１から約１００００開口の範囲、一実施態様では平方センチメートルあたり約１から約１０００開口であるとよい。シート３００およびシートまたはプレート３１０は、開口区間２９０および２９０Ａを構築するのに有用であると上記に記載した任意の材料で構築してよい。開口３０２と３１２とは、開口区間２９０および２９０Ａを通って流れる流体が最初に開口３１２を通り、次いで開口３０２を通って流れるように位置を合わせるかまたは連結されるとよい。流体が比較的小さな開口３０２を通って流れる比較的短い通路によって、液体は、開口の中の通路に開口３０２と３１２とを合わせた深さに等しい深さがあったら起こったと考えられる圧力降下と比べると比較的低い圧力降下で、開口３０２を通って流れることができる。
【００７７】
図１９に例を示す実施態様では、複合構築体３２０ａは、開口３１２を覆う比較的薄いシート３００の凸部分３０４が設けられている点を除けば、図１８に例を示したと同じ設計を有する。凸部分３０４は、隣接するチャネルの中に局所せん断力の増加を提供する。段階添加原料流は、開口３１２および３０２を通って矢印３２３で示す方向に流れる。図１９の方向矢印３２２は、開口３０２に隣接するプロセスマイクロチャネルの中の原料組成物の流れを示す。局所せん断力の増加によって、開口３０２を通って流れる流体の液滴サイズまたは気泡が小さくなる。
【００７８】
図２０に例を示す実施態様では、シートまたはプレート３３２の表面上および開口３３６の内部側壁３３４上に表面被覆物３３０が析出される。この被覆物は、開口２９３および２９３Ａの直径を小さくする促進法を提供する。被覆物３３０を形成させるために用いる被覆材料は、アルミナ、ニッケル、金、または重合体材料（例えばテフロン（登録商標））であってよい。被覆物３３０は、化学蒸着法、金属スパッタリング法、金属メッキ法、焼結法、ゾル塗布法および類似法を含む既知の技法を用いてシートまたはプレート３３２に塗布してよい。被覆物３３０の厚さを調節することによって開口の直径を調節してよい。
【００７９】
一実施態様では、開口区間２９０および２９０Ａは、非対称多孔質材料、例えば複数の焼結粒子層を有する多孔質材料から形成させてよい。層の数は、２、３または４以上であってよい。これらの多層基板の一利点は、高い耐久性および接着強さを提供することであってよい。例は、片側に比較的大きな細孔、反対側に比較的小さな細孔を有する焼結セラミックスを含む。比較的小さな細孔は、約２から約１０ｎｍの範囲の直径を有してよい。比較的小さな細孔は、多層基板の比較的薄い層の中に配置してよい。比較的薄い層は、約１から約１０ミクロンの範囲の厚さを有してよい。比較的小さな細孔のある側は、プロセスマイクロチャネル２１０の内部に面させて配置し、比較的高いせん断力を利用して比較的小さな反応体および／または液体触媒の液滴を形成され次第除去してよい。
【００８０】
本発明のプロセスの間に、段階添加原料流は、開口区間２９０および２９０Ａを通ってプロセスマイクロチャネル２１０へ流入してよい。一実施態様では、開口区間は、プロセスマイクロチャネルの軸長さの少なくとも約５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸長さの少なくとも約２０％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸長さの少なくとも約３５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸長さの少なくとも約５０％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸長さの少なくとも約６５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸長さの少なくとも約８０％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸長さの少なくとも約９５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸長さの約５％から約１００％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸長さの約１０％から約９５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸長さの約２５％から約７５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸長さの約４０％から約６０％まで延在してよい。
【００８１】
脱水素触媒は、鉄、クロム、またはそれらの組み合わせの少なくとも１つの酸化物を含んでよい。一実施態様では、触媒は、酸化鉄と、酸化カリウム、酸化モリブデン、酸化セリウムおよび炭酸カルシウムの１つ以上とを含んでよい。一実施態様では、触媒は、ＶＩＩ族貴金属（例えば白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム）の１つ以上を含んでよい。触媒金属は、耐熱性無機酸化物などのキャリアと組み合わせてよい。キャリアとしてアルミナを用いてよい。
【００８２】
酸化脱水素触媒は、任意のバナジウム含有、モリブデン含有または、タングステン含有酸化脱水素触媒を含んでよい。Ｖ、ＭｏおよびＷの２つ以上の組み合わせを含む触媒を用いてよい。触媒は、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３またはＷＯ３触媒の１つ以上を含んでよい。触媒は担持させてよい。担体は、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＣａＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、希土類酸化物、活性炭、炭素繊維、モレキュラーシーブ、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。触媒は、任意のバナジン酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。例は、ＦｅＶＯ４、ＣｒＶＯ４、ＮａＶＯ３、ＢｉＶＯ４、ＡｌＶＯ４、ＣｅＶＯ４、ＶＯＰＯ４、ＬａＶＯ４、ＳｍＶＯ４、ＮｉＭｏＯ４、ＭｇＭｏＯ４、ＣａＭｏＯ４、ＦｅＭｏＯ４、Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３、ＭｇＷＯ４、ＣａＷＯ４、ＮｉＷＯ４、ＦｅＷＯ４、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。触媒は、アルカリ、アルカリ土類、希土類、遷移金属酸化物、ＶＢ族元素（Ｐ、Ａｓ、ＳｂおよびＢｉ）、またはそれらの２つ以上の組み合わせによって促進してよい。触媒は、含浸法、ゾル‐ゲル法、共沈法、イオン交換法、溶液蒸発法または析出沈殿法によって調製してよい。触媒は、基板上の被覆物であってよい。基板は、平坦な表面または構造化表面を有してよい。基板の例は、平坦なクーポン、シム、ハニカム、ガーゼ、発泡体、フィン、フェルトおよび／または表面構成要素付きクーポンを含んでよい。基板の材料は、金属、合金、超合金、セラミックス、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。金属基板は、触媒被覆の前に熱処理してよい。触媒被覆は、スラリー塗布法、ゾル塗布法または溶液塗布法によって実行してよい。
【００８３】
触媒は、プロセスマイクロチャネルの内部に合う任意のサイズおよび幾何学的構成を有してよい。触媒は、約１から約１０００ミクロン、一実施態様では約１０から約５００ミクロン、一実施態様では約２５から約２５０ミクロンの中央値粒子直径を有する固体粒子（例えばペレット、粉体、繊維および類似物）の形であってよい。
【００８４】
触媒は、傾斜触媒を含んでよい。
【００８５】
触媒は、平均細孔サイズが約１ナノメートル（ｎｍ）以上、例えば約１から約１００ｎｍの範囲、一実施態様では約１から約２０ｎｍであるメソ多孔質材料の形であってよい。一実施態様では、メソ多孔質触媒は、スチレンを形成させるために驚くほど活性が高く、選択的であってよい。
【００８６】
触媒は、図２１に例を示すような固体粒子の固定床の形であってよい。図２１を参照すると、触媒３５０は、プロセスマイクロチャネル３５２内に収容されている。反応体は、矢印３５４および３５６で示すように触媒床を通って流れる。
【００８７】
触媒は、発泡体、フェルト、詰め物、またはそれらの組み合わせなどの多孔質担持構造体上に担持させてよい。用語「発泡体」は、本明細書では構造体全体にわたって細孔を定める連続壁を有する構造体を指すために用いる。用語「フェルト」は、本明細書ではそれぞれの間にすき間空間を有する繊維の構造体を指すために用いる。用語「詰め物」は、本明細書ではスチールウールのように絡み合った線の構造を有する担体を指すために用いる。触媒は、ハニカム構造または蛇行構成を有する担体上に担持させてよい。
【００８８】
触媒は、隣接するギャップを有するフェルト、隣接するギャップを有する発泡体、ギャップを有するフィン構造体、任意の挿入基板上のウォッシュコート、または流れのための対応するギャップを有する、流れの方向に平行なガーゼなどの側流担持構造体上に担持させてよい。図２２に側流構造体の例を示す。図２２で、触媒３６０は、プロセスマイクロチャネル３６２内に収容されている。開放通路３６４によって、矢印３６６および３６８で示すようにプロセスマイクロチャネル３６２を通って触媒３６０と接触する反応体の流れが可能になる。
【００８９】
触媒は、発泡体、詰め物、ペレット、粉体またはガーゼなどの貫通流担持構造体上に担持させてよい。図２３に貫通流構造体の例を示す。図２３で、貫通流触媒３７０はプロセスマイクロチャネル３７２内に収容され、反応体は矢印３７４および３７６で示すように触媒３７０を通って流れる。
【００９０】
担体は、シリカゲル、発泡銅、焼結ステンレス鋼繊維、スチールウール、アルミナ、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリスルホネート、ポリ（テトラフルオロエチレン）、鉄、ニッケルスポンジ、ナイロン、ポリ二フッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンエチルケトン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリブチレン、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料から形成させてよい。一実施態様では、担持構造体は、触媒からの除熱を容易にするために、金属などの熱伝導性材料で作るとよい。
【００９１】
触媒は、プロセスマイクロチャネルの内壁に直接ウォッシュコートするか、溶液から壁に成長させるか、あるいはフィン構造体にインサイチュで被覆させてよい。触媒は、多孔質連続材料の単一片、または物理的に接触する多数の片の形状であってよい。一実施態様では、触媒は、連続材料を含み、分子が触媒中を拡散することができるように、連続多孔構造を有する。この実施態様では、触媒の周囲ではなく、触媒を通って流体が流れてよい。一実施態様では、触媒の断面積は、プロセスマイクロチャネルの断面積の約１から約９９％、一実施態様では約１０から約９５％を占めるとよい。触媒は、約０．５ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約２ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約５ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約１０ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約２５ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約５０ｍ２／ｇより大きなＢＥＴ法で測定した表面積を有するとよい。
【００９２】
触媒は、多孔質担体、多孔質担体の上にある界面層、および界面層の上に分散するかまたは析出した触媒材料を含んでよい。界面層は、担体上に溶液析出させるか、あるいは化学蒸着法または物理蒸着法によって析出させてよい。一実施態様では、触媒は、多孔質担体、任意選択として担体の上にある緩衝層、担体または任意選択の緩衝層の上にある界面層、および界面層の上に分散するかまたは析出した触媒材料を含む。任意の前述の層は連続的であってよく、あるいはスポットまたはドットの形のように不連続的であってよく、あるいはギャップまたは空孔を有する層の形であってよい。
【００９３】
多孔質担体は、少なくとも約５％の水銀ポロシメトリーで測定した多孔度と、約１から約１０００ミクロンの平均細孔径（細孔直径の総和を細孔の数で除した商）を有するとよい。多孔質担体は、担持構造体を作るのに有用であると特定した任意の上記の材料で作ってよい。多孔質担体は、多孔質セラミック担体または金属発泡体を含んでよい。用いてよい他の多孔質担体は、炭化物、窒化物および複合材料を含む。多孔質担体は、約３０％から約９９％、一実施態様では約６０％から約９８％の多孔度を有するとよい。多孔質担体は、発泡体、フェルト、詰め物、またはそれらの組み合わせの形であってよい。金属発泡体の開放気泡は、インチあたり約２０細孔（ｐｐｉ）から約３０００ｐｐｉ、一実施態様では約２０から約１０００ｐｐｉ、一実施態様では約４０から約１２０ｐｐｉの範囲であるとよい。用語「ｐｐｉ」は、インチあたり細孔の最大数を指す（等方性材料中では測定の方向は無関係であるが、異方性材料中では細孔数を最大にする方向で測定を行う）。
【００９４】
緩衝層は、存在するとき、多孔質担体と界面層とのどちらとも異なる組成および／または密度を有してよく、一実施態様では、多孔質担体の熱膨張係数と界面層の熱膨張係数との中間の熱膨張係数を有するとよい。緩衝層は、金属酸化物または金属炭化物であってよい。緩衝層は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、またはそれらの組み合わせで構成してよい。Ａｌ２Ｏ３は、α‐Ａｌ２Ｏ３、γ‐Ａｌ２Ｏ３、またはそれらの組み合わせであってよい。α‐Ａｌ２Ｏ３は、優れた酸素拡散に対する抵抗の利点を提供する。緩衝層は、組成の異なる２つ以上の副層で形成させてよい。例えば、多孔質担体が金属、例えばステンレス鋼発泡体であるとき、組成の異なる２つの副層で形成された緩衝層を用いてよい。第１の副層（多孔質担体と接触している）は、ＴｉＯ２であってよい。第２の副層は、ＴｉＯ２上に配置されたα‐Ａｌ２Ｏ３であってよい。一実施態様では、α‐Ａｌ２Ｏ３副層は、下にある金属表面の保護を提供する高密度層である。次に、触媒活性層用の担体として、アルミナなどのこれより密度の低い大表面積界面層を析出させるとよい。
【００９５】
多孔質担体は、界面層の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有してよい。そのような場合、２つの熱膨張係数の間のつなぎとして緩衝層が必要なことがある。緩衝層の熱膨張係数は、組成を制御して多孔質担体の膨張係数および界面層の膨張係数と適合する膨張係数を得ることによって調整してよい。緩衝層は、開口およびピンホールをなくして下にある担体の優れた保護を提供する必要がある。緩衝層は、非多孔質であってよい。緩衝層は、多孔質担体の平均細孔サイズの半分より小さな厚さを有してよい。緩衝層は、約０．０５から約１０μｍ、一実施態様では約０．０５から約５μｍの厚さを有するとよい。
【００９６】
本発明の一実施態様では、緩衝層を用いずに適切な接着強さおよび化学安定性を得てよい。この実施態様では、緩衝層は、省略してよい。
【００９７】
界面層は、窒化物、炭化物、硫化物、ハロゲン化物、金属酸化物、炭素、またはそれらの組み合わせを含んでよい。界面層は、大きな表面積を提供し、および／または担持触媒のために望ましい触媒‐担体相互作用を提供する。界面層は、触媒担体として通常用いられる任意の材料で構成してよい。界面層は、金属酸化物で構成してよい。用いてよい金属酸化物の例は、γ‐Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、酸化タングステン、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化銅、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、ランタン系列酸化物（単数または複数）、ゼオライト（単数または複数）、およびそれらの組み合わせを含む。界面層は、それ以外のいかなる触媒活性材料もその上に析出させずに、触媒活性層として使用してよい。しかし、通常、界面層は、触媒活性層と組み合わせて用いる。界面層は、組成の異なる２つ以上の副層で形成させてよい。界面層は、多孔質担体の平均細孔径の半分より薄い厚さを有してよい。界面層の厚さは、約０．５から約１００μｍ、一実施態様では約１から約５０μｍの範囲にあるとよい。界面層は、結晶であっても非晶質であってもよい。界面層は、少なくとも約１ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有するとよい。
【００９８】
触媒は、界面層の上に析出させてよい。あるいは、触媒材料は、界面層と同時に析出させてよい。触媒層は、界面層の上に密に分散させてよい。触媒層が界面層の「上に分散した」または「上に析出した」とは、微視的な触媒粒子が担体層（すなわち界面層）表面の上に、担体層の中の裂け目の中に、および担体層の中の開放細孔の中に分散しているという通常の理解を含む。
【００９９】
触媒は、プロセスマイクロチャネルの中に配置された１つ以上のフィンのアセンブリの上に担持させてよい。図２４〜２６に例を示す。図２４を参照すると、フィンアセンブリ３８０は、プロセスマイクロチャネル３８８の基壁３８６の上にあるフィン担体３８４の上に取り付けられたフィン３８２を含む。フィン３８２は、フィン担体３８４からプロセスマイクロチャネル３８８の内部に突き出ている。フィン３８２は、プロセスマイクロチャネル３８８の上部壁３９０の内部表面まで延在する。フィン３８２の間のフィンチャネル３９２は、流体がプロセスマイクロチャネル３８８を通ってその長さと平行に流れるための通路を提供する。フィン３８２のそれぞれは両側に外部表面を有し、この外部表面は触媒のための担体基部を提供する。本発明のプロセスでは、反応体は、フィンチャネル３９２を通って流れ、フィン３８２の外部表面に担持された触媒と接触し、反応して生成物を形成する。図２５に例を示すフィンアセンブリ３８０ａは、フィン３８２ａがマイクロチャネル３８８の上部壁３９０の内部表面までの全部に延在しない点を除けば、図２４に例を示したフィンアセンブリ３８０に類似している。図２６に例を示すフィンアセンブリ３８０ｂは、フィンアセンブリ３８０ｂの中のフィン３８２ｂが台形の形の断面を有する点を除けば、図２４に例を示したフィンアセンブリ３８０に類似している。フィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）のそれぞれは、約０．０２ｍｍから最大でプロセスマイクロチャネル３８８の高さ、一実施態様では約０．０２から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約２ｍｍの範囲の高さを有するとよい。各フィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）の幅は、約０．０２から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約１ｍｍの範囲にあるとよい。各フィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）の長さは、最大でプロセスマイクロチャネル３８８の長さ、一実施態様では最大約１０ｍ、一実施態様では約１ｃｍから約１０ｍ、一実施態様では約１ｃｍから約５ｍ、一実施態様では約１ｃｍから約２．５ｍの任意の長さであってよい。フィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）のそれぞれの間のギャップは、任意の値であってよく、約０．０２から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約１ｍｍの範囲であるとよい。プロセスマイクロチャネル３８８の中のフィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）の数は、プロセスマイクロチャネル３８８の幅のセンチメートルあたり約１から約５０フィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約３０フィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約１０フィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約５フィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約３フィンの範囲であるとよい。上記に示したように、フィンのそれぞれは、図２４または２５に例を示した長方形または正方形、あるいは図２５に例を示した台形の形の断面を有するとよい。長さ方向で見ると、各フィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）は、直線、テーパ形、あるいは蛇行構成を有してよい。フィンアセンブリ（３８０、３８０ａ、３８０ｂ）は、プロセスマイクロチャネルが意図される動作を可能にするのに十分な強さ、寸法安定性および伝熱特性を提供する任意の材料で作ってよい。これらの材料は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、任意の前述の金属の合金、重合体（例えば熱硬化性樹脂）、セラミックス、ガラス、１つ以上の重合体（例えば熱硬化性樹脂）とガラス繊維とを含む複合材料、石英、シリコン、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む。フィンアセンブリ（３８０、３８０ａ、３８０ｂ）は、Ｆｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金などのＡｌ２Ｏ３形成材料、またはＮｉ、ＣｒおよびＦｅの合金などのＣｒ２Ｏ３形成材料で作ってよい。
【０１００】
触媒は、図２７、２８または２９に例を示すマイクログルーブ型担持ストリップに担持させてよい。図２７を参照すると、マイクログルーブ型担持ストリップ４００は、形状が長方形で、長さ（ｌ）、幅（ｗ）および厚さ（ｔ）を有する担持ストリップ４１０を含む。担持ストリップ４１０は、第１の表面または上部表面４１２、第２の表面または底部表面４１４、第１の側端４１６、第２の側端４１８、前端４２０および後端４２２を有する。担持ストリップ４１０は、担持ストリップの長さ（ｌ）方向に延在する中心軸４２４を有する。第１の表面４１２の中に複数の平行マイクログルーブ４３０が形成される。担持ストリップ４１０の第１の側端４１６から第２の側端４１８へ平行マイクログルーブの第１の群が延在する。前端４２０から第２の側端４１８へマイクログルーブ４３０の第２の群４３４が延在する。担持ストリップ４１０の第１の側端４１６から後端４２２へマイクログルーブ４３０の第３の群４３６が延在する。マイクログルーブ４３０は、流体がマイクログルーブ４３０の中で全体として前端４２０から後端４２２へ向かう方向に流れることを可能にするのに十分な角度４２５で中心軸４２０に対して配向している。すなわち、マイクログルーブ４３０は、中心軸４２４に対して９０°の角度で上部表面４１２をまっすぐ横切って延在しない。マイクログルーブ型担持ストリップ４００の前端４２０、後端４２２ならびに側端４１６および４１８は開いている。すなわち、マイクログルーブ４３０は、前端４２０、後端４２２ならびに側端４１６および４１８を通って突き出る開放端を有する。これらの開放端は、前端、後端および側端を通る流体の流れを可能にしてよい。
【０１０１】
図２７に例を示したマイクログルーブ４３０は、正方形の形の断面を有する。あるいは、マイクログルーブ４３０のそれぞれは、長方形の断面、Ｖ字形の断面、半円形の断面、逆台形の形状の断面、または台形の形状の断面を有してよい。他の断面の形を有するマイクログルーブを用いてよいことは、当業者に自明である。マイクログルーブ４３０のそれぞれは、深さ、幅および長さを有する。マイクログルーブの４３０のそれぞれの深さは、約０．１から約１０００ミクロン、一実施態様では約１から約１００ミクロンの範囲であるとよい。最も広い寸法の所での幅と考えられる、マイクログルーブ４３０のそれぞれの幅は、約０．１から約１０００ミクロン、一実施態様では約１から約５００ミクロンの範囲であるとよい。マイクログルーブ４３０のそれぞれの長さは、担持ストリップ４１０の幅（ｗ）に依存する任意の寸法であってよい。各マイクログルーブ４３０の長さは、約０．１から約１００ｃｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｃｍの範囲であるとよい。マイクログルーブ４３０の間の間隔は、最大約１０００ミクロン、一実施態様では約０．１から約１０００ミクロン、一実施態様では約１から約１０００ミクロンの範囲であるとよい。マイクログルーブ４３０のそれぞれは、前端４２０および第１の側端４１６の方へ配向し、流体がマイクログルーブ中で全体として第２の側端４１８および後端４２２へ向かう方向に流れることを可能にするのに十分な角度４２５を中心軸４２４と形成してよい。角度４２５は、約０°より大きく９０°より小さくてよい。角１２５は、約５０°から約８０°、一実施態様では約６０°から約７５°の範囲であるとよい。マイクログルーブ４３０は、光化学機械加工法、レーザエッチング法、水噴流機械加工法および類似技法を含む任意の適当な技法によって、担持ストリップ４１０の第１の表面４１２の中に形成してよい。
【０１０２】
担持ストリップ４１０は、約０．０１から約５０００ミクロン、一実施態様では約１から約１０００ミクロンの範囲の厚さ（ｔ）を有するとよい。担持ストリップ４１０は、任意の幅（ｗ）および任意の長さ（ｌ）を有してよく、幅および長さは、担持ストリップ４１０を用いるマイクロチャネルの寸法に依存する。担持ストリップ４１０は、約０．０１から約１００ｃｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｃｍの範囲の幅（ｗ）を有するとよい。担持ストリップ１１０の長さ（ｌ）は、約０．０１から約１００ｃｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｃｍの範囲であるとよい。図２７に例を示した担持ストリップ４１０は長方形の形である。しかし、担持ストリップ４１０は、それが用いられるマイクロチャネルの設計に適合させるために、任意の構成、例えば正方形、円形、楕円形等を有してもよいことを理解すべきである。
【０１０３】
担持ストリップ４１０は、触媒を担持させるためのマイクロチャネルの中のマイクログルーブ型担持ストリップ４００の使用を可能にするのに十分な強度、寸法安定性および伝熱特性を提供する任意の材料で作ってよい。担持ストリップ４１０は、金属、炭化ケイ素、黒鉛、またはそれらの２つ以上の組み合わせで作ってよい。金属は、鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、または任意の前述の金属の合金を含んでよい。担体構造体４１０は、ステンレス鋼、または鉄、クロム、アルミニウムおよびイットリウムを含む合金で作ってよい。
【０１０４】
図２８に例を示すマイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａは、マイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａの中にはマイクログルーブ担持ストリップ４００の中に存在したマイクログルーブ４３０の第２の群４３４とマイクログルーブ４３０の第３の群４３６とが存在しない点を除けば、図２７に例を示したマイクログルーブ型担持ストリップ４００と同じである。マイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａは、マイクログルーブ型担持ストリップ１００Ａに閉じた前端４２０および後端４２２を提供する非グルーブ型区画４３４ａおよび４３６ａを含む。すなわち、マイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａの前端４２０と後端４２２とは、流体が前端４２０および後端４２２を通って流れないように十分に遮断されている。
【０１０５】
マイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａを図３５および３６にも示す。図３５は、鉄、クロム、アルミニウムおよびイットリウムの合金で作られたマイクログルーブ型担持構造体の写真である。担持構造体の厚さは０．００２インチ（５０．８８ミクロン）、マイクログルーブを分割するリブは０．００７インチ（１７８ミクロン）の厚さを有し、マイクログルーブは０．００７インチ（１７８ミクロン）の幅を有する。図３６は、図３６に例を示すマイクログルーブ型担持構造体がステンレス鋼で作られている点を除けば、図３５に例を示した担持構造体と同様なマイクログルーブ型担体構造の写真である。
【０１０６】
図２９に例を示したマイクログルーブ型担持ストリップ４００Ｂは、マイクログルーブ型担持ストリップ４００Ｂの中の側端４１６および４１８が閉じている点を除けば、図２８に例を示したマイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａと同じである。マイクログルーブ４３０は、側端４１６と４１８との間に延在するが、これらの側端を通り抜けない。従って、側端４１６および４１８を通る流体の流れは遮断されてよい。マイクログルーブ４３０は、担持ストリップ４１０を通って一部進入するかまたは貫通してよい。担持ストリップ４１０を通るマイクログルーブ４３０の貫通は、流体が上部表面４１２から底部表面４１４へまたは逆の向きに担持ストリップ４１０を通り抜けて流れるのを可能にするのに十分であってよい。
【０１０７】
マイクログルーブ４３０は、中心軸４２４と約９０°または直角の角度に配置してよく、一実施態様では第１の側端４１６から第２の側端４１８へ延在してよい。
【０１０８】
マイクログルーブ４３０は、中心軸４２４に平行に配置してよく、一実施態様では前端４２０から後端４２２へ延在してよい。
【０１０９】
マイクログルーブ型担持ストリップ４００および４００Ｂは、マイクロチャネルの中の貫通流および／または側流担持構造体として用いてよい。マイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａは、マイクロチャネルの中の側流担持構造体として用いてよい。
【０１１０】
一実施態様では、複数のマイクログルーブ型担持ストリップを上下に積み重ねるかまたは横に並べ、本発明のプロセスにおいて用いられる触媒を担持させるために用いてよい複合担持構造体を形成させる。図３０および３１に一実施態様における複合担持構造体の例を示す。図３０および３１に例を示す担持ストリップ４００Ｃおよび４００Ｄは、開いた前端４２０および後端４２２、閉じた側端４１６および４１８、ならびに上部表面４１２から底部表面４１４へ担持ストリップ４１０を貫通するマイクログルーブ４３０を有する。開いた前端４２０、後端４２２およびマイクログルーブ４３０は、流体が複合担持構造体を通って流れるとき、流体が複合担持構造体内の１つの担持ストリップから別の担持ストリップへマイクログルーブ型担持ストリップを通って流れることを可能にする。そのような複合担持構造体の中に使用されるマイクログルーブ型担持ストリップの数は、任意の数、例えば最大約５０、一実施態様では最大約３０、一実施態様では最大約１５、一実施態様では最大約１０であるとよい。複合担持構造体は、流体が複合構築物の側面から流れ出ないようにする端板も含む。
【０１１１】
図３０および３１に例を示した複合担持構造体４０２は、交互順に横に並べて配置されたそれぞれ４つのマイクログルーブ型担持ストリップ４００Ｃおよび４００Ｄの八つ（８）のマイクログルーブ型担持ストリップと、２つの端板４０５（図３１では一方の端板しか示していない）とを含む。マイクログルーブ型担持ストリップ４００Ｃおよび４００Ｄはそれぞれ、形が長方形で、長さ、幅および厚さを有する担持ストリップ４１０を含む。担持ストリップ４１０は、担持ストリップの長さ方向に延在する中心軸を有する。担持ストリップ４１０の中に複数の平行マイクログルーブ４３０が形成され、上部表面４１２から底部表面４１４へ担持ストリップを通って進入する。開いた前端４２０および後端４２２ならびに開いたマイクログルーブ４３０は、流体が複合担持構造体４０２内の１つのマイクログルーブ型担持ストリップから別のマイクログルーブ型担持ストリップへ流れるのを可能にする。担持ストリップ４１０の第１の側端４１６から第２の側端４１８へ平行マイクログルーブの第１の群が延在する。前端４２０から第２の側端４１８へマイクログルーブ４３０の第２の群が延在する。担持ストリップ４１０の第１の側端４１６から後端４２２へマイクログルーブ４３０の第３の群が延在する。マイクログルーブ４３０は、側端４１６および４１８へ延在するが、これらの側端を通り抜けて進入しない。端板４０５は、流体が複合担持構造体４０２の側面から流れ出ないようにする。図面に示していない第２の端板４０５は、図３０および３１の中の左側にある第１のマイクログルーブ型担持ストリップ４００Ｃと隣接して配置されると考える。担持ストリップ４００Ｃの中のマイクログルーブ４３０は、担持ストリップの中心軸および側端４１６に対して９０°より大きく１８０°より小さな、一実施態様では約１００°から約１５０°の範囲の角度で配向している。担持ストリップ４００Ｄの中のマイクログルーブ４３０は、担持ストリップの中心軸および側端１１６に対して０°より大きく９０°より小さな、一実施態様では約５０°から約８０°の範囲の角度で配向している。流体は、担持ストリップ４００Ｃおよび４００Ｄの前端４２０へ入り、マイクログルーブ４３０の中を通り抜けて流れ、流体が担持ストリップの後端４２２に到達するまで１つの担持ストリップ（４００Ｃまたは４００Ｄ）の中のマイクログルーブ４３０から別の担持ストリップ（４００Ｃまたは４００Ｄ）の中のマイクログルーブ４３０へ移動し、複合担持構造体４０２から流れ出て、複合構造物４０２を通って流れる。図３１は、図３０に例を示した複合担持構造体の開口『Ａ』へ入る流体にとっての複合担持構造体４０２の中の流路の例を示している。複合担持構造体４０２を通る流体の流れは、流体が複合担持構造体の前端から後端へ通過するまで１つの層から別の層へ透過し、拡散し、および移流すると記述してよい。
【０１１２】
触媒は、第１の表面、第２の表面、長さおよび長さの方向に延在する中心軸、前端、後端、第１の側端、第２の側端（第１の側端および第２の側端は前端および後端に沿って延在する）、中心軸に対して約９０°の角度で配置された第１の表面の中の複数の平行マイクログルーブを含む少なくとも１つの第１の担持ストリップと、第１の表面、第２の表面、長さおよび長さの方向に延在する中心軸、前端、後端、第１の側端、第２の側端（前端および後端は第１の側端から第２の側端へ延在する）、中心軸に対して平行に配置された第１の表面の中の複数の平行マイクログルーブを含む少なくとも１つの第２の担持ストリップとを含み、第１の担持ストリップは第２の担持ストリップと隣接し、第１の担持ストリップの第２の表面は第２の担持ストリップの第１の表面と接触し、マイクログルーブは、流体が１つの担持ストリップから別の担持ストリップへ担持ストリップを通って流れるのを可能にするのに十分に担持ストリップを通って進入している複合担持構造体に担持させてよい。
【０１１３】
触媒は、第１の表面、第２の表面、長さおよび長さの方向に延在する中心軸、前端、後端、第１の側端、第２の側端（前端および後端は第１の側端から第２の側端へ延在する）、および第１の表面の中の複数の平行マイクログルーブを含む少なくとも１つの第１の担持ストリップと、第１の表面、第２の表面、長さおよび長さの方向に延在する中心軸、前端、後端、第１の側端、第２の側端（前端および後端は第１の側端から第２の側端へ延在する）、および第１の表面の中の複数の平行マイクログルーブを含む少なくとも１つの第２の担持ストリップとを含み、第１の担持ストリップは第２の担持ストリップと隣接し、第１の担持ストリップの第２の表面は第２の担持ストリップの第１の表面と接触し、マイクログルーブは、流体が１つの担持ストリップから別の担持ストリップへ担持ストリップを通って流れるのを可能にするのに十分に担持ストリップを通って進入し、第１の担持ストリップの第１の表面の中のマイクログルーブは、第２の担持ストリップの第１の表面の中のマイクログルーブと交差して第１の担持ストリップおよび第２の担持ストリップを通って延在するスルーホールを提供する複合担持構造体に担持させてよい。一実施態様では、スルーホールは、反応体および／または生成物が第１の担持ストリップの第１の表面から第２の担持ストリップの第１の表面へ、および／または第２の担持ストリップの第１の表面から第１の担持ストリップの第１の表面へ流れることを可能にするのに十分な寸法であるとよい。一実施態様では、第１の担持ストリップおよび第２の担持ストリップは熱伝導性材料で作られ、第１の担持ストリップの第２の表面と第２の担持ストリップの第１の表面との間の接触は、第１の担持ストリップと第２の担持ストリップとの間で熱が伝わるのを可能にするのに十分である。
【０１１４】
マイクログルーブ型担持ストリップおよび複合構造体の一つの利点は、触媒のマイクロサイズの粒子をマイクログルーブの中に配置し、固定し、従ってマイクロチャネルを通るプロセス流体の流れによって粒子が流失する傾向を低下させることができるという事実に関する。
【０１１５】
担持ストリップ４００、４００Ａまたは４００Ｂ、あるいは複合担持構造体４０２は、マイクロチャネル内の１つ以上の壁の上に配置するかまたは取り付けてマイクロチャネル内の１つ以上の構造壁を形成させてよい。
【０１１６】
触媒はプロセスマイクロチャネル内の１つ以上の構造壁に担持させてよく、１つ以上の構造壁は１つ以上のシムから形成させてよい。シムの１つ以上は、１つ以上のすき間、開口またはスルーホールを含んでよい。シムは、シムの１方の表面、あるいはシムの前面または第１の表面と後面または第２の表面との両方の中に形成されたグルーブまたはマイクログルーブを含んでよい。第１の表面からのグルーブまたはマイクログルーブは第２の表面からのグルーブまたはマイクログルーブと交差してシムの中の複数のすき間、スルーホールまたは開口を形成してよい。図５９および６０に例を示す。図５９は、前面または第１の表面５１２および後面または第２の表面５１４と、それぞれの表面の中に形成された複数のグルーブまたはマイクログルーブ５３０とを有するシム５１０の例を示す。前面５１２の中に形成されたグルーブまたはマイクログルーブ５３０は互いに平行であり、ブロックパターン５５０の配列の中に配置され、第１のブロックパターン５５０の中でグルーブまたはマイクログルーブは第１方向または水平方向に配置され、次に、隣接する第２のブロックパターン５５０の中でグルーブまたはマイクログルーブは第２の方向または垂直方向に配置される。ブロックパターン５５０の配列は、上下に配置された連続する行に配置された複数のブロックパターン５５０を含み、連続する行は横に並べて配置された列を形成する。後面５１４の中に形成されたグルーブまたはマイクログルーブ５３０も互いに平行であり、前面５１２が第１の方向または水平方向に配置されたグルーブまたはマイクログルーブを有する場合には、背面５１４は第２の方向または垂直方向に配置されたグルーブまたはマイクログルーブ５３０を有する点を除けば、前面５１２の中のブロックパターン５５０と同様なブロックパターン５５０の配列の中に配置される。同様に、前面５１２が第２の方向または垂直方向に配置されたグルーブまたはマイクログルーブ５３０を有する場合には、後面５１４は第１の方向または水平方向に配置されたグルーブまたはマイクログルーブを有する。前面５１２の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０および背面５１４の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０は、シム５１０の中に一部進入する。前面および後面の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０の進入は、前面５１２の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０が後面５１４の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０と交差し、結果としてグルーブまたはマイクログルーブが交差する点においてシム５１０の中の空洞、スルーホールまたは開口５５２の配列を形成するのに十分である。開口５５２は、流体が開口部５５２を通って流れるかまたは拡散することを可能にするのに十分なサイズであってよい。開口の数は、ｃｍ２あたり約１から約２００，０００開口、一実施態様ではｃｍ２あたり約１０から約１００，０００開口の範囲であるとよい。開口５５２は、約１から約２０００ミクロンの範囲、一実施態様では約１０から約１０００ミクロンの平均寸法（例えば直径）を有するとよい。ブロックパターン５５０は、約０．０１かける約５００ｍｍ、一実施態様では約０．５かける約２０ｍｍの寸法を有するとよい。各ブロックパターン５５０と次の隣接するブロックパターンとの間の間隔は、約０．０１から約１０ｍｍの範囲、一実施態様では約０．１から約１ｍｍであるとよい。この実施態様では、パターンはＡ、Ｂ、Ａ、Ｂ型で交互する。代替実施態様では、幾何構造は、構造体の体積に対する表面積の比が反応器の長さ方向で、または反応器の異なる区域で異なってよいように変化してよい。この様式によって、反応器の上部近くで非常に高い放熱速度を有する反応は、反応速度が遅くなり、伝熱速度が低くなる反応器の中央部または終端部近くで体積に対する表面積の比が高くなる構造の使用によって利益を得てよい。結果として得られる反応器長さ方向の熱発生速度、または反応器長さ方向の熱流束プロフィルの均一さまたは一様さが高くなってよい。パターンをさらに最適化して所望の反応生成物への選択率を最大化してよい。パターンを最適化して触媒構造体の内部に、触媒構造体の長さに沿ってまたは両方で、調整された勾配を作り出してもよい。
【０１１７】
例を示した実施態様では、前面または第１の表面５１２の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０は、後面または第２の表面５１４の中のグルーブまたはマイクログルーブと直角に交差しているが、交差の角度は任意の値（例えば約３０°から約１２０°）であってよく、従って直角だけに限定されないと理解すべきである。
【０１１８】
図６０は、図５９に例を示した、上下に積み重ねるかまたは横に並べてよい複数のシム５１０を含む複合構造体５０２の例を示す。複合担持構造体５０２の中に任意の数のシム５１０を上下に積み重ねるかまたは横に並べてよい。例えば、２、３、４、６、８、１０、２０、３０、５０、１００等のシム５１０を上下に積み重ねてよい。
【０１１９】
触媒は、通常の技法を用いて担持ストリップ４００、４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃまたは４００Ｄ、あるいはシム５１０の上に析出させてよい。これらは、触媒を担持ストリップまたはシムの上にウォッシュコートすること、触媒を担持ストリップまたはシムの上に成長させること、または蒸着法を用いて触媒を担持ストリップまたはシムの上に析出させることを含んでよい。蒸着法は化学蒸着法または物理蒸着法であってよい。触媒は、スラリー塗布法、ゾル塗布法または溶液塗布法によって析出させてよい。一実施態様では、触媒は、担持ストリップまたはシムのグルーブまたはマイクログルーブの中に析出させ、接着させたマイクロサイズの粒子の形であってよい。触媒担持量は、担持ストリップまたはシムの平方センチメートルあたり約０．１から約１００ミリグラム（ｍｇ）の範囲、一実施態様では担持ストリップまたはシムの平方センチメートルあたり約１から約１０ｍｇの触媒の範囲であるとよい。マイクロサイズの粒子は、約０．０１から約１００ミクロンの範囲、一実施態様では約０．１から約５０ミクロンの範囲、一実施態様では約０．１から約１０ミクロンの範囲、一実施態様では約０．１から約７ミクロン、一実施態様では約０．１から約５ミクロン、一実施態様では約０．１から約３ミクロン、一実施態様では約０．１から約２ミクロン、一実施態様では約０．１から約１ミクロン、一実施態様では約０．１から約０．５ミクロンの平均粒子サイズを有するとよい。
【０１２０】
図３２、３３および４８〜５３に、触媒を担持させるための担持ストリップ４００Ａを使用するマイクロチャネル反応器コア１１０に用いられる繰り返し単位の例を示す。マイクロチャネル反応器コア１１０の中で用いてよいこれらの繰り返し単位の数は任意の数、例えば１、２、３、４、５、６、８、１０、数１００、数１０００等であってよい。図３２を参照すると、繰り返し単位２０１Ａは、プロセスマイクロチャネル２１０と、プロセスマイクロチャネル２１０の内壁２３０の上に取り付けられた担持ストリップ４００Ａとを含む。担持ストリップ４００Ａの上にあるプロセスマイクロチャネル２１０内の空間によってバルク流れ領域２３４が定められる。矢印２２０および２２２で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０を通ってプロセス流体が流れる。プロセスマイクロチャネル２１０を通って流れる際、プロセス流体は、バルク流れ領域２３４を通って触媒担持ストリップ４００Ａと接触して流れる。触媒は、マイクログルーブ４３０の中に配置されたマイクロサイズの粒子の形であってよい。担持ストリップ４００Ａは、側流担持ストリップである。しかし、プロセス流体のいくらかは、マイクログルーブ４３０の中に流れて触媒と接触してよい。マイクログルーブ４３０を通るプロセス流体の流れは、全体として第１の側端４１６から第２の側端４１８および後端４２２へ向かう方向であってよい。図３８は、図３２に概略的に例を示したプロセスマイクロチャネル２１０に対応するプロセスマイクロチャネル２１０の写真である。
【０１２１】
図３３に例を示す繰り返し単位２０１Ｂは、図３３に例を示すプロセスマイクロチャネル２１０が対向する内壁２３０および２３２と、対向する内壁のそれぞれの上に取り付けられた触媒担持用担持ストリップ４００Ａとを含む点を除けば、図３２に例を示した繰り返し単位２０１Ａと同様である。
【０１２２】
図３４に例を示す繰り返し単位２０１Ｃは、その反応区域の中に複合担持構造体４０２を含む。プロセス流体は、矢印２２０および２２２で示す方向にプロセスマイクロチャネル２１０を通って流れる。複合担持構造体４０２は、貫通流デバイスである。複合担持構造体４０２の中で、担持ストリップ４００Ｃおよび４００Ｄのそれぞれの中のマイクログルーブ４３０の中の開口は、流れが層から層へ透過し、解除し、および／または弱く移流して触媒部位に十分に接近することを可能にするのに十分である。
【０１２３】
図３９に例を示す繰り返し単位２０１Ｄは、内壁２３０の上に取り付けられた担持ストリップ４００Ａと、対向する内壁２３２の中に形成された表面構成要素２３５とを有するプロセスマイクロチャネル２１０を含む。プロセスマイクロチャネル２１０を通って矢印２２０で示すようにプロセス流体が流れる。プロセス流体が表面構成要素２３５を通って流れるにつれて、プロセス流体の流れは変更される。図３９に例を示した表面構成要素２３５は、マイクロチャネル壁２３２の中の球状の窪みの形である。表面構成要素２３５によるプロセス流体の流れの変更によって、プロセス流体と、担持構造体４００Ａに担持された触媒との間の接触が促進される。
【０１２４】
図４０に例を示す繰り返し単位２０１Ｅは、表面構成要素２３５がマイクロチャネル壁２３２の中の円錐形の窪みの形である点を除けば、図３９に例を示した繰り返し単位２０１Ｄと同様である。
【０１２５】
図４１に例を示す繰り返し単位２０１Ｆは、図４１の表面構成要素２３５がマイクロチャネル壁２３２の中の長方形の窪みの形である点を除けば、図３９に例を示した繰り返し単位２０１Ｄと同様である。
【０１２６】
プロセスマイクロチャネル２１０の内壁２３２の例を図４２、４３および４４に示す。種々の形の表面構成要素が提供されている。図４２の表面構成要素は、マイクロチャネル壁２３２の中の窪みまたはマイクロチャネル壁２３２からの突起の形であり、翼形である。図４３に例を示した表面構成要素は、マイクロチャネル壁２３２の中の窪みまたはマイクロチャネル壁２３２からの突起の形であり、空気翼形である。図４４に例を示した表面構成要素は、マイクロチャネル壁２３２の中の平行四辺形の窪みまたはマイクロチャネル壁２３２からの平行四辺形の突起の形である。
【０１２７】
図４５にさまざまな設計の表面構成要素２３５の例を示す。図４５に例を示した表面構成要素２３５のそれぞれは、マイクロチャネル壁２３２の中の窪みまたはマイクロチャネル壁２３２からの突起の形であってよい。
【０１２８】
図４８に例を示す繰り返し単位２０１Ｇは、プロセスマイクロチャネル２１０および熱交換チャネル２９５を含む。この繰り返し単位は、繰り返し単位２０１Ｇが熱交換チャネル２９５を含む点を除けば、図３２に例を示した繰り返し単位２１０Ａと同様である。熱交換チャネル２９５の中の熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネル２１０の中のプロセス流体の流れに対して並流または向流であってよい。
【０１２９】
図４９は、プロセスマイクロチャネル２１０と複数の熱交換チャネル２９６とを含む繰り返し単位２０１Ｈの概略図である。プロセスマイクロチャネル２１０は、触媒担持用担体４００Ａを含む反応区域を含む。熱交換チャネル２９６の中の熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネル中のプロセス流体の流れに対して交差流である。
【０１３０】
図５０は、２つの隣接するプロセスマイクロチャネル２１０および２１０と、複数の熱交換チャネル２９６とを含む繰り返し単位の概略図である。プロセスマイクロチャネル２１０は、触媒担持用担持ストリップ４００Ａを含む反応区域を含む。熱交換チャネル２９６はマイクロチャネル２１０と隣接し、プロセスマイクロチャネル２１０ａと熱接触している。熱交換チャネル２９６の中の熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネル２１０および２１０ａ中のプロセス流体の流れに対して交差流である。
【０１３１】
図５１は、繰り返し単位２０１Ｊがプロセスマイクロチャネルの出口の近くにある追加の熱交換チャネル２９６ａを含む点を除けば、図４９に例を示した繰り返し単位２０１Ｈと同様な繰り返し単位２０１Ｊの概略図である。これらの追加の熱交換チャネルを用いて追加の加熱または冷却を提供してよい。
【０１３２】
図５２は、プロセスマイクロチャネル２１０、段階添加チャネル２８０および複数の熱交換チャネル２９６を含む繰り返し単位２０２Ｄの概略図である。プロセスマイクロチャネル２１０は、触媒担持用担持ストリップ４００Ａを含む反応区域２１０を含む。段階添加チャネル２８０とプロセスマイクロチャネル２１０とは、共通の壁２８１と、共通の壁の中に配置された開口区間２９０とを有する。プロセスマイクロチャネルの中に矢印２２０で示すようにエチルベンゼンを含む原料組成物が流れる。段階添加チャネル２８０から開口区間２９０を通って酸素を含む段階添加原料流がプロセスマイクロチャネル２１０へ流入し、そこで原料組成物と接触し、混合する。酸素とエチルベンゼンとは触媒の存在下で反応してスチレンを生成する。熱交換チャネル２９６の中でプロセスマイクロチャネル２１０の中のプロセス流体の流れの方向に対して交差流となる方向に熱交換流体が流れる。
【０１３３】
図５３は、繰り返し単位２０２Ｅがプロセスマイクロチャネル、段階添加チャネルおよび開口区間の２つの隣接する組を含む点を除けば、図５２に例を示した繰り返し単位２０２Ｄと同様な繰り返し単位２０２Ｅの概略図である。これらの組の一方は熱交換チャネル２９６と隣接し、他方の組は熱交換チャネル２９６と熱接触する。
【０１３４】
プロセスマイクロチャネル、任意選択の段階添加チャネル、および熱交換チャネル、ならびに任意のプロセスヘッダ、プロセスフッタ、熱交換ヘッダまたは熱交換フッタ、および構造壁ストリップまたはシムを含むマイクロチャネル反応器コア１１０は、本発明のプロセスの動作を可能にするのに十分な強度、寸法安定性および伝熱特性を提供する任意の材料で作ってよい。これらの材料は、鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、任意の前述の金属の合金、重合体（例えば熱硬化性樹脂）、セラミックス、ガラス、１つ以上の重合体（例えば熱硬化性樹脂）とガラス繊維とを含む複合材料、石英、シリコン、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む。
【０１３５】
マイクロチャネル反応器コア１１０は、ワイヤ放電機械加工法、通常の機械加工法、レーザ切削法、光化学機械加工法、電気化学機械加工法、成型法、水噴流法、スタンプ法、エッチング法（例えば化学エッチング法、光化学エッチング法またはプラズマエッチング法）およびそれらの組み合わせを含む既知の技法を用いて作製してよい。
【０１３６】
マイクロチャネル反応器コア１１０は、流れの通過を可能にする、一部を除去したシート群または層群を形成させることによって構築してよい。シートの積層は、拡散ボンディング法、レーザ溶接法、拡散ロウ付け法および類似の方法によって組み立て、一体化デバイスを形成してよい。マイクロチャネル反応器コア１１０は、シートまたは薄い層および部分的シートまたはストリップの組み合わせを用いて組み立ててよい。この方法では、チャネルまたは空洞区域は、ストリップまたは部分的シートを組み立てることによって形成させ、必要な材料の量を減らすとよい。
【０１３７】
一実施態様では、以下の構成部品すなわち、密封した周辺部とプロセス流れのためのあいた上部／底部を有する基板片、および熱交換片を用いてマイクロチャネル反応器コア１１０の副区間またはモジュール単位を作製してよい。基板片と熱交換片とを連結（溶接、接着、ハンダ等）して漏れのない動作単位を形成させてよい。熱交換片は押し出ししてよい。基板片および熱交換片は、プラスチック、金属、または上記で考察した他の材料から作ってよい。
【０１３８】
一実施態様では、マイクロチャネル反応器コア１１０は、任意の上記に示した材料（例えば、金属、プラスチックまたはセラミック）で作られたシムを、各層が流体を運ぶチャネルおよび開口の定められた幾何構造を有するように積層させるかまたは拡散ボンディングさせることを含むプロセスによって作ってよい。個々の層を作り出した後、マイクログルーブ型担持ストリップおよび／または複合担持構造体を挿入し、所望の触媒または収着媒をマイクログルーブ型担持ストリップおよび／または複合担持構造体に塗布してよい。触媒または収着媒は、担持ストリップを所望のプロセスマイクロチャネルの中に挿入する前に、マイクログルーブ型担持ストリップおよび／または複合担持構造体に塗布してよい。次に、層を予め定められた順序で積み重ねて積層構造を構築してよい。層は、横に並べるかまたは上下に重ねて積層させてよい。完成したスタックを、次に拡散ボンディングさせて流体がマイクロチャネル反応器またはマイクロチャネル分離器の中に、またはマイクロチャネル反応器またはマイクロチャネル分離器から漏れないようにするとよい。ボンディングの後、デバイスを最終サイズに整え、配管およびマニホルドの結合に備えてよい。
【０１３９】
表面構成要素創製法は、光化学エッチング法、磨砕法、穿孔法、放電加工法、レーザ切削法およびスタンプ法を含む。大量製生産に有用な方法はスタンプ法である。スタンプ法では、材料の歪みをできるだけ小さくし、チャネル幾何構造の厳格な許容値を保持するように注意が必要である。歪みを防ぐこと、シム配置を保持すること、層が適切な順序で積み重ねられることを確実にすることが、積層プロセス時に制御する必要のある因子である。
【０１４０】
スタックは、拡散プロセスによってボンディングしてよい。このプロセスでは、スタッを厳密な時間高温および圧力に付して所望のボンディング品質を実現してよい。これらのパラメータの選択は、金属層の間の十分な粒子成長を可能にするボンディング条件を見いだすために、モデル化検証および実験検証を必要としてよい。
【０１４１】
ボンディングの後の次の工程は、デバイスを機械加工することであってよい。高速カッターによる通常の磨砕技法、ならびに高度に修正した放電機械加工技法を含む複数のプロセスを用いてよい。ボンディング後の機械加工操作を受けた完成サイズのボンディング済みマイクロチャネル反応器またはマイクロチャネル分離器単位あるいは副単位は、例えば数１０、数１００、数１０００のシムを含んでよい。
【０１４２】
マイクロチャネル反応器１００は、プロセス流体の流れおよび熱交換流体の流れを調節する適切なマニホルド、バルブ、管路等を有してよい。これらは、図面に示していないが、当業者は容易に設けることができる。
【０１４３】
段階添加チャネル２８０および２８０Ａはマイクロチャネルであってよく、あるいはもっと大きな寸法を有してよい。プロセスマイクロチャネル２１０ならびに段階添加チャネル２８０および２８０Ａは、任意の形状、例えば、正方形、長方形、円形、半円形等を有する断面を有してよい。各プロセスマイクロチャネル２１０ならびに段階添加チャネル２８０および２８０Ａは、最大約１０ｍｍ、一実施態様では最大約６ｍｍ、一実施態様では最大約４ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍの内部高さまたはギャップを有してよい。一実施態様では、高さまたはギャップは、約０．０５から約１０ｍｍの範囲、一実施態様では約０．０５から約６ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約４ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍであるとよい。各プロセスマイクロチャネル２１０ならびに段階添加チャネル２８０および２８０Ａの幅は、任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであるとよい。各プロセスマイクロチャネル２１０ならびに段階添加チャネル２８０および２８０Ａの長さは、任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では０．２から約３メートルであるとよい。
【０１４４】
熱交換チャネル２６０、２９５および２９６はマイクロチャネルであってよく、あるいはもっと大きな寸法を有してよい。熱交換チャネル２６０、２９５および２９６のそれぞれは、任意の形状、例えば正方形、長方形、円形、半円形等を有する断面を有してよい。熱交換チャネル２６０、２９５および２９６のそれぞれは、最大約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１０ｍｍの範囲、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍの内部高さまたはギャップを有するとよい。これらのチャネルのそれぞれの幅は、任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであるとよい。熱交換チャネル２６０、２９５および２９６のそれぞれの長さは、任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では０．２から約３メートルであるとよい。
【０１４５】
一実施態様では、マイクロチャネル反応器コア１１０の中で用いられるプロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルは長方形の断面を有してよく、横に並べられた垂直配向面または水平に配向した積層面の中に配置してよい。これらの面は、水平から傾斜した角度で傾いていてよい。これらの構成を平行面構成と呼んでよい。２つ以上のプロセスマイクロチャネルと単独の熱交換チャネルとの、または単独のプロセスマイクロチャネルと組み合わされた２つ以上の熱交換チャネルのさまざまな組み合わせを使用してよい。これらの長方形チャネルの配列をスケールアップ用のモジュール化小型装置の中に配置してよい。
【０１４６】
プロセスマイクロチャネルの断面の形状およびサイズは、軸長さに沿って変化させて変化する反応の流体力学に対応させてよい。例えば、反応が酸化脱水素反応であり、反応体の１つが過剰なら、反応混合物の流体特性は反応の経過で変化してよい。表面構成要素を用いて異なる幾何構造、パターン、角度、深さまたはマイクロチャネルの断面に対するサイズの比をその軸長さに沿って提供してこれらの流体力学的変化に対応してよい。
【０１４７】
各プロセスマイクロチャネルまたは段階添加チャネルと次の隣接する熱交換チャネルとの間の間隔は、約０．０５ｍｍから約５０ｍｍの範囲、一実施態様では約０．１から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．２ｍｍから約２ｍｍであってよい。
【０１４８】
本発明は、プロセスマイクロチャネル、熱交換チャネル、およびプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとの間に配置された伝熱壁を含み、伝熱壁が少なくとも１つの熱抵抗層を含む装置に関してよい。熱抵抗層は、伝熱壁の片側または両側に配置し、および／または伝熱壁の中に埋め込んでよい。この装置は、図６１に例を示すが、マイクロチャネル反応器１００内の繰り返し単位として用いてよい。図６１を参照すると、繰り返し単位６００と呼んでよい装置は、プロセスマイクロチャネル６０２と熱交換チャネル６０４とを含む。プロセスマイクロチャネル６０２と熱交換チャネル６０４との間に伝熱壁６０５が配置される。プロセスマイクロチャネル６０２は、バルク流れ領域６０３と、触媒を担持させるために用いてよい構造壁６０６とを含む。図６１に例を示したように、伝熱壁６０５の中に熱抵抗層６０８を埋め込んでよい。あるいは、またはさらに、熱抵抗層６０８は、伝熱壁６０５のプロセスマイクロチャネル側に、および／または伝熱壁６０５の熱交換チャネル側に配置してよい。熱抵抗層６０８は、構造壁６０６と同じ構成（触媒が存在しない点を除いて）を有してよい。熱抵抗層６０８は、壁６０９によってプロセスマイクロチャネル６０２の内部から、壁６１０によって熱交換チャネル６０４の内部から分離されていてよい。図６１では、プロセスマイクロチャネル６０２の半分しか示していない。プロセスマイクロチャネルの他の半分は、触媒を担持させるための第２の構造壁を含んでよい。プロセスマイクロチャネルの第２の半分は、第２の熱抵抗層６０８を含む第２の伝熱壁６０５を含んでよい。プロセスマイクロチャネル６０２の他方の側に第２の熱交換チャネルを設けてよい。プロセスマイクロチャネル６０２と隣接させて段階添加チャネルを配置してよい。
【０１４９】
熱交換チャネル６０４は、マイクロチャネルであってよく、あるいはもっと大きな寸法を有してよい。プロセスマイクロチャネル６０２および熱交換チャネル６０４はそれぞれ最大約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１０ｍｍの範囲、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍの内部高さまたはギャップを有するとよい。これらのチャネルのそれぞれの幅は、任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであるとよい。これらのチャネルのそれぞれの長さは、任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では約０．２から約３メートルであるとよい。伝熱壁は、約０．０５から約５ｍｍの範囲、一実施態様では約０．０５から約４ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約３ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一実施態様では約０から約１ｍの厚さを有するとよい。熱抵抗層６０８は、伝熱壁６０５の厚さの約１から約９９％の範囲、一実施態様では約１から約８０％、一実施態様では約１から約５０％、一実施態様では約１から約３０％、一実施態様では約１から約２０％、一実施態様では約１から約１０％の厚さを有するとよい。
【０１５０】
プロセスマイクロチャネル６０２、熱交換チャネル６０４、伝熱壁６０５、および熱抵抗層６０８は、独立に、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、任意の前記の金属の合金、セラミックス、ガラス、石英、シリコン、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料で作ってよい。
【０１５１】
熱抵抗層６０８の構築および／または構築材料は、伝熱壁６０５の熱伝導率と異なる熱伝導率を有する任意の構築および／または構築材料を含んでよい。熱抵抗層６０８は、伝熱壁６０５の中に埋め込まれた真空、気体材料、液体および／または固体材料を含んでよい。固体材料は、すき間、開口および／またはスルーホールを含んでよい。熱抵抗層は、すき間、開口および／またはスルーホールを含んでよい１つ以上のストリップまたはシムを含んでよい。熱抵抗層は、１つ以上のストリップと、ストリップの中に形成されたグルーブまたはマイクログルーブとを含んでよい。熱抵抗層は、１つ以上のシムを含んでよく、各シムは第１の表面および第２の表面と、第１の表面および／または第２の表面の中に形成されたグルーブまたはマイクログルーブとを有する。
【０１５２】
熱抵抗層６０８および／または伝熱壁６０５は、１つ以上の熱抵抗構築物のサブアセンブリを含んでよい。各サブアセンブリは、上下に積み重ねられた２つ以上のシムと、シムの間に配置された１つ以上のすき間とを含む。すき間は、真空、空気または不活性気体を含んでよい。熱抵抗層６０８および／または伝熱壁６０５は、任意の所望の数のこれらの上下に積み重ねられたサブアセンブリ、例えば１から約１００のサブアセンブリ、一実施態様では１から約５０のサブアセンブリ、一実施態様では１から約２０のサブアセンブリ、一実施態様では１から約１０のサブアセンブリ、一実施態様では１から約５のサブアセンブリ、一実施態様では１から約３のサブアセンブリ、一実施態様では１または２のサブアセンブリを含んでよい。
【０１５３】
構造壁６０６および熱抵抗層６０８は、複数の図５９および６０に例を示したシムを上下に積み重ねることによって構築してよい。構造壁６０６および熱抵抗層６０８を形成させるために用いたシムは、独立に、シムを一緒に積み重ねて構造壁６０６および／または熱抵抗層６０８を形成させると多孔質構造が作り出されてよいように交互パターンを有してよい。交互するシムの中の開口を配置してスタックを通る完全開放型の大きな細孔とともにシムのスタックを通る固体金属結線を作り出して迅速な拡散を促進してよい。固体金属結線から開放多孔質区域の中へいくらか延在して内部表面積をさらに増大させる交差部材があってよい。構造壁６０６および／または熱抵抗層６０８の中の開口は、約２５ミクロンから約５００ミクロン、一実施態様では約５０から約２５０ミクロンの範囲であるとよい。
【０１５４】
反応体の大半は構造壁６０６の開放多孔質構造内に拡散し、ある程度流れてよい。触媒は、構造壁６０６の表面積の一部または全体を被覆してよい。
【０１５５】
プロセスマイクロチャネルの中のバルク流れ領域６０３は、流れ抵抗に対する障害を減少させ、反応体が開放構造壁６０６の中に拡散して触媒に接近することを可能にしてよい。
【０１５６】
一実施態様では、伝熱壁６０５は、プロセスマイクロチャネル６０２の内壁を形成し、前記内壁の上に１つ以上のシムが配置されて構造壁６０６を形成してよく、１つ以上のシムはすき間、開口またはスルーホールを含む。１つ以上のシムに触媒を担持させてよい。
【０１５７】
マイクロチャネル反応器１００は、１つ以上の繰り返し単位６００を含んでよい。一実施態様では、マイクロチャネル反応器は、１から約５０，０００の繰り返し単位６００、一実施態様では約１０から約５０，０００の繰り返し単位６００、一実施態様では約１０から約３０，０００の繰り返し単位、一実施態様では約１０から約１０，０００の繰り返し単位６００、一実施態様では約１０から約５０００の繰り返し単位６００、一実施態様では約１０から約２０００の繰り返し単位６００、一実施態様では約１０から約１０００の繰り返し単位６００、一実施態様では約１０から約５００の繰り返し単位６００、一実施態様では約１０から約１００の繰り返し単位６００を含んでよい。
【０１５８】
図７７および７８に例を示す槽７００の中に複数のマイクロチャネル反応器１００を収容してよい。図７７および７８を参照すると、槽７００は、５つのマイクロチャネル反応器１００を含む。これらは、図７７および７８の中でマイクロチャネル反応器１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５と特定される。図面では５つのマイクロチャネル反応器１００が開示されるが、槽７００は任意の所望の数のマイクロチャネル反応器を含んでよいと理解される。例えば、槽７００は、１から約１０００のマイクロチャネル反応器１００、一実施態様では約３から約５００のマイクロチャネル反応器１００、一実施態様では約３から約２５０のマイクロチャネル反応器１００、一実施態様では約３から約１５０のマイクロチャネル反応器１００、一実施態様では約５から約５０のマイクロチャネル反応器１００、一実施態様では約５から約１２のマイクロチャネル反応器１００を含んでよい。一実施態様では、槽７００は、１から約５０のマイクロチャネル反応器１００、一実施態様では１から約２０のマイクロチャネル反応器１００を含んでよい。各マイクロチャネル反応器１００は、約１から約５０，０００のプロセスマイクロチャネル、一実施態様では約１０から約５０，０００のプロセスマイクロチャネル、一実施態様では約１０から約３０，０００、一実施態様では約１０から約１０，０００のプロセスマイクロチャネルを含んでよい。槽７００は、加圧可能な槽であってよい。槽７００は、入口７０２および７０４、ならびに出口７０６および７０８を含む。入口７０２は、マイクロチャネル反応器１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５の中のプロセスマイクロチャネルへエチルベンゼン原料を流すために提供されてよいマニホルドへ接続される。入口７０４は、マイクロチャネル反応器１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５の中の熱交換チャネルへ熱交換流体を流すために提供されてよいマニホルドに接続される。出口７０６は、マイクロチャネル反応器１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５からの生成物を槽７００の中から流すために提供されてよいマニホルドへ接続される。入口７０８は、マイクロチャネル反応器１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５の中にあってよい段階添加チャネルへの酸素または酸素源（例えば空気）の流れのために提供されてよいマニホルドへ接続される。槽７００は、マイクロチャネル反応器１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５からの熱交換流体の流れを提供する出口（図面に示していない）も含む。
【０１５９】
槽７００は、マイクロチャネル反応器を動作させるために必要な圧力および温度下で動作するのに十分な任意の適当な材料から構築してよい。例えば、槽７００の外殻および上部は、鋳鋼から構築してよい。フランジ、カップリングおよびパイプは、ステンレス鋼または他の適当な合金から構築してよい。槽７００は、任意の所望の直径、例えば約３０から約５００ｃｍ、一実施態様では約１００から約３００ｃｍの直径を有するとよい。槽７００の軸方向長さは任意の所望の値、例えば約０．５から約５０メートル、一実施態様では約０．５から約１５メートル、一実施態様では約１から約１０メートルであるとよい。
【０１６０】
上記で示したように、マイクロチャネル反応器１００は、上下に積み重ねられるかまたは横に並べられた複数のプロセスマイクロチャネル、熱交換チャネル、および任意選択として、段階添加チャネルを含んでよい。マイクロチャネル反応器１００は、図７７および７８に例を示した立方ブロックの形であってよい。これらの立方ブロックのそれぞれは長さ、幅および高さを有してよい。長さは、約１０から約１０００ｃｍの範囲、一実施態様では約５０から約２００ｃｍの範囲であるとよい。幅は、約１０から約１０００ｃｍの範囲、一実施態様では約５０から約２００ｃｍの範囲であるとよい。高さは、約１０から約１０００ｃｍの範囲、一実施態様では約５０から約２００ｃｍの範囲であるとよい。
【０１６１】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネル２１０の中の反応区域２１２は、バルク流路を有することを特徴としてよい。用語「バルク流路」は、プロセスマイクロチャネル内の開放経路（連続バルク流れ領域）を指す。連続バルク流れ領域は、大きな圧力降下なしでマイクロチャネルを通る迅速な流体の流れを可能にする。一実施態様では、バルク流れ領域の中の流体の流れは層流である。各プロセスマイクロチャネル２１０内のバルク流れ領域は、約０．０５から約１０，０００ｍｍ２、一実施態様では約０．０５から約５０００ｍｍ２、一実施態様では約０．１から約２５００ｍｍ２の断面積を有するとよい。バルク流れ領域は、プロセスマイクロチャネルの断面積の約５％から約９５％、一実施態様では約３０％から約８０％を含むとよい。
【０１６２】
本発明の一実施態様では、触媒に必要な拡散路を限定することによって、比較的短い接触時間、所望の生成物への高い選択率および比較的低い触媒の活性低下速度を実現することができる。例えば、触媒が金属発泡体などの加工された担体の上にある、またはプロセスマイクロチャネルの壁の上にある薄層の形のときにこれを実現することができる。これは、空間速度を増加させることを可能にする。一実施態様では、触媒の薄層は、化学蒸着法を用いて作り出すことができる。この薄層は、最大約１ミクロンの範囲、一実施態様では約０．１から約１ミクロン、一実施態様では約０．２５ミクロンの厚さを有するとよい。これらの薄層は、拡散経路を短くすることによって、反応体が活性触媒構造内にある時間を短縮してよい。これは、反応体が触媒の活性部分の中で費やす時間を短縮する。結果は、生成物への選択率の増加および望ましくない副生物の減少であってよい。この触媒配備モードの一利点は、触媒の活性部分が不活性な低熱伝導率バインダの中に束縛されている従来の触媒と異なり、活性触媒膜は、加工構造体、またはプロセスマイクロチャネルの壁と密接に接触する点である。これは、マイクロチャネル反応器の中で実現可能な高い伝熱速度を活用することができ、緊密な温度制御を可能にする。その結果は、望ましくない副生物の形成を促進せずにより高い温度（より速い反応速度）で動作し、ひいてはより高い生産性、収率および触媒寿命の延長をもたらす能力である。
【０１６３】
一実施態様では、触媒を再生させてよい。再生用流体をプロセスマイクロチャネルの中に流して触媒と接触させることによってこれを実行してよい。再生用流体は、水素または希釈水素流を含むとよい。希釈剤は、窒素、アルゴン、水蒸気、メタン、二酸化炭素、またはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。再生用流体の中のＨ２の濃度は、最大約１００体積％、一実施態様では約１から約１００体積％、一実施態様では約１から約５０体積％の範囲にあるとよい。再生用流体は、ヘッダからプロセスマイクロチャネルを通ってフッタへ、またはフッタからプロセスマイクロチャネルを通ってヘッダへ反対の方向に流れてよい。再生用流体の温度は、約２０から約６００℃、一実施態様では約２０から約４００℃、一実施態様では約８０から約２００℃であるとよい。この再生工程の間のプロセスマイクロチャネル内の圧力は、絶対圧で約１から約１００気圧、一実施態様では約１から約１０気圧の範囲であるとよい。プロセスマイクロチャネルの中の再生用流体の滞留時間は、約０．００１から約１０秒、一実施態様では約０．０１秒から約１秒の範囲であるとよい。
【０１６４】
プロセスマイクロチャネル内のプロセス流体と触媒との接触時間は、最大約１００秒、一実施態様では約１ミリ秒（ｍｓ）から約１００秒の範囲、一実施態様では約１ｍｓから約５０秒の範囲、一実施態様では約１ｍｓから約２５秒の範囲、一実施態様では約１ｍｓから約１０秒の範囲、一実施態様では約１ｍｓから約１秒、一実施態様では約１ｍｓから約５００ｍｓ、一実施態様では約１ｍｓから約２００ｍｓ、一実施態様では約１ｍｓから約１００ｍｓ、一実施態様では約１ｍｓから約５０ｍｓ、一実施態様では約１ｍｓから約２０ｍｓ、一実施態様では約１ｍｓから約１０ｍｓの範囲であるとよい。一実施態様では、反応体は、最大約５０体積％の希釈剤（例えば窒素ガス）と組み合わせるとよく、接触時間は、最大約２５秒、一実施態様では最大約１０秒、一実施態様では最大約１秒であるとよい。一実施態様では、反応体は、最大約２５体積％の希釈剤と組み合わせるとよく、接触時間は、最大約５０秒、一実施態様では最大約２５秒、一実施態様では最大約５秒であるとよい。一実施態様では、反応体は、最大約１０体積％の希釈剤と組み合わせるとよく、接触時間は、最大約１００秒、一実施態様では最大約５０秒、一実施態様では最大約１０秒であるとよい。
【０１６５】
プロセスマイクロチャネルの中に流れるプロセス流体の流量は、約０．００１から約５００ｌｐｍの範囲、一実施態様では約０．００１から約２５０ｌｐｍ、一実施態様では約０．００１から約１００ｌｐｍ、一実施態様では約約０．００１から５０ｌｐｍ、一実施態様では約０．００１から約２５ｌｐｍ、一実施態様では約０．０１から約１０ｌｐｍであるとよい。プロセスマイクロチャネルの中に流れる流体の速度は、約０．０１から約２００ｍ／ｓの範囲、一実施態様では約０．０１から約７５ｍ／ｓ、一実施態様では約０．０１から約５０ｍ／ｓ、一実施態様では約０．０１から約３０ｍ／ｓ、一実施態様では約０．０２から約２０ｍ／ｓであるとよい。プロセスマイクロチャネルの中に流れる流体のレイノルズ数は、約０．０００１から約１０００００の範囲、一実施態様では約０．００１から約１００００であるとよい。
【０１６６】
プロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れの空間速度（または気体時間あたり空間速度（ＧＨＳＶ））は、少なくとも約１０００ｈｒ−１（プロセスマイクロチャネル内の体積のリットルあたり時間あたりの原料のノルマルリットル）、一実施態様では少なくとも約２０００ｈｒ−１、一実施態様では少なくとも約４０００ｈｒ−１、一実施態様では少なくとも約７０００ｈｒ−１、一実施態様では少なくとも約１００００ｈｒ−１であるとよい。空間速度は、約１０００から約５０００００ｈｒ−１の範囲、一実施態様では約４０００から約４００００ｈｒ−１の範囲であるとよい。プロセスマイクロチャネル内の体積は、プロセス流体が貫通流方式または側流方式で流れてよいプロセスマイクロチャネルの中のすべての体積を含んでよい。体積は、マイクロチャネルの中に配置された任意のマイクログルーブ型担体内の体積、ならびにプロセスマイクロチャネルの中に存在してよい任意の表面構成要素内の体積を含んでよい。
【０１６７】
本発明のプロセスによる熱交換の管理は、エチルベンゼンの反応率およびスチレンへの選択率の有利な制御を提供してよい。熱交換チャネルは、熱交換流体が熱交換チャネルの中で、熱交換チャネルと隣接するかまたは熱接触するプロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの中の流体の流れと並流となる方向に流れるように適合させてよい。あるいは、熱交換流体は熱交換チャネルの中で、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルを通る流体の流れに対して向流となる方向に流れてよい。あるいは、熱交換チャネルは、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルを通る流体の流れに対して交差流となる方向の熱交換流体の流れを提供するように、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルに対して配向させてよい。熱交換チャネルは、交差流と並流または向流との組み合わせを提供する蛇行構成を有してよい。
【０１６８】
熱交換流体は、任意の流体であってよい。これらは、空気、蒸気、液体水、気体窒素、液体窒素、不活性気体を含むその他の気体、一酸化炭素、二酸化炭素、鉱油などの油類、気体炭化水素、液体炭化水素、およびダウ‐ユニオンカーバイド（Dow-Union
Carbide）から入手可能なダウサームＡ（Dowtherm A）およびサーミノール（Therminol）などの熱交換流体を含む。熱交換流体は、塩化メチレン、フルオロクロロメタン類（例えばジクロロジフルオロメタン）、分子あたり１から約５の炭素原子を含む炭化水素（例えばメタン、エタン、エチレン、プロパン類、ブタン類、ペンタン類等）、またはそれらの２つ以上の混合物など、分子あたり１から約５の炭素原子を含む１つ以上の有機化合物を含んでよい。
【０１６９】
熱交換流体は、原料組成物、段階添加原料流および／または生成物を含んでよい。これによって、プロセス予熱、冷却および／またはプロセスの総括熱効率の向上を提供することができる。
【０１７０】
一実施態様では、熱交換チャネルは、吸熱プロセスまたは発熱プロセスが実行されるプロセスチャネルを含んでよい。これらの熱交換プロセスチャネルは、マイクロチャネルであってよい。熱交換チャネルの中で実行してよい吸熱プロセスの例は、水蒸気改質および脱水素反応を含む。熱交換チャネルの中で実行してよい発熱プロセスの例は、水性ガスシフト反応、メタノール合成反応およびアンモニア合成反応を含む。
【０１７１】
一実施態様では、熱交換流体は、熱交換チャネルの中で相変化を行う。この相変化によって、対流加熱または冷却によって提供される熱以外に、プロセスマイクロチャネルおよび／または第２の反応体流チャネルへのまたはプロセスマイクロチャネルおよび／または第２の反応体流チャネルからの追加の加熱または除熱が提供される。そのような相変化の例は、沸騰を行うオイルまたは水と考えられる。一実施態様では、相変化流体の沸騰の蒸気質量分率の量は、最大約１００％、一実施態様では最大約７５％、一実施態様では最大約５０％、一実施態様では約１％から約５０％の範囲であるとよい。
【０１７２】
各個別熱交換チャネル内の圧力は、受動構造体（例えば障害物）、熱交換チャネルの上流またはチャネルの中のオリフィスおよび／または機構を用いて調節してよい。各熱交換チャネル内の圧力を調節することによって、各熱交換チャネル内の温度を調節することができる。受動構造、オリフィスおよび／または機構によって所望の熱交換マイクロチャネル圧力に圧力を低下させる場合、より高い入口圧力を各熱交換流体に用いてよい。各熱交換チャネル内の温度を調節することによって、熱交換マイクロチャネルと熱接触するプロセスマイクロチャネルの中の温度を調節することができる。従って、例えば、プロセスマイクロチャネルと熱接触する熱交換チャネルの中で特定の圧力を使用することによって、各プロセスマイクロチャネルを所望の温度で動作させてよい。これによって正確に制御された温度の利点を各プロセスマイクロチャネルについて提供してよい。各プロセスマイクロチャネルについて正確に制御された温度の使用は、調整された温度プロフィルおよび反応プロセスのためのエネルギー所要量の全体的な減少という利点を提供する。
【０１７３】
マイクロチャネル反応器の中の熱交換のための熱流束は、マイクロチャネル反応器の中の伝熱壁の表面積の平方センチメートルあたり約０．０１から約５００ワット（Ｗ／ｃｍ２）の範囲、一実施態様では約０．０１から約２５０Ｗ／ｃｍ２の範囲であるとよい。熱流束は、約０．０１から約１２５Ｗ／ｃｍ２の範囲、一実施態様では約０．１から約５０Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約０．１から約１０Ｗ／ｃｍ２であるとよい。熱流束は、約１から約５００Ｗ／ｃｍ２の範囲、一実施態様では約１から約２５０Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約１００Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約５０Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約２５Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約１０Ｗ／ｃｍ２であるとよい。
【０１７４】
一実施態様では、マイクロチャネル反応器へ入る反応体流の温度は、マイクロチャネル反応器から出る生成物の温度から約２００℃の範囲内、一実施態様では約１００℃の範囲内、一実施態様では約５０℃の範囲内、一実施態様では約２０℃の範囲内であるとよい。
【０１７５】
プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルと熱接触するかまたは隣接する熱交換チャネルの間の制御された熱交換の使用は、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの均一な温度プロフィル可能にしてよい。これは、混合タンクなどの従来のプロセス処理装置を用いて得ることができるよりさらに迅速な速度でのさらに一様な熱交換の可能性を提供する。複数のプロセスマイクロチャネルおよび段階添加チャネルを使用するマイクロチャネル反応器の場合、プロセスマイクロチャネルの長さに沿った少なくとも１つの共通位置におけるプロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの間の温度差は、約５℃未満、一実施態様では約２℃未満、一実施態様では約１℃未満であるとよい。
【０１７６】
プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルのどれかと熱接触するかまたは隣接する熱交換チャネルは、そのようなチャネルの長さに沿って別々の温度区域を使用してよい。例えば、一実施態様では、プロセスマイクロチャネルへの入口に近い第一の区域の中の温度は、プロセスマイクロチャネルの終わりに近い第二の区域の中の第二の温度より高いか、または低い温度に維持してよい。プロセスマイクロチャネルの中に冷却区域または急冷区域を組み込んで生成物を冷却させてよい。反応体および／または生成物を加熱または冷却する、プロセスマイクロチャネルの中の反応区域の前および／または後の加熱区域または冷却区域の可能性を含む、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの長さに沿って熱プロフィルの調整を可能にする多数の熱プロフィルの組み合わせが可能である。
【０１７７】
熱交換チャネルへ入る熱交換流体は、約５０℃から約６５０℃の範囲、一実施態様では約１５０℃から約６００℃の範囲、一実施態様では約２５０℃から約５００℃の範囲の温度であってよい。熱交換チャネルから出る熱交換流体は、約１００℃から約７００℃の範囲、一実施態様では約２００℃から約６５０℃の範囲、一実施態様では約３００℃から約５５０℃の範囲の温度であってよい。熱交換チャネルの中の熱交換流体の滞留時間は、約５ｍｓから約１分の範囲、一実施態様では約２０ｍｓから約１分、一実施態様では約５０ｍｓから約１分、一実施態様では約１００ｍｓから約１分であるとよい。熱交換流体が熱交換チャネルを通って流れるときの圧力降下は、最大約１気圧／ｍの範囲、一実施態様では最大約０．５気圧／ｍ、一実施態様では最大約０．１気圧／ｍ、一実施態様では約０．０１から約１気圧／ｍであるとよい。熱交換流体は、蒸気、液体、または蒸気と液体との混合物の形であってよい。熱交換チャネルを通る蒸気の流れのレイノルズ数は、約１０から約５０００の範囲、一実施態様では約１００から約３０００であるとよい。熱交換チャネルを通る液体の流れのレイノルズ数は、約１０から約１００００の範囲、一実施態様では約１００から約５０００であるとよい。
【０１７８】
マイクロチャネル反応器反応器コア１１０へ入る反応体の温度は、最大約６００℃の範囲、一実施態様では約１５０℃から約６００℃の範囲、一実施態様では約２５０℃から約５５０℃であるとよい。
【０１７９】
脱水素反応プロセスのためのプロセスマイクロチャネルの中の温度は、約６５０℃から約９００℃の範囲、一実施態様では約７００℃から約８５０℃であるとよい。酸化脱水素反応プロセスのためのプロセスマイクロチャネルの中の温度は、約２５０℃から約６５０℃の範囲、一実施態様では約３５０℃から約５５０℃、一実施態様では約４００℃から約５００℃であるとよい。
【０１８０】
マイクロチャネル反応器コア１１０を出る生成物の温度は、最大約６５０℃の範囲、一実施態様では約１５０℃から約６５０℃、一実施態様では約から２００℃から約６００℃、一実施態様では約２５０℃から約５５０℃の範囲であるとよい。
【０１８１】
プロセスマイクロチャネル内の圧力は、絶対圧で最大約５０気圧の範囲、一実施態様では最大約４０気圧、一実施態様では最大約３０気圧であるとよい。一実施態様では、圧力は、絶対圧で約１から約５０気圧の範囲、一実施態様では約１０から約４０気圧、一実施態様では約２０から約３０気圧であるとよい。
【０１８２】
プロセスマイクロチャネルの中を流れるときのプロセス流体の圧力降下は、プロセスマイクロチャネルの長さのメートルあたり最大約５気圧（ａｔｍ／ｍ）の範囲、一実施態様では最大約１ａｔｍ／ｍ、一実施態様では最大約０．１ａｔｍ／ｍであるとよい。
【０１８３】
開口区間を通って流れる段階添加原料流の圧力降下は、最大約０．１気圧の範囲、一実施態様では約０．００１から約０．１気圧、一実施態様では約０．００１から約０．０５気圧、一実施態様では約０．００１から約０．００５気圧であるとよい。プロセスマイクロチャネルを通って流れる反応物および生成物は、蒸気、液体、または蒸気と液体との混合物の形であってよい。プロセスマイクロチャネルを通る蒸気の流れのレイノルズ数は、約１０から約１００００の範囲、一実施態様では約１００から約３０００であるとよい。プロセスマイクロチャネルを通る液体の流れのレイノルズ数は、約１０から約１００００、一実施態様では約１００から約３０００であるとよい。
【０１８４】
エチルベンゼンの反応率は、サイクルあたり約２５％以上の範囲、一実施態様ではサイクルあたり約５０％以上、一実施態様ではサイクルあたり約２５から約１００％、一実施態様ではサイクルあたり約５０から約１００％であるとよい。一実施態様では、反応率は少なくとも約７０％であるとよい。
【０１８５】
用いられるとき、酸素の反応率は、サイクルあたり約４０％以上の範囲、一実施態様ではサイクルあたり約４０％から約１００％であるとよい。
【０１８６】
スチレンの収率は、約２０％以上の範囲、一実施態様では約５０％以上、一実施態様では約５０％から約９９％であるとよい。
【０１８７】
スチレンへの選択率は、少なくとも約５０％、一実施態様では少なくとも約８０％、一実施態様では少なくとも約９０％、一実施態様では少なくとも約９５％、一実施態様では約５０％から約９９％の範囲、一実施態様では約８０％から約９９％の範囲、一実施態様では約９５%から約９９％であるとよい。
【０１８８】
約１０秒未満の接触時間と約５０体積％未満の希釈剤（例えば窒素ガス）を含む原料組成物とを用いて、少なくとも約２４時間の間スチレンの収率の変化を約２０％未満にして少なくとも約２０％のスチレンの収率を実現することが可能であってよい。約１０秒未満の接触時間と約５０体積％未満の希釈剤（例えば窒素ガス）を含む原料組成物とを用いて、少なくとも約２４時間の間スチレンの収率の変化を約２０％未満にして少なくとも約３５％、一実施態様では少なくとも約５０％、一実施態様では少なくとも約７５％のスチレンの収率を実現することが可能であってよい。これらの実施態様の１つでは、接触時間は約５秒未満、一実施態様では約２秒未満、一実施態様では約１秒未満であってよい。これらの実施態様の１つでは、原料組成物は、約２５体積％未満の希釈剤、一実施態様では約１０体積％未満の希釈剤を含んでよい。
【０１８９】
本発明のプロセスを用いて触媒のグラムあたり時間あたり少なくとも約５００ｍｌ、一実施態様では触媒のグラムあたり時間あたり少なくとも約７５０ｍｌ、一実施態様では触媒のグラムあたり時間あたり少なくとも約９００ｍｌ、一実施態様では触媒のグラムあたり時間あたり少なくとも約１０００ｍｌの速度でスチレンを製造することが可能であってよい。
【０１９０】
少なくとも約２４時間の間スチレン収率の変化を約２０％未満として少なくとも約２０％のスチレン収率を実現することが可能であってよく、スチレンは触媒のグラムあたり時間あたり少なくとも約５００ｍｌの速度で製造される。これらの実施態様の１つでは、スチレン収率は、少なくとも約３５％、一実施態様では少なくとも約５０％、一実施態様では少なくとも約７５％であってよい。これらの実施態様の１つでは、スチレンは、触媒のグラムあたり時間あたり少なくとも約７５０ｍｌ、一実施態様では触媒のグラムあたり時間当たり少なくとも約９００ｍｌ、一実施態様では触媒のグラムあたり時間当たり少なくとも約１０００ｍｌの速度で製造されてよい。
【実施例１】
【０１９１】
ゾル‐ゲル法によって０．７％Ｋ２Ｏ‐１５％ＭｏＯ３／ＳｉＯ２‐ＴｉＯ２触媒を調製する。２０．０ｇのオルトケイ酸テトラエチルおよび２７．２９ｇのチタンイソプロポキシドを２００ｍｌイソプロピルアルコール溶液に撹拌しながら溶解させる。別のビーカーの中で２．９３ｇのパラモリブデン酸アンモニウムを１３．６５ｇのＨ２Ｏに溶解させ、次に０．３０ｇの４５％ＫＯＨ溶液を加える。この水溶液をアルコール溶液に滴下（１ｍｌ／分）して加える。水溶液をすべて加えた後、結果として得られるゲルをさらに１５分間撹拌する。ゲルを１１０℃で一夜乾燥させ、５５０℃で５時間焼成する。触媒を粉砕し、６０〜１００メッシュに篩分する。
【０１９２】
触媒（０．４ｇ）を０．２インチ（０．６３５ｃｍ）のＯ．Ｄ．を有する石英管反応器の中に充填する。反応器体積は０．３ｍｌである。９．９体積％のエチルベンゼン、５体積％のＯ２および８５．１体積％のＮ２を含む原料気体組成を反応器の中に流す。原料気体流量は１８０ｍｌ／分である。反応器体積基準の接触時間は０．１秒である。プロセスは、３時間作動させて触媒活性低下の証拠がない。プロセスは、大気圧で動作させる。反応器体積基準のＧＨＳＶは、３６０００ｈｒ−１である。触媒基準のＧＨＳＶは、２７０００ｍｌ／ｇ‐触媒／時間である。触媒基準のエチルベンゼンのＧＨＳＶは、２６７０ｍｌ／ｇ‐触媒／時間である。生成物は、ＧＣによって分析する。５００℃で４３％のエチルベンゼン反応率と９１％のスチレン選択率とが実現される。スチレン収率は３９％である。スチレン収量は１０４１ｍｌ／ｇ‐触媒／時間である。Ｏ２反応率は９８％である。
【実施例２】
【０１９３】
ゾル‐ゲル法によって０．７％Ｋ２Ｏ‐１８％Ｖ２Ｏ５／ＳｉＯ２‐ＺｒＯ２触媒を調製する。７．０５ｇのバナジウム（ＩＩＩ）２，４‐ペンタンジオナートを２００ｍｌのイソ‐ブタノール中に６０℃で撹拌しながら溶解させる。冷却後、室温で撹拌しながら１９．９７ｇのジルコニウムｎ‐ブトキシド、続いて１５．０ｇのｎ‐ブトキシシランを加える。別のビーカーの中で０．１９ｇの４５％ＫＯＨ溶液を６．６３ｇのＨ２Ｏと混合する。この水溶液をアルコール溶液に滴下させて（１ｍｌ／分）加える。水溶液をすべて加えた後、結果として得られる混合物をさらに１５分間撹拌する。次に、ゲルを１１０℃で一夜乾燥させ、５５０℃で５時間焼成する。触媒を粉砕し、６０〜１００メッシュに篩分する。
【０１９４】
実施例１で特定した石英管反応器の中に触媒（０．５ｇ）を充填する。原料気体組成物は９．９体積％のエチルベンゼン、５体積％のＯ２および８５．１体積％のＮ２を含む。接触時間は０．１秒である。プロセスは、３時間動作させて触媒活性低下の証拠がない。プロセスは大気圧で稼動させる。生成物はＧＣによって分析する。４５０℃で３６％のエチルベンゼン反応率と８９％のスチレン選択率とが実現される。スチレン収率は３２％である。Ｏ２反応率は９６％である。
【実施例３】
【０１９５】
ゾル‐ゲル法によってＭｇ０．９９ＭｏＯ３．９９触媒を調製する。１６．００ｇのモリブデン（ＶＩ）オキシドビス（２，４‐ペンタンジオナート）を２００ｍｌのメトキシエタノール中に溶解させる。次に、５．５６ｇのマグネシウムエトキシドを撹拌しながら加える。続いて、この混合物に１４．１３ｇの２．５モル／ＬのＮＨ４ＯＨ溶液を滴下させて加える。結果として得られるゲルを１１０℃で５時間乾燥させ、次に５５０℃で１２時間焼成する。触媒を粉砕し、６０〜１００メッシュに篩分する。
【０１９６】
実施例１で特定した石英管反応器の中に触媒（０．３ｇ）を充填する。原料気体組成物は９．９体積％のエチルベンゼン、５体積％のＯ２および８５．１体積％のＮ２を含む。接触時間は０．１秒である。プロセスは、４時間動作させて触媒活性低下の証拠がない。プロセスは大気圧で実行する。生成物はＧＣによって分析する。５００℃で２９％のエチルベンゼン反応率と８８％のスチレン選択率とが実現される。スチレン収率は２６％である。Ｏ２反応率は７８％である。
【実施例４】
【０１９７】
共沈法によってメソ多孔質Ｖ‐Ｍｇ‐Ｏｘ（１８％Ｖ２Ｏ５）触媒を調製する。６．９７ｇのバナジウム（ＩＩＩ）２，４‐ペンタンジオナートを２００ｍｌのエタノール溶液中に７０℃で撹拌しながら溶解させる。別のビーカーの中で１９．５９ｇのＭｇＣｌ２と９．０３ｇのヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリドとを２００ｍｌのＨ２Ｏに溶解させる。バナジウム溶液をＭｇＣｌ２溶液に加える。混合物を９２〜９５℃に加熱する。ｐＨを５モル／ＬのＮＨ３・Ｈ２Ｏによって９、次に４５重量％ＫＯＨ溶液によって１０に調節する。温度を９２〜９５℃に２時間保つ。続いて、スラリーを室温に冷却し、一夜熟成させる。混合物をろ過し、固体をＨ２Ｏで３回洗浄する。１１０℃で一夜乾燥させた後、試料を５５０℃で４時間焼成する。触媒を粉砕し、６０〜１００メッシュに篩分する。
【０１９８】
実施例１で特定した石英管反応器の中に触媒（０．２ｇ）を充填する。原料気体組成物は９．９体積％のエチルベンゼン、５体積％のＯ２および８５．１体積％のＮ２を含む。接触時間は０．１秒である。プロセスは、４時間動作させて触媒活性低下の証拠がない。プロセスは大気圧で実行される。生成物はＧＣによって分析する。５５０℃で３６％のエチルベンゼン反応率と８９％のスチレン選択率とが実現される。スチレン収率は３２％である。Ｏ２反応率は９８％である。
【実施例５】
【０１９９】
イオン交換法によってＶ２Ｍｏ６Ｏ２６／ＭｇＯ触媒を調製する。１．６６ｇのＫＶＯ３および８．５７ｇのＫ２ＭｏＯ４を３００ｍｌのＨ２Ｏに溶解させる。溶液のｐＨをＨＣｌ溶液によって５．５に調節する。５日間貯蔵した後、この溶液の中に１．４５ｇのＭｇＯ粉末を加え、室温で１日間撹拌する。混合物をろ過し、固体をＨ２Ｏで３回洗浄する。１１０℃で一夜乾燥させた後、試料を５００℃で５時間焼成する。触媒を６０〜１００メッシュに篩分する。
【０２００】
実施例１で特定した石英管反応器の中に触媒（０．１６ｇ）を充填する。原料気体組成物は９．９体積％のエチルベンゼン、５体積％のＯ２および８５．１体積％のＮ２を含む。接触時間は０．１秒である。プロセスは、５時間動作させて触媒活性低下の証拠がない。プロセスは大気圧で実行する。生成物はＧＣによって分析する。５５０℃で２５％のエチルベンゼン反応率と８２％のスチレン選択率とが実現される。スチレン収率は２１％である。Ｏ２反応率は９７％である。
【実施例６】
【０２０１】
ゾル‐ゲル法によって０．７％Ｋ２Ｏ‐１５％ＭｏＯ３／ＳｉＯ２‐ＴｉＯ２触媒を調製する。２０．０ｇのオルトケイ酸テトラエチルおよび２７．２９ｇのチタンイソプロポキシドを２００ｍｌのイソプロピルアルコール溶液に撹拌しながら溶解させる。別のビーカーの中で２．９３ｇのパラモリブデン酸アンモニウムを１３．６５ｇのＨ２Ｏ中に溶解させて、次いで０．３０ｇの４５％ＫＯＨ溶液を加える。この水溶液をアルコール溶液中にゆっくり滴下させる（１ｍｌ／分）。水溶液をすべて加えた後、結果として得られるゲルをさらに１５分間撹拌する。ゲルを１１０℃で一夜乾燥させ、５５０℃で５時間焼成する。触媒を粉砕し、６０〜１００メッシュに篩分する。
【０２０２】
触媒（５ｇ）をジャーの中で４５ｇのＨ２Ｏおよび９５ｇの６ｍｍのＺｒＯ２ビーズと混合する。混合物を３日間ボールミル処理する。結果として得られるスラリー（１０重量％）を次に、Ｈ２Ｏで２．５重量％に希釈する。スラリー中の平均粒子サイズは約１ミクロンである。スラリーを図３６に例を示したマイクログルーブ型担持ストリップの上にピペットで滴下し、次いで１２０℃で１時間乾燥させる。マイクログルーブ型担持ストリップはステンレス鋼３０４で作られている。マイクログルーブ型担持ストリップは２．５００インチ（６．３５０ｃｍ）の長さ、０．５００インチ（１．２７ｃｍ）の幅および０．００２インチ（５０．８ミクロン）の厚さを有する。マイクログルーブ型担体の中のマイクログルーブは０．００７インチ（１７８ミクロン）の幅を有する。マイクログルーブの間の間隔は０．００７インチ（１７８ミクロン）である。このウォッシュコート法手順を１２回繰り返す。触媒で被覆したマイクログルーブ型担持ストリップを次に５００℃で１時間焼成する。触媒担持量は、２８．８ｍｇである。図３７に触媒で被覆したマイクログルーブ型担持ストリップの顕微鏡写真（５０×）を示す。
【０２０３】
触媒で被覆したマイクログルーブ型担持ストリップを図３８に示したマイクロチャネルデバイスの中に溶接する。マイクロチャネルデバイスはＦｅＣｒＡｌＹで作製されており、０．０３９ｍｌの内部体積を有する。
【０２０４】
マイクロチャネルデバイスの中に１８．８％のエチルベンゼンと８１．２％の空気とを含む原料気体組成物を流す。原料気体流量は２．９３ｍｌ／分である。酸素に対するエチルベンゼンのモル比は１．１である。反応器体積基準の接触時間は０．８秒である。プロセスは９６時間動作させて触媒活性低下の証拠がない。プロセスは大気圧で実行する。反応器体積基準のＧＨＳＶは４５０８ｈｒ−１である。触媒基準のＧＨＳＶは６１０４ｍｌ／ｇ‐触媒／時間である。エチルベンゼンのＧＨＳＶは１１４８ｍｌ／ｇ‐触媒／時間である。生成物はＧＣによって分析する。４１２℃の平均温度で８６％のエチルベンゼン反応率と９４％のスチレン選択率とが実現される。スチレン収率は８１％である。スチレン収量は９３０ｍｌ／ｇ‐触媒／時間である。Ｏ２反応率は９８％である。
【０２０５】
実施例１〜６の結果を表１に要約する。実施例１〜５の各実施例では、原料流は９．９体積％のエチルベンゼン、５体積％の酸素および８５．１体積％の窒素を含む。実施例６では、原料流は１８．８体積％のエチルベンゼン、１７．１体積％の酸素および６４．１体積％の窒素を含む。
【０２０６】
【表１】
0005610765.tif 000002
【０２０７】
表２に実施例１と６との結果の間の比較を示す。
【０２０８】
【表２】
0005610765.tif 000003
【０２０９】
実施例１および６は、低い温度（４５０〜５００℃に対して４１２℃）ほど高いエチルベンゼンの反応率を実現することができることを示唆する。実施例１と６との間の比較は、実施例６の触媒担持マイクログルーブ型担持ストリップを用いた方が高いスチレンの単流収率（３９％に対して８１％）を実現することができることを示唆する。
【実施例７】
【０２１０】
マイクログルーブ型試験反応器＃１および＃２を作製する。これらの反応器は、入口配管および出口配管、ヘッダおよびフッタ、主部カバープレート、主部支持プレートおよびマイクログルーブ型アセンブリを含む。入口配管および出口配管を各デバイスのヘッダおよびフッタに溶接する。それぞれが３インチ（７．６２ｃｍ）の長さの１／８インチ（０．３１８ｃｍ）外径ＳＳ３１６管であり、管壁厚さは０．０３５インチ（０．０８９ｃｍ）である。ヘッダおよびフッタは、通常の機械加工法によってＳＳ３１６棒材から作製され、０．８２０インチ×０．３７５インチ×０．３７５インチ（２．０８×０．９５３×０．９５３ｃｍ）の外部寸法を有する。１つの０．３７５インチ×０．８２０インチ（０．９５３×２．０８ｃｍ）面の０．３７５インチ（０．９５３ｃｍ）長辺のそれぞれの上で０．０２０インチ（０．０５０８ｃｍ）４５°の角を取る。この面をこの部品の「表」とする。０．８２０インチ×０．３７５インチ（２．０８×０．９５３ｃｍ）の面の１つ（表の面と直交する面）の中に深さ０．１８０インチ（０．４５７ｃｍ）かける長さ０．５２０インチ（１．３２ｃｍ）かける幅０．０６９インチ（０．１７５ｃｍ）のスロットを切り、これによって、スロットの長軸を部品の底面から０．２２７インチ（０．５７７ｃｍ）のところに配置し、スロットの短軸を面の０．３７５インチ（０．９５３ｃｍ）の長辺から０．４１０インチ（１．０４ｃｍ）のところに配置する。スロットは平底とし、端を十分に丸くする。スロットの反対側の面に０．１２５インチ（０．３１８）のカウンターボアを有する０．０６９インチ（０．１７５ｃｍ）のスルーホールを０．１２５インチ（０．３１８ｃｍ）の深さまで穿孔する。スルーホールは、スロットの位置の上に芯出しする。
【０２１１】
プロセスマイクロチャネルは図３８に示した形であり、主部カバープレート（図３８の右側）、主部支持プレートおよびマイクログルーブ型アセンブリを用いて組み立てる。マイクログルーブ型アセンブリは、図３５〜３８に示した２つのマイクログルーブ型担持ストリップを含む。マイクログルーブ型担持ストリップは上下に積み重ねられる。マイクログルーブ型アセンブリは主部支持プレートに取り付けられる。主部カバープレートおよび主部支持プレートはＦｅＣｒＡｌＹプレートから作製される。主部支持プレートは３．９００インチ（９．９１ｃｍ）かける０．７５０インチ（１．９１ｃｍ）の全体寸法を有し、０．１９０インチ（０．４８３ｃｍ）の厚さである。断面に、この部分はデバイスの長さ方向に伸びる高くナッタ０．５０２インチ（１．２７５ｃｍ）の幅の中央隆起帯を有する。
【０２１２】
隆起帯は、隆起帯の両側０．１２４インチ（０．３１５ｃｍ）の材料を０．０７４インチ（０．１８８ｃｍ）の深さまで除去することによって形成される。こうして形成される段の縁には図５６の左下に示すように０．０３０インチ（０．０７６ｃｍ）、４５°で両側の角を取る。主部カバープレートは３．９００インチ（９．９１ｃｍ）かける０．７５０インチ（１．９１ｃｍ）の全体寸法と０．１９０インチ（０．４８３ｃｍ）の厚さとを有する。図５７に示すように、この部分の中心に０．５０５インチ（１．２８３ｃｍ）の幅および０．０８０インチ（０．２０３ｃｍ）の深さでこの部分の長さ全体に延在する深いスロットを切る。図３８に示したように、深いスロットの中心に沿って幅０．０３０インチ（０．０７６ｃｍ）の０．００２インチ（５０．８ミクロン）の材料のリブを残す。スロットと隣接する部分の外側の縁の角を０．０３０インチ（０．０７６ｃｍ）、４５°で取る。主部カバープレート上の角取り面と主部支持プレート上の角取り面とを組み立て後に対合させて封止溶接に適するグルーブを提供する。公差を考慮して主部支持プレートと主部カバープレートとを作製し、バイパスを最小にする摩擦嵌合を提供する。
【０２１３】
マイクログルーブ型担持ストリップは、厚さ０．００２インチ（５０．８ミクロン）のステンレス鋼３０４から光化学機械加工法によって作製される。各ストリップは、長さ２．５００インチ（６．３５ｃｍ）および幅０．５００インチ（１．２７ｃｍ）である。マイクログルーブは互いに平行であり、幅０．００７インチ（１７８ミクロン）であり、隣接するグルーブから基材で０．００７インチ（１７８ミクロン）離れている。マイクログルーブは、中心線（マイクログルーブ型担持ストリップの長軸）から２０°の角度を形成する。マイクログルーブは、ストリップの端から約０．０３０インチ（０．０７６ｃｍ）のところで始まり、０．５００インチ（１．２７ｃｍ）の長さを有し、各個々のマイクログルーブはストリップ（図３５および３６を参照）の長辺（２．５インチ、６．３５ｃｍ）から約０．００７（１７８ミクロン）のところで止まる。マイクログルーブ型担持ストリップの長さの２分の１のところに大きな中央リブ（幅０．０６４インチ、１．６３ｃｍ）を配置する。マイクログルーブ型アセンブリは２つのマイクログルーブ型担持ストリップを上下に積み重ねることによって作られる。マイクログルーブの角度の方向を交互させて図３０および３１に示した格子状の構造を作り出す。次に、マイクログルーブ型アセンブリをイソプロピルアルコールで飽和させ（位置決めを助け、平坦さを維持するため）、前端および後端ならびに大きな中央リブの中央に配置されている主部支持プレート仮溶接部に仮溶接して図３８の左側に示したアセンブリを作り出す。マイクログルーブ型アセンブリを軸方向寸法と横方向寸法との両方で主部支持プレートと芯出しさせる。マイクログルーブ型担持ストリップの出っ張りがあったらすべて微粉ダイヤモンド砥石で除去する。完全に組み上がると、デバイスは、０．００６インチ（１５２ミクロン）の入口ギャップおよび出口ギャップを有する、幅が約０．５０３インチ（１．２８ｃｍ）、長さが３．９００インチ（９．９１ｃｍ）のマイクロチャネルの形になる。マイクログルーブ型担持ストリップを含むチャネルの部分でギャップは０.００２インチ（５０.８ミクロン）へ小さくなり、チャネルの残りはマイクログルーブ型担持ストリップによって占められている。主流路は、２つのマイクログルーブ型担持ストリップの０．００４インチ（１０２ミクロン）アセンブリの上にある０．００２インチ（５０．８ミクロン）チャネルの中である。
【０２１４】
マイクログルーブ型アセンブリおよび主部カバープレートを最初にイソプロパノール、次に２０％硝酸溶液、次いで脱イオン水を含む超音波浴の中で清浄化する。各清浄化工程は９０％電力出力で３０分間の長さを有する。浴温は２５℃である。清浄化部品を、次に、毎分３．５℃の速度で６５０℃まで温度を上昇させ、その温度で１０時間保持する非強制撹拌空気中で加熱する。
【０２１５】
実施例６に記載した触媒を調製し、実施例６に記載した手順を用いてマイクログルーブ型アセンブリの上にウォッシュコートする。結果として得られるマイクロチャネル反応器をマイクログルーブ試験反応器＃２と称する。
【０２１６】
主部カバープレートを主部支持プレートの上に置き、シーム溶接を利用してデバイスを閉じ、マイクロチャネル反応器主部アセンブリを形成させる。ヘッダおよびフッタも、それぞれの入口配管および出口配管を溶接した後、ヘッダまたはフッタの上のスロットを図５８に示したボディーアセンブリによって形成されるチャネルと位置合わせするように、主部アセンブリに溶接する。図５４にマイクロチャネル反応器のための試験装置を示す。
【０２１７】
図５４を参照すると、脈流防止装置を備えるＨＰＬＣピストンポンプによってエチルベンゼン（ＥＢ）が０．１０ｍｌ／分の速度でマイクロチャネル気化器へ圧送される。エチルベンゼンは加熱され、蒸発し、２００℃へ過熱された後、空気流と混合される。空気はマスフローコントローラを用いてシステムへ供給される。空気は、エチルベンゼン流と混合する前に供給管の外側に巻きつけた電気加熱テープによって予熱される。管の表面は２００℃に保持される。空気流の全供給速度は、４２〜８７ＳＣＣＭの範囲であり、エチルベンゼン：酸素モル比は２．１から１．０の範囲となる。
【０２１８】
エチルベンゼンと酸素との混合原料流は、２００メッシュスクリーン通って流れた後、オリフィスおよび分流区間に到達する。配管およびオリフィスはすべて電気加熱テープによって加熱され、配管の外側表面を２００℃に保持する。反応器のすぐ上流に０．０００７インチ（１７．８ミクロン）の直径を有するオリフィスが配置される。オリフィスは、反応器の圧力降下より著しく大きな圧力降下を有する。反応器への原料速度は分流装置の背圧を変えることによって調節される。反応器への全流量を２から６ＳＣＣＭに保持するために、オリフィスの上流および下流の圧力を調節する。分流は、マイクロチャネル熱交換器によって凝縮させ、冷却された２つの生成物回収ドラムの中に集める。気体は、背圧調整器、膜製試料採取点および気泡流量計を通って出た後、排気口へ行く。この出口気体流の試料を気密注射器によって集め、液体を集め、分析する。
【０２１９】
マイクロチャネル反応器は、電力セラミック加熱素子の内部に設置する。この加熱器は３５０℃から５００℃の範囲の温度を提供する。
【０２２０】
反応器の生成物を第２のマスフローコントローラからの１５ＳＣＣＭの室温窒素流と混合して下流の構成部品を通る全流量を増大させるのを助ける。希釈された生成物を冷却した２ｍｍのガラスビーズ充填試料回収ドラムの中で凝縮させる。生成物を冷却した開放体積ノックアウトドラムの中で集めた後、気体を気泡流量計およびオンラインＧＣシステムへ送る。分流と生成物気体流との両方の流量を記録する。
【０２２１】
システムのために分析を提供する２つのＧＣがある。生成物気体流は、２つのＴＣＤ検出器、３つの試料弁および試料ポンプを備えるアジレント（Agilent）５８９０  ＧＣによって分析する。Ｈ２、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨ４、ＣＯ、ＣＯ２、エタンおよびエチレンは５８９０ＧＣの中で約２０分間の分析時間で定量される。液体原料、分流ノックアウトドラムから集めた液体、分流気体、液体生成物および生成物流気体は、ＦＩＤ検出器を有するアジレント６８９０ＧＣによって分析する。ベンゼン、トルエン、エチルベンゼンおよびスチレンは約２０分間で定量される。
【０２２２】
システムは、以下のように始動する。デバイスを加熱し始めるとき２００ＳＣＣＭのＮ２流れでシステムをパージする。反応器を通して流れを押すために、分流に対する背圧を増大させる。反応器流れを５ＳＣＣＭで確立させる。蒸発器を２００℃に加熱する一方、外部加熱を２００℃に加熱する。反応器を、セラミックヒーター（クラムシェル炉）中、３℃／分の速度で３８０℃の平均温度に加熱する。温度が安定したらエチルベンゼンと空気との流れを少しずつ増加させる一方、Ｎ２の流れを少しずつ減少させて２：１のエチルベンゼン：酸素モル比および反応器入口流量４ＳＣＣＭに到達させる。システムをそのまま動作させて定常状態に到達させ、全試料を記録する。次に、温度を２℃／分の速度で１０℃ずつ増大させては生成物ＧＣ試料を採取する。十分な酸素反応率に達したら、温度上昇を止める。温度を一定に保持し、４１２℃の平均温度で試料を採取する。次に、エチルベンゼン：酸素モル比を１．８：１、１．５：１および１．１：１へ次々に減少させる。これは、エチルベンゼンの反応率およびスチレンへの選択率を増加させる。
【０２２３】
酸素収支にもとづく方法論を用いて、エチルベンゼンの反応率およびスチレンへの選択率を求める。この方法は、酸素収支を計算することにもとづいてエチルベンゼンの反応率を求めることを含み、以下の化学量論が優勢であると仮定する。
【化１】
0005610765.tif 000004
【化２】
0005610765.tif 000005
【化３】
0005610765.tif 000006
エチルベンゼンの反応率は、下の式に示すように近似される。
【化４】
0005610765.tif 000007
式中、ｎＣＯ，ｏｕｔ、ｎＣＯ２、ｏｕｔおよびｎＳＴ、ｏｕｔは、以下のように計算される。
【化５】
0005610765.tif 000008
【化６】
0005610765.tif 000009
【化７】
0005610765.tif 000010
上の式で、ｎｄｒｙ  ｇａｓ，ｏｕｔはモル出口乾燥流量の測定値、ｆｉ，ｏｕｔ，ｄｒｙはガスクロマトグラフで測定される乾燥出口流れ中の成分ｉ（ＣＯ、ＣＯ２またはＯ２）のモル分率、５／８は燃焼時に形成されるＣＯまたはＣＯ２に対するＨ２Ｏの化学量論比の仮定値であり、
【化８】
0005610765.tif 000011
【化９】
0005610765.tif 000012
である。式中、ｎｉ，ｉｎは成分ｉ（Ｏ２または空気）の入口モル流量である。上記の計算式は、システムから出る水のモル流量が失われる酸素原子のモル流量と等しい完全な酸素収支を仮定している。さらに、作り出される１モルのスチレンに対して１モルの水が生成し、作り出される８モルのＣＯまたはＣＯ２に対して５モルの水が生成すると仮定している。
【０２２４】
スチレンへの重量選択率は、以下のように計算される。
【化１０】
0005610765.tif 000013
さらに、ＣＯおよびＣＯ２への炭素選択率は、以下に示すように計算される。
【化１１】
0005610765.tif 000014
【化１２】
0005610765.tif 000015
【０２２５】
非ＣＯｘへの選択率（スチレンへの炭素選択率を近似すると取る）は、ＣＯへの選択率とＣＯ２への選択率との和を１００％から減じることによって計算される。
【０２２６】
デバイスの試験の結果を表３に要約する。表３では、石英管反応器（内径４ｍｍ）を用いて粉体状態で試験した類似の触媒の間の比較を示している。触媒は、マイクログルーブ試験反応器＃２（表４参照）の中で反応条件下に９６．５時間供用される。
【０２２７】
【表３】
0005610765.tif 000016
【０２２８】
【表４】
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【０２２９】
【表５】
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【０２３０】
マイクログルーブ試験反応器＃２の中では、低いＷＨＳＶだけでなく著しく低い温度でも収率増加が実現され、従って、温度を高くすることによって生産性は著しく増加してよい。４９５℃で動作させても選択率が劇的に低下することはない（表３の中の条件２）ので、マイクログルーブ型担体を使用するマイクロチャネル反応器の中ではＷＨＳＶを増大させてよいと予想される。
【実施例８】
【０２３１】
実施例１、６および７に記載した触媒を用いて、実施例７に記載したと同様な方法でマイクログルーブ試験反応器＃１を調製する。実施例７に記載したものと類似の方法で試験を実行するが、いくつか例外がある。これらの１つは、下流への流れのパージを助けるために用いられる窒素の流れが条件３から７までは２５ＳＣＣＭ、条件８から１３までは０ＳＣＣＭである点である。さらに、主体アセンブリの底部（マイクロチャネルの出口）がクラムシェル炉の長さ３インチの加熱区域の底部と同じ高さになり、従って約０．９インチ（２．２９ｃｍ）が加熱される区域の上に出るように、実施例７に記載したマイクログルーブ試験デバイスをクラムシェル炉の中に配置する。本実施例では、デバイスは、上部（マイクロチャネルの入口）が加熱区域の上部と同じ高さとなり、従って約０．９インチ（２．２９ｃｍ）が加熱される区域の下に出るように、クラムシェル炉の中に配置される。これは、表７と表５とを比較すれば分るように、より明白な温度プロフィル（入口から出口まで実施例７の場合の１５℃に対して実施例８の場合は５０℃）を生じさせる。
【０２３２】
【表６】
0005610765.tif 000019
【０２３３】
【表７】
0005610765.tif 000020
【０２３４】
【表８】
0005610765.tif 000021
【０２３５】
実施例８で、石英管（４ｍｍ内径）中の充填床と、マイクログルーブ型反応器との両方で同じ触媒を用いるとき、マイクログルーブ型担持構造体の利点は明らかである。この場合、表６の中の条件２と条件７とを比較すると、マイクログルーブ型反応器は、同様な重量時間当たり空間速度（ＷＨＳＶ）および低い温度で、反応率および選択率の向上を可能にする。用語ＷＨＳＶは、本明細書では所定の触媒の質量と単位時間あたり接触する反応体（例えばエチルベンゼン）の質量を指すために用いられる。マイクログルーブ試験反応器＃１の生産性がマイクログルーブ試験反応器＃２より高くなり、マイクログルーブ試験反応器＃１の方が大きなＷＨＳＶで高い反応率を有するのは、マイクログルーブ試験反応器＃１で起こる圧力降下の方が大きいからと考えられる。おそらくその結果、バルク流れの一部を側流チャネルからマイクログルーブ型構造体の中へ振り分けることができる。
【０２３６】
２つのマイクログルーブ型試験反応器（実施例７および８）の結果を、実施例１から５に報告した触媒について集めた結果と比較する。比較を図５５に示す。これらの結果は、石英管反応器の中では約４０％の反応率を超えると選択率は次第に低下するが、マイクログルーブ型反応器の熱を除去する促進された能力は、反応率が４０％を超えて増加すると同時に高い選択率を維持するを可能にすることを示している。
【実施例９】
【０２３７】
エチルベンゼンの酸化脱水素によるスチレンの生成のための熱管理に関する計算機流体力学（ＣＦＤ）研究を行う。マイクロチャネル反応器の中のスチレンの製造は、高活性および選択的エチルベンゼン酸化脱水素（ＯＤＨ）触媒で被覆するための表面積を増加させる構造壁の組み込みによって特に利益を得ることができる。反応器は、熱交換移動チャネルとプロセスマイクロチャネルとの間の伝熱壁の中に耐熱層を組み込み、高温酸化反応の場合に油などの低温熱交換流体を用いて熱を除去することができるように、制御された温度勾配を作り出すことによってさらに利益を得ることができる。一般的な熱油は、約４００℃の最大値までと格付けされている。エチルベンゼンの酸化脱水素によるスチレン製造にとって望ましい動作温度範囲は、約３００°から約５００℃、一実施態様では約４００°から約４５０°の範囲であるとよい。一実施態様では、酸化剤を段階に分けてプロセスマイクロチャネルの中へ加えて局所酸素分圧を減少させ、結果として得られるスチレンへの反応選択率を向上させてよい。
【０２３８】
マイクロチャネル反応器は、プロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとの間に耐熱層を配置することによって、プロセスマイクロチャネルを４２０℃で動作させながら、熱交換流体温度を３８０℃に保持するように設計してよい。耐熱層は、熱交換流体またはプロセス反応体の流れに対して開放されていなくてよい。耐熱層は、構造壁を作るために用いるものと同様な技法および構築を用いて形成させてよい。耐熱層のために選ばれるパターンは、触媒を担持させるためのプロセスマイクロチャネルの中の構造壁と同じであってよく、または異なっていてよい。
【０２３９】
触媒中の温度上昇は、耐熱層の中の熱抵抗を変化させることによって調節してよい。熱抵抗は、プロセスマイクロチャネルの長さ方向に変化させてよい。プロセスマイクロチャネルの一端でより高い温度差、あるいはプロセスマイクロチャネルの長さに沿ってデジタル式またはアナログ方式で変化させる機能があると望ましいことがある。
【０２４０】
触媒を担持する構造壁をプロセスマイクロチャネルの長さ方向に変化させ、等温または軸方向で変化する温度プロフィルが得られるように放熱を減らすかまたは増強させてよい。
【０２４１】
過渡シミュレーションによると、耐熱層は、流れ変数の変化に対して予測不能な熱応答または温度差を作り出さないようである。高温位置で温度オーバーシュートは起こらないようである。これは、触媒温度を制御状態に保持してホットスポット、焼結、活性低下またはその他の望ましくない熱履歴を回避するために重要な事柄であってよい。
【０２４２】
図６１に例を示すマイクロチャネル装置６００を用いて酸化脱水素（ＯＤＨ）触媒の存在下でエチルベンゼン（ＥＢ）をスチレンへ変換させる。装置は、プロセスマイクロチャネル６０２および熱交換チャネル６０４を含む。プロセスマイクロチャネル６０２と熱交換チャネル６０４との間に伝熱壁６０５を配置する。プロセスマイクロチャネル６０２は、バルク流れ領域６０３と、ＯＤＨ触媒を担持させるために用いられる構造壁６０６とを含む。プロセスマイクロチャネル６０２と熱交換チャネル６０４との間に耐熱層６０８を配置する。図６１では、プロセスマイクロチャネル６０２の半分しか示していない。プロセスマイクロチャネルの他の半分は、構造壁６０６の反対側にあるＯＤＨ触媒を担持させるための第２の構造壁と第２の耐熱層６０８とを有する。構造壁６０６と耐熱層６０８とは、複数の図５９および６０に例を示したマイクログルーブ型シムを上下に積み重ねることによって構築される。マイクログルーブ型シムのそれぞれは５０ミクロンの厚さを有する。
【０２４３】
シムは、３０のシムを一緒に積層させて構造壁６０６を形成させると１．５ｍｍの厚さを有する多孔質構造が作り出されるように交互するパターンを有する。交互するシムの中の開口は、迅速な拡散を促進するスタックを通る完全に開いた大きな細孔とともに、３０のシムのスタックを通る固体金属結線を作り出すように配置する。固体金属結線から開放多孔質区域を通っていくらか延在し、内部表面積をさらに増大させる交差部材がある。反応体の大部分は拡散し、ある程度開放多孔質構造体内にわずかに流れる。構造壁の開口は、約２５ミクロンから約５００ミクロンの間の範囲である。ＯＤＨ触媒は、構造壁６０６の表面積全体を被覆してよい。
【０２４４】
プロセスマイクロチャネル６０２の中のバルク流れ領域６０３は０．７５ｍｍの高さを有する。バルク流れ領域６０３は、流れ抵抗に対する障害を減らし、反応体が開放構造壁６０６中に拡散して触媒に接近することを可能にする。プロセスマイクロチャネル６０２の長さは５６インチ（１４２．２ｃｍ）である。チャネル幅は、０．２５インチ（０．６４ｃｍ）である。
【０２４５】
耐熱層６０８は、構造壁６０６と同じ構築を有する（触媒が存在しない点を除いて）。耐熱層６０８は、０．５ｍｍの厚さを有し、壁６０９によって構造壁６０６から、壁６１０によって熱交換チャネル６０４から分離されている。
【０２４６】
以下の化学反応を行う。
１．  Ｃ６Ｈ５ＣＨ２ＣＨ３＋０．５Ｏ２→Ｃ６Ｈ５ＣＨ＝ＣＨ２＋Ｈ２Ｏ
２．  Ｃ６Ｈ５ＣＨ＝ＣＨ２＋６Ｏ２→８ＣＯ＋４Ｈ２Ｏ
３．  Ｃ６Ｈ５ＣＨ＝ＣＨ２＋１０Ｏ２→８ＣＯ２＋４Ｈ２Ｏ
【０２４７】
反応１が主反応である。
【０２４８】
触媒反応速度も下に示す。
【化１３】
0005610765.tif 000022
【化１４】
0005610765.tif 000023
【化１５】
0005610765.tif 000024
【０２４９】
パラメータを次の表に示す。
【０２５０】
【表９】
0005610765.tif 000025
【０２５１】
反応速度は、ｋｍｏｌ／ｍｇ‐触媒である。構造壁６０６の中の触媒担持量は、実験によって示される１．３６５Ｅ＋０５ｇ‐触媒／ｍ３である。
【０２５２】
耐熱層６０８の影響を評価するシミュレーションは、以下の仮定にもとづく。
【０２５３】
反応接触時間は、構造壁６０６およびプロセス流れのためのバルク流れ領域６０３を含む全内部反応器体積によって定義される体積を基準とする。
・壁温度３８０℃  サーミノールまたはダウサームなどの熱油の沸騰によるかまたは流体の対流伝熱によって保持される。
・反応定格温度４２０℃
・Ｏ２に対するエチルベンゼン（ＥＢ）の比＝１．８（Ｏ２は空気として供給）
・出口圧力１気圧に設定
【０２５４】
原料の濃度を下の表に示す。
【０２５５】
【表１０】
0005610765.tif 000026
【０２５６】
最初、プロセスマイクロチャネルだけの二次元モデルを用いて熱除去速度を推定する。構造壁触媒は、４Ｗ／ｍ‐Ｋの有効熱伝導率を有する。壁温度は４２０℃の定温に保持され、原料入口も４２０℃である。チャネル幾何構造は図６２に示されている。下の表は、触媒活性が報告レベル（１×）であるときの反応器性能を示す。触媒活性を増加および減少させる影響も下の表に示す。
【０２５７】
【表１１】
0005610765.tif 000027
【０２５８】
触媒構造が１×反応速度を有する触媒と２００ｍｓの接触時間との場合に伝熱壁を通る熱の流れの熱流束プロフィルを図６３に示す。負の符号は、熱が壁を通って分域から除去されることを意味する。熱流束は、反応器長さの中へ約１３インチ（３３．０ｃｍ）（全体で５６インチ（１４２．２ｃｍ）の反応器長さのうち）入ったところでピーク値に達し、ピーク値は約１４Ｗ／ｃｍ２である。
【０２５９】
図６４は、１×反応速度および２００ｍｓの接触時間での構造体の中の深さ０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）の位置の触媒構造体の中の温度プロフィルを示す。温度は、触媒構造体の前端から１５インチ（３８．１ｃｍ）、最大熱流束と大体同じ軸方向位置でピーク値に達する。この場合の最高温度は、４４４℃であり、目標動作温度より２４℃高い。
【０２６０】
設計の次の段階では、プロセスマイクロチャネル６０２と熱交換チャネル６０４との間に耐熱層または熱抵抗層６０８を加える。図６５および６６にこれを示す。耐熱層は、調節可能な特性を有する多孔質媒体としてモデル化する。冷却壁は、図６６に示すように、４２０℃の反応原料温度で３８０℃に保持される。
【０２６１】
一次元熱伝導計算によって熱抵抗層の必要な特徴を推定する。熱抵抗層６０８の有効熱伝導率を定数ｋと仮定する。層の構造が既知なら実際の値を計算してよい。熱抵抗層６０８の厚さをＨとする。熱流束は、図６６の式を用いて温度差から求める。
【０２６２】
必要な熱流束Ｑが既知なら、熱抵抗層６０８の厚さを決めると熱抵抗層６０８の有効熱伝導率の値を求めることができる。熱流束の範囲は、約１．０Ｅ５から約１．０Ｅ６Ｗ／ｍ２であるとよい。耐熱層６０８の厚さは、約０．０２から約０．０８インチ（約０．５０８から約２．０３２ｍｍ）の範囲であるとよい。熱抵抗層の有効熱伝導率を次の表に報告する。この表は、高いレベルの除熱が望ましいほど、熱抵抗層の伝導率を高くするかまたは高い熱伝導率を有する材料を用いて作製するべきであることを示している。これは、熱抵抗層６０８を形成させるために用いてよいストリップまたはシムの中により少ない空洞を作り出すことによって実現してよい。約０．０２から約０．０８インチ（約０．５０８から約２．０３２ｍｍ）の厚さを有する熱抵抗層の場合、所望の熱除去速度が１．０Ｅ５Ｗ／ｍ２なら熱伝導率は１．２７から５．０８Ｗ／ｍ‐Ｋであるとよい。シムの開口率が０．５（すなわち５０％金属および５０％空洞）なら、熱抵抗層の有効熱伝導率は、この場合鋼である基材の熱伝導率の約４分の１であってよい。有効熱伝導率は、約４Ｗ／ｍ‐Ｋであるとよい。
【０２６３】
【表１２】
0005610765.tif 000028
【０２６４】
下の表は、４つの接触時間における反応器性能を示す。これらのモデルにおける触媒活性は、報告レベルの５０％（または０．５×）である。熱抵抗層は厚さ０．０２インチ（０．５０８ｍｍ）であり、熱伝導率は２．２３Ｗ／ｍ‐Ｋである。
【０２６５】
【表１３】
0005610765.tif 000029
【０２６６】
これらの結果から特定される傾向は、
・反応器性能が安定な流量の範囲が存在する。
・最高温度は、接触時間が短くなるほど増加する。
・最高温度の位置は、接触時間が短くなるほど下流へ移動する。
・短い接触時間でエチレン反応率は低いが、最高温度は高いままである。この傾向は、触媒を担持させるための構造壁６０６の有効熱伝導率に対するさらなる増加の重要性を示す。
を含む。
【０２６７】
図６７は、接触時間２００ｍｓの場合の３つの位置における温度プロフィルを示す。ラベル「Ａ」を付けた曲線は、バルク流れ領域６０３との界面から０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）の深さにおける触媒構造の中のプロフィルの場合である。ラベル「Ｂ」を付けた曲線は、熱抵抗層６０８の中央におけるプロフィルの場合であり、ラベル「Ｃ」を付けた曲線は、バルク流れ領域６０３の中央開放流れ区域に沿っている。流体温度は、ほとんど一定レベルにある。熱抵抗層の中の温度は、比較的平坦である。反応器の長さに沿った唯一の顕著な温度変化は、触媒を担持させるための構造壁の中にある。この温度は、標的レベルより高い。最大温度上昇は２４℃である。これは、最高温度を引き下げるために熱抵抗層の熱抵抗を低くすべきであることを意味する。
【０２６８】
接触時間２０００ｍｓの場合の温度予測を図６８にプロットする。３つの位置における温度を示す。ラベル「Ａ」を付けた曲線は、上記で示したように触媒を担持させるための構造壁の中である。ラベル「Ｂ」を付けた曲線は、熱抵抗層の中である。ラベル「Ｃ」を付けた曲線は、バルク流れ領域６０３の中央である。この場合、反応器の入口近くで温度は標的温度未満に調節されはするものの、他の軸方向位置における温度が標的レベル未満である。これは、反応器のための熱抵抗層の伝熱性が高すぎるかまたは熱抵抗が必要以上に高いことを示している。この低い平均触媒温度が比較的低いエチルベンゼン反応率の原因となる。
【０２６９】
２０００ｍｓの接触時間のときに伝熱壁を通る熱流束を図６９に示す。２００ｍｓの接触時間のときに伝熱壁を通る熱流束を図７０に示す。
【０２７０】
控え目なレベルのエチルベンゼン反応率においても、触媒構造体の中の温度は顕著である。触媒の活性が上がるほど温度は上昇する。よって、反応器長さに沿って触媒充填密度を調整して温度上昇を小さくすると有利であってよい。表面積対体積が反応器の前部で低く、反応器の終端近くで高くなるように、異なる軸方向位置で異なる構造壁パターンを用いてこれを実現してよい。温度上昇を制御しながらエチルベンゼン反応率を押し上げる別の方法は、反応器長さに沿って熱抵抗層の熱抵抗を調整することであってよい。接触時間１０００ｍｓの場合の温度プロフィルによると、反応器のほとんどのところでの反応温度は標的レベルより低い。よって、反応温度を所望のレベルに近い温度に上昇させるためには、反応器の後ろ半分の中の熱抵抗を低くするとよい。
【実施例１０】
【０２７１】
本実施例は、プロセスマイクロチャネルの長さに沿って熱抵抗を変化させることによって反応器性能を改善させてよいことを示す。触媒構造体を、プロセスマイクロチャネルに沿っていくつかの区間に分割する。熱抵抗層も同じ数の区間に分割する。各区間の中の触媒活性および熱抵抗の詳細を次の表に示す。
【０２７２】
【表１４】
0005610765.tif 000030
【０２７３】
【表１５】
0005610765.tif 000031
【０２７４】
これらの結果は、触媒に傾斜を付けて前端近くの活性を低下させることと、反応器の終端近くの耐熱層の中の耐熱性の量を増加させる（すなわち耐熱層の熱伝導率を低くする）こととの両方による反応器性能の改善を示している。反応率は増大するが、選択率の低下は控え目であり、最高温度の増加は軽度である。温度プロフィルを図７１に示す。ラベル「Ａ」を付けた曲線は、触媒を担持させるための構造壁の中のものである。ラベル「Ｂ」を付けた曲線は、耐熱層の中のものである。ラベル「Ｃ」を付けた線は、プロセスマイクロチャネルの開放バルク流れ領域の中央にある。２００ｍｓのときの伝熱壁を通る熱流束を図７２に示す。
【実施例１１】
【０２７５】
触媒構造体をプロセスマイクロチャネルの長さに沿っていくつかの区間に分割する。熱抵抗層も同じ数の区間に分割する。各区間の中の触媒活性および耐熱性の詳細を次の表に示す。
【０２７６】
【表１６】
0005610765.tif 000032
【０２７７】
【表１７】
0005610765.tif 000033
【０２７８】
第１の区間の中の触媒充填量の変化を控え目にして最大ホットスポットを下流に移動させる。２００ｍｓの接触時間の場合の温度プロフィルを図７３に示す。ラベル「Ａ」を付けた曲線は、上記に示したように、触媒を担持させるための構造壁のものである。ラベル「Ｂ」を付けた曲線は、耐熱層のものである。ラベル「Ｃ」を付けた線は、プロセスマイクロチャネルの開放バルク流れ領域の中央のものである。接触時間２００ｍｓの場合に伝熱壁を通る熱流束を図７４に示す。
【実施例１２】
【０２７９】
ＣＦＤシミュレーションを実行して反応器温度が動作パラメータの変化にどのように応答するかを調べる。この検討で調べられる動作パラメータは、原料温度である。時間ゼロで反応器は定常状態にあり、プロセス原料流温度は４１０℃である。次いで、原料温度を４２０℃に上昇させる。この温度変化は、あるとすれば新しい定常状態に到達するまで、反応器性能、温度および他の変数の変化を生じさせる。反応器がこの変化にどのように応答するかの詳細を得るために、次の図７５に例を示す５つの位置で触媒温度を追跡する。これらの５つの位置は、プロセスマイクロチャネルの長さに沿って分布し、プロセスマイクロチャネルの前半部の点の方を多くする。Ｐ１は、入口から５インチ（１２．７ｃｍ）である。Ｐ２は、入口から８インチ（２０．３ｃｍ）である。Ｐ３は、入口から１０インチ（２５．４ｃｍ）である。Ｐ４は、入口から１５インチ（３８．１ｃｍ）である。Ｐ５は、入口から４０インチ（１０１．６ｃｍ）である。すべての位置は、バルク流れ領域に面する構造体表面から０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）のところにある。
【０２８０】
他の条件は、
・触媒活性は、元の５０％である
・接触時間１０００ｍｓ
・熱抵抗層厚さ０．０２インチ（０．５０８ｍｍ）
・熱抵抗層の有効熱伝導率１Ｗ／ｍ‐Ｋ
・反応器長さに沿って均一な触媒活性および熱抵抗層の耐熱性
を含む。
【０２８１】
触媒上の５つの位置における温度を図７６にプロットする。全体的な傾向は、１０度高い原料温度条件下で高くなったエチルベンゼン反応率による温度増加である。温度オーバーシュートは、非常に小さな強度で点Ｐ‐５およびＰ‐４でしか観測されない。ホットスポットから離れたこの小さな過渡効果は、位置Ｐ５およびＰ４における温度レベルが低いので反応器運転にとって問題となるとは予想されない。図７６は、安定な温度に達するまでの経過時間も位置に依存することを明らかにする。監視したすべての位置で原料中の温度の変化の９５秒後に温度は安定値に達する。５０秒では、Ｐ１の温度は安定レベルに到達するが、Ｐ２およびＰ３では到達せず、温度はなお上昇している。
【０２８２】
下の表は、３つのＣＦＯの事例の性能を比較する。第１の事例は、原料温度が４１０℃の定常状態モデルであり、第２の事例も原料温度４２０℃の定常状態の事例である。第３の事例は、時間ゼロで原料温度が４１０℃から４２０℃へ変化するプロセス原料流の温度変化後９５秒間の過渡シミュレーションである。反応器は９５秒後にほとんど定常状態に達する。最高温度は１度オーバーシュートし、酸素反応率は数パーセント高くなる。反応器動作は、冷媒温度（報告するシミュレーションの場合３８０℃）を低くし、反応動作温度を高くし、安定化させる耐熱層の使用によって摂動に対して堅固である。
【０２８３】
【表１８】
0005610765.tif 000034
【０２８４】
さまざまな実施態様に関して本発明を説明してきたが、本明細書を読めば、実施態様のさまざまな変更形は当業者にとって自明であると理解すべきである。従って、本明細書に開示される本発明は、そのような変更形を請求項の範囲に属するものとして包含することを意図すると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０２８５】
【図１】本発明に従って用いてよいマイクロチャネルの概略説明図である。
【図２】本発明に従ってスチレンを作るためのプロセスの一実施態様の例を示す流れ図である。
【図３】本発明に従ってスチレンを作るためのプロセスの代替実施態様の例を示す流れ図である。
【図４】本発明に従ってスチレンを作るためのプロセスの別の代替実施態様の例を示す流れ図である。
【図５】本発明に従ってスチレンを作るためのプロセスの別の代替実施態様の例を示す流れ図である。
【図６】本発明に従って用いてよいマイクロチャネル反応器の概略説明図である。マイクロチャネル反応器は、触媒を含む１つ以上のプロセスマイクロチャネルと、プロセスマイクロチャネルと熱を交換するための熱交換チャネルとを含む複数の繰り返し単位を含む。
【図７】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよい、プロセスマイクロチャネルの層と熱交換チャネルの層との概略説明図である。プロセスマイクロチャネルのそれぞれが触媒を含んでよい。
【図８】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよいプロセスマイクロチャネルを含む繰り返し単位の概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、触媒を含む反応区域を含む。図８に例を示した触媒は、固体粒子床の形である。しかし、図８に例を示したプロセスマイクロチャネルの中では、本明細書中で考察する任意の触媒形を用いてよい。
【図９】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよい繰り返し単位の代替実施態様の概略説明図である。この繰り返し単位は、プロセスマイクロチャネルと、２つの隣接する段階添加チャネルとを含む。段階添加チャネルのそれぞれは、プロセスマイクロチャネルとの共通の壁と、共通の壁のそれぞれの中に配置された開口区間とを有する。プロセスマイクロチャネルは、触媒を含む反応区域を含む。図９に例を示した触媒は、固体粒子の形である。しかし、本明細書中で考察する任意の形を有する触媒を反応区域の中で用いてよい。この繰り返し単位を酸化脱水素プロセスのために用いてよく、この場合、酸素を含む段階添加原料流が段階添加チャネルから開口区間を通ってプロセスマイクロチャネルへ流入し、そこでエチルベンゼンを含む原料組成物と接触し、混合し、反応してスチレンを生成する。
【図１０】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよい繰り返し単位の別の代替実施態様の概略説明図である。繰り返し単位は、反応区域を含むプロセスマイクロチャネルを含む。反応区域の中に触媒が配置される。繰り返し単位は、プロセスマイクロチャネルに隣接する段階添加チャネルと、プロセスマイクロチャネルと段階添加チャネルとの間に配置された開口区間とも含む。この繰り返し単位は、酸化脱水素プロセスのために用いてよく、この場合、酸素を含む段階添加原料流が段階添加チャネルから開口区間を通ってプロセスマイクロチャネルへ流入し、そこで、エチルベンゼンを含む原料組成物と接触し、混合し、反応してスチレンを生成する。段階添加原料流と原料組成物とは、反応区域の上流の混合区域の中で互いと接触する。
【図１１】図１０に例を示した繰り返し単位の代替実施態様の概略説明図であり、段階添加原料流と原料組成物とは反応区域の中で互いに接触し、混合する。
【図１２】図１０に例を示した繰り返し単位の別の代替実施態様の概略説明図であり、この場合、段階添加原料流の一部は反応区域の上流の混合区域の中で原料組成物と接触し、混合し、段階原料流の一部は反応区域の中で原料組成物と接触し、混合する。
【図１３】熱処理される前の多孔質ステンレス鋼基板の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。この基板は、本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルのための開口区間を作るために用いてよい。
【図１４】図１３に例を示した基板の熱処理後のＳＥＭ像である。この基板は、本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルのための開口区間を作るために用いてよい。
【図１５】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルのための開口区間を作るために用いてよい調整された多孔質基板のＳＥＭ像である。
【図１６】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルのための開口区間を作る際に用いてよい開口シートの平面図である。
【図１７】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルのための開口区間を作る際に用いてよい開口シートまたはプレートの平面図である。
【図１８】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルのための開口区間を作る際に用いてよい比較的厚い開口シートまたはプレートの上にある比較的薄いシートの説明図である。
【図１９】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルのための開口区間を作る際に用いてよい比較的厚い開口シートまたはプレートの上にある比較的薄いシートの説明図である。
【図２０】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルの開口区間の中で用いてよい開口の代替実施態様の説明図であり、開口はそれを部分的に満たし、その側壁の上にある被覆物を有する。
【図２１】本発明のプロセスで用いてよいプロセスマイクロチャネルの反応区域の概略説明図である。反応区域は、充填床構成を有する触媒を含む。
【図２２】本発明のプロセスで用いてよいプロセスマイクロチャネルの反応区域の概略説明図である。反応区域は、側流構成を有する触媒を含む。
【図２３】本発明のプロセスで用いてよいプロセスマイクロチャネルの反応区域の概略説明図である。反応区域は、貫通流構成を有する触媒を含む。
【図２４】本発明のプロセスにおいて用いてよいプロセスマイクロチャネルの概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、複数のフィンを含むフィンアセンブリ、フィンに担持された触媒を含む。
【図２５】図２４に例を示したプロセスマイクロチャネルおよびフィンアセンブリの代替実施態様の概略説明図である。
【図２６】図２４に例を示したプロセスマイクロチャネルおよびフィンアセンブリの別の代替実施態様の概略説明図である。
【図２７】本発明のプロセスで用いられる触媒を担持するために用いてよいマイクログルーブ型担持ストリップの概略説明図である。担持ストリップは、上部表面、底部表面、前端、後端および側端を含む。これらの端は、流体が端を通って流れることを可能にするのに十分に開いていてよい。
【図２８】図２７に例を示した担持ストリップと同様なマイクログルーブ型担持ストリップの概略説明図である。本図に例を示すマイクログルーブ型担持ストリップの前端および後端は閉じ、従って流体が前端および後端を通って流れるのを可能にしない点が異なっている。
【図２９】図２８に例を示した担持ストリップと同様なマイクログルーブ型担持ストリップの概略説明図である。本図に例を示すマイクログルーブ型担持ストリップの側端は閉じ、従って、流体が側端を通って流れるのを可能にしない点が異なっている。マイクログルーブは、担持ストリップを通って部分的に進入するかまたは貫通してよい。マイクログルーブが担持ストリップを通って貫通すると、流体が上部表面から下部表面へ、あるいは反対の方向にマイクログルーブを通って流れることを可能にしてよい。
【図３０】上下に積み重ねられて複合担持構造体を形成する複数のマイクログルーブ型担持ストリップを示す概略説明図である。マイクログルーブ型担持ストリップのそれぞれの前端および後端は、流体がそのような端を通って流れることを可能にするのに十分に開いている。担持ストリップのそれぞれの中のマイクログルーブは、流体が担持ストリップを通って１つの担持ストリップから別の担持ストリップへ流れることを可能にするのに十分に担持ストリップの中に進入する。
【図３１】図３０に例を示した複合担持構造体の分解図の概略説明図である。本図に例を示す支持構造物は、交互配列で横に並べられた四つ（４）の第１のマイクログルーブ型担持ストリップと四つ（４）の第２のマイクログルーブ型担持ストリップとを含む。担持ストリップのそれぞれの中のマイクログルーブは、流体が担持ストリップを通って１つの担持ストリップから別の担持ストリップへ流れることを可能にするのに十分に担持ストリップの中に進入する。第１のマイクログルーブ型担持ストリップは、担持ストリップの前端および第１の側端の方へ配向し、約０°より大きく９０°より小さな、例えば約６０°から約８０°の範囲の角度を担持ストリップの中心軸に対して形成するマイクログルーブを使用する。第２のマイクログルーブ型担持ストリップは、担持ストリップの前端および第１の側端の方へ配向し、約９０°より大きく１８０°より小さな、例えば約１００°から約１２０°の範囲の角度を担持ストリップの中心軸に対して形成するマイクログルーブを使用する。
【図３２】（ａ）は、図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよいプロセスマイクロチャネルを含む繰り返し単位の概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、図２８に例を示したマイクログルーブ型担持ストリップを含み、マイクログルーブ型担持ストリップは、触媒を担持する。（ｂ）は、（ａ）に例を示したプロセスマイクロチャネルを（ａ）のライン（ｂ）‐（ｂ）上で見た断面図である。
【図３３】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよいプロセスマイクロチャネルの概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、図３２の（ａ）に例を示したプロセスマイクロチャネルと同様である。（ａ）に例を示すプロセスマイクロチャネルは、対向する内壁と、対向する内壁のそれぞれの上に配置された触媒を担持するマイクログルーブ型担持ストリップとを含む点が異なっている。（ｂ）は、（ａ）に例を示したプロセスマイクロチャネルを（ａ）のライン（ｂ）‐（ｂ）上で見た断面図である。
【図３４】（ａ）図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよいプロセスマイクロチャネルの概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、図３０および３１に例を示した種類の触媒担持用複合担持構造体を含む。（ｂ）は、（ａ）に例を示したプロセスマイクロチャネルを（ａ）のライン（ｂ）‐（ｂ）上で見た断面図である。
【図３５】本発明のプロセスで用いられる触媒を担持させるのに適するマイクログルーブ型担体構造の写真である。担持構造体は、鉄、クロム、アルミニウムおよびイットリウムの合金で作られ、担持構造体の厚さは０．００２インチ（５０．８ミクロン）であり、マイクログルーブを分割するリブは０．００７インチ（１７８ミクロン）の厚さを有し、マイクログルーブは０．００７インチ（１７８ミクロン）の幅を有する。
【図３６】図３５に例を示した担持構造体と同様なマイクログルーブ型担体構造の写真である。本図に例を示すマイクログルーブ型担体構造はステンレス鋼で作られている点が異なっている。
【図３７】マイクログルーブ型担体構造のマイクログルーブの中に析出した触媒粒子を有するマイクログルーブ型担持構造体を示す倍率５０×の顕微鏡写真である。マイクログルーブ型担持構造体はステンレス鋼３０４で作られ、触媒は０．７％Ｋ２Ｏ‐１５％ＭｏＯ３／ＳｉＯ２‐ＴｉＯ２を含む。
【図３８】図２８に例を示した種類の２つの触媒担持マイクログルーブ型担持構造体を含むプロセスマイクロチャネルの写真である。プロセスマイクロチャネルは２．５インチ（６．３５ｃｍ）の長さ、０．５インチ（１２．７ｍｍ）の幅および０．００２インチ（５０．８ミクロン）の高さを有する。図３８の右側にプロセスマイクロチャネルのための上部プレートが示されている。
【図３９】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよいプロセスマイクロチャネルの概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、プロセスマイクロチャネルの１つの内壁の上の触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップと、反対側の内壁の上のプロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れを変更させるための表面構成要素とを含む。マイクログルーブ型担持ストリップは、図２８に例を示したマイクログルーブ型担持ストリップに対応する。表面構成要素は、プロセスマイクロチャネルの内壁の中の球状の窪みの形である。プロセスマイクロチャネルを通るプロセス流体の流れは、矢印によって示される。
【図４０】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよいプロセスマイクロチャネルの概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、プロセスマイクロチャネルの１つの内壁の上の触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップと、反対側の内壁の上のプロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れを変更させるための表面構成要素とを含む。マイクログルーブ型担持ストリップは、図２８に例を示したマイクログルーブ型担持ストリップに対応する。表面構成要素は、プロセスマイクロチャネルの内壁の中の円錐形の窪みの形である。プロセスマイクロチャネルを通るプロセス流体の流れは、矢印によって示される。
【図４１】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよいプロセスマイクロチャネルの概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、プロセスマイクロチャネルの１つの壁の上の触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップと、反対側の内壁の上のプロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れを変更させるための表面構成要素とを含む。マイクログルーブ型担持ストリップは、図２８に例を示したマイクログルーブ型担持ストリップに対応する。表面構成要素は、プロセスマイクロチャネルの内壁の中の平行四辺形の窪みの形である。プロセスマイクロチャネルを通るプロセス流体の流れは、矢印によって示される。
【図４２】図３９、４０または４１に例を示した触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップと組み合わせて用いてよい、図３９、４０または４１に例を示した表面構成要素の修正版の概略説明図である。本図に例を示す表面構成要素は、翼形をした、マイクロチャネル壁の中の窪みまたはマイクロチャネル壁から突き出た突起物を含む。
【図４３】図３９、４０または４１に例を示した触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップと組み合わせて用いてよい、図３９、４０または４１に例を示した表面構成要素の修正版の概略説明図である。本図に例を示す表面構成要素は、空気翼の形をした、マイクロチャネル壁の中の窪みまたはマイクロチャネル壁から突き出た突起物を含む。
【図４４】図３９、４０または４１に例を示した触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップと組み合わせて用いてよい、図３９、４０または４１に例を示した表面構成要素の修正版の概略説明図である。本図に例を示す表面構成要素は、平行四辺形の、マイクロチャネル壁の中の窪みまたはマイクロチャネル壁から突き出た突起物を含む。
【図４５】図３９、４０または４１に例を示した触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップと組み合わせてプロセスマイクロチャネルの中で用いてよいさまざまな表面構成要素設計の概略説明図である。本図に例を示す構成は、マイクロチャネル壁の中の窪みまたはマイクロチャネル壁から突き出た突起物を含む。
【図４６】本発明のプロセスで用いてよいマイクロチャネル反応器の概略説明図である。マイクロチャネル反応器は、隣接する予熱区間および下流の冷却区間と組み合わせて用いられる。
【図４７】図４６と同一の概略説明図であるが、冷却区間の下流にスチレンを回収するためのスチレンノックアウトドラムが提供される点が異なっている。
【図４８】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよい、プロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとを含む繰り返し単位の概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、図２８に例を示した担持ストリップに対応する触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップを含む反応区域を含む。熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れに対して並流または向流であってよい。
【図４９】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよい、プロセスマイクロチャネルと複数の熱交換チャネルとを含む繰り返し単位の概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、図２８に例を示した担持ストリップに対応する触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップを含む反応区域を含む。熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れに対して交差流である。
【図５０】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよい、２つの隣接するプロセスマイクロチャネルと複数の熱交換チャネルとを含む繰り返し単位の概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、図２８に例を示した担持ストリップに対応する触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップを含む反応区域を含む。熱交換チャネルは、一方のプロセスマイクロチャネルと隣接し、他方のプロセスマイクロチャネルと熱的に接触している。熱交換チャネルの中の熱交換流体の流れは、プロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体の流れに対して交差流である。
【図５１】図４９に例を示した繰り返し単位と同様な繰り返し単位の概略説明図である。本図に例を示す繰り返し単位はプロセスマイクロチャネルの出口の近くにある追加の熱交換チャネルを含む点が異なっている。これらの追加の熱交換チャネルは、追加の加熱または冷却を提供するために用いてよい。
【図５２】図６に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよい、プロセスマイクロチャネル、段階添加チャネル、および複数の熱交換チャネルを含む繰り返し単位の概略説明図である。プロセスマイクロチャネルは、図２８に例を示した担持ストリップに対応する触媒担持用マイクログルーブ型担持ストリップを含む反応区域を含む。段階添加チャネルとプロセスマイクロチャネルとは、共通の壁と、共通の壁の中の開口区域とを有する。プロセスマイクロチャネルの中にエチルベンゼンを含む原料組成物が流れる。段階添加チャネルから酸素を含む段階添加原料流が開口区間を通ってプロセスマイクロチャネルへ流入し、そこで原料組成物と接触し、混合する。酸素とエチルベンゼンとは触媒の存在下で反応してスチレンを生成する。熱交換チャネルの中にプロセスマイクロチャネルの中のプロセス流体のバルク流れに対して交差流となる方向に熱交換流体が流れる。
【図５３】図５２に例を示した繰り返し単位と同様な繰り返し単位の概略説明図である。本図に例を示す繰り返し単位は、プロセスマイクロチャネルの隣接する２つの組、段階添加チャネルおよび開口区間を含む点が異なっている。これらの組の一方は熱交換チャネルと隣接し、他方の組は熱交換チャネルと熱的に接触する。
【図５４】実施例７および８において報告する試行のための試験装置の概略説明図である。
【図５５】実施例１〜５、７および８において報告する試験の場合のエチルベンゼンの反応率およびスチレンへの選択性を示すチャートである。
【図５６】実施例７において開示するマイクロチャネル反応器の中で用いられる主部支持プレートの図面からなる。
【図５７】実施例７において開示されるマイクロチャネル反応器の中で用いられる主部カバープレートの図面からなる。
【図５８】実施例７において開示されるマイクロチャネル反応器の概略説明図である。
【図５９】前面または第１の表面および背面または第２の表面と、それぞれの表面の中に形成されたグルーブまたはマイクログルーブとを有するシムの概略説明図である。前面または第１の表面の中のグルーブまたはマイクログルーブは、背面または第２の表面の中のグルーブまたはマイクログルーブと交差し、その結果、シムの中に複数の空洞、スルーホールまたは開口が形成される。
【図６０】複数の図５９に例を示したシムを含む複合構造体の概略説明図である。
【図６１】プロセスマイクロチャネル、熱交換チャネル、およびプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとの間に配置された伝熱壁を含む装置の概略説明図である。伝熱壁は熱抵抗層を含む。
【図６２】図６１に例を示したプロセスマイクロチャネルの概略説明図である。
【図６３】実施例９で報告するプロセスの場合の伝熱壁を通る熱の流れに関する熱流束のプロットである。
【図６４】実施例９で報告するプロセスの場合の温度プロフィルのプロットである。
【図６５】図６１に示したプロセスマイクロチャネルと伝熱壁との概略説明図である。
【図６６】熱抵抗層の概略説明図および熱流束を計算するための式である。
【図６７】実施例９で考察するマイクロチャネル反応器内の３つの位置における温度プロフィルを示すプロットである。接触時間は２００ｍｓである。
【図６８】実施例９で考察するマイクロチャネル反応器内の３つの位置における温度プロフィルを示すプロットである。接触時間は２，０００ｍｓである。
【図６９】実施例９で考察するマイクロチャネル反応器の伝熱壁を通る熱流束を示すプロットである。接触時間は２，０００ｍｓである。
【図７０】実施例９で考察するマイクロチャネル反応器の伝熱壁を通る熱流束を示すプロットである。接触時間は２００ｍｓである。
【図７１】実施例１０で報告するプロセスの場合のマイクロチャネル反応器内の３つの温度プロフィルを示すプロットである。
【図７２】実施例１０で報告するプロセスの場合の伝熱壁を通って流れる熱の熱流束を示すプロットである。
【図７３】実施例１１で報告するプロセスの場合のマイクロチャネル反応器内の３つの温度プロフィルを示すプロットである。
【図７４】実施例１１で報告するプロセスの場合の伝熱壁を通って流れる熱の熱流束を示すプロットである。
【図７５】実施例１２で報告するプロセスの場合のプロセスマイクロチャネルおよび伝熱壁の概略説明図である。
【図７６】実施例１２で考察するマイクロチャネル反応器の中の位置Ｐ１からＰ５に関する温度プロフィルのプロットである。
【図７７】本発明に従って提供されるマイクロチャネル反応器を収容するために用いてよい加圧可能槽の概略説明図である。
【図７８】本発明に従って提供されるマイクロチャネル反応器を収容するために用いてよい加圧可能槽の概略説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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