(57)【要約】  マイクロチャネルリアクタ内に触媒を装填し、かつ任意的に内部の使用済み触媒を除去する方法及び装置であって、本方法は、（ａ）活性触媒を複数の反応剤マイクロチャネルの中に装填する段階、及び（ｂ）可搬式小型超音波緻密化ユニットを使用して活性触媒を複数の反応剤マイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階を含む。【選択図】図６７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料をマイクロチャネルデバイス内に装填する方法であって、
微粒子を複数のマイクロチャネルの中に装填する段階と、
可搬式小型超音波緻密化ユニットを使用して前記微粒子を前記複数の反応剤マイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
微粒子を前記複数のマイクロチャネルの中に装填する前記行為は、マイクロチャネル充填床を生成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のマイクロチャネルは、互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記微粒子は、触媒、吸着剤、熱伝達材料、物質移動材料、流体分配充填剤、及び希釈剤のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記微粒子は、触媒を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のマイクロチャネル内に充填されていた使用済み微粒子を該複数のマイクロチャネルから取り除く段階を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
使用済み触媒を前記複数の反応剤マイクロチャネルから取り除く段階の前に、該複数の反応剤マイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第１の障壁を該複数の反応剤マイクロチャネルから下流で除去する段階と、
前記活性触媒を前記複数の反応剤マイクロチャネルの中に装填する段階の前に、前記第１の障壁を該複数の反応剤マイクロチャネルから下流に再び設置する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
使用済み触媒を前記複数の反応剤マイクロチャネルから取り除く段階の前に、該複数の反応剤マイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第１の障壁を該複数の反応剤マイクロチャネルから下流で除去する段階と、
前記活性触媒を前記複数の反応剤マイクロチャネルの中に装填する段階の前に、該複数の反応剤マイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第２の障壁を該複数の反応剤マイクロチャネルから下流に設置する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
使用済み触媒を前記複数の反応剤マイクロチャネルから取り除く段階の前に、該複数のマイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第３の障壁を該複数の反応剤マイクロチャネルから上流で除去する段階と、
前記活性触媒を前記複数の反応剤マイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階に続けて、該複数のマイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第４の障壁を該複数の反応剤マイクロチャネルから上流に設置する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の処理マイクロチャネルは、互いに平行に延び、
前記複数の処理マイクロチャネルの各々が、線形セグメントを含み、
前記線形セグメントは、前記微粒子を収容し、
前記微粒子を前記複数の処理マイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階は、微粒子の密度を１．０６グラム毎ミリリットルから１．２９グラム毎ミリリットルの間で増大させる段階を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の処理マイクロチャネルは、複数の層に配置され、該層のうちの少なくとも２つが、互いから離間しており、
前記微粒子を前記複数の処理マイクロチャネルの中に超音波的に充填する前記段階は、ある一定の層を他の層の前に充填する段階を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の処理マイクロチャネルの前記複数の層のうちの少なくとも２つが、介在チャネルの層によって互いから離間していることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記介在チャネルは、冷却剤チャネルを含み、該冷却剤チャネルは、冷却剤マイクロチャネルを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記可搬式小型超音波緻密化ユニットは、プログラマブル超音波充填器を含み、
前記微粒子を前記複数の処理マイクロチャネルの中に超音波的に充填する前記段階は、前記プログラマブル超音波充填器を使用する段階を含み、
前記プログラマブル超音波充填器は、前記複数の処理マイクロチャネルに対して自律的に再位置決め可能である、
ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記可搬式小型超音波緻密化ユニットは、超音波充填器を含み、
前記微粒子を前記複数の処理マイクロチャネルの中に超音波的に充填する前記段階は、前記超音波充填器を使用する段階を含み、
前記超音波充填器は、前記複数の処理マイクロチャネルに対して手動で再位置決め可能である、
ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記微粒子を前記複数の処理マイクロチャネルの中に装填する段階の前に、該複数の処理マイクロチャネル内に収容された微粒子がそこを通過することを抑制する第１の障壁を該複数の処理マイクロチャネルから下流に設置する段階を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記微粒子を前記複数の処理マイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階に続けて、該複数のマイクロチャネル内に収容された微粒子がそこを通過することを抑制する第２の障壁を該複数の処理マイクロチャネルから上流に設置する段階を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
微粒子を前記複数の処理マイクロチャネルの中に装填する前記行為は、微粒子を該複数のマイクロチャネルの中に分配する段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記微粒子を超音波的に充填する前記行為は、
超音波ホーンを前記複数の処理マイクロチャネルに隣接する第１の組の複数の冷却剤マイクロチャネルに接触するように垂直に再位置決めする段階と、
前記超音波ホーンを前記第１の組の前記複数の冷却剤マイクロチャネルに接触した後に作動する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記超音波ホーンは、２０から４０キロヘルツの間の周波数を有する音波を放出することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記超音波ホーンは、２００キロパスカルから２８０キロパスカルの間の接触圧力で前記第１の組の前記複数の冷却剤マイクロチャネルに押圧されることを特徴とする請求項１９及び請求項２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記超音波ホーンは、３０秒又はそれ未満のバーストで作動されることを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記超音波ホーンは、１０秒又はそれ未満のバーストで作動されることを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記超音波ホーンは、３秒又はそれ未満のバーストで作動されることを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記微粒子を超音波的に充填する前記行為は、
前記超音波ホーンを前記第１の組の前記複数の冷却剤マイクロチャネルにそれ以上接触しないように垂直に再位置決めする段階と、
前記超音波ホーンを水平に再位置決めする段階と、
前記超音波ホーンを前記複数の反応剤マイクロチャネルに隣接する第２の組の前記複数の冷却剤マイクロチャネルに接触するように下げる段階と、
前記超音波ホーンを前記第２の組の前記複数の冷却剤マイクロチャネルに接触した後に作動する段階と、
を含む、
ことを特徴とする請求項１９から請求項２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記活性触媒を超音波的に充填する前記行為の前に、前記複数の反応剤マイクロチャネルを収容する圧力容器内に前記可搬式小型超音波緻密化ユニットを組み付ける段階と、
前記活性触媒を超音波的に充填する前記行為に続けて、前記可搬式小型超音波緻密化ユニットを分解し、前記複数の反応剤マイクロチャネルを収容する前記圧力容器から該可搬式小型超音波緻密化ユニットを除去する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記微粒子を最初に超音波的に充填する段階の後に第２の量の微粒子を複数の処理マイクロチャネルの中に装填する段階と、
前記可搬式小型超音波緻密化ユニットを使用して前記第２の量の微粒子を前記複数の処理マイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
可搬式小型超音波充填器であって、
超音波ホーンを含む移動台車、
を含み、
前記移動台車は、該移動台車を水平に再位置決めするためにレールに沿って移動し、
前記超音波ホーンは、前記レールに対して垂直に再位置決め可能であり、
前記レールは、互いに作動的に結合された少なくとも２つの区画を含む、
ことを特徴とする充填器。
【請求項２９】
前記レールは、水平部材を含むことを特徴とする請求項２８に記載の可搬式小型超音波充填器。
【請求項３０】
前記レールは、右側レール及び左側レールを含み、
前記右側レールは、第２の区画に取外し可能に結合された第１の区画を含み、
前記左側レールは、第４の区画に取外し可能に結合された第３の区画を含み、
前記移動台車は、前記右側レールと前記左側レールの間に跨っている、
ことを特徴とする請求項２８又は請求項２９のいずれか１項に記載の可搬式小型超音波充填器。
【請求項３１】
前記第１の区画、前記第２の区画、前記第３の区画、及び前記第４の区画は、
前記移動台車をその上に再位置決めすることができる平面水平面と、
複数の均等に離間したオリフィスを含む垂直面と、
を含み、
前記移動台車は、延長位置と後退位置の間を移動するように構成された再位置決め可能アクチュエータを含み、該再位置決め可能アクチュエータは、その少なくとも一部分を前記複数の均等に離間したオリフィスのうちの少なくとも１つの中に受け入れることができるようなサイズにされる、
ことを特徴とする請求項３０に記載の可搬式小型超音波充填器。
【請求項３２】
前記レールは、それに沿って配分された複数の均等に離間したオリフィスを含み、
前記移動台車は、延長位置と後退位置の間を移動するように構成された再位置決め可能アクチュエータを含み、該再位置決め可能アクチュエータは、その少なくとも一部分を前記レールの前記複数のオリフィスのうちの少なくとも１つの中に受け入れることができるようなサイズにされる、
ことを特徴とする請求項２８から請求項３１のいずれか１項に記載の可搬式小型超音波充填器。
【請求項３３】
前記超音波ホーンは、前記移動台車に対して垂直に再位置決め可能であり、
前記超音波ホーンは、第１の超音波ホーン及び第２の超音波ホーンを含む、
ことを特徴とする請求項２８から請求項３２のいずれか１項に記載の可搬式小型超音波充填器。
【請求項３４】
前記超音波ホーンは、前記移動台車に対して空圧式に再位置決め可能であり、
前記第１の超音波ホーンは、前記台車の左側に向けられ、前記第２の超音波ホーンは、該台車の右側に向けられる、
ことを特徴とする請求項３３に記載の可搬式小型超音波充填器。
【請求項３５】
マイクロチャネル装置を更に含み、
前記移動台車は、前記マイクロチャネル装置に再位置決め可能に装着される、
ことを特徴とする請求項２８から請求項３４のいずれか１項に記載の可搬式小型超音波充填器。
【請求項３６】
マイクロチャネル装置の複数のマイクロチャネルの中に装填された微粒子の充填密度を増大させる方法であって、
微粒子が閉じ込められた複数のマイクロチャネルを含むマイクロチャネル装置を与える段階と、
可搬式小型超音波デバイスをマイクロチャネル装置に装着する段階であって、該可搬式小型超音波デバイスが、該可搬式小型超音波デバイスが前記複数のマイクロチャネルと音響連通している第１の位置と該可搬式小型超音波デバイスが該複数のマイクロチャネルと音響連通していない第２の位置との間で再位置決め可能であるように構成される前記装着する段階と、
前記可搬式小型超音波デバイスから前記複数のマイクロチャネルに超音波を印加して前記微粒子の緻密化し、該複数のマイクロチャネル内に微粒子の充填床を形成する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
音響伝導材料が、前記可搬式小型超音波デバイスと前記複数のマイクロチャネルの間に配置されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記超音波は、２０キロヘルツから４０キロヘルツの周波数を有することを特徴とする請求項３６又は請求項３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
前記可搬式小型超音波デバイスの少なくとも一部分が、２００キロパスカルから２８０キロパスカルの接触圧力で前記マイクロチャネル装置に押圧されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記超音波は、３０秒又はそれ未満のバーストで印加されることを特徴とする請求項３６から請求項３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記超音波は、１０秒又はそれ未満のバーストで印加されることを特徴とする請求項３６から請求項３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
前記超音波は、３秒又はそれ未満のバーストで印加されることを特徴とする請求項３６から請求項３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記複数のマイクロチャネルの各マイクロチャネルが、少なくとも１０ｃｍの長さと、２ｍｍ又はそれ未満の少なくとも１つの寸法とを有することを特徴とする請求項３６から請求項４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
前記マイクロチャネル装置は、少なくとも１０００個のマイクロチャネルを含み、
前記可搬式小型超音波デバイスは、前記少なくとも１０００個のマイクロチャネルのうちの５００個よりも多くないものにわたって延びる、
ことを特徴とする請求項３６から請求項４３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４５】
前記マイクロチャネル装置は、前記複数のマイクロチャネルのうちの少なくとも１つの長さを下って延びるインサートを含み、
前記インサートは、前記複数のマイクロチャネルのうちの前記少なくとも１つの前記長さを下って音を伝達する、
ことを特徴とする請求項３６から請求項４４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
前記マイクロチャネル装置は、波形インサートの壁によって少なくとも部分的に形成されたチャネルを含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記マイクロチャネル装置は、前記複数のマイクロチャネルを下って延びる複数のインサートを含み、
前記複数のインサートは、複数のマイクロチャネルの前記長さを下って音を伝達する、
ことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
超音波エネルギを印加する前記段階は、前記複数のマイクロチャネルが乾燥している間に行われることを特徴とする請求項３６から請求項４７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４９】
前記複数のマイクロチャネルは、複数の反応剤マイクロチャネルを含み、前記微粒子は、該複数の反応剤マイクロチャネルを用いて閉じ込められた触媒を含むことを特徴とする請求項３８から請求項４８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５０】
前記複数の反応剤マイクロチャネルは、少なくとも１００個のマイクロチャネルを含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
微粒子を前記複数の反応剤マイクロチャネルの中に追加する段階と、
ガスを前記チャネルに通過させて前記微粒子を流体化し、該微粒子が該マイクロチャネルを満たすことを可能にする段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記充填床は、０．５０又はそれ未満の空隙比を含むことを特徴とする請求項３６から請求項５１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５３】
前記複数のマイクロチャネルのいずれの部分集合の充填密度も、１０パーセント未満で変動することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願への相互参照〕
本出願は、その開示がここに引用によって組み込まれる２０１１年７月１９日出願の「マイクロチャネルリアクタ及び製作工程」という名称の米国特許仮出願番号第６１／５０９，４６９号の利益を主張するものである。
【０００２】
〔連邦政府委託研究又は開発〕
本発明は、アメリカ農務省ＮＩＦＡ契約第２００９−１０００６−０６０３７号の下で政府支援で行われたものである。政府は、本発明のある一定の権利を有する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＵＳ２００５／０２４９６４７
【特許文献２】米国特許出願番号第６１／３９４，３２８号明細書
【特許文献３】米国特許出願番号第６１／４４１，２７６号明細書
【特許文献４】米国公開特許出願第２００７／０２４６１０６号明細書
【特許文献５】米国特許出願番号第１１／７３８，４５６号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＭｃＣａｂｅ、Ｓｍｉｔｈ、及びＨａｒｒｉｏｔ共著「化学工学のユニット作動」、第４版、マグローヒル出版社、権利１９８５年、１３７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の開示は、複数の平行リアクタモジュールへの及びそこからの流れを分岐することによって化学処理適用を実施すること、及びより具体的には固体材料の充填床の保守、修復、及び交換を容易にするように設計された圧力封じ込めアセンブリ内の複数のリアクタモジュールにおける処理を実施することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の開示は、各々が固体の充填床を含むマイクロチャネルのような複数の異なるかつ別々の処理チャネルを各々が含む複数の平行化学処理モジュールの構成及び作動に特に有用な方法及びデバイスを含む。固体の充填床は、触媒、吸着剤、熱伝達材料、物質移動材料、流体分配充填、希釈剤として、これらのいずれかのための物理的保持材料として、又はこれらのいずれかの組合せとして有用な１つ又はそれよりも多くの材料を含むことができる。固体の充填床は、上述の材料の複数のタイプを含有する場合がある。本発明によって支持される化学処理作動のタイプは、不均一触媒化学反応と、温度スイング吸着又は圧力スイング吸着を含む吸着と、吸収及び蒸留を含む分離とを含む。
触媒は、流体反応剤の使用を伴う化学リアクタにおける使用に適切であるあらゆる触媒を含むことができる。触媒は、以下の化学反応、すなわち、アセチル化添加、アルキル化、脱アルキル化、水添脱アルキル化、還元的アルキル化、アミノ化、アンモニア合成、芳香族化、アリール化、自己熱改質、カルボニル化、脱カルボニル化、還元的カルボニル化、カルボキシル化、還元的カルボキシル化、還元的結合、凝縮、亀裂、水素化分解、環化、シクロオリゴマー化、アンモ酸化、水性ガスシフト、脱ハロゲン化、二量化、エポキシ化、エステル化、フィッシャー−トロプシュ反応、ハロゲン化、ハロゲン化水素化、同族体化、水和作用、脱水、水素化、脱水素化、ヒドロカルボキシル化、ヒドロホルミル化、水素化分解、ヒドロメタル化、ヒドロシリル化、加水解離、水素化処理、異性化、メチル化、脱メチル化、置換、メタノール合成、硝化、酸化、部分酸化、重合、還元、改質、逆水性ガスシフト、スルホン化、テロマー化、エステル交換反応、三量化、サバティエ反応、二酸化炭素改質、優先酸化、又は優先メタン化のうちの１つ又はそれよりも多くを実施する際に有用な触媒とすることができる。
【０００７】
触媒は、金属、金属酸化物、又はＭｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｓ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅ、又はその２つ又はそれよりも多くの混合物から選択された金属の混合金属酸化物を含むことができる。これらの触媒はまた、１つ又はそれよりも多くのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、又は他の遷移金属、希土類金属、又はランタニドを含むことができる。更に、Ｐ及びＢｉのような元素も存在することができる。
【０００８】
触媒は、１つ又はそれよりも多くの以下のもの、すなわち、貴金属、遷移金属、及びその組合せを含む触媒金属と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ホウ素、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、テルル、タリウム、リード、ビスマス、ポロニウム、マグネシウム、チタン、バナジウム、クロミウム、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、銅、亜鉛、ジルコニウム、モリブデン、錫、カルシウム、アルミニウム、シリコン、ランタン系列元素、及びその組合せの酸化物を含む金属酸化物と、合成物と、ゼオライトと、窒化物と、炭化物と、硫化物と、ハロゲン化物と、燐酸塩、と、以上のいずれかの組合せとを含むことができる。
【０００９】
収着媒体は、無機とすることができる。使用することができる無機収着媒体の例は、Ｓｂ2Ｏ5、ＡｇＯ、ＰｔＯ、ＣｒＯ2、ＰｂＯ、ＨｇＯ、Ｃｕ2Ｏ、ＭｎＯ、Ｍｎ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ4、ＮｉＯ、ＮｉＯ2、Ｃｕ2Ｏ3、ＳｎＯ、ＳｎＯ2、ＷＯ2、ＷＯ3、Ｗ2Ｏ5、過フッ素化フィルム、Ｐｔ／γ−アルミナ、ＦｅＡｙ−アルミナ、Ｃｕ／γ−アルミナ、Ｚｎ／γ−アルミナ、Ｃｏ／γ−アルミナ、ゼオライト、又はその２つ又はそれよりも多くの組合せを含む。この群には、金属シアン化物オリゴマ及びポリマーが含まれる。これらは、化学式［Ｃｕ（Ｉ）（ＣＮ）x］n、［Ｆｅ（ＩＩ）（ＣＮ）y］n、又は［Ｃｏ（ＩＩ）（ＣＮ）y］nにより表されるオリゴマ及びポリマーを含み、ここで、ｘは３であり、ｙは５であり、ｎは、少なくとも２であり、一実施形態では約２から約１６，５００の範囲にあり、一実施形態では約１０００から約１０，０００の範囲にある数である。
【００１０】
収着媒体は、銀、金、白金、銅、亜鉛、パラジウム、ニッケル、ゼオライト、シリカゲル、分子ふるいカーボン、ポリマー材料、アルミナ、無機錯体（例えば、金属中心のポルフィリン環）、又はその２つ又はそれよりも多くの組合せを含むことができる。
【００１１】
一実施形態では、収着媒体は、収着媒体の表面によって収着された流体成分との比較的高い温度での可逆的化学錯体を形成する反応性錯化吸着剤を含む。温度が下がると、化学反応が逆転され、錯化流体は、より精製された形態で回復される。
【００１２】
収着媒体は、酸化防止剤を含むことができる。例は、第二アミン、フェノール燐酸塩、亜リン酸エステル、フェノール樹脂、ビスフェノール学、ヒドロキシルアミン、オレフィンカルボン酸塩、アミノカルボン酸塩（例えば、エチレンジアミン四酢酸及びその塩類）、トコフェロール、ジ第三ブチルｐクレゾール、第一スズ塩、酸化第一スズ、ソルビン酸塩、ポリソルベート、又はその２つ又はそれよりも多くの組合せを含む。
【００１３】
本明細書に開示するように、例示的なマイクロチャネルデバイスは、フィッシャ−トロプシュ（ＦＴ）処理を実施するために、より広義には、あらゆる高圧（２バールよりも高い作動圧力として定義される）反応システムに対して利用することができる。ＦＴ処理は、１９２０年代及び１９３０年代にドイツにおいてＦｒａｎｚ  Ｆｉｓｃｈｅｒ及びＨａｎｚ  Ｔｒｏｐｓｃｈによって最初に開発されたものである。その化学は、高い圧力及び温度でかつ触媒の存在の下で「合成ガス」と呼ばれる一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ２）の混合物からより長い連鎖の炭化水素を作ることに基づいている。ＦＴ反応は、固体触媒の固定床を閉じ込める化学リアクタにおいて実施することができる。適切なＦＴ触媒組成物は、当業技術で公知である。固定触媒床でのＦＴ反応の実施から発生した余分な熱は、典型的には、水を担持するボイラーチューブを挿入することによって除去されてきた。理論的には、合成ガスを発生させるのにあらゆる炭素源を使用することができる。
【００１４】
ＦＴ合成からの生成物の殆どは、以下の化学反応式に基づくパラフィンワックスである。
［数１］
ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ2→ＣnＨ2n+2＋Ｈ2Ｏ
【００１５】
典型的な副産物は、液化石油ガス（ＬＰＧ）及びナフサである。ＦＴ処理後に、より重い炭化水素を水素化分解させて蒸留生成物、特にディーゼル及びジェット燃料を生成することができる。ＦＴから派生した輸送燃料は、典型的に合成燃料と呼ばれる。
【００１６】
従来のマイクロチャネル技術は、典型的には、拡散結合及び／又はろう付けを使用して大面積金属シム層を互いに固定する。シム層の露出面全体を互いに結合しなければ、マイクロチャネルデバイスは、通常の又は高い作動圧力に耐えないことになると考えられる。同時に、従来の英知によれば、平行マイクロチャネルが互いに連通しないこと（すなわち、同じ内容物を搬送するチャネル間でさえも完全にチャネル分離すること）を保証するのに拡散結合及び／又はろう付けは非常に好ましい。拡散結合及びろう付けは、マイクロチャネル層間の隣接金属界面の形成に依存する。隣接界面は、１つのマイクロチャネルから隣接するマイクロチャネルへの熱伝達という目的に有利であり、かつ流れが高流束ゾーンから移動して離れることができる場合に冷却剤チャネル内の沸騰が局所的ドライアウトをもたらす可能性がある作動上の問題を生じる場合がある流体のクロストークを回避すると考えられている。
【００１７】
ろう付けは、２つの物体を互いに結合する処理であり、これは、結合される材料の融点よりも低い温度で溶融する層間材料の追加に依存する。層間材料は、拡散ろう付け又はろう付け処理中に液体になって流れ、接合される材料間のあらゆる間隙又は空隙を埋める。層間材料が冷却する時に、それは、固化して隣接材料を継ぎ合わせる。しかし、層間材料が液化された時に、それはまた、接合される材料に拡散する場合がある。同様に、接合される材料が、層間材料の中に拡散する場合がある。拡散が進行すると、層間材料の局所組成は、有意に変化すると考えられる。
【００１８】
本明細書に開示する主題の発明者は、従来の英知を逆らい、マイクロチャネルシム層を互いに固定するのに拡散結合及び／又はろう付けに依存しないマイクロチャネル技術を作り出した。代わりに、本明細書に開示する新しいマイクロチャネル技術は、溶接を利用してシム層を互いに固定する。ろう付け又は拡散結合の代わりに溶接を使用することにより、処理費用が有意に低減され、大きいハードウエアへの製造拡張は、大きいデバイスの結合及びろう付けから誘発される熱的変形が回避されるのでかなり容易である。
【００１９】
周囲圧力から４から１００バール（あるいは、より具体的には５から４０バールの範囲内）のような約２バールよりも大きい差動圧力の流体で作動する溶接マイクロチャネルリアクタは、機械的一体性を維持するために外部支持体を必要とする。これらの外部支持体は、引用により組み込まれているＵＳ２００５／０２４９６４７に例証されているような圧縮リアクタアセンブリを含むことができる。これらの外部支持体はまた、引用により組み込まれている２０１０年１０月１８日出願の米国特許出願番号第６１／３９４，３２８号明細書及び２０１１年２月９日出願の第６１／４４１，２７６号明細書に例証されているような外部機械構造支持体を含むことができる。溶接リアクタの支持を与えるための付加的な設計を以下の説明に提供する。
【００２０】
例示的な圧力閉じ込めシステムは、デバイスが結合又はろう付けを用いて内部的に接合されていない時に加圧式マイクロチャネルデバイスを閉じ込めるのに要求される金属の量の低減を通じて従来技術とは異なっている。従来技術では、単一の加圧流体を伴う加圧式シェルが、マイクロチャネルデバイスの４つ又はそれよりも多くの側面を取り囲んでいた。本明細書に説明する例示的なデバイスでは、圧力をデバイス内に閉じ込めるのに要求される金属がより少ない。例示的な形態では、円筒形又は湾曲形のような加圧ゾーンが、入口又は出口流動流れを閉じ込めないデバイスの２つの面の周りに置かれる。流動流れを含む面上では、圧力は、２次的な圧力閉じ込めなしにヘッダ及びフッタに閉じ込められる。
【００２１】
例示的な実施形態によって対処される問題の１つは、結合又はろう付けを使用するなどにより、内部的に密封されない溶接マイクロチャネルリアクタに高圧流体を閉じ込めるための材料の量及び従って費用を低減することである。この解決法は、部分的には、より高い圧力の外部流体をデバイスの選択的な位置に使用するか、又は２次流体を使用せずに厚い（３ｃｍよりも大きい、又は３から５０ｃｍの範囲（３から１５ｃｍのような））の端板の使用を通じて高い内部圧力を閉じ込めることを含むことができる。両解決法は、４つ又はそれよりも多くの面を含むデバイス全体を取り囲む高圧流体の使用よりも必要とされる金属が少なく、従って、低コストである。
【００２２】
例示的な実施形態によって対処される付加的な問題は、（ａ）それなしでは化学プロセッサが望ましい性能を達成することができないと考えられる望ましい充填密度を達成するほど十分な均一性を有して圧力容器内に閉じ込められた複数の平行かつ別々のマイクロチャネルの中に固体粒子材料を装填する必要性、（ｂ）圧力容器内に閉じ込められた複数の平行かつ別々のマイクロチャネルに対して正確で反復可能な触媒装填処理を与える必要性、（ｂ）新しい材料を化学プロセッサに補給するために圧力容器内に閉じ込められた複数の平行マイクロチャネルから固体粒子材料を取り出す必要性、（ｃ）圧力容器内に置かれ、かつ十分な均一性を有する複数の平行マイクロチャネルの装填を可能にする緻密化装置を使用して固体材料の装填及び取り出しを与える必要性、及び（ｄ）圧力容器内に置かれ、かつ圧力容器内に閉じ込められた複数の平行マイクロチャネルの中への十分な均一性を伴う固体材料の装填を可能にする可搬式緻密化装置を使用することにより、プラントの現場又は遠隔地に位置する化学プロセッサにサービスを提供する必要性である。例えば、触媒がその有用な使用寿命に到達し、かつプラント所有者が使用済み触媒から新しい触媒への変更を予定した時に、触媒取り扱いサービスプロバイダは、可搬式緻密化装置を使用して触媒取り出し及び装填サービスをリアクタ所有者に提供することができる。これら及び他の例示的な利点は、例示的な実施形態の以下の説明を精査した後に当業者には明らかであるはずである。
【００２３】
第１の態様において、本発明は、微粒子を含む複数のマイクロチャネルを含むマイクロチャネル装置を与える段階と、超音波生成ヘッドを複数のマイクロチャネルの一端に位置決めしてヘッドを複数のマイクロチャネルとの音響接触状態に置く段階と、超音波エネルギを超音波生成ヘッドから複数のマイクロチャネルに印加する段階とを含むマイクロチャネル装置の複数のマイクロチャネルの中に装填された微粒子の充填密度を増大させる方法を提供する。一部の好ましい実施形態において、本発明は、以下の特徴の１つ又はいずれかの組合せによって更に特徴付けることができ、すなわち、音響伝導材料は、超音波生成ヘッドと複数のマイクロチャネルの間に配置され、超音波エネルギは、１５から４０ｋＨｚの周波数を有し、超音波生成ヘッドは、１００ｋＰａ（１５ｐｓｉ）から２８０ｋＰａ（４０ｐｓｉ）の接触圧力で装置に押圧され、超音波エネルギは、３０秒又はそれ未満、より好ましくは１から１０秒、及び一部の実施形態では１から５秒の範囲のバーストで供給され、複数のマイクロチャネルの各マイクロチャネルは、少なくとも１０ｃｍの長さと１０ｍｍ又はそれ未満の少なくとも１つの寸法とを有し、マイクロチャネル装置は、少なくとも１０００個のマイクロチャネルを含み、超音波生成ヘッドは、一度に少なくとも１０００個のマイクロチャネルのうちの５００個よりも多くないものにわたって延び、マイクロチャネル装置は、マイクロチャネルの長さを下って延びるインサートを含み、インサートは、音響エネルギをマイクロチャネルの長さにわたって伝達し、マイクロチャネル装置は、波形インサート（波形の構成の例を図９に図示）の壁によって少なくとも部分的に形成されたチャネルを含み、マイクロチャネル装置は、複数のマイクロチャネルの長さを下って延びる複数のインサートを含み、インサートは、音響エネルギを複数のマイクロチャネルの長さにわたって伝達し、超音波エネルギを印加する段階に続いて複数のマイクロチャネルの端部を覆い、かつ複数のマイクロチャネルを出入りする流体のための流路を生成するマニホルドを取り付ける段階を更に含む。一部の好ましい実施形態では、マイクロチャネルは、第１の壁及び第２の壁によって形成され、インサートは、第１又は第２の壁のいずれよりも低い質量、典型的には、第１又は第２の壁のいずれの厚みよりも５０％又はそれ未満である厚みを有する。インサートは、波形又は螺旋のような形状を有することができる。「長さを下って延びる」という用語は、インサートがマイクロチャネルの長さと同じ方向にある長さを有することを意味する。マイクロチャネル長は、典型的には、インサート長よりも長い。好ましい実施形態では、インサートの長さは、マイクロチャネルの少なくとも５０％、一部の実施形態ではマイクロチャネルの長さの少なくとも９０％である。
【００２４】
第２の態様において、本発明は、微粒子を含む複数のマイクロチャネルを含むマイクロチャネル装置を与える段階と、超音波生成ヘッドを複数のマイクロチャネルの一端に位置決めしてヘッドを複数のマイクロチャネルとの音響接触状態に置く段階と、超音波エネルギを超音波生成ヘッドから複数のマイクロチャネルに印加する段階とを含む微粒子をマイクロチャネル装置から取り出す方法を提供し、超音波エネルギを印加する段階は、複数のマイクロチャネルが乾燥している間に行われる（「乾燥」は、チャネルが液体の容積よりも大きいガスの量を含むことを意味することに注意されたい）。
【００２５】
材料をマイクロチャネルデバイス内に装填する方法を提供することが本発明の第３の態様であり、本方法は、（ａ）微粒子を複数のマイクロチャネルの中に装填する段階と、（ｂ）可搬式小型超音波緻密化ユニットを使用して微粒子を複数のマイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階とを含む。
【００２６】
第３の態様のより詳細な実施形態では、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に装填する行為は、マイクロチャネル充填床を生成する。更に別のより詳細な実施形態では、複数のマイクロチャネルは、互いに平行に配置される。更に別の詳細な実施形態では、微粒子は、触媒、吸着剤、熱伝達材料、物質移動材料、流体分配充填剤、及び希釈剤のうちの少なくとも１つを含む。更に別の詳細な実施形態では、微粒子は、触媒を含む。より詳細な実施形態では、本方法は、複数のマイクロチャネル内に充填されていた使用済み微粒子を複数のマイクロチャネルから取り除く段階を更に含む。より詳細な実施形態では、本方法は、使用済み触媒を複数のマイクロチャネルから取り除く段階の前に、複数のマイクロチャネルから下流にあって複数のマイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第１の障壁を除去する段階と、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に装填する段階の前に複数のマイクロチャネルから下流に第１の障壁を再設置する段階とを含む。別のより詳細な実施形態では、本方法は、使用済み触媒を複数のマイクロチャネルから取り除く段階の前に、複数のマイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第１の障壁を複数のマイクロチャネルから下流で除去する段階と、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に装填する段階の前に、複数のマイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第２の障壁を複数のマイクロチャネルから下流に設置する段階とを更に含む。更に別のより詳細な実施形態では、本方法は、使用済み触媒を複数のマイクロチャネルから取り除く段階の前に、複数のマイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第３の障壁を複数のマイクロチャネルから上流で除去する段階と、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階に続けて、複数のマイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第４の障壁を複数のマイクロチャネルから上流に設置する段階とを更に含む。更に別の詳細な実施形態では、複数のマイクロチャネルは、互いに平行に延び、複数のマイクロチャネルの各々は、使用済み触媒及び微粒子のうちの少なくとも一方を収容する線形セグメントを含み、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階は、微粒子の密度を１グラム毎ミリリットルと１．５グラム毎ミリリットルの間に増大させる段階を含む。
【００２７】
第３の態様の更に別のより詳細な実施形態では、複数のマイクロチャネルは、複数の層に配置され、層の少なくとも２つは、互いから離間し、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階は、ある一定の層を他の層の前に充填する段階を含む。更に別のより詳細な実施形態では、複数のマイクロチャネルの複数の層のうちの少なくとも２つは、介在チャネルの層によって互いから離間している。更に別の詳細な実施形態では、介在チャネルは、冷却剤チャネルを含み、冷却剤チャネルは、冷却剤マイクロチャネルを含む。更に別の詳細な実施形態では、可搬式小型超音波緻密化ユニットは、プログラマブル超音波充填器を含み、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階は、プログラマブル超音波充填器を使用する段階を含み、プログラマブル超音波充填器は、複数のマイクロチャネルに対して自律的に再位置決め可能である。より詳細な実施形態では、可搬式小型超音波緻密化ユニットは、超音波充填器を含み、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階は、超音波充填器を使用する段階を含み、超音波充填器は、複数のマイクロチャネルに対して手動で再位置決め可能である。より詳細な実施形態では、本方法は、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に装填する段階の前に、複数のマイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第１の障壁を複数のマイクロチャネルから下流に設置する段階を更に含む。別のより詳細な実施形態では、本方法は、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階に続けて、複数のマイクロチャネル内に収容された触媒がそこを通過することを抑制する第２の障壁を複数のマイクロチャネルから上流に設置する段階を更に含む。更に別のより詳細な実施形態では、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に装填する行為は、微粒子を複数のマイクロチャネルの中に分配する段階を含む。
【００２８】
第３の態様のより詳細な実施形態では、微粒子を超音波的に充填する行為は、超音波ホーンを複数のマイクロチャネルに隣接する第１の組の複数の冷却剤マイクロチャネルに接触するように垂直に再位置決めする段階と、第１の組の複数の冷却剤マイクロチャネルに接触した後に超音波ホーンを作動させる段階とを含む。更に別のより詳細な実施形態では、超音波ホーンは、２０から４０キロヘルツの間の周波数を有する音波を放出する。更に別の詳細な実施形態では、超音波ホーンは、２００キロパスカルから２８０キロパスカルの間の接触圧力で第１の組の複数の冷却剤マイクロチャネルに押圧される。更に別の詳細な実施形態では、超音波ホーンは、３０秒又はそれ未満のバーストで作動される。より詳細な実施形態では、超音波ホーンは、１０秒又はそれ未満のバーストで作動される。より詳細な実施形態では、超音波ホーンは、３秒又はそれ未満のバーストで作動される。別のより詳細な実施形態では、微粒子を超音波的に充填する行為は、超音波ホーンを第１の組の複数の冷却剤マイクロチャネルにもはや接触しないように垂直に再位置決めする段階と、超音波ホーンを水平に再位置決めする段階と、複数のマイクロチャネルに隣接する第２の組の複数の冷却剤マイクロチャネルに接触するように超音波ホーンを下げる段階と、第２の組の複数の冷却剤マイクロチャネルに接触した後に超音波ホーンを作動させる段階とを含む。更に別のより詳細な実施形態では、本方法は、微粒子を超音波的に充填する行為の前に可搬式小型超音波緻密化ユニットを複数のマイクロチャネルを収容する圧力容器内に組み付ける段階と、微粒子を超音波的に充填する行為の後に、可搬式小型超音波緻密化ユニットを分解して可搬式小型超音波緻密化ユニットを複数のマイクロチャネルを収容する圧力容器から除去する段階とを更に含む。更に別のより詳細な実施形態では、本方法は、微粒子を最初に超音波的に充填する段階の後に第２の量の微粒子を複数のマイクロチャネルの中に装填する段階と、可搬式小型超音波緻密化ユニットを使用して第２の量の微粒子を複数のマイクロチャネルの中に超音波的に充填する段階とを更に含む。
【００２９】
超音波ホーンを含む移動台車を含む可搬式小型超音波充填器を提供することが本発明の第４の態様であり、移動台車は、移動台車を水平に再位置決めするためにレールに沿って移動し、超音波ホーンは、レールに対して垂直に再位置決め可能であり、レールは、互いに作動的に結合された少なくとも２つの区画を含む。
【００３０】
第４の態様のより詳細な実施形態では、レールは、水平部材を含む。更に別のより詳細な実施形態では、レールは、右側レールと左側レールを含み、右側レールは、第２の区画に取外し可能に結合された第１の区画を含み、左側レールは、第４の区画に取外し可能に結合された第３の区画を含み、移動台車は、右側レールと左側レールの間に跨っている。更に別の詳細な実施形態では、第１の区画、第２の区画、第３の区画、及び第４の区画は、移動台車をその上に再位置決めすることができる平面水平面と、複数の均等に離間したオリフィスを含む垂直面とを含み、移動台車は、延長位置と後退位置の間を移動するように構成された再位置決め可能アクチュエータを含み、再位置決め可能アクチュエータは、その少なくとも一部分を複数の均等に離間したオリフィスの少なくとも１つの中に受け入れることができるようなサイズにされる。更に別の詳細な実施形態では、移動台車は、第１及び第２の区画のうちの少なくとも一方に載る第１の車輪と、第３及び第４の区画のうちの少なくとも一方に載る第２の車輪とを含む。より詳細な実施形態では、レールは、それに沿って配分された複数の均等に離間したオリフィスを含み、移動台車は、延長位置と後退位置の間を移動するように構成された再位置決め可能アクチュエータを含み、再位置決め可能アクチュエータは、その少なくとも一部分をレールの複数のオリフィスの少なくとも１つの中に受け入れることができるようなサイズにされる。より詳細な実施形態では、移動台車は、レールに載る車輪を含む。別のより詳細な実施形態では、超音波ホーンは、移動台車に対して垂直に再位置決め可能であり、超音波ホーンは、第１の超音波ホーンと第２の超音波ホーンとを含む。更に別のより詳細な実施形態では、超音波ホーンは、移動台車に対して空圧式に再位置決め可能であり、第１の超音波ホーンは、台車の左側に向けられ、第２の超音波ホーンは、台車の右側に向けられる。更に別のより詳細な実施形態では、可搬式小型超音波充填器は、マイクロチャネル装置を更に含み、移動台車は、マイクロチャネル装置に再位置決め可能に装着される。
【００３１】
（ａ）マイクロチャネルの長さに沿って微粒子触媒が充填された複数の反応マイクロチャネルと、（ｂ）複数の反応マイクロチャネルと熱連通している複数の熱伝達マイクロチャネルと、（ｃ）複数のマイクロチャネルの第１の端部に位置決めされて微粒子触媒が第１の端部を通って反応マイクロチャネルを出るのを抑制する第１の保持器とを含むマイクロチャネルリアクタを提供することが本発明の第５の態様である。
【００３２】
第５の態様のより詳細な実施形態では、マイクロチャネルリアクタは、第１の端部の反対側の複数のマイクロチャネルの第２の端部に位置決めされて微粒子触媒が第２の端部を通って反応マイクロチャネルを出るのを抑制する第２の保持器を更に含む。更に別のより詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器のうちの少なくとも一方は、スクリーンを含む。更に別の詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器の各々がスクリーンを含み、スクリーンは、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作される。更に別の詳細な実施形態では、第１の保持器は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックからのうちの少なくとも１つから製作されたスクリーンを含む。より詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器のうちの少なくとも一方は、多孔質発泡体を含む。より詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器の各々が多孔質発泡体を含み、多孔質発泡体は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作される。別のより詳細な実施形態では、第１の保持器は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作された多孔質発泡体を含む。更に別のより詳細な実施形態では、第１の保持器は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作された多孔質発泡体と、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作されたスクリーンとを含む。更に別のより詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器のうちの少なくとも一方は、スクリーンと多孔質発泡体を含む。
【００３３】
第５の態様の更に別のより詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器の各々は、スクリーンと多孔質発泡体を含み、スクリーンは、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作される。多孔質発泡体は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作される。更に別のより詳細な実施形態では、第１の保持器は、マイクロチャネルリアクタに摩擦嵌め及び機械式ファスナのうちの少なくとも一方を通じて取外し可能に装着される。更に別の詳細な実施形態では、摩擦嵌めは、ジョイント内で第１の保持器を締め付けることによって達成される。更に別の詳細な実施形態では、機械式ファスナは、第１の保持器の上に重なるフレームワークと複数のボルトとを含む。より詳細な実施形態では、複数のボルトの各々は、マイクロチャネルリアクタの支持体内に形成されたＴ字形チャネル内に受け入れられる。より詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器は、摩擦嵌め及び機械式ファスナのうちの少なくとも一方を通じてマイクロチャネルリアクタに取外し可能に装着される。別のより詳細な実施形態では、複数の反応マイクロチャネルは、複数の反応層の間で配分され、複数の熱伝達マイクロチャネルは、複数の冷却剤層の間で配分され、第１の所定の数の反応層は、サブスタックを構成するように第２の所定の数の冷却剤層によって割り込まれ、サブスタックは、反応層及び冷却剤層によって割り込まれた１対の端板を含む。更に別のより詳細な実施形態では、複数のサブスタックは、互いに隣接して置かれ、かつ互いに装着されてコアを構成し、コアは、反応剤入口側と、生成物出口側と、冷却剤入口側と、冷却剤出口側とを含む４つの側面の各々に対して９０度傾斜した上面と底面を含み、コアは、それに装着された複数の垂直フランジを含み、複数の垂直フランジは、協働して反応剤入口側の反応剤入口ハロー、生成物出口側の生成物出口ハロー、冷却剤入口側の冷却剤入口ハロー、及び冷却剤出口側の冷却剤出口ハローを形成する。
【００３４】
第５の態様のより詳細な実施形態では、反応剤入口ハローは、第１の弓形板に装着され、生成物出口ハローは、第２の弓形板に装着され、冷却剤入口ハローは、第３の弓形板に装着され、冷却剤出口ハローは、第４の弓形板に装着され、第１、第２、第３、及び第４の板は、協働してスタック構造体を周方向に取り囲む。更に別のより詳細な実施形態では、第１の弓形板は、反応剤入口オリフィスを含み、第２の弓形板は、生成物出口オリフィスを含み、第３の弓形板は、冷却剤入口オリフィスを含み、第４の弓形板は、冷却剤出口オリフィスを含み、第１及び第２の板は、互いに対向し、第３及び第４の板も、互いに対向し、第３及び第４の板は、第１の板に隣接し、第３及び第４の板は、第２の板にも隣接する。更に別の詳細な実施形態では、反応剤入口オリフィスは、複数のマイクロチャネルと流体連通しているが、複数の冷却剤マイクロチャネルとは流体連通しておらず、冷却剤入口オリフィスは、複数の冷却剤マイクロチャネルと流体連通しているが、複数のマイクロチャネルとは流体連通していない。更に別の詳細な実施形態では、第１及び第２の板のうちの少なくとも一方は、人穴を含む。より詳細な実施形態では、第１及び第２の板の両方が人穴を含む。
【００３５】
（ａ）各々が反応剤入口側に沿って位置合わせされた入口を有し、かつ各々が生成物出口側に沿って位置合わせされた出口を有する触媒が閉じ込められた複数の反応マイクロチャネルと、（ｂ）各々が冷却剤入口側に沿って位置合わせされた入口を有し、かつ各々が冷却剤出口側に沿って位置合わせされた出口を有し、複数の反応マイクロチャネルと熱連通している複数の熱伝達マイクロチャネルとを含み、反応剤入口側が、生成物出口側から少なくとも４５度傾斜し、冷却剤入口側が、冷却剤出口側から少なくとも４５度傾斜したマイクロチャネルリアクタを提供することが本発明の第６の態様である。
【００３６】
第６の態様のより詳細な実施形態では、反応剤入口側は、流体流れを複数の反応マイクロチャネルの各々の入口の中に分配する第１のカバーを含み、生成物出口側は、複数の反応マイクロチャネルの各々の出口から出てくる流体流れを統合する第２のカバーを含み、冷却剤入口側は、流体流れを複数の冷却剤マイクロチャネルの各々の入口の中に分配する第３のカバーを含み、冷却剤出口側は、複数の冷却剤マイクロチャネルの各々の出口から出てくる流体流れを統合する第４のカバーを含み、第１のカバー、第２のカバー、第３のカバー、及び第４のカバーは、互いに装着されて複数の反応マイクロチャネルと複数の冷却剤マイクロチャネルとを閉じ込める圧力容器を構成する。更に別のより詳細な実施形態では、複数の反応剤マイクロチャネルのうちの少なくとも２つは、複数の冷却剤マイクロチャネルのうちの少なくとも１つによって割り込まれる。更に別の詳細な実施形態では、複数の反応剤マイクロチャネルは、互いに平行に延びる複数の反応剤マイクロチャネルを有する複数の個別の反応剤層に分割され、複数の冷却剤マイクロチャネルは、互いに平行に延びる複数の冷却剤マイクロチャネルを有する複数の個別の冷却剤層に分割され、スタック構造体が、矩形水平断面及び矩形垂直断面を有するように個別の反応剤層の１つを個別の冷却剤層と交替するパターンで積み重ねることによって形成される。更に別の詳細な実施形態では、スタック構造体は、反応剤入口側と、生成物出口側と、冷却剤入口側と、冷却剤出口側とを含む４つの側面を含み、反応剤入口側は、生成物出口側から少なくとも９０度傾斜し、冷却剤入口側は、冷却剤出口側から少なくとも９０度傾斜している。より詳細な実施形態では、スタック構造体は、４つの側面の各々に対して９０度傾斜した上面と底面を含み、スタック構造体は、それに装着された複数の垂直フランジを含み、複数の垂直フランジは、協働して反応剤入口側の反応剤入口ハロー、生成物出口側の生成物出口ハロー、冷却剤入口側の冷却剤入口ハロー、及び冷却剤出口側の冷却剤出口ハローを形成する。より詳細な実施形態では、反応剤入口ハローは、第１の弓形板に装着され、生成物出口ハローは、第２の弓形板に装着され、冷却剤入口ハローは、第３の弓形板に装着され、冷却剤出口ハローは、第４の弓形板に装着され、第１、第２、第３、及び第４の板は、協働してスタック構造体を周方向に取り囲む。別のより詳細な実施形態では、第１の弓形板は、反応剤入口オリフィスを含み、第２の弓形板は、生成物出口オリフィスを含み、第３の弓形板は、冷却剤入口オリフィスを含み、第４の弓形板は、冷却剤出口オリフィスを含み、第１及び第２の板は、互いに対向し、第３及び第４の板も、互いに対向し、第３及び第４の板は、第１の板に隣接し、第３及び第４の板は、第２の板にも隣接する。更に別のより詳細な実施形態では、反応剤入口オリフィスは、複数の反応剤マイクロチャネルと流体連通しているが、複数の冷却剤マイクロチャネルとは流体連通しておらず、冷却剤入口オリフィスは、複数の冷却剤マイクロチャネルと流体連通しているが、複数の反応剤マイクロチャネルとは流体連通していない。更に別のより詳細な実施形態では、第１及び第２の板のうちの少なくとも一方は、人穴を含む。
【００３７】
第６の態様の更に別のより詳細な実施形態では、第１及び第２の板の両方が人穴を含む。更に別のより詳細な実施形態では、マイクロチャネルリアクタは、複数のマイクロチャネルの第１の端部に位置決めされて微粒子触媒が第１の端部を通って反応マイクロチャネルを出るのを抑制する第１の保持器を更に含む。更に別の詳細な実施形態では、マイクロチャネルリアクタは、第１の端部の反対側の複数のマイクロチャネルの第２の端部に位置決めされて微粒子触媒が第１の端部を通って反応マイクロチャネルを出るのを抑制する第２の保持器を更に含む。更に別の詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器のうちの少なくとも一方は、スクリーンを含む。より詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器の各々がスクリーンを含み、スクリーンは、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作される。より詳細な実施形態では、第１の保持器は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作されたスクリーンを含む。別のより詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器のうちの少なくとも一方は、多孔質発泡体を含む。更に別のより詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器の各々が、多孔質発泡体を含み、多孔質発泡体は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作される。
【００３８】
第６の態様の更に別のより詳細な実施形態では、第１の保持器は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作された多孔質発泡体を含む。更に別のより詳細な実施形態では、第１の保持器は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作された多孔質発泡体を含み、かつ第１の保持器は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作されたスクリーンを含む。更に別の詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器のうちの少なくとも一方は、スクリーンと多孔質発泡体を含む。更に別の詳細な実施形態では、第１の保持器及び第２の保持器の各々が、スクリーンと多孔質発泡体を含み、スクリーンは、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作され、多孔質発泡体は、金属、セラミック、ステンレス鋼、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金、銅、アルミニウム、ガラス、及びプラスチックのうちの少なくとも１つから製作される。より詳細な実施形態では、第１の保持器は、マイクロチャネルリアクタに摩擦嵌め及び機械式ファスナのうちの少なくとも一方を通じて取外し可能に装着される。より詳細な実施形態では、摩擦嵌めは、第１の保持器をジョイント内に締め付けることによって達成される。別のより詳細な実施形態では、機械式ファスナは、第１の保持器の上に重なるフレームワークと複数のボルトとを含む。更に別のより詳細な実施形態では、複数のボルトの各々は、マイクロチャネルリアクタの支持体内に形成されたＴ字形チャネル内に受け入れられる。
【００３９】
（ａ）反応マイクロチャネルの少なくとも一部分が、縦軸線からの距離が増加する時に増加する断面積を有する処理層によって部分的に形成される縦軸線周りに周方向に配分された複数の処理マイクロチャネルと、（ｂ）縦軸線周りに周方向に配分され、かつ複数の反応マイクロチャネルと熱連通している複数の熱伝達マイクロチャネルとを含むマイクロチャネルデバイスを提供することが本発明の第７の態様である。
【００４０】
第７の態様のより詳細な実施形態では、処理層は、断面積を増大させるために縦軸線からの距離が増加する時に増加する厚みを有する波形を含む。更に別のより詳細な実施形態では、マイクロチャネルデバイスは、円形水平断面を有する。更に別の詳細な実施形態では、処理層は、断面積を増大させるために縦軸線からの距離が増加する時に増加する振幅を有する波形を含む。更に別の詳細な実施形態では、複数の熱伝達マイクロチャネルは、個別の半径方向熱伝達楔に分割され、複数の処理マイクロチャネルは、個別の半径方向処理楔に分割される。より詳細な実施形態では、個別の処理反応楔は、縦軸線に平行に延びる処理マイクロチャネルを有し、処理マイクロチャネルの水平断面積は、縦軸線からの距離が増加する時に増加し、個別の半径方向熱伝達楔は、縦軸線に垂直に延びる熱伝達マイクロチャネルを有し、熱伝達マイクロチャネルの垂直断面積は、縦軸線からの距離が増加する時に増加する。より詳細な実施形態では、個別の半径方向処理楔は、個別の半径方向熱伝達楔と周方向に交替する。別のより詳細な実施形態では、個別の半径方向処理楔は、縦軸線に平行に延びる反応マイクロチャネルを有し、処理マイクロチャネルの水平断面積は、縦軸線からの距離が増加する時に増加し、個別の半径方向熱伝達楔は、縦軸線に平行に延びる熱伝達マイクロチャネルを有し、熱伝達マイクロチャネルの水平断面積は、縦軸線からの距離が増加する時に増加する。更に別のより詳細な実施形態では、個別の半径方向処理楔と、個別の半径方向熱伝達楔とが周方向に交互に配置される。更に別のより詳細な実施形態では、波形は、一定の全長を含み、波形は、一定の全幅を含む。
【００４１】
第７の態様の更に別のより詳細な実施形態では、マイクロチャネルデバイスは、複数の処理マイクロチャネルと流体連通しているリング形状を有する第１の処理マニホルドを更に含む。更に別のより詳細な実施形態では、マイクロチャネルデバイスは、複数の処理マイクロチャネルと流体連通しているリング形状を有する第２の反応マニホルドを更に含み、複数の処理マイクロチャネルが、第１の処理マニホルド及び第２の処理マニホルドに割り込んでいる。更に別の詳細な実施形態では、マイクロチャネルデバイスは、複数の熱伝達マイクロチャネルと流体連通しているリング形状を有する第１の熱伝達マニホルドと、複数の熱伝達マイクロチャネルと流体連通している円筒形状を有する第２の反応マニホルドとを更に含み、複数の熱伝達マイクロチャネルが、第１の熱伝達マニホルド及び熱伝達反応マニホルドに割り込んでいる。更に別の詳細な実施形態では、複数の処理マイクロチャネルは、触媒を収容する反応剤マイクロチャネルを含む。より詳細な実施形態では、複数の処理マイクロチャネルは、第１の成分を第２の成分から分離するように作動する分離マイクロチャネルを含む。
【００４２】
組成物を互いに平行である複数のマイクロチャネルの入口の中に通し、複数のマイクロチャネルを通過させ、かつ出口を通して出す段階を含む反応を行う方法を提供することが本発明の第８の態様であり、複数のマイクロチャネルは、波形によって少なくとも部分的に形成され、局所的接触時間が、複数のマイクロチャネルの長さに沿って一定であり、複数のマイクロチャネルに垂直な局所的接触時間は異なっている。
【００４３】
第８の態様のより詳細な実施形態では、断面積は、複数の反応マイクロチャネルにわたって増加する。
【００４４】
触媒を閉じ込める複数の反応マイクロチャネルを通る方向に流れるように組成物を通す段階を含む組成物を触媒の存在下で化学的に反応させる方法を提供することが本発明の第９の態様であり、複数の反応マイクロチャネルは、互いに平行に向けられ、かつ少なくとも波形によって部分的に形成され、局所的接触時間が、複数の反応マイクロチャネルの長さに沿って一定であり、複数のマイクロチャネルに垂直な局所的接触時間は異なっている。
【００４５】
第９の態様のより詳細な実施形態では、触媒は、反応剤流れ中のスラリ、液体、及び溶解触媒のうちの少なくとも１つとして複数の反応マイクロチャネルの中に流入する。更に別のより詳細な実施形態では、波形は、固体の固定床触媒で実質的に満たされる。更に別の詳細な実施形態では、この方法は、アセチル化、添加反応、アルキル化、脱アルキル化、水添脱アルキル化、還元的アルキル化、アミノ化、芳香族化、アリール化、自己熱改質、カルボニル化、脱カルボニル化、還元的カルボニル化、カルボキシル化、還元的カルボキシル化、還元的結合、凝縮、亀裂、水素化分解、環化、シクロオリゴマー化、脱ハロゲン化、二量化、エポキシ化、エステル化、置換、フィッシャー−トロプシュ、ハロゲン化、ハロゲン化水素化、同族体化、水和作用、脱水、水素化、脱水素化、ヒドロカルボキシル化、ヒドロホルミル化、水素化分解、ヒドロメタル化反応、ヒドロシリル化、加水解離、水素化処理（ＨＤＳ／ＨＤＮ）、異性化、メチル化、脱メチル化、複分解、硝化、酸化、部分酸化、重合、還元、改質、逆水性ガスシフト、スルホン化、テロマー化、エステル交換反応、三量化、及び水性ガスシフトから構成される群から選択される。
【００４６】
入口と出口を有する複数の処理マイクロチャネルを含む処理ユニットを提供することが本発明の第１０の態様であり、複数の処理マイクロチャネルは、波形によって少なくとも部分的に形成され、局所的接触時間が、複数のマイクロチャネルの長さに沿って一定であり、複数のマイクロチャネルに垂直な局所的接触時間は異なっている。
【００４７】
第１０の態様のより詳細な実施形態では、処理ユニットは、シートを積層することによって作られたものである。更に別のより詳細な実施形態では、複数の処理マイクロチャネルは、触媒を収容する複数の反応マイクロチャネルを含み、触媒は、複数の反応マイクロチャネルのチャネル壁に間を延びる多孔質材料を含む。更に別の詳細な実施形態では、複数の処理マイクロチャネルは、触媒を収容する複数の反応マイクロチャネルを含み、触媒は、複数の反応マイクロチャネルの少なくとも１つの壁に触れ、かつ複数の反応マイクロチャネルのうちの少なくとも１つの長さを通して延びる開放空間を残す多孔質材料を含む。更に別の詳細な実施形態では、複数の処理マイクロチャネルは、触媒を収容する複数の反応マイクロチャネルを含み、複数の反応マイクロチャネルは、マイクロチャネル壁を含み、触媒は、マイクロチャネル壁上に配置された触媒コーティングを含む。より詳細な実施形態では、複数の処理マイクロチャネルは、触媒を収容する複数の反応マイクロチャネルを含み、複数の反応マイクロチャネルの少なくとも一部分は、熱交換器に隣接している。より詳細な実施形態では、複数の処理マイクロチャネルは、触媒を収容する複数の反応マイクロチャネルを含み、複数の反応マイクロチャネルの少なくとも一部分は、複数の熱交換マイクロチャネルに隣接している。
【００４８】
（ａ）微粒子が閉じ込められた複数のマイクロチャネルを含むマイクロチャネル装置を与える段階と、（ｂ）デバイスが複数のマイクロチャネルと音響連通している第１の位置とデバイスが複数のマイクロチャネルと音響連通していない第２の位置との間で再位置決め可能であるように構成された可搬式小型超音波デバイスをマイクロチャネル装置に装着する段階と、（ｃ）超音波を可搬式小型超音波デバイスから複数のマイクロチャネルに印加して微粒子の緻密化し、複数のマイクロチャネル内に微粒子の充填床を形成する段階とを含むマイクロチャネル装置の複数のマイクロチャネルの中に装填された微粒子の充填密度を増大させる方法を提供することが本発明の第１１の態様である。
【００４９】
第１１の態様のより詳細な実施形態では、音響伝導材料が、可搬式小型超音波デバイスと複数のマイクロチャネルの間に配置される。更に別のより詳細な実施形態では、超音波は、２０キロヘルツから４０キロヘルツの間の周波数を有する。更に別の詳細な実施形態では、可搬式小型超音波デバイスの少なくとも一部分は、２００キロパスカルから２８０キロパスカルの接触圧力でマイクロチャネル装置に押圧される。更に別の詳細な実施形態では、超音波は、３０秒又はそれ未満のバーストで印加される。より詳細な実施形態では、超音波は、１０秒又はそれ未満のバーストで印加される。より詳細な実施形態では、超音波は、３秒又はそれ未満のバーストで印加される。別のより詳細な実施形態では、複数のマイクロチャネルの各マイクロチャネルは、少なくとも１０ｃｍの長さと、２ｍｍ又はそれ未満の少なくとも１つの寸法とを有する。更に別のより詳細な実施形態では、マイクロチャネル装置は、少なくとも１０００個のマイクロチャネルを含み、可搬式小型超音波デバイスは、少なくとも１０００個のマイクロチャネルのうちの５００個よりも多くないものにわたって延びる。更に別のより詳細な実施形態では、マイクロチャネル装置は、複数のマイクロチャネルのうちの少なくとも１つの長さを下って延びるインサートを含み、インサートは、複数のマイクロチャネルのうちの少なくとも１つの長さを下って音を伝達する。
【００５０】
第１１の態様の更に別のより詳細な実施形態では、マイクロチャネル装置は、波形インサートの壁によって少なくとも部分的に形成されたチャネルを含む。更に別のより詳細な実施形態では、マイクロチャネル装置は、複数のマイクロチャネルを下って延びる複数のインサートを含み、複数のインサートは、複数のマイクロチャネルの長さを下って音を伝達する。更に別の詳細な実施形態では、超音波エネルギを印加する段階は、複数のマイクロチャネルが乾燥している間に実施される。更に別の詳細な実施形態では、複数のマイクロチャネルは、複数の反応剤マイクロチャネルを含み、微粒子は、複数の反応剤マイクロチャネルによって閉じ込められた触媒を構成する。より詳細な実施形態では、複数の反応剤マイクロチャネルは、少なくとも１００個のマイクロチャネルを含む。より詳細な実施形態では、本方法は、微粒子を複数の反応剤マイクロチャネルの中に追加する段階と、ガスをチャネルに通して微粒子を流体化し、微粒子がマイクロチャネルを満たすことを可能にする段階とを更に含む。別のより詳細な実施形態では、充填床は、０．５０又はそれ未満の空隙比を含む。更に別のより詳細な実施形態では、複数のマイクロチャネルのいずれの部分集合の充填密度も１０パーセント未満で変動する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】マイクロチャネルモジュールを製作する様々な段階を示す処理シーケンス図である。
【図２】図１のマイクロチャネルモジュールに組み込まれる例示的なマイクロチャネル冷却剤サブアセンブリの例示的なシム部品の立面斜視図である。
【図３】図１のマイクロチャネルモジュールに組み込まれる例示的なマイクロチャネル冷却剤サブアセンブリの例示的な上板の立面斜視図である。
【図４】図２のシムに対する図３の上板の向きを示す例示的なマイクロチャネル冷却剤サブアセンブリの分解組立図である。
【図５】シムのトリミング前の図２のシムに対する図３の上板の向きを示す例示的なマイクロチャネル冷却剤サブアセンブリの立面斜視図である。
【図６】冷却剤チャネルが線形溶接によって形成される方法を示すために上板の一部分が除去された図５の構造体の写真である。
【図７】冷却剤チャネルのプロフィールと上板がシムに装着された後にチャネルが密封される方法とを示す図５の構造体の一部分の拡大端面図である。
【図８】４個のマイクロチャネル冷却剤サブアセンブリを組み込む例示的な冷却剤パネルの立面斜視図である。
【図９】図１のマイクロチャネルモジュールの一部分の層化を示す分解組立図である。
【図１０】マイクロチャネル反応剤サブアセンブリを含む一部の例示的な構成要素の一連の立面斜視図である。
【図１１】隣接するマイクロチャネル冷却剤サブアセンブリ間に挟持された例示的なマイクロチャネル反応剤サブアセンブリの分離プロフィール図である。
【図１２】図１のマイクロチャネルモジュールの部分分解組立図である。
【図１３】構成要素を溶接する前に圧縮されるマイクロチャネルモジュールの立面斜視図である。
【図１４】モジュールに装着される板に加えて図１のマイクロチャネルモジュールの分解組立図である。
【図１５】図１４のアセンブリに装着された支持体を示す分解組立図である。
【図１６】図１５のアセンブリに装着された端壁を示す分解組立図である。
【図１７】図１６のアセンブリに装着された弓形壁を示す分解組立図である。
【図１８】図１７のアセンブリに装着されたパイプを示す分解組立図である。
【図１９】図１８のアセンブリの立面斜視図である。
【図２０】図１９のアセンブリに装着された２つの弓形壁を示す分解組立図である。
【図２１】図２０のアセンブリの立面斜視図である。
【図２２】図２１のアセンブリに装着された末端キャップを示す分解組立図である。
【図２３】図２２のアセンブリの立面斜視図である。
【図２４】溶接された蓋及び関連の配管を有する図２３のアセンブリの立面斜視図である。
【図２５】ボルト留めされたフランジ付き蓋及び関連の配管を有する図２３のアセンブリの立面斜視図である。
【図２６】例示的なマイクロチャネルユニット作動バンクの立面斜視図である。
【図２７】マイクロチャネルモジュールへの外部圧力を維持する圧力分岐システムを有する図２４のアセンブリの立面斜視図である。
【図２８】一連の完成したマイクロチャネルモジュールの立面斜視図である。
【図２９】１対のマイクロチャネルバンクの立面斜視図である。
【図３０】マイクロチャネルモジュールバンクのための共通の入口及び出口導管と共に示す部分的に完成した例示的なマイクロチャネルユニット作動の部分分解組立図である。
【図３１】図３０に示す部分的に完成した例示的なマイクロチャネルユニット作動の前部からの立面斜視図である。
【図３２】図３１の完成した例示的なマイクロチャネルユニット作動の立面斜視図である。
【図３３】部分的に完成した更に別の例示的なマイクロチャネルユニット作動の立面斜視図である。
【図３４】図３３の部分的に完成したマイクロチャネルユニット作動からの例示的な反応サブアセンブリの立面斜視図である。
【図３５】冷却剤サブアセンブリの１つの垂直配置を示す部分的に完成したマイクロチャネルユニット作動の立面斜視図である。
【図３６】例示的な冷却剤サブアセンブリの端面図である。
【図３７】図３３の完成した例示的なマイクロチャネルユニット作動の立面斜視図である。
【図３８】マイクロチャネルモジュールのバンクを組み込む更に別の例示的なマイクロチャネルユニット作動の立面斜視断面図である。
【図３９】図３８のマイクロチャネルユニット作動の部分分解組立図である。
【図４０】図３８のマイクロチャネルユニット作動に組み込まれたマイクロチャネルモジュール及び保持リングの立面斜視図である。
【図４１】図４０のマイクロチャネルモジュール及び保持リングの分解組立図である。
【図４２】図４０のマイクロチャネルモジュール及び保持リングの上面図である。
【図４３】図３８に示す複数の例示的なマイクロチャネルユニット作動を組み込む例示的な塔の図である。
【図４４】例示的な実施形態を市販の構成要素に統合することができる方法を示す例示的なレイアウト概略図である。
【図４５】サブスタックの分解組立図である。
【図４６】図４５のサブスタックの立面斜視図である。
【図４７】図４５のサブスタックのコーナの拡大図である。
【図４８】例示的なコアの立面斜視図である。
【図４９】境界支持体を有する図４８の例示的なコアの分解組立図である。
【図５０】組み付けられたコア及び境界支持体の立面斜視図である。
【図５１】反応剤境界支持体が底板に装着されるジョイントの拡大立面斜視図である。
【図５２】スクリーンが摩擦嵌めを使用して周囲ノッチ内に固定されたチューブに巻かれる方法を示すプロフィール図である。
【図５３】例示的なマイクロチャネルリアクタの立面斜視図である。
【図５４】図５３の例示的なマイクロチャネルリアクタの部分分解組立図である。
【図５５】構築段におけるシーケンス中の例示的なマイクロチャネルリアクタの部分分解組立図である。
【図５６】構築段におけるその後のシーケンス中の例示的なマイクロチャネルリアクタの部分分解組立図である。
【図５７】第２の円形端板の接合の直前の一連のジョイントマイクロチャネルリアクタの立面斜視図である。
【図５８】シェルと共に示す図５７の構造体の立面斜視図である。
【図５９】分解方式で１対の側板と共に示す図５７の構造体の立面斜視図である。
【図６０】分解方式で他の１対の側板と共に示す図５９の構造体の立面斜視図である。
【図６１】設置された人穴の半分及び分解方式の人穴の半分と共に示す図６０又は図５８の構造体の立面斜視図である。
【図６２】分解方式で補剛留め具と共に示す図６１の構造体の立面斜視図である。
【図６３】組み付けられたマイクロチャネルユニットの立面斜視図である。
【図６４】例示的な触媒緻密化ユニットの装着位置を示す例示的なマイクロチャネルユニットの立面斜視図切り欠き図である。
【図６５】例示的な緻密化ユニットの前部からの立面斜視図である。
【図６６】例示的な緻密化ユニットの後面図である。
【図６７】１本のレールの部分なしに示す例示的な緻密化ユニットの後部からの立面斜視図である。
【図６８】例示的な台車アセンブリの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明の実施形態の以下の詳細説明は、本質的に例示的であり、本発明の制限を構成しないことを目的とすることを理解しなければならない。当業者により考えられる例示的な実施形態の変形は、同時に本発明の範囲及び精神に該当するものと理解しなければならない。
【００５３】
以下の例に説明する触媒は、ＭｃＣａｂｅ、Ｓｍｉｔｈ、及びＨａｒｒｉｏｔ共著「化学工学のユニット作動」、第４版、マグローヒル出版社、権利１９８５年、１３７頁によって定義されるような０．７から１の範囲であると推定される粒子真球度の利点を有することができる。
【００５４】
本明細書で使用する時の「間隙」は、マイクロチャネルの最小寸法である。典型的には、積層デバイスにおいて、間隙は、スタック方向（すなわち、高さ）にある。「間隙」という用語が使用される時に、好ましい実施形態は、マイクロチャネルの高さとして代わりに説明することができる。
【００５５】
更に、本明細書で使用する時の「可搬式」は、人間が携行することができるか又はそれ自体を人間が携行するか又は組み付けることができる比較的少数の構成要素から構成されるいずれかのものを指す。
【００５６】
本明細書で使用する時の「小型」は、サイズは小さいが、サイズの減少が機能を犠牲にしないいずれかのものを指す。
【００５７】
本明細書で使用する時の「音響接触」は、超音波ホーンが、音を伝達する固体媒体（好ましくは０．５ｃｍ又はそれ未満、より好ましくは２ｍｍ又はそれ未満の厚みを有する）を通じて装置と直接に接触することを意味する。
【００５８】
同じく本明細書で使用する時の「マイクロチャネル」は、１０ｍｍ又はそれ未満、好ましくは５ｍｍ又はそれ未満、１μｍよりも大きい（好ましくは１０μｍよりも大きい）、及び一部の実施形態では微粒子形態の触媒と共に使用される時に特に好ましい５００から１５００ミクロンである５０から２０００μｍの少なくとも１つの内部寸法（触媒を考慮に入れずに壁から壁の）を有するチャネルであり、好ましくは、マイクロチャネルは、少なくとも１ｃｍ、好ましくは少なくとも２０ｃｍの長さに対してこれらの寸法内に留まる。一部の実施形態では、長さは、５から１００ｃｍの範囲、及び一部の実施形態では、１０から６０ｃｍの範囲である。マイクロチャネルはまた、少なくとも１つの出口とは別である少なくとも１つの入口の存在によって定義される。マイクロチャネルは、単にゼオライト又はメソ多孔性材料が通るチャネルではない。マイクロチャネルの長さは、マイクロチャネルを通る流れの方向に対応する。マイクロチャネル高さ及び幅は、チャネルを通る流れの方向に実質的に垂直である。マイクロチャネルが２つの主要面（例えば、積み重ねられて接合されたシートによって形成された面）を有する積層デバイスの場合に、高さは、主要面から主要面までの距離であり、幅は、高さに垂直である。本発明の好ましい実施形態では、マイクロチャネルは、直線的又は実質的に直線的であり、これは、直線的な遮蔽するものがない線をマイクロチャネルを通って引くことができることを意味する（「遮蔽するものがない」とは微粒子装填前を意味する）。典型的には、デバイスは、共通のヘッダと共通のフッタとを共有する複数のマイクロチャネルを含む。一部のデバイスは、単一のヘッダ及び単一のフッタを有するが、マイクロチャネルデバイスは、複数のヘッダ及び複数のフッタを有することができる。同様に、マイクロチャネルは、単一の直線的なチャネルを含むか又はより複雑な幾何学的形状を有することができる。
【００５９】
一部の装置において、処理チャネルは、触媒、吸着剤、又は熱伝達材料を閉じ込める。例示的な形態では、触媒、吸着剤、又は熱伝達材料は、特定のタイプとすることができ、かつ５ｍｍ又はそれ未満の最大平均粒径、一部の他の構成においては２ｍｍ又はそれ未満程度の更により小さい最大粒径を有することができる。一部の好ましい実施形態は、マイクロチャネルの最小寸法の０．１から１０％である平均粒径を有する微粒子の形態の固体材料を含み、一部の触媒は、５０マイクロメートルから１，０００マイクロメートル、又はより好ましくは１００マイクロメートルから５００マイクロメートルの平均粒径を有することができる。粒子は、球形とすることができ、又は異形を有することができる。触媒、吸着剤、又は熱伝達材料は、マイクロチャネル壁上に被覆するか、又は積層デバイスを形成する前、最中、又はその後にマイクロチャネルに挿入することができる支持体上に被覆することができる。
【００６０】
熱交換流体は、処理チャネル（制限せず、反応マイクロチャネルのような）に隣接する熱伝達チャネル（制限せず、マイクロチャネルのような）を通って流れることができ、かつ気体又は液体とすることができ、かつ蒸気、液体金属、又はあらゆる他の熱交換流体を含むことができる。熱交換流体の相変化を含むようにシステムを最適化することは、本発明の開示の範囲でもある。いくつかの更に例示的な実施形態では、複数の熱交換層が、複数の反応マイクロチャネルと交互配置される。例えば、１０個又はそれよりも多くの熱交換層を１０個又はそれよりも多くの反応層と交互配置することができる。より具体的には、１０個又はそれよりも多くの熱交換マイクロチャネルを１０個又はそれよりも多くのマイクロチャネル反応層と交互配置することができる。一例としてかつ非制限的に、「ｍ」個の反応層と交互配置された「ｎ」個の熱交換層がある場合があり、ここで、「ｎ」及び「ｍ」は、可変整数である。これらの「ｎ」個の熱交換層のうちの１つ又はそれよりも多くは、熱伝達マイクロチャネルの熱伝達マイクロチャネル層又は区画を含むことができ、一方、「ｍ」個の反応層のうちの１つ又はそれよりも多くは、反応マイクロチャネルの反応マイクロチャネル層又は区画を含むことができる。
【００６１】
本明細書で使用する時の「溶接」又は「溶接する」は、２つ又はそれよりも多くの金属片のジョイントの近くで液化され、その後に２つ又はそれよりも多くの金属片を結合させるために固化される可融性金属材料を使用するか否かに関わらず、２つ又はそれよりも多くの金属片を互いに接合する処理を指す。可溶材料を使用しない溶接の例は、レーザが金属片自体のうちの１つ又はそれよりも多くを液化して単一の融合されたジョイントを形成するレーザ溶接である。
【００６２】
本明細書で使用する時の「結合」は、界面の近くに（又は結合前に界面であったものの近くに）拡散された元素を有する接合物品をもたらす１つの部分から別の部分へ元素の拡散が存在する各部分を接合するのに使用される加熱処理を指す。これとは対照的に「ろう付け」は、層間材料が２つ又はそれよりも多くの部分間に挟持され、かつ溶融した層間材料と接触している各区域でその部分を接合するために２つ又はそれよりも多くの部分間の全ての露出面を接触させるように溶融される処理を指す。
【００６３】
本発明の開示の目的に対して、「接合する」は、溶接、結合、接着、ろう付け、及び２つ又はそれよりも多くの部分を結合するあらゆる他の処理を含む。
【００６４】
本明細書で使用する時の「ユニット作動」は、あらゆる化学反応、蒸発、圧縮、化学的分離、蒸留、凝縮、混合、加熱、又は冷却処理を指す。「ユニット作動」は、それ自体、流体移送又は混合を包含しない。しかし、「ユニット作動」は、流体移送及び／又は混合を利用することができる。
【００６５】
本発明の開示の目的に対して、「マイクロチャネルリアクタ」は、少なくとも１つの化学反応を発生させるあらゆる「マイクロチャネル」を指す。マイクロチャネルリアクタの境界は、以下に限定されないが、ステンレス鋼、ＦｅＣｒＡｌＹ、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）のようなＮｉ、Ｃｏ、又はＦｅベースの超合金，銅、アルミニウム、ガラス、セラミック、又はプラスチックで構成することができる。マイクロチャネルリアクタの処理層は、熱交換チャネルとは異種の材料で製造することができ、１つの好ましい実施形態では、処理層は、銅、アルミニウム、又は３０Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きい熱伝導率を有する他の材料から製造される。マイクロチャネルリアクタの境界に対する材料の選択は、リアクタが意図する反応に依存する場合がある。
【００６６】
図１を参照すると、例示的なマイクロチャネルモジュールデバイス１０は、複数の流体通路を有する層のスタックを含む複数のマイクロチャネル冷却剤及び反応サブアセンブリ１２、１４を含む。例示的な形態では、２層よりも多い層が接合され、同じ流体のための流体通路のアレイ、又は２つ又はそれよりも多くの流体のための複数の流体通路を生成する。
【００６７】
熱交換流体は、処理チャネル（反応マイクロチャネルのような）に隣接する冷却剤サブアセンブリ１２のマイクロチャネルを流れることができ、かつ気体又は液体とすることができ、かつ蒸気、液体金属、又はあらゆる他の公知の熱交換流体を含むことができる。熱交換流体は、相変化を利用して熱交換システムの熱容量を更に増大させることができることも注意しなければならない。これ以降でより詳細に説明するように、複数の冷却剤サブアセンブリ１２は、複数の反応サブアセンブリ１４と交互配置される。例えば、１０個又はそれよりも多くの冷却剤サブアセンブリ１２を１０個又はそれよりも多くの反応サブアセンブリ１４と交互配置することができる。これらのサブアセンブリ１２、１４の各々は、より複雑な幾何学的形状を有する単一の直線的なチャネル又は複数のチャネルを含むことができる。
【００６８】
図１から図７を参照すると、例示的な冷却剤サブアセンブリ１２は、上板２４に接合された予備成形チャネル２２（チャネルは、エッチングによって形成することができる）を閉じ込めるシム又は薄層板２０を含む。例示的な形態では、冷却剤シム２０は、７．０インチの幅、２５．５インチの長さ、及び０．０４０インチの厚みの寸法を有する矩形部分を含む。このシム２０は、０．０２０インチの深さと０．０３５から０．０４５インチの幅とを有する介在リブで離間している０．１インチの幅を有する複数の直線チャネルを含む。更に、実質的に直線のチャネルは、引用により本明細書に組み込まれている米国公開特許出願第２００７／０２４６１０６号明細書、米国特許出願出願番号第１１／７３８，４５６号明細書、優先権日付２００６年４月２５日に示すようにチャネルの前部で波形の短い区画も含む。チャネル２２間のこの横方向間隔は、隣接するチャネルの長さを下って延びる隣接するチャネル間にリブ２６を形成するように作動する。例示的な形態では、上板２４は、矩形部分でもあるが、冷却剤シムの異なる寸法を含み、かつ実質的に平面でもある。一例として、上板２４は、６．３８インチの幅、２４．９３インチの長さ、及び０．０２０インチの幅の寸法を含む。冷却シム２０及び上板２４が形成された後に、冷却剤サブアセンブリ１２の組み付けが行われる。
【００６９】
冷却剤サブアセンブリ１２の組み付けは、冷却剤シムのチャネル２２が上方を向き、かつ組み付け工程中に向きが変わらないように保持装置（図示せず）における冷却剤シム２０の位置を固定する段階を含む。その後に、上板２４は、冷却剤シムの露出した最上面が上板の下面に隣接するように冷却剤シム２０の上に下げられる。図５に示すように、上板２４は、上板の各縁部が冷却剤シム２０の縁部に対して差し込まれるように冷却剤シムと位置合わせされる。例示的な形態では、上板２４の内側及び外側の各々は、冷却剤シム２０の最も近い縁部から０．３１０インチ差し込まれ、従って、上板は、冷却剤シムに対して内側から外側の方向の中心に置かれる。同様に、上板２４の近位側及び遠位側の各々は、冷却剤シム２０の最も近い縁部から０．２８５インチ差し込まれ、従って、上板は、冷却剤シムに対して近位から遠位の方向の中心に置かれる。位置合わせ後に、下向きの圧力が上板２４に印加され、シム２０及び上板を接合するためにレーザ溶接工程が実施される。
【００７０】
冷却剤サブアセンブリの溶接には、少なくとも２層が必要であるが、一連の上板２４とシム２０とを含む３層又はそれよりも多くの層を含むことができると考えられる。例示的な形態では、２層を有する冷却剤サブアセンブリ１２を製作する工程に対して説明する。本明細書に説明するように、冷却剤サブアセンブリ１２を溶接する方法は、以下に限定されないが、レーザ溶接、抵抗溶接、摩擦撹拌溶接、及び超音波圧接などを含む。特に、レーザ溶接の利用は、Ｙｂファイバレーザのようなファイバレーザを含む。説明のみを目的として、レーザ溶接が利用されることになる。
【００７１】
レーザ溶接工程は、リブの長さ全体にわたって延びる冷却剤シム２０の上板２４と各リブ２６との間に長さ方向溶接を形成する段階を含む。この溶接工程は、互いにほぼ平行に延びる別々の冷却剤チャネルを生成するように機能する。
【００７２】
この溶接工程は、それぞれの冷却剤チャネルを密封するために上板の近位端及び遠位端の近くに形成される１対の端部レーザ溶接も含む。サブアセンブリ１２の縁部は、流体が側面から漏出するのを防止し、かつ連続的な流れの通路を維持するために実質的に密封され、入口から入る流体の約９５から１００％が、側面又は流れが意図されていない他の経路を通じて漏出するのではなく、出口からサブアセンブリを出るようになっている。代替的な実施形態では、積層体幾何学的形状によって形成される１つよりも多い入口及び／又は出口が存在することができる。以下で簡潔に説明するように、これらの近位端及び遠位端の溶接は、上板２４とリブ２６の間のレーザ溶接の効果を流体試験するのに利用される。更に、以下でより詳細に説明するように、これらの近位及び遠位溶接は、最終マイクロチャネルモジュールデバイス１０には組み込まれない。
【００７３】
上述の溶接に加えて、外側及び内側の各々は、上板２４の内側及び外側縁部の近くに生成された１対のレーザ溶接を含む。この溶接は、サブアセンブリにおいて積み重ねられた時に金属が層間に接触している領域で行われる。デバイスが製造された後に流体が移動する流路又は空隙を含む領域は、必ずしも密封することができるわけではないことが理解される。外側及び内側の溶接は、最終マイクロチャネルデバイスの一部として組み込まれることになることに注意しなければならない。冷却剤サブアセンブリ１２が溶接工程の終わりに生成されるが、冷却剤サブアセンブリは試験され、かつ機能的な冷却剤サブアセンブリを生成するように更に処理する必要がある。
【００７４】
この溶接工程が実施された後に、溶接された上板２４及び冷却剤シム２０に対して、圧力試験が溶接の一体性を検証するために行われる。溶接の検証後に、上板２４及び冷却剤シム２０は、最終冷却剤サブアセンブリ１２に到着するように処理される。この処理は、未加工の冷却剤サブアセンブリの縁部を幅６．０インチ及び長さ２４．０インチの最終冷却剤サブアセンブリ寸法になるように整える段階を含む。
【００７５】
図８を参照すると、複数の最終冷却剤サブアセンブリ１２は、隣り合って（１つのサブアセンブリの外側が別のサブアセンブリの外側に接触）平坦に置かれ、かつ近位端及び遠位端で面一であるように垂直に位置合わせされる。例示的な形態では、４個の冷却剤サブアセンブリ１２がこのように向けられ、かつサブアセンブリを互いに接合するために隣接する冷却剤サブアセンブリ間の縫い目に沿って溶接される。シーム溶接は、以下に限定されないが、レーザ溶接（ファイバレーザ溶接及びパルスレーザ溶接を含む）及びタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接を含む様々な溶接技術を使用して達成することができる。以下でより詳細に説明するように、隣接する冷却剤サブアセンブリ１２間の縫い目全体が充填されるのは必須ではない。得られる構造体は、マイクロチャネルモジュールデバイス１０内に組み込まれる準備ができている２４．０インチの側面を有する正方形の冷却剤パネル３０である。
【００７６】
図１を再び参照すると、例示的なマイクロチャネルモジュールデバイス１０は、複数のマイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４に割り込んでいる複数の冷却剤サブアセンブリ１２を含む。例示的な形態では、冷却剤サブアセンブリ１２（冷却剤パネル３０の一部としての）は、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４の層と交替し、流体通路をマイクロチャネルモジュールデバイス１０の内側に生成する。ここで、例示的なマイクロチャネルモジュールデバイス１０を製作するのに使用される例示的な処理及び構造体に対して説明する。
【００７７】
マイクロチャネルモジュールデバイス１０を製作する段階は、連続した層を積層する基部として第１の端板３６を利用する段階を含む。例示的な形態では、第１の端板３６は、幅２４．０インチ、長さ２４．０インチ、及び厚み０．２５インチの最終寸法を有する。最初に、この端板は、僅かに大き目の寸法を有することができ、最終サイズに整えられて、内側及び外側に延びる一連の貫通オリフィスを含む。この端板３６上に、第１の冷却剤パネル３０が、パネルの縁部が端板の縁部の間に中心に置かれるように位置決めされる。第１の端板の反対側の第１の冷却剤パネル３０上に、１つ又はそれよりも多くのマイクロチャネルリアクタモジュール１４が生成される。
【００７８】
図９から図１１を参照すると、例示的な形態では、マイクロチャネルリアクタモジュール１４は、化学反応が発生する少なくとも１つのマイクロチャネルリアクタを含む。この反応は、触媒が存在する場合に発生することができ、触媒は、マイクロチャネルリアクタの境界の全部又は一部に積層され、及び／又はマイクロチャネルリアクタの境界内に閉じ込められるように微粒子の形態とすることができる。この例示的な実施形態により、マイクロチャネルリアクタモジュールは、長さ２４．０インチ及び幅２４．０インチの寸法を含む。
【００７９】
例示的な説明のみを目的として、例示的なリアクタモジュール１４は、マイクロチャネルリアクタの長さに沿って長さ方向に延びる少なくとも２つの支持ストリップ４０を含む。支持ストリップ４０、４２は、それら自体リアクタマイクロチャネルの形状を損なうことなく、隣接する層の荷重を担持するように作動する。一例としてかつ非制限的に、リアクタモジュール１４は、最外部の内側及び外側支持ストリップ４０と、離間して最外部の支持ストリップに差し込まれた１対の内部支持ストリップ４２とを含む。特に、最外部の支持体ストリップ４０は、長さ２４．０インチ、幅０．５から３インチ（又は１から２インチのより狭い範囲）、及び厚み０．１２５から１インチ（又は０．２５から０．５インチのより狭い範囲）の例示的な寸法を有する。同様に、内部支持ストリップ４２は、長さ２４．０インチ、幅０．２５から１インチ（又は更に０．２５から０．５インチのより狭い範囲）、及び厚み０．１２５から１インチ（又は更に０．２５から０．５インチのより狭い範囲）の例示的な寸法を有する。これらの支持ストリップ４０、４２は、マイクロチャネル装置の必要な構造的支持をもたらすあらゆる材料で構成することができる。
【００８０】
マイクロチャネルの境界を部分的に定める１つ又はそれよりも多くの波形又はフィン構造体４４が、支持ストリップ４０、４２に割り込んでいる。一例として、この例示的な実施形態は、リアクタサブアセンブリ１４当たり３個の波形４４を含む。用する支持ストリップの数に応じて１つ、２つ、又は３つよりも多い波形を利用することができることに注意しなければならない。例示的な形態では、リアクタサブアセンブリ１４は、内側から外側に、内側支持ストリップ４０と、第１の波形４４と、第１の内部支持ストリップ４２と、第２の波形４４と、第２の内部支持ストリップ４２と、第３の波形４４と、外側支持ストリップ４０とを含む。波形又はフィン構造体４４は、１つよりも多い縦横比（高さ：幅）を有するチャネル又はチャンバを生成し、ここで、高さは、２つの隣接する冷却サブアセンブリ１４の間の距離であり、幅は、繰り返すフィン又は波形の隣接する脚（波面）間の距離である。一例としてかつ非制限的に、波形は、マイクロチャネルリアクタの断面を定めるように隣接する冷却サブアセンブリ１４と協働するように作動するブロックＵ字形の繰返しパターンを有するように平面の箔４６から生成される。波形４４の例示的な寸法は、以下に限定されないが、２４インチの長さ、３から４０インチ（又は更に６から１２インチのより狭い範囲）の幅、及び０．２５から１インチ（又は更に０．２５から０．５インチのより狭い範囲）の高さを含む。この例示的実施形態では、波形４４は銅から製作するが、あらゆる導電材料を利用してマイクロチャネルリアクタ境界を部分的に定めることができる。
【００８１】
上述したように、マイクロチャネルリアクタは、触媒５０を含むことができる。触媒は、マイクロチャネルリアクタの境界の全部又は一部に積層され、及び／又はマイクロチャネルリアクタの境界内に閉じ込められるように微粒子の形態とすることができる。この例示的な実施形態では、触媒は、微粒子の形態であり、かつ波形内に充填される。マイクロチャネル内の望ましい特定の反応に応じて様々な触媒を利用することができる。説明のみを目的として、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリのマイクロチャネルリアクタ内で実施すべき反応として例示的なフィッシャー−トロプシュ反応を説明する。この反応を実施するために、触媒は、コバルトと、フィッシャ−トロプシュ反応を引き起こすように白金及び／又はルテニウム及び／又はレニウムを含むことができる促進剤と調合される。当業者は、様々な触媒が開発されており、かつ本明細書の実施形態と共に使用することができるフィッシャー−トロプシュ反応を引き起こすために市販されていることを理解するであろう。触媒５０を波形４４のリアクタチャネルに装填した後に、触媒は、水素に露出されて高温、例えば、３００から４００℃で活性化される。
【００８２】
第１のマイクロチャネルリアクタモジュール１４の製作は、内側及び外側支持ストリップ４０を第１の冷却剤パネル３０の対応する内側／外側に実質的に面一であるように位置決めする段階を含む。その後に、支持ストリップ４０は、支持ストリップが互いに平行に延び、かつ冷却剤パネル３０の対応する内側及び外側縁部に沿って面一であるように第１の冷却剤パネルに所定の位置に溶接される。同様に、１対の内部支持ストリップ４２は、内側及び外側支持ストリップ４０に平行であるが、内側及び外側支持ストリップ４０に対して差し込まれ、かつ互いに及び内側及び外側支持ストリップから離間して延びて３個の実質的に同一かつ平行なＵ字形空洞を定めるように第１の冷却パネル３０上に位置決めされる。その後に、内部支持ストリップが、第１の冷却剤パネルに溶接される。冷却剤パネル３０は、マイクロチャネル経路が内側から外側方向に沿って延びるように位置決めされることに注意しなければならない。しかし、支持ストリップ４０、４２は、Ｕ字形空洞が第１の冷却剤パネル３０のマイクロチャネル流体導管に垂直に延びるように近位から遠位方向に沿って延びるように向けられる。波形４４は、波形の近位端及び遠位端が第１の冷却剤パネル３０の近位端及び遠位端と実質的に面一であるように支持体４０、４２間で各Ｕ字形空洞に位置決めされる。同時に、波形は、対応する支持体４０、４２間に摩擦嵌め配置で嵌合するように生成される。しかし、波形４４は、支持体４０、４２にも、下にある第１の冷却剤パネルにも溶接されていないので、冷却剤パネル３０の上で実際上浮き上がることにも注意しなければならない。この波形挿入により、第１のリアクタサブアセンブリ１４を含む構成要素の製作が終わる。
【００８３】
第１のリアクタサブアセンブリが製作された後に、マイクロチャネルリアクタのほぼ半分は、縦方向長さ（近位から遠位方向に延びる）に沿って完全に導管を境界付けている。より具体的には、これらのマイクロチャネルリアクタは、平行側壁及び波形４４によって形成された頂壁を有し、一方、底壁は、冷却剤パネル３０の露出面によって形成される。しかし、マイクロチャネルリアクタ（リアクタの一部には頂壁がない）の残りを仕上げるために、第２の冷却剤パネル３０’が、第１のリアクタサブアセンブリ１４の上に位置決めされる。この第２の冷却剤パネル３０’は、ちょうど第１の冷却剤パネルが製作されたように製作される。第２の冷却剤パネル３０’は、マイクロチャネルが第１のリアクタサブアセンブリのリアクタマイクロチャネルに垂直に延びるように第１のリアクタサブアセンブリ１４上に置かれる。第２の冷却剤パネル３０’は、内側及び外側縁部が支持体４０の内側及び外側縁部と実質的に面一であり、一方、冷却剤パネルの近位及び遠位縁部が支持体４０、４２の近位及び遠位縁部と実質的に面一であるように位置合わせされる。その後に、リアクタサブアセンブリ１４を形成する処理は、第２の冷却剤パネル３０’上で反復される。冷却パネル３０を第１のリアクタサブアセンブリ１４上に設け、その後に、第２のリアクタサブアセンブリを冷却パネル上に構成するこの処理は、マイクロチャネルモジュールが完成され、かつ最上部の冷却パネルが最上面上に製作された反応サブアセンブリを持たなくなるまで繰り返される。代わりに、この最上部の冷却パネルは、モジュールスタックシーケンスを終了するために第２の端板３６と共に最上部に置かれる。
【００８４】
図１２及び図１３を参照すると、スタック１０は、ファスナ５４を受け入れるために内側及び外側に延びる一連の貫通オリフィスを含む２枚の締め付け板３７の間に置かれる。これらのファスナ５４は、例示的な形態では、締め付け板３７を互いに向けて圧縮し、同様に冷却板３０及び反応サブアセンブリ１４を締め付け板間に圧縮するように締結する働きをするボルトとナットを含む。適切な圧縮がもたらされた後に、冷却板３０、反応サブアセンブリ１４、及び端板３６の近位端及び遠位端は互いに溶接される。その後に、ファスナ５４及び締め付け板３７を除去し、冷却板３０、反応サブアセンブリ１４、及び端板３６の内側端部及び外側端部を互いに溶接することができる。溶接は、以下に限定されないが、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、レーザ溶接、及び電子ビーム溶接を含む異なるタイプの溶接方法を使用することができる。以下に説明するように、このマイクロチャネルモジュール１０及び同様に製作される他のものを利用して、様々なマイクロチャネルユニット作動をもたらすことができる。
【００８５】
図１４から図２４を参照すると、第１の例示的なマイクロチャネルユニット作動１００は、入力をマイクロチャネルモジュールに、かつ出力をマイクロチャネルモジュールから誘導し、並びに圧縮をマイクロチャネルモジュールの密封された部分に行う働きをする外骨格部に取り付けられた少なくとも１つのマイクロチャネルモジュール１０を利用する。説明のみを目的として、マイクロチャネルモジュール１０は、フィッシャー−トロプシュ処理との使用に向けて製作されたものであるが、本発明のリアクタを他の高圧反応と共に使用することができることが推定されるであろう。従って、第１の例示的なマイクロチャネルユニット作動１００の構成要素の製作及び説明する内容は、フィッシャー−トロプシュマイクロチャネルユニット作動の観点から説明する。しかし、当業者は、マイクロチャネルモジュール１０の以下の製作及び統合を大きな修正なしで多くの他の処理に容易に適合させることができることを理解するであろう。
【００８６】
図１４を参照すると、例示的なマイクロチャネルモジュール１０は、フィッシャー−トロプシュマイクロチャネルユニット作動１００のコアとして利用される。これは、フィッシャー−トロプシュ反応を実施するようになった少なくとも１つマイクロチャネルリアクタを含むようにマイクロチャネルユニット作動を製作する段階を含む。この手法に従って、マイクロチャネルモジュール１０の上部及び底部は、中実の端板３６を含み、端板には、通常はマイクロチャネルモジュールと同じ幅を有するがマイクロチャネルリアクタを含むマイクロチャネルモジュールの開放側に覆い被さるようにマイクロチャネルモジュールよりも大きい長さを有するそれぞれの矩形板１０４が取り付けられる。換言すると、マイクロチャネルモジュール１０は、モジュールの両側で開放状態である複数のリアクタマイクロチャネルを含む。板１０４が覆い被さるのは、冷却剤パネル３０の一部であるモジュール１０の開放側ではなく、これらの開放状態の両側である。例示的な形態では、板１０４は、ステンレス鋼又は他の金属から製作することができ、かつ長さ３３．１インチ、幅２４．６インチ、及び厚み０．７５インチの例示的な寸法を含む。この例示的な実施形態では、板１０４は、板及び端板が寄り合う外部縫い目でマイクロチャネルモジュール１０の端板３６に溶接される。板１０４を端板３６に固定するのに使用することができる例示的な溶接は、以下に限定されないが、あらゆる標準的な溶接方法（ＴＩＧ、ＭＩＧ、レーザなど）を使用して生成されるすみ肉溶接を含む。
【００８７】
図１５を参照すると、板１０４がマイクロチャネルモジュール１０に装着された後に、４つの矩形支持体１０８が、マイクロチャネルモジュール１０及び板に装着される。支持体１０８の各々は、ステンレス鋼又は他の金属から製作され、かつ長さ２４インチ、幅４．５インチ、及び厚み０．７５インチの例示的な寸法を含むことができる。支持体１０８は、板１０４及びモジュール１０に結合された時に、モジュール１０及び板から延びる一連の垂直な支持体になる。より具体的には、各支持体１０８は、マイクロチャネルリアクタへの及びそこから出るための単一の矩形の開口部を各々の側面でもたらすモジュールの各側面に密封した矩形周囲を生成するためにモジュール１０のそれぞれのコーナ及びそれぞれの板１０４の周囲側面に装着される。この例示的な実施形態では、支持体１０８は、板、コーナ、及び支持体が寄り合う外部縫い目でマイクロチャネルモジュール１０の板１０４及びコーナに溶接される。支持体１０８をモジュール１０の板１０４及びコーナに固定するのに使用することができる例示的な溶接は、以下に限定されないが、あらゆる標準的な溶接方法（ＴＩＧ、ＭＩＧ、レーザなど）を使用して生成される完全溶け込み溶接を含む。
【００８８】
図１６を参照すると、支持体１０８がモジュール１０の板１０４及びコーナに装着された後に、４個の端壁１１２が支持体に装着される。例示的な形態では、端壁１１２の各々は、モジュール１０の両側のそれぞれの単一の開口部になるものを冷却剤パネル３０のマイクロチャネルへの及びそこから出るために部分的に定めるために支持体から離れる方向に垂直に延びるようにそれぞれの支持体１０８に装着される線形側面を含む。各端壁の線形側面は、半円形の形状に似た固体の壁を生成するために均一な弓形側面により接合される。他の形状を圧力保持に向けて使用することを選択することができるが、湾曲形状の方が、通常は必要とされる材料が少なくて済むことに注意しなければならない。例示的な形態では、各端壁１１２は、ステンレス鋼又は他の金属から製作され、かつ長手に沿った長さ２４インチ、弓形側面に沿った長さ２７インチ、及び厚み０．７５インチの例示的な寸法を含むことができる。より具体的には、各端壁１１２は、対応する支持体１０８に対してほぼ１インチ差し込まれ、かつ線形側面に沿って支持体に溶接される。線形側面及び弓形側面が融合する端部は、板１０４にも溶接される。端壁１１２を板１０４及び支持体１０８に固定するのに使用することができる例示的な溶接は、以下に限定されないが、あらゆる標準溶接方法（ＴＩＧ、ＭＩＧ、レーザなど）を使用して生成される完全溶け込み溶接を含む。モジュール１０の同じ側の端壁１１２は、完成した時に、通常は互いに平行であるブックエンドを含む。
【００８９】
図１７から図１９を参照すると、端壁１１２の配置後に、１対の例示的な弓形の矩形壁１１６、１１８が、モジュール１０の両側に装着される。より具体的には、第１の弓形の矩形壁１１６は、冷却剤を冷却剤パネル３０のマイクロチャネルとの流体連通に誘導するように作動する入口パイプ１２２に対応する貫通オリフィス１２０を含む。例示的な形態では、壁１１６は、ステンレス鋼又は他の金属から製作することができ、かつ長さ３１インチ、直径３５インチ、及び厚み０．７５インチの例示的な寸法を含む。更に、入口パイプ１２２は、ステンレス鋼又は他の金属から製作され、かつ長さ１２インチ、直径４インチ、及び厚み０．５インチの例示的な寸法を含むことができる。
【００９０】
この流体連通をもたらすために、入口パイプ１２２の周囲は、入口パイプの側面上のオリフィスを遮断するために、オリフィス１２０を定める壁１１６の周囲に溶接される。代替的に、矩形壁１１６は、パイプフランジに接続されるフランジを有する内蔵ノズルを含むことができる。壁１１６は、上板及び底板１０４にも、並びにモジュール１０の冷却剤入口側のブックエンドである２つの端壁１１２にも装着される。この例示的な実施形態では、壁１１６は、板１０４が壁と合わさる縫い目に沿って上板及び下板１０４に溶接される。更に、壁１１６は、壁が合わさる縫い目に沿って端壁１１２の弓形側面にも溶接される。端壁１１６を端壁１１２及び板１０４に固定するのに使用することができる例示的な溶接は、以下に限定されないが、あらゆる標準的な溶接方法（ＴＩＧ、ＭＩＧ、レーザなど）を使用して生成される完全溶け込み溶接を含む。壁１１６の溶接が完了した時に、流体密のシールが、冷却剤パネル３０のマイクロチャネルに入る流体が入口パイプ１２２しか通過できないように形成される。壁１１６の長さは、支持体と組み合わされたモジュール１０の全長ほど大きくはないことに注意しなければならない。従って、壁１１６は、支持体１０８の端部から１インチ差し込まれる。
【００９１】
モジュール１０の入口壁１１６の反対側で、出口壁１１８は、冷却剤液体及び蒸気冷却剤を冷却剤パネル３０のマイクロチャネルの外に誘導するように作動する蒸気出口パイプ１２８及び液体出口パイプ１３０に対応する１対のオリフィス１２４、１２６を含む。例示的な形態では、壁１１８は、ステンレス鋼又は他の金属から製作することができ、かつ長さ３１インチ、直径３５インチ、及び厚み０．７５インチの例示的な寸法を含む。更に、出口パイプ１２８、１３０は、ステンレス鋼又は他の金属から製作することができ、かつ長さ１２インチ、直径２インチ、及び厚み０．３７５インチの例示的な寸法を含む。
【００９２】
パイプ１２８、１３０と冷却剤パネル３０のマイクロチャネルの出口の間の流体連通をもたらすために、両方のパイプ１２８、１３０の周囲は、出口パイプの側面のオリフィスを遮断するために、それぞれのオリフィス１２４、１２６を定める壁１１８の周囲に溶接される。壁１１８は、上板及び底板１０４にも、並びにモジュール１０の冷却剤出口側のブックエンドである２つの端壁１１２にも装着される。この例示的な実施形態では、壁１１８は、板１０４が壁と合わさる縫い目に沿って上板及び下板１０４に溶接される。更に、壁１１８は、壁が合わさる縫い目に沿って端壁１１２の弓形側面にも溶接される。端壁１１８を端壁１１２及び板１０４に固定するのに使用することができる例示的な溶接は、以下に限定されないが、あらゆる標準的な溶接方法（ＴＩＧ、ＭＩＧ、レーザなど）を使用して生成される完全溶け込み溶接を含む。壁１１８の溶接が完了した時に、流体密のシールが、冷却剤パネル３０のマイクロチャネルから現れる流体が出口パイプ１２８、１３０を通じてしか出ることができないように形成される。他の壁１１６の場合と同様に、この出口壁１１８は、支持体１０８から１インチ差し込まれる。
【００９３】
図２０から図２３を参照すると、壁１１６、１１８及びパイプ１２２、１２８、１３０が装着された後に、１対のカバー１３４及び末端キャップ１３６が、アセンブリに装着される。特に、各カバー１３４は、板１０４の幅方向寸法及び長さ方向寸法に密接に近い幅方向寸法及び長さ方向寸法を有する弓形矩形を含む。しかし、壁１１６、１１８と同様に、カバー１３４は、支持体１０８から１インチ差し込まれる。例示的な形態では、カバー１３４は、ステンレス鋼又は他の金属から製作することができ、かつ長さ３１インチ、直径３５インチ、及び厚み０．７５インチの例示的な寸法を含む。
【００９４】
特に、各カバー１３４は、長さ方向寸法がそれぞれの板１０４の長さ方向部分の上にあり、並びにカバーの幅方向部分がそれぞれの板の幅方向部分の上にあるように向けられる。その後に、カバー１３４は、それぞれの板１０４の近くに位置決めされ、カバー及びそれぞれの端板が合わさる幅方向縫い目で溶接される。カバー１３４が板１０４に装着された後に、得られる構造体は、反応マイクロチャネルと、カバーの内部及び板の外部によって形成された得られる導管１４０とに連通しているマイクロチャネルモジュール１０の端部で開口している円形断面を有する円筒形プロフィールを生成する。導管を閉鎖して導管の内部と反応マイクロチャネルとの間の流体連通を抑制するために、それぞれの末端キャップ１３６がアセンブリに装着される。
【００９５】
各末端キャップ１３６は、ステンレス鋼又は他の金属から製作することができ、かつ直径３５インチ及び厚み０．７５インチの例示的な寸法を有する円形の形状を含む。両方の末端キャップ１３６は、長さ２４インチ及び幅２４インチの寸法を有する矩形開口部を含む。特に、矩形開口部は、通常は、周囲がアセンブリのそれぞれの端部で板１０４及び支持体１０８により協働で形成されたものと同じ矩形寸法を有する。各末端キャップ１３６は、導管１４０を遮断して冷却剤側の２次閉鎖をもたらすために、カバー１３４及び壁１１６、１１８によって形成された円筒形状の周囲に適合するようなサイズにされる。従って、各末端キャップ１３６の１つの面は、実質的にこれらのカバー及び壁に垂直であるように、カバー１３４及び壁１１６、１１８の縦方向端部に溶接される。同時に、各末端キャップ１３６は、板１０４及び支持体１０８の露出した縦方向端部に溶接される。最終結果として、単一の流体密の矩形開口部が、マイクロチャネルサブアセンブリ１４のマイクロチャネルリアクタを出入りするそれぞれの縦方向端部に存在する。同時に、末端キャップ１３６は、板１０４及びカバー１３４と協働で１対の密封された空洞を定める働きをする。これらの密封された空洞は、板の外部で正圧を印加するために加圧流体により占有することができる。この例示的なフィッシャー−トロプシュマイクロチャネルユニット作動１００は、部分的に、モジュール１０の外側の密封された空洞が加圧流体と流体連通しているという点において従来の手法と異なっている。加圧流体（例えば、水、窒素、フィッシャ−トロプシュ反応剤）は、空洞間で異なることができ、かつ加圧流体がモジュール１０の外側で常に維持されることを保証するために空洞に供給することができる。
【００９６】
図２４及び図２５を参照すると、入口流を受け入れてユニット作動からの出口流を分配するようにフィッシャー−トロプシュマイクロチャネルユニット作動１００を適応させることは、様々な技術及び構造を使用して達成することができる。図２４は、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリへの入口端及びマイクロチャネルリアクタサブアセンブリからの出口が溶接接続で密封される第１の例示的な構造体１００を示している。特に、入口パイプ１４６を受け入れるオリフィスを有する第１の蓋１４４は、アセンブリの各々の露出した端部に溶接される。より具体的には、蓋１４４は、一端の円形の開口部及びドームを通って延びるオリフィスを有するドーム状構造体を含む。例示的な形態では、蓋１４４は、ステンレス鋼又は他の金属から製作することができ、かつ直径３５インチ、高さ６インチ、及び厚み０．７５インチの例示的な寸法を含む。蓋１４４の円形の開口部は、流体密のシールをその間に生成するように末端キャップ１３６の（アセンブリの残りの反対側の）対向する面に溶接される。パイプ１４６からの流体だけが反応サブアセンブリ１４の反応マイクロチャネルの内部に到達することを保証するために、パイプは、流体密のシールをその間に生成するように蓋１４４に溶接される。同様に、第１の蓋に実際上同一である第２の蓋１４８は、出口パイプ１５０が流体密のシールを生成するように溶接された出口オリフィスを含む。同様に、第２の蓋１４８は、モジュールの出口端を遮断するためにアセンブリの反対の露出した端部に溶接され、従って、モジュール１０を出る反応サブアセンブリ１４の反応マイクロチャネルを通って流れる全ての流体が出口パイプ１５０を通るように誘導されることが保証される。
【００９７】
図２５は、１対のフランジ１６０、１６２、１６４、１６６が末端キャップ１３６及び蓋１４４、１４８に割り込んだ点を除き、第１の例示的な構造体１００と同一である第２の例示的な構造体１００’を示している。第１の蓋１４４の円形の開口部は、第１の蓋をアセンブリの残りに取外し可能に固定するためにナット及びボルトのようなファスナ（図示せず）を受け入れるようになった一連の開口部を有するリング状のフランジ１６０に溶接される。これを実施するために、アセンブリは、末端キャップ１３６に溶接されてファスナを受け入れるようになった対応する開口部を有する別のリング状のフランジ１６２を含む。この取外し可能な構造体の基盤は、部分的には、触媒を交換又は再生するか、又はコアを所定の期間後に反応サブアセンブリ１４と共に検査、改造、又は修復したいという希望に由来する。第１の例示的な構造体は、触媒の交換及び再生も可能にするが、触媒の交換には、蓋１４４を末端キャップ１３６から切断する必要がある場合がある。この第２の例示的な構造体は、単にファスナをフランジ１６０、１６２から除去して上部フランジ１６０及び末端キャップを除去することによって末端キャップを取外し可能にすることにより、蓋を末端キャップ１３６から切断せず済む。入口側と同様に、出口蓋１４８は、対応する末端キャップ１３６に溶接された相補型フランジ１６６との接続を通じて蓋１４８をアセンブリの残りに取外し可能に固定するためにナット及びボルトのようなファスナ（図示せず）を受け入れるようになった一連の開口部を有するリング状のフランジ１６８に溶接される。上部蓋の場合と同様に、底部蓋１４８は、単にフランジ１６６、１６８を互いに保持するファスナを除去することによってアセンブリの残りから容易に取外し可能である。
【００９８】
図２６を参照すると、第１及び第２の例示的な構造体１００、１００’は、倍数で製作され、かつマイクロチャネル構造体２８０のバンクを生成するように互いに平行に向けることができる。例示的な説明のみを目的として、例示的な構造体１００’は、図２６ではバンクを生成するように繰返して示されている。このバンク２８０は、原材料を各入口パイプ１４６に分配するように作動する共通の給送導管２８２に接続され、従って、原材料は、反応サブアセンブリの反応マイクロチャネルの内部に給送される。出口パイプ１５０の各々も、生成物を各例示的な構造体１００、１００’の反応マイクロチャネルから集めるために共通の生成物導管２８４に接続される。同様に、例示的な構造体１００、１００’の入口パイプ１２２は、冷却剤を冷却剤パネルのマイクロチャネルとの流体連通に誘導するように作動する単一の冷却流体導管２８６と流体連通している。冷却剤パネルのマイクロチャネルから下流には、冷却剤液体及び蒸気冷却剤をマイクロチャネルから出るように誘導するためにそれぞれの蒸気出口パイプ１２８及び液体出口パイプ１３０がある。例示的な形態では、蒸気出口パイプ１２８は、全て、共通の冷却剤蒸気導管２８８と流体連通しており、一方、液体出口パイプ１３０の全ては、共通の冷却剤液体導管２９０と流体連通している。このようにして、単一の導管２８８は、例示的な構造体１００、１００’から回収された冷却剤蒸気を搬送し、単一の導管２９０は、例示的な構造体から収集された冷却剤液体を搬送する。
【００９９】
図２７を参照すると、例示的な代替的な実施形態２００において、あらゆる例示的な構造体１００、１００’は、正圧構造体２０２を含むことができる。例示的な説明のみを目的として、例示的な構造体１００が、図２７では正圧構造体と共に示されている。この正圧構造体２０２は、カバー１３４を通過するそれぞれの退出オリフィスを手段として加圧流体を空洞の内部に供給する入口パイプ２０４を含む。一例としてかつ非制限的に、加圧流体は、反応サブアセンブリ１４の反応マイクロチャネル内の圧力よりも高い圧力で空洞に誘導される窒素のような不活性流体とすることができる。このようにして、加圧流体は、正圧をマイクロチャネルモジュール１０の外部に供給する。しかし、理由に関わらず、加圧流体の圧力がもはや反応サブアセンブリ１４の反応マイクロチャネル内に発生する圧力ではないか又はそれを超えない状況において、入口パイプ１４６と流体連通している分岐パイプ２０６は、入口パイプ中を流れる反応剤をそれが分岐パイプを通るようにかつ出口側が入口パイプ２０４と流体連通している逆止弁又は圧力レギュレータ２０８を通るように誘導することになる。入口パイプ２０４は、第１の逆止弁２０８の出口側との接続部から上流の逆止弁２１２も含むことも注意しなければならない。図２７は、空洞の１つと連通している入口パイプ２０４を示すに過ぎないということができるが、入口パイプ２０４は、モジュール１０の両側の両方の空洞と連通していることを理解しなければならない。このようにして、一部又は全ての空洞が、分岐パイプ内の圧力よりも低い圧力である場合に、分岐パイプの内容物は、入口パイプ２０４を通り、かつ問題の１つ又は複数の空洞に流入することになる。
【０１００】
作動時に、リアクタマイクロチャネルが圧力「Ｘ」で作動し、加圧流体が圧力Ｘよりも高い圧力「Ｙ」で供給されると推定すると、第１の逆止弁２０８は、閉鎖され、加圧流体が分岐パイプ２０６に入って反応剤入口パイプ１４６と連通するのを抑制することになる。しかし、理由に関わらず、圧力Ｙが圧力Ｘを下回った場合に、第１の逆止弁２０８が開けられ、空洞内の圧力が反応サブアセンブリ１４の反応マイクロチャネル内の圧力と少なくとも同じ程度の大きさであるように、反応剤入口パイプ１４６からの反応剤流の一部が分岐パイプ２０６に流れ込み、第１の逆止弁を通り、かつ入口パイプ２０４を通って空洞の内部に流れることを可能にする。しかし、圧力Ｙが圧力Ｘを下回った時に、第２の逆止弁２１２が閉鎖され、空洞内の圧力が維持され、反応剤が第２の逆止弁から上流に流れ出さないことを保証する。
【０１０１】
図２８から図３２を参照すると、マイクロチャネルユニット作動３００の第３の例示的な実施形態は、全てが同じ方向を向く冷却剤サブアセンブリ１２が得られるように入口側と、並びに全てが同じ方向を向くマイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４の入口側とに端部と端部を接続して装着された複数のマイクロチャネルモジュール１０を利用する。より具体的には、各モジュール１０の端板３６は、圧縮嵌めで互いに隣接している。例示的な形態では、１０個のマイクロチャネルモジュール１０は、第１のモジュール１０Ａの上部端板３６Ａが第２のモジュール１０Ｂの底部端板３６Ｂに完全に重なり合うように隣接して位置合わせされるように端部と端部を接続するように向けられる。このパターンは、あらゆる数のモジュールに対して、但しこの例において１０個のモジュールに対して繰り返される。モジュールが端部と端部を接続するように向けられた後に、隣接するモジュールの端板３６の間の縫い目は、隣接するモジュールを互いに接合してマイクロチャネルモジュールバンク３０２を生成するように溶接される。特に、第１のバンク３０２Ａのマイクロチャネルモジュール１０の各々は、時計回り方向に、モジュールが、冷却剤サブアセンブリ１２のための入口側と、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４のための出口側と、冷却剤サブアセンブリのための出口側と、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４のための入口側とを含むように製作されたものである。逆に、第２のバンク３０２Ｂのマイクロチャネルモジュール１０は、時計回り方向に、モジュールが、冷却剤サブアセンブリ１２のための入口側と、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４のための入口側と、冷却剤サブアセンブリのための出口側と、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４のための出口側とを含むように製作されたものである。
【０１０２】
図３０を参照すると、マイクロチャネルモジュールバンク３０２Ａ、３０２Ｂは、互いに平行に位置合わせされ、かつ冷却剤サブアセンブリ１２の各々の入口側が互いに対向するように互いから離間している。この向きは、冷却剤サブアセンブリ１２の各々の出口側が反対方向に向く手段を有する。更に、この向きにより、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４のための入口側は、両方とも第１の方向に向き、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４のための出口側は、両方とも第１の方向と反対側の第２の方向に向く。
【０１０３】
第３の例示的なマイクロチャネルユニット作動３００の製作は、半円形の端壁３１２を有する１対の半円形の線形導管３１０をマイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４（図１を参照されたい）の入口側の近くでマイクロチャネルモジュールバンク３０２Ａ、３０２Ｂの各々に溶接する段階を含む。特に、線形導管３１０の各々は、導管がモジュールバンクの縁部と合わさる縫い目での導管の溶接が流体密のシールをその間に生成するように、それぞれのマイクロチャネルモジュールバンク３０２Ａ、３０２Ｂの幅方向寸法にほぼ等しい幅方向寸法を有する。同時に、端壁３１２は、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４の入口側に入る全ての流体が線形導管３１０を通じて運ばれることを保証するために、モジュールバンク３０２Ａ、３０２Ｂの縦方向端部に溶接される。各線形導管３１０は、導管に溶接されて反応剤をマイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４の入口側に供給するように作動する入口パイプ３１４も含む。
【０１０４】
半円形の端壁３２２を有する半円形の線形導管３２０の第２の対が、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４の出口側の近くでマイクロチャネルモジュールバンク３０２Ａ、３０２Ｂの各々に溶接される。特に、線形導管３２０の各々は、導管がモジュールバンクの縁部と合わさる縫い目での導管の溶接が流体密のシールをその間に生成するように、それぞれのマイクロチャネルモジュールバンク３０２Ａ、３０２Ｂの幅方向寸法にほぼ等しい幅方向寸法を有する。同時に、端壁３２２は、マイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４の出口側を出る全ての流体が線形導管３２０を通じて運ばれることを保証するために、モジュールバンク３０２Ａ、３０２Ｂの縦方向端部に溶接される。各々の線形導管３２０は、導管に溶接されて生成物をマイクロチャネルリアクタサブアセンブリ１４の出口側から運び去る働きをする出口パイプ３２４も含む。
【０１０５】
半円形の端壁３３２を有する半円形の線形導管３３０の第３の対が、マイクロチャネルモジュールバンク３０２Ａ、３０２Ｂの各々に冷却剤サブアセンブリ１２の出口側の近くで溶接される。特に、線形導管３３０の各々は、導管がモジュールバンクの縁部と合わさる縫い目での導管の溶接が流体密のシールをその間に生成するように、それぞれのマイクロチャネルモジュールバンク３０２Ａ、３０２Ｂの幅方向寸法とほぼ等しい幅方向寸法を有する。同時に、端壁３３２は、冷却剤サブアセンブリ１２の出口側を出る全ての流体が線形導管３３０を通じて運ばれることを保証するために、モジュールバンク３０２Ａ、３０２Ｂの縦方向端部に溶接される。各線形導管３３０は、導管に溶接されて冷却剤を冷却剤サブアセンブリ１２の出口側から運び去る働きをする出口パイプ３３４も含む。
【０１０６】
１対の縦方向の板３４０が、残りの開口部を遮断して流体密のシールを生成するために、前部及び後部に装着された入口キャップ３４２及び後部キャップ（図示せず）と同様に、流体密のシールを生成するために冷却剤サブアセンブリ１２の残りの溶接されない場合に露出する入口側の上部及び底部にわたって溶接される。板３４０及びキャップ３４２は、入口キャップ３４２に溶接された冷却剤入口パイプ３４６を通じるものを除き、流体が冷却剤サブアセンブリ１２の入口側に入るのを抑制するように協働する。
【０１０７】
図３３から図３７を参照すると、更に別の例示的なマイクロチャネルユニット作動４００は、円筒形であり、かつ同軸冷却剤送出及び反応剤送出を提供する。より具体的には、円筒形状は、円形の構成で交替する一連のマイクロチャネル冷却剤及び反応サブアセンブリ４０２、４０４の結果である。この例示的な実施形態４００において、マイクロチャネル冷却剤サブアセンブリ４０２の各々は、上板４１２と接合された予備成形チャネル４１０を有するシム又は薄層板４０８を含む（チャネルは、エッチングによって構成することができる）。例示的な形態では、予備成形チャネル４１０は、線形であり、かつ水平に延びる。例示的な形態では、冷却剤シム４０８は、２４インチの幅、２４インチの長さ、及びユニット作動４００の内部とユニット作動の外部上の周囲との差に対応するように変わる可変厚の一定の寸法を有する矩形部分を含む。代替的に、冷却剤シム４０８は、一定の厚み、及び２４インチの幅、及び２４インチの長さの寸法を有する矩形部分を含むことができる。一例としてかつ非制限的に、シム４０８は、角錐台形水平断面又は矩形水平断面を有することができる。
【０１０８】
特に図３６を参照すると、グラフィック表示は、例示的な冷却剤マイクロチャネル４１４の断面が、冷却剤サブアセンブリ４０２の内部と外部の間でどのように変わることができるかを示している。例示的な形態では、冷却剤マイクロチャネルは、上板４１２の平坦な底面と、予備成形チャネル４１０を示すシム４０８の内部の凹面とによって形成される断面を有する。ユニット作動４００の内部と外部の間では、冷却剤チャネル４１４のプロフィールは、通常は同じ形状のままであるが、冷却剤チャネル４１４の断面は、半径方向にシムの厚みの増加に比例して増加する。
【０１０９】
代替的に、例示的な冷却剤マイクロチャネルは、以下に説明する反応マイクロチャネル４２２と並行に、ユニット４００の中心から（軸線方向の中心に平行ではなく）半径方向に延びることができる。このような状況において、例示的な冷却剤マイクロチャネルは、一定の半径方向の断面を示す（かつ半径方向の距離が増加する時にマイクロチャネルの増加を定める材料をまさに有する）ことができ、又は中心からの半径方向の距離が増加する時に増加する断面を有することができる。半径方向に延びる例示的な冷却剤マイクロチャネルのプロフィールは、以下に限定されないが、矩形、正方形、円形、及び長方形のような様々な形態を取ることができる。
【０１１０】
図３３から図３７の手法の利点の１つは、マイクロチャネルユニット作動４００が「自立する」ことである。これとは対照的に、既存の矩形のユニット作動は、いずれかの側の処理層に隣接する層の圧力によりいずれの処理層の圧力とも均衡を取る。潜在的な問題が両端で生じ、最外部の処理層は、片側で均衡が取られるだけであり、反対側では何も均衡が取られない（例えば、周囲条件）。この圧力の均衡を取るために、外部支持体を使用してユニット作動が変形するのを防ぐことは公知である。しかし、例示的なユニット作動４００の場合と同様に、処理層を円形に配置した場合に、「アウトレーヤ」がなく、従って、全ての処理で、隣接する層は、圧力の均衡を取るために両側にある。これは、外部支持体の欠如をもたらし、ユニット作動を構成するのに使用される材料が少なくなる可能性があり、それによってユニット作動の重量が軽くなり、単位変位当たりのその処理スループットを増加させることができる。更に、ユニット作動を構成するのに使用される材料が少ないほど、対応するユニット作動のコストが少ない。
【０１１１】
図３５及び図３６を参照すると、接合処理、好ましくは、レーザ溶接方法が、上板４１２をシム４０８に取り付けるために実施され、従って、長さ方向溶接が、上板とリブの長さ全体を拡張する冷却剤シム４０８のリブ４１６との間に形成される。この溶接方法は、ユニット作動４００の軸線方向の中心から半径方向に互いにほぼ平行に延びる別々の冷却剤チャネル４１４を生成するように働く。マイクロチャネル冷却剤サブアセンブリ４０２に割り込んでいるのは反応サブアセンブリ４０４である。
【０１１２】
図３３、図３４、及び図３６を参照すると、反応サブアセンブリは、第１の隣接する冷却剤サブアセンブリ４０２からの上板４１２と、第２の隣接する冷却剤サブアセンブリからのシム４０８とを利用して波形インサート４２０を間に挟持する。例示的な形態では、波形インサート４２０は、冷却剤サブアセンブリ４０２の水平な冷却剤チャネル４１４に垂直なほぼ矩形の断面に分割された空洞４２２を定めるために垂直に延びるブロックＵ字形プロフィールを有する一連の反復ユニットを有する波形を含む。このブロックＵ字形プロフィールは、ユニット作動の軸線方向の中心からの距離が増加する時に増加する。一例として、インサート４２０は、２４インチの幅、２４インチの長さ、及び軸線方向の中心からの距離に対応する可変厚の寸法を含む。この例示的な実施形態では、厚みは、ユニット作動４００の内部での０．０６３インチからユニット作動の外部での０．３１３インチまで徐々に増加する。一例としてかつ非制限的に、インサート４２０は、角錐台形水平断面に似た外部境界を有する。インサート４２０の空洞４２２内には、以下に限定されないが、ＦＴ触媒のような触媒（図示せず）が位置することができる。この触媒は、インサート４２０の壁上に被覆することができ、及び／又は微粒子の形態で空洞４２２に位置することができる。
【０１１３】
図３３を再び参照すると、ユニット作動４００の内部及び外部は、冷却剤及び反応サブアセンブリ４０２、４０４の充填を容易にするための対応する内部及び外部円筒形バンド４３０、４３２を含む。内部冷却剤バンド４３０は、内部バンドの内部と冷却剤マイクロチャネルの間の流体連通をもたらすために、半径方向の中心に最も近い冷却剤マイクロチャネル４１４に対する開口部と位置合わせされた複数の通過開口部（図示せず）を含む。外部冷却剤バンド４３２は、外部バンドの外部と冷却剤マイクロチャネルの間の流体連通をもたらすために、半径方向の中心から最も遠い冷却剤マイクロチャネル４１４から出て向かう開口部と位置合わせされた複数の通過開口部（図示せず）を含む。
【０１１４】
図３７を参照すると、単一の冷却剤入口パイプ４４０が、冷却剤を円筒形バンドの内部にかつその後に冷却剤マイクロチャネル４１４を通して供給するために内部円筒形バンド４３０に溶接される。冷却剤マイクロチャネル４１４を出る冷却剤を集めるために、リング状のエンベロープ４４４が、円筒形バンドを包み込み、かつマイクロチャネルを出る冷却剤の全てを集める密封された円筒形空洞をもたらすために円筒形バンド４３２の外部に溶接される。例示的な形態では、エンベロープ４４４は、それぞれ冷却剤チャネルを出る冷却剤の液相及び蒸気相を搬送する１対のパイプ４４６、４４８を含む。原料は、それ自体が円筒形バンド４３０、４３２の上部リムに溶接された中空のリング状キャップ４５４に溶接された給送パイプ４５２を使用して反応剤サブアセンブリに送出される。このようにして、流体密のシールが、給送パイプ４５２の内部と反応マイクロチャネルの間に生成される。同時に、この流体密のシールは、反応マイクロチャネルの中に流入する原材料との入口冷却剤流の混合を抑制する。同様に、反応マイクロチャネルの出口側は、流体密のシールを生成して反応マイクロチャネルから退出する材料の全てを捕捉するために円筒形バンド４３０、４３２の底部リムにそれ自体が溶接された中空のリング状キャップ４５８を含む。このキャップ４５８は、キャップからの出口流を運ぶためにキャップに溶接された出口パイプ４６０によって部分的に形成されたオリフィスを有する。
【０１１５】
図３８から図４２を参照すると、複数のマイクロチャネルモジュール１０が、更に別の例示的なマイクロチャネルユニット作動５００に組み込まれる。この例示的なマイクロチャネルユニット作動５００は、互いから垂直に離間し、かつマイクロチャネルモジュールに溶接された一連の保持リング５０２を使用して、８個のマイクロチャネルモジュール１０を組み込んでいる。図４０及び図４１に示すように、５個の保持リング５０２は、互いから等間隔に離間し、５個のリングの上部は、モジュール１０の各々の上部周縁で装着され、５個のリングの底部は、モジュールの各々の底部周縁で装着される。保持リング５０２の各々は、モジュール１０への装着を容易にするために同じ形状を有する。この形状は、円形であり、かつ１４４インチの直径と０．７５インチの厚みとを含む。軸線方向中心にある円形の孔５０６は、各保持リング５０２を通過するように形成される。円形の孔５０６を周方向に割り込ませるのは、モジュール１０の外部周囲に適合するようなサイズにされた８個の正方形の孔５０８である。例示的な形態では、正方形の孔は、２４インチの辺長を有する。正方形の孔５０８の各々は、他の孔５０８から等距離に離間している、しかし、孔は、リング周りの周囲５１０よりも円形の孔５０６により近い。以下でより詳細に説明するように、孔５０８から周囲の縁部までこの付加的な間隔は、冷却剤蒸気をマイクロチャネル冷却剤サブアセンブリを出る冷却剤液体から分離するための付加的な空間をもたらす。
【０１１６】
図３８を参照すると、一連の垂直分割器５１６が、入口冷却剤パイプ５１４と冷却剤マイクロチャネルの内部との間の流体連通を保証するためにリング５０２に割り込み、かつリングと協働し、入口冷却剤パイプ５１４の内部と密封状態で流体連通しているがマイクロチャネルモジュールの外部とは瞬時に連通していない矩形開口部を定める。この例示的な実施形態では、冷却剤は、マイクロチャネルモジュール１０を浸し、モジュールの外部は、リアクタマイクロチャネルと連通している面を除いてモジュールを出る冷却剤と密接に接触している。この例示的な実施形態では、入口冷却剤パイプ５１４は、各リング５０２の円形の孔５０６を通って延び、かつモジュールの冷却剤マイクロチャネルサブアセンブリ開口部と位置合わせするようになった一連の周囲開口部を含む。このようにして、入口パイプ５１４は、冷却剤を同時にモジュール１０の全てに供給する。
【０１１７】
リング５０２は、モジュール１０を出る冷却剤を捕捉するために、円形のバンド５１８により周方向に取り囲まれる。上部リング５０２は、モジュール１０を出る冷却剤蒸気を回収して抜くために冷却剤蒸気出口パイプ５２０によって囲まれた周囲開口部（図示せず）も含む。同様に、底部リング５０２は、モジュール１０を出る冷却剤液体を回収して抜くために冷却液体出口パイプ５２４によって囲まれた周囲開口部（図示せず）を含む。
【０１１８】
図３８及び図３９を参照すると、入口冷却剤パイプ５１４及び出口冷却剤パイプ５２０、５２４に割り込んでいるのは、リアクタマイクロチャネルを出る生成物を取り去るためにリアクタマイクロチャネルに反応剤を分配するように作動する１対のキャップ５３０、５３２である。より具体的には、各キャップ５３０は、外側が凸面、内部が凹面である円形の半円筒の形状を含む。その内部は、モジュール１０のリアクタマイクロチャネルの各々の入口側と流体連通しており、かつ反応剤を入口パイプ５３６との密封された流体接続部を通じて受け入れる。反応剤がリアクタマイクロチャネル内で反応した後に、これらのマイクロチャネルからの出たものが、第２のキャップ５３２に回収される。入口キャップ５３０と同様に、出口キャップ５３２は、外側が凸面、内部が凹面である円形の半円筒の形状を含む。出口パイプ５３８は、生成物を出口キャップ５３２から出すために、流体密のシールをその間に生成し、かつ出口キャップの内部及び出口パイプの内部の間の連通を生成するように出口キャップに溶接される。特に、各キャップ５３０、５３２は、キャップとリングの間の流体密のシールを保証するためにそれぞれのリング５０２に周方向に溶接される。このようにして、リアクタマイクロチャネルに入るか又はこれを出る流体は、流体冷却剤とは混合しない。
【０１１９】
図４３を参照すると、例示的な塔６００には、一部の小さい修正が行われた複数のマイクロチャネルユニット作動５００が組み込まれる。塔は、円形のバンド５１８を使用してリング５０２を取り囲む代わりに、上部での冷却剤蒸気出口６０４と底部での冷却液体出口６０６とを含む円筒形ハウジング６０２を利用する。同様に、同じ冷却剤入口パイプ５１４が、冷却剤をユニット作動５００の各々に供給する。また、塔６００では、共通の反応剤入口パイプ５３６もユニット作動５００の各々に使用され、一方、共通の生成物出口パイプ５３８が、同様にユニット作動の各々に使用される。それ以外は、ユニット作動の構成要素及び作動には変更はない。
【０１２０】
図４４を参照すると、例示的な概略図７００は、例示的な実施形態を市販の構成要素と統合して稼動ＦＴプラントをもたらすことができる方法を示している。例示的な形態では、１つ又はそれよりも多くのモジュール１０（図１を参照されたい）をマイクロチャネルユニット作動７０２に組み付けることができる。例示的な形態では、モジュールは、リアクタマイクロチャネルに割り込んでいる冷却剤チャネルを有するＦＴリアクタマイクロチャネルである。これらのユニット作動７０２は、複数のユニット作動を含むようにバンク７０４内に配置することができる。各バンク７０４は、独立型アセンブリとして製造することができ、又はより大きいマイクロチャネルアセンブリになるように組み付けることができる。例示的な形態では、複数のバンク７０４が製作された状態で、スキッドのような容易に可搬の構造体上に位置決めされる。この可搬式構造体は、少なくとも１つの冷却剤入口流と、少なくとも１つの冷却剤出口流と、少なくとも１つのＦＴ反応剤流と、少なくとも１つのＴ生成物流とを受け入れるための必須の配管接続部を含む。例示的な形態では、ＦＴ生成物流は、ＦＴ液体蒸気分離器７１０及び／又はＦＴワックス蒸気液体分離器７１２に誘導することができる。これらのデバイス７１０、７１２の各々は、それぞれのＦＴワックス凝縮器７１４及びＦＴ液体凝縮器７１６に接続することができる。出口冷却剤流は、バンク７０４を出る冷却剤を冷却するために蒸気ドラム７２２を通って冷却剤ポンプ７２０により誘導された状態で、次に、出口冷却剤流をバンクの入口冷却剤側に戻すことができる。明らかに、この概略図には、必須の配管の全てが含まれているわけではなく、この概略図は、単に本明細書に開示するマイクロチャネルデバイスを市販の処理機器に組み付けて配置面積が小さいＦＴプラントを同じか又はより大きなＦＴ生成物出力と共に含むことができる方法を示すために示されている。
【０１２１】
図４５から図４８及び図５３を参照すると、例示的なマイクロチャネルリアクタ８００は、複数のコア８０２を含み、各コア８０２は、複数のサブスタック８０４を含む。各サブスタック８０４は、複数のマイクロチャネル冷却剤及び反応サブアセンブリ１２、１４（各々の例示的な反応サブアセンブリ８１２が以前の反応サブアセンブリ１４の一部として説明した３個の波形の代わりに２つの波形４４を含む点を除く）を含むマイクロチャネルモジュールデバイス１０を製作するために上述の処理に従って製作された複数のスタック８０６を含む。
【０１２２】
例示的な形態では、各スタック８０６は、３０層の厚みである交替するマイクロチャネル冷却剤及び反応サブアセンブリ８１０、８１２（１５個のマイクロチャネル冷却剤サブアセンブリ８１０及び１５個の反応サブアセンブリ８１２）を含む。サブアセンブリ８１０、８１２の縁部は、サブアセンブリを互いに接合する周囲溶接を可能にするように面取りされる。ほぼ０．１２５インチの厚みを有する金属スペーサシート８１４が、各スタック８０６の上部及び底部でサブスタック８０４を構成するためにスタックに装着される。各サブスタック８０４の完了時に、例示的な寸法は、長さが２４．０インチ、幅が２４．０インチ、高さが５．０インチである。
【０１２３】
例示的な形態では８個のサブスタックである複数のサブスタック８０４は、冷却剤サブアセンブリ８１０の入口が単一の側面に全て置かれ、一方、冷却剤サブアセンブリ８１０の出口が反対側に全て置かれるように互いに積み重ねられる。同様に、複数のサブスタック８０４は、反応サブアセンブリ８１２の入口が単一の側面に全て置かれ、一方、反応サブアセンブリ８１２の出口が反対側に全て置かれるように互いに積み重ねられる。このようにして、各サブスタック８０４を出入りする流体流れの方向が同じであり、従って、サブアセンブリ８１０、８１２への流体分配が簡素化される。金属スペーサシート８１４の各々は、互いにサブスタック８０４を接合してコア８０２を生成するために、隣接するスペーサシートの周囲溶接を与えるように面取りされる。この例示的な実施形態では、コア８０２は、長さ２４．０インチ、幅２４．０インチ、及び高さ４０．０インチの例示的な寸法を有する。
【０１２４】
図４９及び図５０を参照すると、例示的なコア８０２は、面取りされた縁部を有し、かつコアの厚みと実質的に同じ寸法である長さを有する一連の矩形境界支持体８２０、８２２に装着される。この実施形態では、各々が４０．０インチの長さ、６．５インチの幅、及び１．５インチの厚みを有する４個の冷却剤境界支持体８２０がある。各々が４０．０インチの長さ、４．０インチの幅、及び１．０インチの厚みを有する４個の反応剤境界支持体８２２もある。４個の反応剤境界支持体８２２の各々は、長さに沿って垂直に向けられ、かつ反応剤面８２４の１つから垂直に離れる方向に延びるように位置決めされる。特に、各反応剤面８２４の遠い縁部は、対応する反応剤境界支持体８２２の片側の長さに沿って溶接される。更に、４個の冷却剤境界支持体８２０の各々は、長さに沿って垂直に向けられ、かつ対応する反応剤境界支持体８２２から離れる方向に垂直に延びるように位置決めされる。より具体的には、各反応剤境界支持体８２２の長さ方向端部（コア８０２に溶接されない）は、対応する冷却剤境界支持体８２０の長さ方向端部に溶接され、従って、それぞれの冷却剤面８２６に対して垂直に延びる。対応する上部及び底部の矩形板８３０が、コア８０２のそれぞれの平坦な上面及び底面に装着され、かつ各板の長さ方向寸法がコアの各反応剤面８２４に４．０インチ重なり、幅方向寸法がコアの各冷却剤面８２４に６．５インチ重なるように向けられる。同様に、矩形境界支持体８２０、８２２のそれぞれの端部が、矩形ハローを生成するために矩形板８３０に装着される。例示的な形態では、反応剤側直交座標表示ハロー８３２は、長さ４２．０インチ、幅２４．０インチ、高さ４．０インチの寸法を有し、一方、冷却剤側の矩形ハロー８３４は、長さ４２．０インチ、幅３２．０インチ、高さ４．０インチの寸法を有する。
【０１２５】
図５１を参照すると、４個の反応剤境界支持体８２２の各々は、各支持体の長さに沿って互いから離間した一連のＴ字形の垂直チャネル８４０を含む。例示的な形態では、相補型の反応剤境界支持体８２２のチャネル８４０は、反応剤側ハロー８３２の内部周囲に沿って互いに対向し、かつ互いと位置合わせされるようになっている。以下でより詳細に説明するように、これらのチャネル８４０の各々は、ステンレス鋼のボルト８５６の端部を受け入れるようになっている。Ｔ字形の垂直チャネル８４０の寸法は、ボルト８５６のヘッド及びシャフトが垂直に再位置決め可能であることを可能にするが、ボルトのヘッドがチャネル内に受け入れられている間に回転するのを抑制するように選択される。Ｔ字形の垂直チャネル８４０の下には、長さ方向矩形ノッチ８４４が各支持体８２２内に形成される。例示的な形態では、相補型反応剤境界支持体８２２のノッチ８４４は、互いに対向し、反応剤側ハロー８３２の内部周囲に沿って互いに位置合わせされるようになっている。同様に、上板及び底板８３０も、反応剤側ハロー８３２の内部周囲に沿って長さ方向矩形ノッチ８４４を含む。
【０１２６】
図５２に示すように、矩形ノッチ８４４は、中空チューブ８４８に部分的に巻かれる触媒スクリーン８４６を縦方向に受け入れるようなサイズにされる。この例示的な実施形態では、スクリーン８４６は、０．０２３インチの平均的な粒子開口部を有するステンレス鋼のメッシュ（すなわち、０．００１４直径ワイヤを使用して２７０ｘ２７０のメッシュサイズ）を含み、一方、チューブ８４８は、９６ゲージ（肉厚で０．００６インチ）銅パイプを含む。このようにして、チューブ８４８の直径及びスクリーン８４６の厚みは、チューブ（スクリーン８４６がその周りに巻かれた）がノッチに挿入される時に有意な量の力がノッチの内部にチューブを押し進めるのに必要であるように、ノッチ８４４の幅方向寸法を占有するように協働し、従って、スクリーンを対向するノッチ間に全体的に緊張状態に保持する摩擦嵌めが生成される。
【０１２７】
図５３から図５６を参照すると、例示的なマイクロチャネルリアクタ８００は、微粒子触媒を反応サブアセンブリ８１２のマイクロチャネル内に保持するために１対の保持サブアセンブリ８５０を含む。保持サブアセンブリ８５０は、１つのサブアセンブリが、反応サブアセンブリ８１２の入口側に位置決めされ、一方、第２のサブアセンブリが、反応サブアセンブリ８１２の出口側に位置決めされる互いの鏡像であることに注意しなければならない。従って、簡潔さを期すためにサブアセンブリ８５０の一方のみを説明する。
【０１２８】
この例示的な実施形態では、各保持サブアセンブリ８５０は、スクリーン８４６と、矩形チューブ８４８フレームと、４個の多孔性発泡体インサート８５２と、４個の保持フレーム８５４とをフレームを反応剤境界支持体８２２に固定する対応するファスナ８５６と共に含む。上述したように、スクリーン８４６は、反応剤側ハロー８３２の内部周囲に沿って矩形チューブフレーム８４８に巻かれ、かつノッチ８４４に挿入される。
【０１２９】
スクリーン８４６が置かれた後に、４個の多孔質発泡体インサート８５２が、微粒子触媒と接触するスクリーンの領域（図示せず）を覆うために互いに隣接してスクリーン８４６上に置かれる。４個よりも多い発泡体インサート８５２又は４個よりも少ない発泡体インサートを微粒子触媒と接触するスクリーン８４６の領域が実質的に覆われる限り使用することができることに注意しなければならない。この例示的な実施形態では、各発泡体インサート８５２は、線形インチ当たり６５孔の孔サイズ、及び長さ、幅、及び厚みに対して０．００６インチの公差を有する発泡ステンレス鋼を含む。発泡体インサート８５２は、このより簡単に変形可能なスクリーン８４６の支持体として作用する。
【０１３０】
例示的な保持サブアセンブリ８５０は、インサート８５２を所定の位置に保持するために４個の保持フレーム８５４と、保持フレームを反応剤境界支持体８２２に固定するのに使用される対応するファスナ８５６とを含む。例示的な形態では、単一の保持フレーム８５４が発泡体インサート８５２毎に置かれるが、この配置比率は、要件ではないことに注意しなければならない。換言すると、複数の保持フレーム８５４を単一の発泡体インサート８５２に設置することができ、又は単一の保持フレームを複数の発泡体インサートに設置することができる。この例示的な実施形態では、保持フレーム８５４はステンレス鋼から製作され、かつ矩形の形状と垂直補強リブ８６０とを含む。矩形フレーム８５４の端部には、ボルト８５６のネジ切りされた端部のスループットに適合する縦方向スロットを有する一連のタブ８６２がある。この縦方向スロットは、ボルト８５６をフレーム８５４に対して垂直に調節可能にする。例示的な形態では、８本のボルト及び対応するナットを使用して、各フレーム８５４を対向する反応剤境界支持体８２２に装着する。より具体的には、各ボルトヘッド８５６は、ボルトのネジ切りされた端部がタブ８６２の縦方向スロットを通って延びるように反応剤境界支持体８２２の対応するＴ字形の垂直チャネル８４０に挿入される。その後に、フレーム８５４は、発泡体インサート８５２に対して面一に押し進められ、ナット８５６は、この位置でフレームを保持するためにボルトに対して締結される。この処理は、各フレーム８５４が所定の位置に固定されるまで繰り返される。
【０１３１】
以下でより詳細に説明するように、反応サブアセンブリ８１２の反応マイクロチャネル内に収容された触媒を交換又は再生する必要がある場合がある。いずれの場合でも、これには、反応マイクロチャネルからの触媒の除去が必要になる可能性が高いことになる。しかし、これをもたらすには、保持サブアセンブリ８５０のうちの少なくとも一方（好ましくは両方のサブアセンブリ）を触媒にアクセスするために除去しなければならない。各サブアセンブリ８５０を除去するために、上述したサブアセンブリを設置する処理を逆に行うことになる。すなわち、フレーム８５４が除去され、次に、発泡体インサート８５２が除去され、次に、スクリーン８４６が最後に除去され、従って、反応剤マイクロチャネル内の触媒への直接アクセスを与える。
【０１３２】
図５７から図６３を参照すると、複数のマイクロチャネルリアクタ８００は、マイクロチャネルユニット８７０の一部として互いに装着することができる。以下は、複数のマイクロチャネルリアクタ８００を利用してマイクロチャネルユニット８７０を製作することができる方法を説明する議論である。
【０１３３】
図５７を参照すると、マイクロチャネルリアクタ８００は、端部と端部を接続して位置決めされ、かつ互いに装着される（保持サブアセンブリ８５０なしで図示している）。例示的な形態では、各マイクロチャネルリアクタは、４つの側面を含み、第１の側面は、反応剤入口側８８０を含み、第２の側面（第１の側面に対して９０度の角度である）は、冷却剤入口側８８２を含み、第３の側面（第２の側面に対して９０度及び第１の側面に対して１８０度の角度である）は、生成物出口側８８４を含み、第４の側面（第３の側面に対して９０度及び第１の側面に対して９０度の角度である）は、冷却剤出口側８８６を含む。また、４つの側面は、マイクロチャネルリアクタ８００が互いに装着された時に、冷却剤入口８８２、生成物出口８８４、及び冷却剤出口８８６がそうであるように反応剤入口８８０の全てが同じ側であるように位置合わせされる。マイクロチャネルリアクタ８００を位置合わせさせて互いに装着した後に、円形端板８９０が、リアクタの露出した上部及び底部に装着される。この時点で、図５７に示す構成では、複数の製作経路を辿ることができる。
【０１３４】
これらの製作経路の第１の経路は、図５８に記述されている。例示的な形態では、マイクロチャネルリアクタ８００及び円形端板８９０は、シェルの縦方向端部が実質的に円形端板と面一であるように円筒形シェル９００に軸線方向に挿入される。この円筒形シェル９００は、縦方向の水平な円形断面を有し、一連の開口部９０２、９０４を含むように前処理される。これらの開口部９０２の第１の開口部は、６回繰り返され、かつかなり大きい円形の開口部を含む。これらの開口部９０２は、マイクロチャネルリアクタの生成物出口側８８４に対する３個のマイクロチャネルリアクタ８００と、３個の開口部の反応剤入口側８８０に対する３個の開口部とをもたらすためにシェル９００の両側（各側で３個）で縦方向に離間している。これらの開口部９０４の第２の開口部は、９回繰り返され、小さい方の円形の開口部を含む。これらの開口部９０４は、３個のマイクロチャネルリアクタ８００の冷却剤入口側８８２に対する３個の開口部と、マイクロチャネルリアクタの冷却剤出口側８８６に対する６個の開口部とをもたらすためにシェル９００の両側で縦方向に離間している。シェルが適切に位置決めされた後に、上述したように、シェルは、反応剤入口側８８０に最も近い３個の開口部９０２に入る流体が冷却剤入口側８８２とも冷却剤出口側８８６とも連通しないようにマイクロチャネルリアクタ８００と円形端板８９０とに装着される。同様に、冷却剤入口側８８２に最も近い３個の開口部９０４に入る流体は、反応剤入口側８８０とも生成物出口側８８４とも連通していない。その結果、４つの側面８８０から８８６の各々は、マイクロチャネルリアクタ８００に存在する連通以外は互いから隔離される。完成したアセンブリが図６１に示されている。
【０１３５】
これらの製作経路の第２の経路が、図５９及び図６０に記述されている。例示的な形態では、対応する側板９２０から９２６は、反応剤入口側８８０、冷却剤入口側８８２、生成物出口側８８４、及び冷却剤出口側８８６に装着される。特に、第１の板９２０は、弓形プロフィールを有し、かつ３個のマイクロチャネルリアクタ８００の冷却剤入口側８８２へのアクセスをもたらす３個の開口部９２８を含む。第２の板９２２も、弓形プロフィールを有し、かつ３個のマイクロチャネルリアクタ８００の冷却剤出口側８８８へのアクセスをもたらす６個の開口部９３０を含む。第３の板９２４も、弓形プロフィールを有し、かつ３個のマイクロチャネルリアクタ８００の反応剤入口側８８０へのアクセスをもたらす３個のより大きい開口部９３２を含む。第４の板９２６も、弓形プロフィールを有し、かつ３個のマイクロチャネルリアクタ８００の製品出口側８８４へのアクセスをもたらす３個のより大きい開口部９３４を含む。対応する側板９２０から９２６の各々は、反応剤入口側８８０に最も近い３個の開口部９３２に入る流体が冷却剤入口側８８２とも冷却剤出口側８８６とも連通しないようにマイクロチャネルリアクタ８００及び円形端板８９０に装着される。同様に、冷却剤入口側８８２に最も近い３個の開口部９２８に入る流体は、反応剤入口側８８０とも生成物出口側８８４とも連通していない。その結果、４つの側面８８０から８８６の各々は、マイクロチャネルリアクタ８００に存在する連通以外は互いから隔離される。完成したアセンブリは、図６１に示されており、かつ円筒形シェル９００を使用する完成したアセンブリと機能的に同じである。
【０１３６】
図６１を参照すると、６個の人穴９４０が、マイクロチャネルリアクタ８００反応剤入口側８８０と生成物出口側８８４とへの直接アクセスをもたらす６個の開口部にそれぞれ装着される。例示的な形態では、人穴９４０は、開口部の周囲に溶接され、各マイクロチャネルリアクタのマイクロチャネルへの有意なアクセスをもたらすほどの大きさのアクセスポイントを含む。
【０１３７】
図６２を参照すると、図６１に示す得られる構造体は、互いと結合して垂直にも側から側にも延びるように置かれた一連の補剛留め具９５０を装着することによって端部で補強される。
【０１３８】
図６３に示すように、図６２の得られる構造体は、冷却剤をマイクロチャネルリアクタに送出して冷却剤をマイクロチャネルリアクタから運び去るために装着された配管及び関連のフランジ９５２を有する。更に、配管及び関連のフランジ９５４は、マイクロチャネルリアクタに反応剤を送出して生成物をマイクロチャネルリアクタから運び去るために図６２の得られる構造体に装着される。
【０１３９】
図６４から図６８を参照すると、各例示的マイクロチャネルユニット８７０は、アセンブリ後に触媒が装填された反応サブアセンブリ８１２の反応マイクロチャネルを有する必要がある場合がある。本発明の開示は、反応マイクロチャネルに触媒を装填し、かつ使用済み触媒を反応マイクロチャネルから取り除くための超音波緻密化ユニット１０００を含む。一例として、超音波緻密化ユニット１０００は、反応入口側での人穴９４０のうちの１つ又はそれよりも多くへの超音波緻密化ユニットの挿通を可能にするようなサイズにされた構成要素で製作される。この小型緻密化ユニット１０００は、マイクロチャネルユニット８７０にサービスを提供するために現場で超音波技術にアクセスする問題を解決する。より具体的には、より大きい超音波機器は、触媒を最初に充填するのに使用することができるが、このより大きい機器は、サービス技術者による新しい触媒を装填するための現場での使用には実行不能であり、かつ確かに人穴カバーに挿通することができない。
【０１４０】
一例としてかつ非制限的に、超音波緻密化ユニット１０００は、複数の予め組み立てられた区画から組み付けて、マイクロチャネルユニット８７０の内部に設置することができる。マイクロチャネルユニットは、超音波緻密化ユニットの使用に適応させるように構成される。例えば、４個の反応剤境界支持体８２２は、ファスナを２つの右側レール区画、２つの左側レール区画から受け入れるようになった一連のＴ字形の垂直チャネル８４０を含む。この例において、５個の予め組み立てられた区画が使用される。これらの予め組み立てられた区画は、２つの右側レール区画と、２つの左側レール区画と、台車アセンブリとを含む。超音波緻密化ユニット１０００は、５個未満又は５個よりも多い予め組み立てられた区画から組み付けることができることに注意しなければならない。
【０１４１】
図６６を参照すると、例示的なマイクロチャネルユニット８７０は、３個のマイクロチャネルリアクタ８００の第１のマイクロチャネルリアクタの反応剤入口側８８０上での超音波緻密化ユニット１０００の配置位置（マイクロチャネルユニット８７０内の）を示すために、例示を目的としてのみ、第３の板９２４が除去され（図６０を参照されたい）かつ第１の人穴９４０が除去された（図６１を参照されたい）状態に示されている。反応剤入口側８８０にアクセスする前に、反応サブアセンブリ８１２の上部を直接に覆う保持サブアセンブリ８５０を除去する必要がある場合がある。以下でより詳細に説明するように、緻密化ユニット１０００は、マイクロチャネルリアクタ８００の反応サブアセンブリの全てが処理されるまで超音波を反応サブアセンブリ８１２の所定の部分の内容物に区分的に受けさせるために１対の離間したレール１０２０に沿って移動する緻密化台車アセンブリ１０１０を含む。特に、レール１０２０の各々は、マイクロチャネルリアクタ８００の対応する反応剤境界支持体８２２と係合し、緻密化ユニット１０００をマイクロチャネルリアクタ８００に固定する。
【０１４２】
図６７から図６９を参照すると、緻密化ユニット１０００は、多くの構成要素を含む緻密化台車アセンブリ１０１０を含む。台車アセンブリ１０１０の構成要素の全ては、台車底板１０３０に装着される。台車底板１０３０の下側は、各々が自己潤滑カム従動部１０３２に適合する４つの凹部を含む。下側には１対の超音波ホーン１０３４も装着される。
【０１４３】
台車底板１０３０の上面上には、空圧ピストンアセンブリ１０４２に結合されたピンブロック１０４０が各端部の近くに装着される。ピストンアセンブリ１０４２は、延長位置と後退位置の間で再位置決め可能であるショットピン１０４４と係合する。以下でより詳細に説明するように、ショットピン１０４４が延長位置にあり、かつそれぞれのレール１０２０の複数のオリフィス１０４６の１つに受け入れられた時に、台車アセンブリ１０１０は、レールに対して再位置決め不能であり、一方、ショットピンが後退位置にある時に、台車アセンブリは、レールに対して再位置決め可能にすることができ、更に、ボールプランジャ１０４８が、台車底板１０３０の端部に延びる凹部内に装着される。このボールプランジャ１０４８も、延長位置と後退位置の間で再位置決め可能であり、延長位置は、台車アセンブリがレールに対して再位置決め不能であるように、台車アセンブリ１０１０のレール１０２０のうちの１本の複数のオリフィス１０５０の１つに受け入れられたボールプランジャの一部を有し、一方、後退位置は、台車アセンブリがレールに対して再位置決め可能であるようにオリフィスからボールプランジャを後退させる。
【０１４４】
１対の超音波変換器１０５８が装着されたブースターマウント１０５６が、空圧ピストンアセンブリ１０４２の間の中心に置かれる。この例示的な実施形態では、各超音波ホーン１０３４が、それぞれの超音波変換器１０５８に結合される。ブースターマウント１０５６もブースターマウントキャップ１０６０も、超音波変換器１０５８を望ましい位置に固定するために半円形の切り欠きを含む。このようにして、ブースターマウントキャップ１０６０がファスナを使用してブースターマウント１０５６に装着された状態で（例えば、ボルト留め）、ファスナは、ブースターマウント及びキャップがそれぞれの超音波変換器１０５８を挟持するように締結することができる。ブースターマウント１０５６は、小型ガイド円筒体１０６４の一部を受け入れるようなサイズにされた窪みも含む。ガイド円筒体は、超音波ホーンを上げ下げしてリアクタ面との接触及びリアクタ面に対する圧力を緻密化中にもたらし、かつ上昇してレールに沿った移動を可能にする機能を実施する。ガイド円筒体１０６４の後部上には、台車底板１０３０の上部上に着座するブラケット１０７２が装着される。ガイドブラケットは、ガイド円筒体を上下作動中に安定した状態に保持するガイド円筒体の取付点になる。
【０１４５】
１対の離間したレール１０２０の各々は、構成要素の退出位置として人穴９４０の１つを使用する例示的なマイクロチャネルユニット８７０の内側のアセンブリを容易にするための分離可能構成要素を含む。この例示的な実施形態では、レール１０２０の各々は、側面ガイド１０８０、１０８２を垂直に通って延びるありみぞを使用して互いに組み込まれた２つの区画を含む。各側面ガイドは、Ｌ字形９０度のプロフィールを有するそれぞれのアングル区画１０８６、１０８８に装着される。この例示的な実施形態では、一連の合わせ釘１０９０が、アングル区画１０８６、１０８８を通って延び、かつ側面ガイドにアングル区画を装着するために側面ガイド１０８０、１０８２の底部に形成された対応する凹部内に受け入れられる。
【０１４６】
簡単に上述したように、各々の例示的なマイクロチャネルユニット８７０は、組み付け後に触媒が装填された反応サブアセンブリ８１２の反応マイクロチャネルを有する必要がある場合がある。触媒を反応マイクロチャネルの中に装填するために、人穴９４０カバーの１つ及び上部保持サブアセンブリ８５０を除去して反応サブアセンブリ８１２の反応マイクロチャネルを露出させることで開始することができる。反応マイクロチャネルが露出した後に、反応微粒子触媒をマイクロチャネルの上に送出することができ、微粒子触媒は、そのサイズが反応マイクロチャネルの中に流入するほど小さい。この処理は、反応マイクロチャネルの全部ではないにしても殆ど全てが微粒子触媒が充填されるように見える（すなわち、微粒子触媒が反応マイクロチャネルの上部に達する）まで実施される。この時点で、超音波緻密化ユニット１０００を設置することができる。
【０１４７】
超音波緻密化ユニット１０００の設置は、レール１０２０を組み付けて、その後にレールをそれぞれの反応剤境界支持体８２２に固定する段階を含む（図５１を参照されたい）。同様に、緻密化台車アセンブリ１０１０は、カム従動部１０３２がアングル区画１０８６、１０８８の水平面上に着座するように、開口人穴９４０に通してレール１０２０上に置かれる。レール１０２０は、超音波ホーン１０３４が垂直にその上に載る時にマイクロチャネルユニットに接触するように垂直に下げられるように反応剤境界支持体８２２上に設置されることに注意しなければならない。この例では、超音波ホーンは、ショットピン１０４４が延長位置にあり、かつそれぞれの側面ガイド１０８０、１０８２の複数のオリフィス１０４６の１つに受け入れられた時に、それぞれの反応剤サブアセンブリ８１２に割り込んでいるそれぞれの冷却剤サブアセンブリ８１０に接触する。例示的な形態では、側面ガイド１０８０、１０８２の各々は、４０個の反応剤サブアセンブリ８１２に割り込んでいる合計３９個の冷却剤サブアセンブリ８１０に対応する３９個のオリフィス１０４６を含む（実際の数は、各ホーン１０３４がサブアセンブリの異なる組の上にあるのでこれらの数の倍である）。
【０１４８】
オリフィス＃１で始まって、ショットピン１０４４は、延長位置に移動されるとオリフィス＃１  １０４６内に受け入れられる。その後に、ホーン１０３４が、第１の冷却剤サブアセンブリ８１０に接触するように下げられ、アセンブリに積極的に押圧される。その後に、超音波ホーン１０３４は、所定の時間にわたって（例えば、１０秒間）作動され、これが、隣接する反応剤サブアセンブリ８１２の各々の触媒を突き固めるように働く。ホーン１０３４の各々が、作動停止されて上げられ、次に、ショットピン１０４４が、後退位置まで移動する。その後に、台車アセンブリ１０１０は、ショットピン１０４４が移動してオリフィス＃２と軸線方向に位置合わせされるように再位置決めされる。ショットピン１０４４が、延長位置に移動され、ホーン１０３４は、下げられて、隣接する反応剤サブアセンブリ８１２の各々の触媒を突き固めるように作動される。この処理は、全ての反応剤サブアセンブリ８１２の触媒が突き固められるまで繰り返される。超音波エネルギをユニットの表面の異なる領域に供給して均一な充填をもたらすために、この処理を連続して実施することが重要である。台車アセンブリ１０１０及びその構成要素の制御は、手動又は自動操作のあらゆる組合せとすることができることに注意しなければならない。
【０１４９】
初回の突き固め後に、反応マイクロチャネルは、触媒充填の６から８インチの変動を示す。触媒は、付加的な触媒が追加されてマイクロチャネルを通じて実質的に水平になるように反応マイクロチャネルを通して均一に充填されることが好ましい。その後に、初回に対して上述したものと同じシーケンスを辿る超音波緻密化ユニット１０００を使用する２回目の突き固めが実施される。２回目の突き固め後に、反応マイクロチャネルは、触媒充填の約１／２インチの変動を示す。３回目の触媒追加が実施され、次に、３回目の突き固めが実施される。触媒追加及び突き固めのこのシーケンスは、反応剤サブアセンブリ８１２の反応マイクロチャネルにおける望ましい触媒緻密化をもたらすのに必要なだけ何回も繰り返すことができる。望ましい緻密化に到達した時に、超音波緻密化ユニット１０００は分解され、マイクロチャネルユニット８７０から第１の人穴９４０を通じて除去される。その後に、反応サブアセンブリ８１２の上部を直接に覆う保持サブアセンブリ８５０及び次に人穴９４０カバーが設置される。
【０１５０】
超音波緻密化ユニット１０００を利用して使用済み触媒を反応剤サブアセンブリ８１２から除去しやすくすることは、本発明の開示の範囲である。この例示的なシーケンスは、マイクロチャネルユニット８７０の現場サービスにとってそれが恒久的に設置されて作動している後で特に有用であるが、使用済み触媒は、再生又は交換しなければならない。例示的なシーケンスは、例示的なマイクロチャネルユニット８７０の上部、底部の両方の人穴９４０カバーを除去することから開始される。その後に、反応サブアセンブリ８１２の上部及び底部を直接に覆う上部、底部の両方の保持サブアセンブリ８５０が除去される。その後に、緻密化ユニット１０００の構成要素が、上部人穴９４０を通って挿入され、レールがそれぞれのアングル区画１０８６、１０８８に留められて台車アセンブリ１０２０がレール１０２０に乗るように組み込まれる。
【０１５１】
オリフィス＃１で始まって、ショットピン１０４４は、延長位置に移動され、オリフィス＃１  １０４６内に受け入れられる。その後に、ホーン１０３４が、第１の冷却剤サブアセンブリ８１０に接触するように下げられる。その後に、超音波ホーン１０３４が、所定の時間にわたって（例えば、１０秒間）作動され、これが、固められた触媒を反応剤サブアセンブリ８１２の内部から除去するように働く。除去された触媒がマイクロチャネルの底部から落ちると、回収されて底部人穴を通じて除去される。ホーン１０３４の各々が、作動停止されて上げられ、次に、ショットピン１０４４が、後退位置まで移動する。その後に、台車アセンブリ１０１０は、ショットピン１０４４が移動してオリフィス＃２と軸線方向に位置合わせされるように再位置決めされる。ショットピン１０４４が、延長位置に移動され、ホーン１０３４は、下げられて、付加的な触媒を隣接する反応剤サブアセンブリ８１２の各々から除去するように作動される。この処理は、触媒の全て又は実質的に全てが反応剤サブアセンブリ８１２から除去されるまで繰り返される。上述したように、台車アセンブリ１０２０構成要素の移動シーケンスは、手動又は自動操作のあらゆる組合せとすることができる。
【０１５２】
初回の触媒除去が実施された後に、反応マイクロチャネルは、任意的に流体で洗浄又はリンスしてあらゆる残留触媒を除去することができる。この洗浄処理は任意的であり、新しい触媒をマイクロチャネル反応サブアセンブリ８１２に装填する段階の前の全ての事例で実施する必要があるというわけではないことに注意しなければならない。使用済み触媒が回収された後に、保持サブアセンブリ８５０が、反応サブアセンブリ８１２の底部で置かれ、底部人穴カバーが再び取り付けられる。その後に、新しい又は修復された触媒が、反応サブアセンブリの上部まで追加され、触媒を反応サブアセンブリ８１２内で適切に充填するために緻密化される。緻密化処理の詳細なシーケンスは、新しい触媒を反応サブアセンブリに装填する上述のシーケンスと通常同じシーケンスであることを考慮し、簡潔さを期すために割愛する。
【０１５３】
マイクロチャネルリアクタ本体の壁を通して超音波を伝播させる問題を克服するために、超音波源ホーン（Ｕｌｔｒａ  Ｓｏｎｉｃ  Ｓｅａｌ、モデルＳＴ、１５００ワット超音波電源（ペンシルベニア州ブルームオール））に、オハイオ州グローブシティ所在のＴｏｏｌＴｅｘ・インコーポレーテッドにより製造された２．５４ｃｍｘ２０．３ｃｍチタンホーンが装備される。
【０１５４】
ホーンが上述の方法で位置決めされた場合に、マイクロチャネル（微粒子触媒を閉じ込める）は、超音波振動を縦方向にチャネルの壁を通って伝達する横波を生成することによって超音波エネルギの集束媒体として機能することが明らかにされた。これは、振動周波数をマイクロチャネルの長さ全体（明らかにされた長さで６１ｃｍまで、予想される長さで少なくとも１ｍ又はそれよりも長く）を通って最小の減衰で伝達する際に有効であるとわかった。この場合に、超音波構成要素は、１５００Ｗ電源変圧器、振幅ブースタ、及び長さ２０．３ｃｍ×幅２．５４ｃｍの調整されたチタン超音波ホーンから構成されたものであった。超音波ユニットの位置は、鋼柱の長さに沿って垂直面において空圧式に調節可能であった。空圧制御によっても、ホーンは、デバイスの表面に対する接触圧力の調節可能性を用いて、チャネルの上縁部上に直接に位置決めされた。マイクロチャネル端部の接触損傷を防止するために、金属スクリーン又は薄い金属板のいずれかをチャネルの上部と超音波出射ホーンの間に置いた。この手法は、波形の使用の有無に関わらず、ステンレス鋼マイクロチャネルに有効であるように意図したものである。マイクロチャネルの材料が本方法の作動に極めて重要であるとは考えられないが、金属が好ましい。
【０１５５】
超音波緻密化試験は、鋼板試験デバイスとアクリル板試験デバイスの間に充填された粒子材料に実施された。超音波は、鋼板を通して又はチャネルの頂点でデバイスの上部から伝達させた。これらの初期試用中にデバイスに対するホーンのバースト持続時間及び接触圧力を調節した。バースト持続時間は、典型的には５から２０秒であり、ホーンを振幅０．５ｍｍで２０ｋＨｚの周波数に調節した。デバイス本体に対するホーンの圧力は、驚くほど重要なパラメータであることが見出された。ホーンの圧力が低すぎた場合に、それは、その入力周波数で接触面を直撃するのでホーン面損傷の可能性が増大し、超音波は、デバイスには殆ど伝播しなかった。圧力が高すぎた場合に、ホーンは、デバイスと「結合」し、音響エネルギが緩和されて処理の効率が減少した。
【０１５６】
緻密化は、機械式の手段を通じて達成されるものよりも速度が１０倍よりも速く、かつそれを超えるものであった。例えば、長さ６１ｃｍの波形に平均直径３００μｍ支持材料の粒子を充填し、最大の緻密化の達成が認められるまでゴム製ハンマでデバイス本体を１０分間にわたって約４００回叩くことによって緻密化させた。５秒だけ超音波をチャネルの上部を通して導入すると、粉体層がもう１インチ沈んだ。全てのチャネルにわたる充填レベルの均一化も、機械式の振動と比較すると改善した。この場合に、チャネルに対するホーンの接触圧力は、２５ｐｓｉであった。過剰なエネルギ入力の実証において、接触圧力を４５ｐｓｉまで増大させると、チャネル内の粉体が流動化を通じて乱され、一貫しない密度と不十分な充填レベル均一性とをもたらした。
【０１５７】
以上の説明及び発明の要約から、本明細書に説明する方法及び装置は、本発明の例示的な実施形態を構成するが、本明細書に説明した本発明は、この実施形態通りには限定されず、特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱することなくこのような実施形態に変更を実施することができることは当業者には明らかであるはずである。更に、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定められること、及び本明細書に定める例示的な実施形態を説明するいずれの制限又は要素も、その制限又は要素が明示的に定められていない限り、いずれかの請求項要素の解釈に取り込まれることを意図していないことは理解されるものとする。同じく、本発明の範囲が、特許請求の範囲によって定められ、かつ本発明の固有の及び／又は予見されない利点が、それらが明示的に本明細書に説明されなかったとしても存在する場合があるので、いずれかの特許請求の範囲に該当するように本明細書に開示した本発明の識別された利点又は目的のいずれか又は全てを満たすことは不要であることは理解されるものとする。
【符号の説明】
【０１５８】
１０２０  台車アセンブリ
１０３４  超音波ホーン
１０４２  空圧ピストンアセンブリ
１０５６  ブースターマウント
１０５８  超音波変換器
【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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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３２】
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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１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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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３１】
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【図３３】
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【図４４】
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【図５１】
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【図５２】
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【国際調査報告】
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