МИКРОКАНАЛЬНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

1. Устройство, содержащее:
пластины, собранные в пакет и определяющие по меньшей мере один процессный слой и по меньшей мере один теплообменный слой, причем
каждая пластина содержит активную область, граничную область, окружающую по меньшей мере часть активной области, и периферийный край, периферийный край и часть граничной области каждой пластины приварены к периферийному краю и части граничной области следующей соседней пластины для удержания пакета вместе и обеспечения периферийного уплотнения пакета, а
2
2
2
2
2
отношение средней площади поверхности каждой из соседних пластин к средней глубине проникновения сварочного шва между соседними пластинами составляет по меньшей мере примерно 100 см/мм, или от примерно 100 см/мм до примерно 100000 см/мм, или от примерно 100 см/мм до примерно 2000 см/мм.
2. Устройство по п.1, в котором:
процессный слой содержит катализатор парового преобразования метана, а теплообменный слой содержит катализатор горения.
3. Устройство по п.1 или 2, в котором
пакет размещен в оболочке, причем
пакет выполнен с возможностью работы при внутреннем давлении, превышающем атмосферное давление,
оболочка выполнена с возможностью работы при внутреннем давлении, превышающем атмосферное давление, обеспечивает возможность приложения давления к внешней поверхности пакета и
содержит управляющее устройство для поддержания внутри нее по меньше мере такого давления, как внутреннее давление внутри пакета,
или в котором на внешней части пакета расположен жесткий внешний каркас с обеспечением конструктивной поддержки пакета,
или в котором к каждой стороне пакета присоединены оконечные пластины с обеспечением конструктивной поддержки пакета.
4. Устройство по п.1 или 2, в котором
процессный слой содержит процессные микроканалы, выполненные на пластине, а устройство содержит внутренние сварочные швы для предотвращения потока текучей среды из одного процессного микроканала в другой процессный микроканал той же пластины;
или в котором
теплообменный слой содержит теплообменные каналы, выполненные на пластине, а устройство содержит внутренние сварочные швы для предотвращения потока текучей среды из одного теплообменного микроканала в другой теплообменный микроканал той же пластины.
5. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее
входной процессный трубопровод, приваренный к пакету и предназначенный для обеспечения потока текучей среды в процессный слой,
выходной процессный трубопровод, приваренный к пакету и предназначенный для обеспечения потока текучей среды из процессного слоя,
по меньшей мере один входной теплообменный трубопровод, приваренный к пакету и предназначенный для потока текучей среды в теплообменный слой, и выходное теплообменное отверстие, предназначенное для потока текучей среды из теплообменного слоя.
6. Устройство по п.1 или 2, в котором
процессный слой содержит процессные микроканалы, ориентированные параллельно, и в котором
каждый процессный микроканал содержит реакционную зону, содержащую катализатор;
или в котором процессный слой содержит
внутренние трубопроводы, выполненные с возможностью обеспечения по существу равномерного распределения реагентов, втекающих в процессные микроканалы, и/или
внутренние трубопроводы, выполненные с возможностью обеспечения по существу равномерного распределения продукта, вытекающего из процессных микроканалов;
или в котором процессные микроканалы содержат поверхностные элементы и/или капиллярные элементы.
7. Устройство по п.1 или 2, в котором
процессный слой содержит
реагентный слой и продуктный слой, размещенный рядом с реагентным слоем, и разворотный процессный элемент, расположенный в конце реагентного слоя и продуктного слоя и предназначенный для обеспечения потока текучей среды из реагентного слоя в продуктный слой, причем
процессный слой выполнен с возможностью использования в реакции, в которой
по меньшей мере один реагент реагирует с образованием продукта, причем указанный по меньшей мере один реагент втекает в реагентный слой, контактирует с катализатором и реагирует с образованием продукта, а продукт вытекает из продуктного слоя, или
в котором
теплообменный слой содержит
топливный слой, воздушный слой, расположенный рядом с топливным слоем, теплообменную стенку, размещенную между топливным слоем и воздушным слоем, отверстия в теплообменной стенке, предназначенные для обеспечения потока воздуха из воздушного слоя в топливный слой, катализатор горения, расположенный в топливном слое, слой для отходящего газа и разворотный теплообменный элемент, расположенный в конце топливного слоя и в конце слоя для отходящего газа и предназначенный для обеспечения потока текучей среды из топливного слоя в слой для отходящего газа, причем
теплообменный слой выполнен с возможностью обеспечения потока топлива в топливный слой и потока воздуха из воздушного слоя через отверстия в теплообменной стенке в топливный слой для соединения с топливом с образованием воздушно-топливной смеси
и обеспечена возможность течения воздушно-топливной смеси в контакте с катализатором горения с обеспечением реакции горения с получением теплоты и отходящего газа, причем теплота поступает в процессный слой, а отходящий газ протекает через слой для отходящего газа и выходит из теплообменного слоя.
8. Устройство по п.1 или 2, в котором
теплообменный слой содержит топливный слой, содержащий топливные микроканалы и внутренние трубопроводы, выполненные с возможностью обеспечения по существу равномерного распределения топлива, текущего в топливные микроканалы,
или в котором
теплообменный слой содержит воздушный слой, содержащий воздушные микроканалы и внутренние трубопроводы, выполненные с возможностью обеспечения по существу равномерного распределения воздуха, текущего в воздушные микроканалы, или
в котором
теплообменный слой содержит топливный слой, содержащий поверхностные элементы и/или капиллярные элементы; или
в котором
теплообменный слой содержит воздушный слой, содержащий поверхностные элементы и/или капиллярные элементы.
9. Способ изготовления устройства по любому из пп.1-8, согласно которому:
формируют пакет пластин и
приваривают периферийный край и часть граничной области каждой пластины к периферийному краю и части граничной области следующей соседней пластины для удержания пакета вместе и обеспечения периферийного уплотнения.
10. Способ обновления устройства по любому из пп.1-8, согласно которому:
удаляют сварочные швы с периферийных краев пластин с удалением части граничной области каждой пластины вместе со сварочным швом,
отделяют пластины,
устраняют дефекты пластин,
формируют пакет пластин и
приваривают периферийный край и часть граничной области каждой пластины к периферийному краю и части граничной области следующей соседней пластины для удержания пакета вместе и обеспечения периферийного уплотнения пакета.
11. Способ выполнения единичной операции с использованием устройства по любому из пп.1-8, согласно которому:
проводят единичную операцию в процессном слое и
обеспечивают теплообмен между процессным слоем и теплообменным слоем.
12. Способ проведения реакции парового преобразования метана с использованием устройства по любому из пп.1-8, согласно которому:
обеспечивают реагирование пара с метаном или природным газом в присутствии катализатора в процессном слое с образованием синтез-газа, и
проводят реакцию горения в теплообменном слое для подачи теплоты в процессный слой.
13. Устройство по п.1 или 2, в котором
катализатор присутствует в процессном слое и/или теплообменном слое, причем катализатор нанесен по меньшей мере на одну пластину вне места сборки до сваривания пластин с формированием пакета, или
в котором
по меньшей мере одна пластина содержит антикоррозионный и/или предотвращающий прилипание слой, расположенный по меньшей мере на одной поверхности такой пластины; или
в котором
по меньшей мере одна пластина содержит стойкий к металлической пыли слой, расположенный по меньшей мере на одной поверхности такой пластины; или
в котором
пластина в процессном слое и/или теплообменном слое содержит поверхность, часть которой, но не вся содержит катализатор, антикоррозионный и/или предотвращающий прилипание слой, и/или стойкий к металлической пыли слой,
в котором
по меньшей мере на одной пластине расположен по меньшей мере один поверхностный защитный слой, или
в котором
по меньшей мере на одной пластине расположен поверхностный защитный слой, содержащий два или три слоя, каждый из которых имеет различный состав материалов; или
в котором
по меньшей мере на одной пластине расположен поверхностный защитный слой, содержащий три слоя, первый из которых содержит медь, второй из которых содержит алюминиевый металлический сплав, а третий из которых содержит металлический сплав; или
в котором
по меньшей мере на одной пластине расположен поверхностный защитный слой, к которому приклеен катализатор.
14. Способ по п.12, согласно которому:
поток метана или природного газа в процессном слое имеет поверхностную скорость, составляющую от примерно 10 м до примерно 200 м в секунду,
приближение к равновесию для реакции парового преобразования метана составляет по меньшей мере примерно 80%,
а теплота реакции на единицу падения давления в устройстве составляет от примерно 2 Вт/Па до примерно 20 Вт/Па,
или
время контакта для реакции парового преобразования метана составляет до примерно 25 мс,
приближение к равновесию для реакции парового преобразования метана составляет по меньшей мере примерно 80%,
а теплота реакции на единицу падения давления в устройстве составляет от примерно 2 Вт/Па до примерно 20 Вт/Па,
или
отношение указанной теплоты реакции к времени контакта составляет по меньшей мере примерно 20 Вт/мс,
или
теплота реакции на единицу падения давления в устройстве составляет от примерно 2 Вт/Па до примерно 20 Вт/Па,
или реакцию парового преобразования метана проводят по меньшей мере в течение примерно 2000 часов без ямок, образующихся на поверхностях пластин в результате металлического запыливания,
или
реакцию парового преобразования метана проводят по меньшей мере в течение примерно 2000 часов, причем увеличение падения давления в слое процесса после проведения реакции по меньшей мере в течение примерно 2000 часов составляет менее примерно 20% по отношению к падению давления в начале процесса.
15. Обновленное устройство, полученное в соответствии со способом по п.10.