[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

MXPA02001644A - Reactor quimico y metodo para reacciones cataliticas de reactivo en fase gaseosa. - Google Patents

Reactor quimico y metodo para reacciones cataliticas de reactivo en fase gaseosa.

Info

Publication number
MXPA02001644A
MXPA02001644A MXPA02001644A MXPA02001644A MXPA02001644A MX PA02001644 A MXPA02001644 A MX PA02001644A MX PA02001644 A MXPA02001644 A MX PA02001644A MX PA02001644 A MXPA02001644 A MX PA02001644A MX PA02001644 A MXPA02001644 A MX PA02001644A
Authority
MX
Mexico
Prior art keywords
reaction chamber
compartment
porous
chamber
catalyst material
Prior art date
Application number
MXPA02001644A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert S Wegeng
Original Assignee
Battelle Memorial Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/375,614 external-priority patent/US6488838B1/en
Application filed by Battelle Memorial Institute filed Critical Battelle Memorial Institute
Publication of MXPA02001644A publication Critical patent/MXPA02001644A/es
Publication of MX267940B publication Critical patent/MX267940B/es

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J12/007—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56—Platinum group metals
    • B01J23/60—Platinum group metals with zinc, cadmium or mercury
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0251—Physical processing only by making use of membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00835—Comprising catalytically active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2453—Plates arranged in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2465—Two reactions in indirect heat exchange with each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2474—Mixing means, e.g. fins or baffles attached to the plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2475—Separation means, e.g. membranes inside the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2479—Catalysts coated on the surface of plates or inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2482—Catalytically active foils; Plates having catalytically activity on their own
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2497—Size aspects, i.e. concrete sizes are being mentioned in the classified document
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/03—Precipitation; Co-precipitation
    • B01J37/031—Precipitation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C01B2203/041—In-situ membrane purification during hydrogen production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/063—Refinery processes
    • C01B2203/065—Refinery processes using hydrotreating, e.g. hydrogenation, hydrodesulfurisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0833—Heating by indirect heat exchange with hot fluids, other than combustion gases, product gases or non-combustive exothermic reaction product gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1011—Packed bed of catalytic structures, e.g. particles, packing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1029—Catalysts in the form of a foam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1035—Catalyst coated on equipment surfaces, e.g. reactor walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1076—Copper or zinc-based catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082—Composition of support materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1094—Promotors or activators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1223—Methanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1276—Mixing of different feed components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/148—Details of the flowsheet involving a recycle stream to the feed of the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1604—Starting up the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1614—Controlling the temperature
    • C01B2203/1619—Measuring the temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1642—Controlling the product
    • C01B2203/1647—Controlling the amount of the product
    • C01B2203/1652—Measuring the amount of product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1642—Controlling the product
    • C01B2203/1671—Controlling the composition of the product
    • C01B2203/1676—Measuring the composition of the product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0046—Nitrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

La presente invencion proporciona reactores quimicos y camaras de reaccion, y metodos para llevar a cabo reacciones quimicas cataliticas que tienen reactivos en fase gaseosa. En modalidades preferidas estas camaras de reaccion y los metodos, incluyen al menos un material catalizador poroso que tiene tamanos de poro lo suficientemente grandes para permitir la difusion molecular dentro del material catalizador poroso. La figura mas representativa de la invencion es la numero 8b.

Description

REACTOR QUÍMICO Y MÉTODO PARA REACCIONES CATALÍTICAS DE REACTIVO EN FASE GASEOSA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención consiste en un reactor químico y método para reacciones catalíticas de reactivo en fase gaseosa. Como se usa en la presente, el término "difusión molecular" se usa en su sentido clásico de la transferencia de masa basada en el movimiento Browniano entre capas adyacentes de fluido en un flujo laminar, de transición, o turbulento, e incluye la transferencia de masa entre capas adyacentes de fluido, que se encuentran estancadas. Como se usa en la presente, el término "difusión de Knudsen" significa el flujo de Knudsen, o flujo molecular libre, en donde la trayectoria libre promedio de las moléculas es larga comparada con una dimensión característica del campo de flujo, por ejemplo el tamaño de poro de un material a través del cual se difunden las moléculas. En la difusión de Knudsen las moléculas chocan típicamente con las paredes en vez que con otras moléculas en fase gaseosa.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Muchas reacciones catalíticas se llevan a cabo con reactivos en fase gaseosa, por ejemplo la reformación con vapor, oxidación parcial, proceso de gas de agua y otras. Sin embargo, el equipo, específicamente el volumen del reactor es generalmente grande debido a las limitaciones de transferencia de masa y calor. Los reactores convencionales se operan con valores de espacio velocidad por hora de gas, desde aproximadamente 1000 hasta aproximadamente 3600 Ir1. En otras palabras, el tiempo de contacto es mayor que 1 segundo debido a las limitaciones de transferencia de calor y masa. Estos problemas han sido reconocidos y la investigación está considerando reactores con microcanales porque los microcanales han demostrado ofrecer menos resistencia a la transferencia de calor y masa, creando así la oportunidad de dramáticas reducciones en el volumen de los equipos de proceso. Varios tipos de reactores con microcanales han sido descritos en la literatura. Franz et al., 1998 y Lowe et al., 1998 reportan la aplicación de un recubrimiento del catalizador activo (tal como Pt, Ag, u otro metal noble) directamente a la pared del microcanal. Este enfoque tiene la desventaja de que la única área superficial útil es la de la pared del microcanal. eissmeier y Honicke, 1998a-b reportan la creación de una interfase porosa directamente a partir del material de la pared del microcanal, sobre el cual se deposita el catalizador. Una pared de aluminio se anodizó para crear la interfase de alúmina porosa que tuvo un diámetro promedio de poro en el intervalo de tamaños de nanómetros (permitiendo únicamente la difusión de Knudsen) y un espesor que se encuentra en el intervalo de decenas de micrones. Las desventajas de este enfoque incluyen el hecho de que únicamente es aplicable para el aluminio, y el área superficial es limitada. Las paredes anodizadas formaron un arreglo bidimensional de 700 microcanales idénticos. Tonkovich/Zilka et al., 1998 reportaron el empacamiento de polvos catalíticos directamente dentro de un arreglo de microcanales paralelos como un microlecho empacado. Una desventaja fue la tendencia a crear caídas de presión relativamente grandes, forzando al fluido a fluir a través del microlecho empacado. Tonkovich/Jiménez et al., 1998 reportan la colocación de un catalizador de paladio soportado sobre una espuma metálica de níquel dentro de una cavidad (en más de un orden de magnitud mayor que un microcanal) y luego enviando el efluente hacia un arreglo de microcanales para intercambiar calor. Nuevamente, una desventaja fue la gran caída de presión a través de la espuma metálica. De aquí que existe la necesidad de un reactor químico para reacciones catalíticas con cinética rápida, que tenga un volumen pequeño con caída de presión baja.
REFERENCIAS DE ANTECEDENTES Franz, A.J., Quiram, D., Srinivasan, R. , Hsing, I-M., Firebaugh, S. L., Jensen, K. F., y M.A. Schmidt, 1998, New Operating Regimes and Applications Feasible with Microreactors, Proceedings of the Second International Conference on Microreaction Technology, New Orleans, LA, pp . 33-38. Lowe, H., Ehrfeld, . , Gebauer, K. , Golbig, K. , Hausner, 0., Haverkamp, V., Hessel, V., y Richter, Th. , 1998, Microreactor Concepts for Heterogeneous Gas Phase Reactions, Proceedings of the Second International Conference of Microreaction Technology, March 1998, New Orleans, Louisiana, pp. 63-74. Tonkovich, A. Y., Zilka, J. L., Powell, M.R., y C.J. Cali, 1998, The Catalytic Partial Oxidation of Methane in a Microchannel Chemical Reactor, Proceedings of the Second International Conference of Microreaction Technology, March 1998, New Orleans, LA, pp . 45-53. Tonkovich. A. Y., Jiménez, D. M. , Zilka, J. L., LaMont, M. , ang, Y., y R.S. egeng, 1998, Microchannel Chemical Reactors for Fuel Processing, Proceedings of the Second International Conference of Microreaction Technology, March 1998, New Orleans, LA, pp. 186-195. Weissmeier, G. , y Honicke, D., 1998a, Strategy for the Development of Micro Channel Reactors for Heterogeneously Catalyzed Reactions, Proceedings of the Second International Conference on Microreaction Technology, New Orleans, LA, pp . 24-32. Weissmeier, G. , y Honicke, D., 1998b, Microreaction Technology: Development of a microchannel reactor and heterogeneously catalyzed hydrogenation, Proceedings of the Second International Conference on Microreaction Technology, New Orleans, LA, pp. 152-153.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN En un aspecto la presente invención proporciona un material catalizador en una estructura porosa que tiene una porosidad que permite la difusión molecular en la misma. La estructura porosa en una modalidad tiene una longitud, un ancho y un espesor, la estructura porosa define al menos una porción de al menos una pared del al menos un microcanal . La presente invención proporciona un reactor químico que incluye: al menos una cámara de reacción que comprende al menos un material catalizador poroso y al menos un área abierta en donde cada una de la al menos una cámara de reacción tiene un volumen interno definido por paredes de la cámara de reacción. El volumen interno tiene dimensiones de altura de la cámara, ancho de la cámara y longitud de la cámara. La al menos una cámara de reacción comprende una altura de la cámara o ancho de la cámara que es de aproximadamente 2 milímetros o menos. En un punto en donde la altura de la cámara o el ancho de la cámara es de aproximadamente 2 milímetros o menos, la altura de la cámara y el ancho de la cámara definen un área de sección transversal . El área de sección transversal comprende un material catalizador poroso y un área abierta, en donde el material catalizador poroso ocupa de 5% a 95% del área de sección transversal y en donde el área abierta ocupa de 5 % a 95 % del área de sección transversal. El área abierta en el área de sección transversal ocupa un área contigua de 5 X 10~8 a 1 X 10~2 m2 y el material catalizador poroso tiene un volumen de poros de 5% a 98% y más del 20% del volumen de poros comprende poros que tienen tamaños desde 0.1 hasta 300 micrones . En otro aspecto la invención proporciona un reactor químico que incluye al menos una cámara de reacción en la que hay barras, placas o mamparas de catalizador que tienen una relación de longitud a espesor de al menos 10, y en donde la al menos una cámara de reacción tiene un volumen interno definido por las paredes de la cámara de reacción. El volumen interno tiene dimensiones de altura de la cámara, ancho de la cámara y longitud de la cámara; y la al menos una cámara de reacción comprende una altura de la cámara o ancho de la cámara de 2 milímetros o menos. Las barras, placas o mamparas de catalizador están colocadas en la cámara de reacción, de manera tal que la caída de presión a través de la cámara de reacción es menor que 20% de la presión de entrada total del sistema. En otro aspecto la invención proporciona un reactor químico que incluye al menos tres capas . Una primera capa comprende un primer material catalizador poroso; una segunda capa comprende un intercambiador de calor y al menos una trayectoria de flujo de fluido a través de la segunda capa. La segunda capa está colocada en la cámara de reacción, de manera tal que el fluido que pasa a través del primer material catalizador poroso puede pasar a través de al menos una trayectoria de flujo de fluido, y una tercera capa comprende un segundo material catalizador poroso en donde la tercera capa está colocada en la cámara de reacción, de manera tal que el fluido que pasa a través de la segunda capa puede pasar hacia el segundo material catalizador poroso. La primera capa incluye canales continuos que tiene dimensiones de altura del canal, ancho del canal y longitud del canal. Los canales continuos tienen una altura del canal y/o ancho del canal de 0.1 micrómetros a 2 milímetros o menos. El primer material catalizador poroso tiene un volumen de poros de 5% a 98% y más del 20% del volumen de poros comprende poros que tienen tamaños de 0.1 a 300 micrones. La invención incluye también un método de reformación de hidrocarburos con vapor. En este método, una corriente de reactivo que comprende vapor e hidrocarburo se pasa al menos a una cámara de reacción. La cámara de reacción tiene un volumen interno que tiene dimensiones de altura de la cámara, ancho de la cámara y longitud de la cámara. La altura de la cámara o el ancho de la cámara es de 2 milímetros o menos. Cada cámara de reacción tiene un inicio y un fin. La longitud de la cámara es la distancia desde el inicio hasta el fin de la cámara de reacción. La corriente de reactivo que entra al inicio de la cámara de reacción se convierte en una corriente de producto que sale de la cámara de reacción. Esta corriente de producto incluye hidrógeno, dióxido de carbono y/o monóxido de carbono; en donde al menos el 70% de la conversión en el equilibrio del hidrocarburo que entra al inicio de la al menos una cámara de reacción, se convierte en hidrógeno, monóxido de carbono y/o dióxido de carbono. El proceso se lleva a cabo bajo condiciones tales que el hidrocarburo tiene un tiempo de contacto menor que 300 milisegundos . La invención proporciona además un método para llevar a cabo una reacción química en un reactor químico. En este método, el reactivo gaseoso se hace pasar hacia un primer compartimiento. El reactor químico incluye un material catalizador poroso, un primer compartimiento y un segundo compartimiento. El primer compartimiento y el segundo compartimiento incluyen espacios abiertos que permiten el flujo volumétrico de un gas. El primer compartimiento tiene un volumen interno que tiene dimensiones de altura del compartimiento, ancho del compartimiento y longitud del compartimiento. La altura o ancho del compartimiento es de aproximadamente 2 milímetros o menos. El material catalizador poroso está colocado entre el primer compartimiento y el segundo compartimiento. El reactivo gaseoso reacciona con el material catalizador poroso. En otro aspecto la invención proporciona un método para llevar a cabo una reacción química en un reactor químico, en el que un reactivo gaseoso se hace pasar hacia un primer compartimiento. La cámara de reacción comprende un primer compartimiento y un segundo compartimiento, y una división colocada entre el primer compartimiento y el segundo compartimiento. La división comprende una capa para distribución de fluido o un agente de separación. El primer compartimiento tiene un volumen interno que tiene dimensiones de altura del compartimiento, ancho del compartimiento y longitud del compartimiento. El primer compartimiento incluye un material catalizador poroso y al menos un espacio abierto que permite el flujo volumétrico de un gas y tiene una altura del compartimiento o ancho del compartimiento que es de aproximadamente 2 milímetros o menos. En este método un gas viaja a través de la división. En modalidades preferidas la división incluye una capa de distribución del flujo y un reactivo gaseoso viaja por convección a través de la capa de distribución del flujo, desde el segundo compartimiento hasta el primero; y después de viajar a través de la lámina de distribución de flujo, reacciona en un material catalizador poroso contenido dentro del primer compartimiento. En otra modalidad la división comprende una membrana o un sorbente que puede separar selectivamente un producto formado en el primer compartimiento o separar selectivamente un reactivo tal como oxígeno del aire, para el uso en una aplicación de alimentación distribuida. La invención incluye también un método para llevar a cabo una reacción química, en el que un reactivo gaseoso se hace pasar hacia una trayectoria de flujo volumétrico de al menos una cámara de reacción. La trayectoria de flujo volumétrico es contigua a través de la longitud de la cámara. La cámara de reacción tiene un volumen interno que tiene dimensiones de altura de la cámara, ancho de la cámara y longitud de la cámara. La al menos una cámara de reacción comprende una altura de la cámara o ancho de la cámara que es de aproximadamente 2 milímetros o menos. Un material catalizador poroso se encuentra colocado dentro del volumen interno, el material catalizador poroso tiene una estructura interna porosa tal que el reactivo gaseoso pueda difundirse molecularmente dentro del material . El reactivo gaseoso reacciona en el material catalizador poroso para formar al menos un producto. Aunque se han descrito y reivindicado varios aspectos de la presente invención, en términos de una o dos cámaras de reacción, deberá reconocerse que la invención contempla funcionar, en la manera más efectiva, cuando los reactores contengan múltiples cámaras de reacción, y por lo tanto la invención no estará limitada a reactores y métodos que tengan únicamente una cámara de reacción. En muchas modalidades se selecciona una dimensión característica de aproximadamente 2 milímetros o menos, debido a que el transporte de masa y el transporte de calor en esta escala puede ser altamente eficiente. Deberá reconocerse que muchas de las modalidades y diseños de cámara de reacción descritas en la presente son muy apropiadas para combinaciones entre los diferentes diseños. Por ejemplo, las cámaras de reacción ilustradas en las figuras lOd y lOe podrían integrarse con un conducto para transportar fluidos desde una capa hasta otra (tal como un conducto desde una segunda capa de catalizador de regreso hacia la primera capa de catalizador) . Por lo tanto deberá comprenderse que la invención incluye combinaciones de los diferentes diseños y modalidades descritos en la presente. El tema de la presente invención se indica particularmente y reivindica en forma distintiva en la porción concluyente de esta especificación. Sin embargo, tanto la organización como el método de funcionamiento, junto con ventajas o objetos adicionales de la misma, pueden comprenderse en la mejor forma haciendo referencia a la siguiente descripción tomada con relación a los dibujos adjuntos en donde caracteres de referencia similares se refieren a elementos similares.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una sección transversal de un microcanal con un material poroso en el mismo. La figura 2 es una sección transversal del material poroso con material catalizador sobre el mismo. La figura 3 es una sección transversal de microcanales definidos por el material poroso. La figura 4a es una sección transversal de un microcanal con material poroso rodeado por microcanales de transferencia de calor. La figura 4b es una sección transversal de microcanales con material poroso con un microcanal de transferencia de calor entre los mismos. La figura 5 es una vista isométrica de un material poroso cilindrico. La figura 6 es una sección transversal del material poroso con un segundo material poroso sobre el área superficial porosa.
La figura 7a es diagrama de bloques de un sistema de reformación con vapor, con microcanales. La figura 7b es una vista extrema de un reactor con microcanales. La figura 8 ilustra vistas esquemáticas en corte, de configuraciones de cámaras de reacción, que incluyen (a) compartimientos con un material catalizador poroso interventor; (b) un canal para flujo volumétrico colocado entre las capas de catalizador poroso; (c) catalizador corrugado dual; (d) catalizador corrugado con un flujo de gas sobre la superficie del catalizador; (e) catalizador corrugado con flujo de gas a través del catalizador; (f) alambres de material catalizador; (g) fibras; (h) mamparas que tienen recubrimientos de material catalizador poroso; (i) mamparas compuestas de material catalizador poroso; (j) una matriz porosa con canales para flujo volumétrico; y (k) una lámina para distribución del flujo que distribuye el flujo en un compartimiento que contiene catalizador. La figura 9 ilustra vistas esquemáticas de configuraciones de cámaras de reacción que incluyen (a) una vista en perspectiva de canales de catalizador con flujo cruzado de un fluido de intercambio de calor; (b) una vista en corte de un material catalizador poroso que no hace contacto directamente con las paredes de la cámara de reacción (c)en la parte superior, una cámara de reacción con un tapón poroso, y en la parte inferior, múltiples canales de flujo con una cámara de mezclado; (d) un material catalizador poroso moldeado; (e) un canal en forma de U relleno de material catalizador poroso; (f) divisores porosos; y (g) el mezclado de corrientes de reactivos que se dirigen para que fluyan entre capas del material catalizador poroso. La figura 10a ilustra capas de un reactor químico que contiene múltiples láminas de material catalizador poroso. La figura 10b ilustra una vista de una capa de material catalizador poroso. La figura 10c es una ilustración esquemática que indica el flujo reciclado en un reactor químico. La figura lOd ilustra una vista esquemática en corte de una configuración de cámara de reacción, de la cual pueden retirarse productos a través de una capa selectivamente permeable. La figura lOe ilustra una vista esquemática en corte de una configuración de cámara de reacción de la cual pueden retirarse productos a través de una capa selectivamente permeable. La figura 11 muestra resultados de la prueba de reformación de metano con vapor, de varias configuraciones de cámaras de reacción. La figura 12 muestra resultados de pruebas de reformación de metano con vapor, de varias configuraciones de cámaras de reacción.
DESCRIPCIÓN DE MODALIDADES PREFERIDAS En un aspecto, la presente invención incluye un reactor químico para una reacción química catalítica con al menos un reactivo en fase gaseosa. El reactor (Figura 1) tiene al menos un microcanal 100 del reactor, para el flujo de al menos un reactivo 102 y al menos un producto 104. Una mejora de conformidad con la presente invención es que el reactor tiene además una estructura porosa 106 en donde al menos un reactivo 102 reacciona para formar al menos un producto 104. La estructura porosa 106 tiene poros 200 o una porosidad que resiste el flujo volumétrico (reactivo 102, producto 104) a través del mismo y permite en el mismo la difusión molecular (porción de reactivo 102a, porción de producto 104a) . Los poros 200 están definidos por un área superficial porosa 202 sobre la cual puede residir el material catalizador 108. El material poroso 106 tiene además una longitud L, un ancho (no mostrado) y un espesor T, y en algunas modalidades define al menos una porción de al menos una pared de una trayectoria de flujo volumétrico a través de la cual pasa el al menos un reactivo 102. Un microcanal puede ser de cualquier sección transversal que defina la trayectoria de flujo volumétrico y está caracterizado por una dimensión característica menor que 1 milímetro. En funcionamiento, el al menos un reactivo 102 entra a al menos un microcanal 100 del reactor, en la trayectoria del flujo volumétrico, fluye pasando por el material poroso 106 y hace contacto con el mismo. Una porción de al menos un reactivo 102a se difunde molecularmente en forma transversal dentro del catalizador poroso 106 y reacciona, y desde ahí el al menos un producto 104a se difunde molecularmente y en forma transversal dentro de la trayectoria de flujo volumétrico, transportando por ello el al menos un producto 104 desde el reactor. Las reacciones catalíticas de reactivos en fase gaseosa incluyen, aunque no están limitadas a, la reformación con vapor, la oxidación parcial en la reformación del C02, la cloración, la fluoración, la hidrogenación, la deshidrogenación, la nitración, el proceso de gas de agua, el proceso de gas de agua inverso, la reformación autotérmica, la combustión, la hidropirólisis y la hidrodesulfurización. En la reformación con vapor, el espacio velocidad por hora del gas es preferentemente mayor que 10,000, en forma más preferente mayor que 50,000 y puede ser de aproximadamente 100,000 h"1 lo que corresponde a un tiempo de residencia menor que 10 milisegundos . En una modalidad preferida el ancho de la trayectoria de flujo volumétrico es menor o igual que aproximadamente 1 milímetro. El espesor T de la estructura porosa 106 es menor o igual que aproximadamente 1 milímetro, y la longitud L corresponde preferentemente a una longitud del microcanal menor o igual que aproximadamente 10 centímetros. El ancho de la estructura porosa 106 puede variar pero es al menos de aproximadamente el 20% y preferentemente de al menos aproximadamente 50% de la circunferencia de la trayectoria de flujo volumétrico. El material poroso 106 puede ser un material catalítico, por ejemplo un metal o cerámica catalítica en la forma de una espuma o un fieltro. Alternativamente el material poroso 106 puede ser un soporte poroso de un material no catalítico, con material catalítico 108 colocado sobre el mismo. La porosidad puede ser geométricamente regular como en una estructura de panal o de poros paralelos, o la porosidad puede ser geométricamente tortuosa o aleatoria. La porosidad puede variar desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 98%, con un tamaño de poro promedio menor que la dimensión más pequeña del microcanal . Preferentemente el tamaño de poro es desde aproximadamente 0.1 micrón hasta aproximadamente 200 micrones, permitiendo la difusión molecular. El material poroso 106 puede definir por sí solo los microcanales como en la figura 3. En esta modalidad es posible usar un fluido de transferencia de calor, con la condición de que el espesor T del material poroso 106 sea suficiente para prevenir el mezclado de al menos un reactivo 102 o al menos un producto 104 con el fluido de transferencia de calor. Alternativamente los productos se pueden difundir a través del material poroso 106 hacia un fluido secundario (no mostrado) que se va a recolectar. El material poroso 106 puede estar colocado adyacente a una pared 400 de un material no poroso, por ejemplo metal, como en las figura 4a, 4b como una pieza de inserción que puede retirarse. El uso de paredes no porosas 400 permite el uso de un fluido de transferencia de calor 402 que es diferente a al menos un reactivo 102 y/o a al menos un producto 104. El fluido de transferencia de calor 402 puede fluir a contracorriente, en la misma dirección de la corriente, en forma cruzada a la corriente o en combinaciones de la misma, con relación a al menos un reactivo 102 y/o a al menos un producto 104. La presente invención puede incluir una geometría cilindrica como se muestra en la figura 5. El diámetro interior representa el microcanal y tiene un diámetro menor o igual que aproximadamente 1 milímetro. El cilindro puede tener cualquier forma de sección transversal cerrada. Se pueden usar múltiples cilindros. Los cilindros pueden estar formados como agujeros a través de un bloque monolítico de material poroso 106. Se pueden usar agujeros alternos para reactivo/producto y para el fluido de transferencia de calor. El tiempo de residencia del (de los) reactivo (s) en el reactor es preferentemente mayor que el tiempo de difusión para que el (los) reactivo (s) haga (n) contacto con el material catalizador. En algunas modalidades preferidas, la caída de presión a través del reactor varía preferentemente desde aproximadamente 0.007 kg/cm2 (0.1 psi) hasta aproximadamente 0.352 kg/cm2 (5 psi). Otra modalidad se muestra en la figura 6 en donde el material poroso 106 es un primer material poroso que tiene un segundo material poroso 600 sobre el área superficial porosa 202. El material catalizador 108 reside en los segundos poros 602. Los segundos poros 602 son más pequeños que los poros 200, en donde en los segundos poros 602 ocurre predominantemente la difusión de Knudsen. Varias modalidades de la presente invención y formas de configurar un catalizador en una cámara de reacción se ilustran en las figuras 8 y 9. Las figuras ilustran una sola cámara de reacción; sin embargo, en modalidades preferidas se usan múltiples cámaras de reacción en un dispositivo integrado, cuando se busca tener una capacidad incrementada, preferentemente al menos cinco cámaras de reacción, más preferentemente al menos 100 cámaras de reacción integradas en un reactor químico. Para algunas aplicaciones de baja capacidad, pueden requerirse únicamente de 1 a 5 canales. Preferentemente un reactor químico integrado contiene múltiples cámaras de reacción que están conectadas en paralelo, en serie, o ambas. Las cámaras de reacción están integradas preferentemente con otros componentes tales como intercambiadores de calor con microcanales o dispositivos tales como se ilustra en las figuras 7a y 7b. El uso de las cámaras de reacción de la invención, en dispositivos integrados, permite tasas de productividad mucho mayores, en menores volúmenes, que las que se podrían conseguir en un aparato convencional . El término "región de flujo volumétrico" se refiere a áreas abiertas dentro de la cámara de reacción. Una región de flujo volumétrico contigua permite el rápido flujo de gas a través de la cámara de reacción, sin grandes caídas de presión. En modalidades preferidas existe flujo laminar en la región de flujo volumétrico. Las regiones de flujo volumétrico dentro de cada cámara de reacción tienen preferentemente un área de sección transversal de 5 X 10~8 a I X 10"2 m2, más preferentemente de 5 X 10'7 a 1 X 10"4 m2. Las regiones de flujo volumétrico comprenden preferentemente al menos 5%, más preferentemente de 30% a 80%, de 1) el volumen interno de la cámara de reacción, o de 2) la sección transversal de la cámara de reacción. La cámara de reacción tiene dimensiones de altura, ancho y longitud. La altura y/o ancho es preferentemente de aproximadamente 2 milímetros o menos, y más preferentemente de 1 milímetro o menos (caso en el cual la cámara de reacción cae dentro de la definición clásica de un microcanal) . La longitud de la cámara de reacción es típicamente más larga. Preferentemente la longitud de la cámara de reacción es mayor que un centímetro, más preferentemente se encuentra en el intervalo de 1 a 20 centímetros. Típicamente los lados de la cámara de reacción están definidos por paredes de la cámara de reacción. Las paredes están hechas preferentemente de un material duro tal como cerámica, una aleación en base a hierro tal como acero, o monel . Más preferentemente las paredes de la cámara de reacción están compuestas de acero inoxidable o inconel el cual es durable y tiene buena conductividad térmica. En modalidades preferidas la(s) cámara (s) de reacción se encuentra (n) en contacto térmico con un intercambiador de calor con microcanales. Esta combinación de cámara (s) de reacción e intercambiador (es) de calor, puede dar por resultado elevadas tasas de transferencia térmica. Ejemplos y una descripción más detallada que incluye el uso de intercambiadores de calor con microcanales, se proporcionan en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos de Norteamérica No. de Serie 09/492,246 presentada el 27 de Enero del 2000, incorporada en la presente como referencia.
En modalidades preferidas el aparato y métodos tienen un flujo térmico de al menos 0.6 W por centímetro cúbico. En lugar del intercambiador de calor con microcanales, o además del mismo, la transferencia térmica puede ocurrir entre cámaras de reacción adyacentes (o en contacto térmico) , preferentemente las cámaras de reacción podrían estar conectadas de manera tal que el calor proveniente de una reacción exotérmica, en una cámara de reacción, sea transferido hacia una reacción endotérmica en una cámara de reacción adyacente. En ciertas modalidades preferidas, la cámara de reacción tiene una entrada y una salida con una trayectoria de flujo volumétrico, contigua, desde la entrada hasta la salida. En estas modalidades preferidas la caída de presión desde la entrada hasta la salida es preferentemente menor que 20%, más preferentemente menor que 10%, de la presión de entrada del sistema. La caída de presión es preferentemente menor que 350 kPa, y más preferentemente la caída de presión es menor que 70kPa. Se desea una baja caída de presión para reducir el tamaño y costo de otros equipos del sistema tales como bombas y compresores. En otras modalidades la cámara de reacción puede incluir una sección tal como un tapón poroso que interfiera el flujo volumétrico. La conversión en el equilibrio se define en la manera clásica, en donde la máxima conversión que se puede conseguir es una función de la temperatura del reactor, de la presión del mismo y de la composición de la alimentación. Para el caso de reacciones de reformación de hidrocarburos con vapor, la conversión en el equilibrio se incrementa al incrementarse la temperatura, y disminuye al incrementarse la presión. El "material catalizador poroso" descrito en la presente, se refiere a un material poroso que tiene un volumen de poros de 5% a 98%, más preferentemente de 30% a 95% del volumen total del material poroso. Al menos el 20% (más preferentemente al menos 50%) del volumen de poros del material está compuesto de poros con un tamaño (diámetro) que varía de 0.1 a 300 micrones, más preferentemente de 0.3 a 200 micrones, y todavía en forma más preferentemente de 1 a 100 micrones. El volumen de los poros y la distribución de tamaños de los poros se mide mediante porosimetría con mercurio (asumiendo una geometría cilindrica para los poros) y con adsorción de nitrógeno. Como se sabe, la porosimetría con mercurio y la adsorción de nitrógeno son técnicas complementarias y la porosimetría con mercurio es más exacta para medir tamaños de poro grandes (mayores que 30 nm) y la adsorción de nitrógeno es más exacta para poros pequeños (menores que 50 nm) . Tamaños de poro que se encuentren en el intervalo desde aproximadamente 0.1 hasta 300 micrones, permiten que las moléculas se difundan molecularmente a través de los materiales bajo la mayoría de las condiciones de catálisis en fase gaseosa. El material poroso puede por sí mismo ser un catalizador, pero de manera más preferente el material poroso comprende un metal, cerámica o un soporte compuesto que tenga una capa o capas de un material o materiales catalizador (es) depositado (s) sobre el mismo. Preferentemente el soporte es un metal de espuma o cerámica de espuma . Los principales constituyentes activos, preferidos, de los catalizadores, incluyen: elementos en el grupo HA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIHA, IB, IIB, IVB, la serie de los lantánidos y la serie de los actínidos, de la IUPAC. Las capas de catalizador, si se encuentran presentes, son preferentemente también porosas. El tamaño de poro promedio (promedio de volumen) de la(s) capa(s) de catalizador es preferentemente menor que el tamaño de poro del soporte. Los tamaños de poro promedio en la(s) capa(s) de catalizador colocada (s) sobre el soporte, varía preferentemente desde 10"9 m hasta 10~7 m medidos mediante adsorción de N2 con el método BET. Más preferentemente, al menos 50% en volumen del volumen total de los poros está compuesto de poros cuyo tamaño de diámetro varía de 10"9 m hasta 10~7 m. La difusión dentro de estos poros pequeños en la(s) capa(s) de catalizador es típicamente de igual naturaleza que la de Knudsen, por lo cual las moléculas chocan con las paredes de los poros, más frecuentemente que con otras moléculas en fase gaseosa. En modalidades preferidas los catalizadores se encuentran en la forma de piezas de inserción que pueden insertarse convenientemente y retirarse de una cámara de reacción. Las cámaras de reacción (ya sea del mismo tipo o de tipos diferentes) pueden combinarse en serie con múltiples tipos de catalizadores. Por ejemplo los reactivos se pueden hacer pasar a través de una primera cámara de reacción que contenga un primer tipo de catalizador, y los productos provenientes de esta cámara se pueden hacer pasar hacia una cámara de reacción subsecuente (o una etapa subsecuente de la misma cámara de reacción) que contenga un segundo tipo de catalizador en el que el producto (o denominado de forma más correcta, el intermediario) se convierte en un producto más deseado. Si se desea, se pueden adicionar reactivos (s) adicional (es) , a la cámara de reacción subsecuente. Los procesos catalíticos de la presente invención incluyen: acetilación, reacciones de adición, alquilación, desalquilación, hidrodesalquilación, alquilación reductora, aminación, aromatización, arilación, reformación autotérmica, carbonilación, descarbonilación, carbonilación reductora, carboxilación, carboxilación reductora, acoplamiento reductor, condensación, pirólisis, hidropirólisis, ciclización, ciclooligomerización, deshalogenación, dimerización, epoxidación, esterificación, intercambio, Fischer-Tropsch, halogenación, hidrohalogenación, homologación, hidratación, deshidratación, hidrogenación, deshidrogenación, hidrocarboxilación, hidroformilación, hidrogenólisis, hidrometalización, hidrosilación, hidrólisis, hidrotratamiento (HDS/HDN) , isomerización, metilación, desmetilación, metátesis, nitración, oxidación, oxidación parcial, polimerización, reducción, reformación, proceso de gas de agua inverso, sulfonación, telomerización, transesterificación, trimerización, y proceso de gas de agua. Otra ventaja de la presente invención es que pueden obtenerse buenos rendimientos con tiempos de contacto cortos. En métodos preferidos el tiempo de contacto es menor que 100 milisegundos (ms) , más preferentemente menores que 50 ms y todavía en forma más preferente entre 1 y 25 ms. El tiempo de contacto puede reducirse reduciendo la distancia de difusión entre el flujo volumétrico y el catalizador poroso, reduciendo a la vez en forma simultánea la longitud de los canales. Con estos tiempos de contacto, en una modalidad preferida de reformación de hidrocarburos con vapor, al menos 70%, más preferentemente al menos 90%, de la conversión en el equilibrio, del hidrocarburo que entra al inicio de la al menos una cámara de reacción, se convierte en hidrógeno, monóxido de carbono y/o dióxido de carbono. Mejoras similares pueden obtenerse en otros procesos .
La figura 8a ilustra una cámara de reacción 802 que tiene un primer compartimiento 804 que tiene al menos una dimensión de aproximadamente 2 milímetros o menos, un material catalizador poroso 806 y un segundo compartimiento 808. Esta cámara de reacción puede usarse en varias formas. Por ejemplo, una reacción catalizada puede controlarse cuidadosamente haciendo pasar un reactivo (por ejemplo metano) 810 hacia el primer compartimiento, haciendo pasar un segundo reactivo (por ejemplo agua) 812 hacia el segundo compartimiento y, en esta manera, efectuando una reacción controlada dentro del material catalizador poroso 806. El flujo puede controlarse mediante diferenciales de presión o taponando un compartimiento (por ejemplo con el tapón 814), y el (los) producto (s) formado (s) en el material poroso pueden dirigirse a través de la salida 816. La figura 8k ilustra el aparato 860 en donde una capa para distribución de flujo 862 (típicamente una lámina que tiene poros, hendiduras, agujeros, o similares, dispuestos en forma aleatoria, regular o separada) puede distribuir la alimentación 864 a lo largo de una longitud de la cámara de reacción 866. La cámara de reacción 866 contiene preferentemente un material catalizador poroso 868 (aunque se ilustra como una sola capa a lo largo de la longitud de la cámara de reacción, permitiendo una caída de presión baja, deberá reconocerse que un material catalizador poroso podría tener cualesquiera configuraciones descritas en la presente) . El producto 870 sale de la cámara de reacción. La distribución de la alimentación sirve para reducir la presión parcial local de uno de los reactivos. Esto tiene ventajas para las reacciones que son de naturaleza en paralelo o en serie/paralelo, en donde la concentración local tiende a favorecer una ruta de reacción con respecto a otra. Por ejemplo, las reacciones de oxidación parcial pueden ser mejoradas mediante este enfoque de alimentación distribuida, el cual incrementa la selectividad hacia el producto deseado con respecto a los productos de fuerte oxidación, no deseados . La figura 8b ilustra una modalidad de la cámara de reacción inventiva, en la que una trayectoria de flujo volumétrico 820 se coloca entre el material catalizador poroso 822, aunque cierta parte del flujo puede viajar por convección a través de poros grandes que se encuentran en el material catalizador poroso. El flujo a través de poros grandes se incrementa cuando el diámetro del poro de la pieza de inserción porosa se incrementa y se aproxima a un orden de magnitud por debajo del diámetro hidráulico del área abierta. Esta cámara de reacción podría estar configurada como un tubo, con un anillo o anillo parcial de catalizador, pero en forma más preferente es un arreglo plano. El arreglo plano permite el apilamiento económico de cámaras de reacción con otros componentes tales como: cámaras de reacción adicionales, intercambiadores de calor, etc. La configuración de paso recto, contigua, del canal de flujo volumétrico crea la oportunidad para llevar a cabo la catálisis en fase gaseosa, con bajas caídas de presión. Las figuras 8c y 8d ilustran configuraciones de cámaras de reacción en las que piezas de inserción 826 de catalizador, corrugadas, proporcionan una gran área superficial para la catálisis en fase gaseosa, mientras que las rutas de flujo contiguas 828, 832 permiten que se lleve a cabo la catálisis con bajas caídas de presión. Las piezas de inserción 826 o tienen un recubrimiento superficial de un material catalizador poroso o, preferentemente están compuestas de un material catalizador poroso. Una configuración similar se ilustra en la figura 9d. La figura 8e ilustra una modalidad en la cual un material catalizador poroso corrugado 826 se encuentra colocado en la cámara de reacción, de manera tal que el flujo de gas se lleva a cabo parcialmente a través del catalizador y alrededor del mismo. Esta configuración asegura el contacto con el catalizador poroso; sin embargo esta configuración tiene la desventaja de que se presentan caídas de presión significativamente mayores, pero la ventaja de que se presenta un contacto más íntimo de los reactivos con la superficie del catalizador activo.
Las figuras 8f y 8g utilizan fibras de catalizador 836, 838. Estas fibras pueden ser, por ejemplo, fibras de cerámica porosa, de metal o fibras compuestas. Se prefieren las fibras paralelas 836 porque estas causan menor caída de presión. Las fibras 838 crean un flujo tortuoso a través de la cámara de reacción. En cualquier caso, las fibras de catalizador se prefieren en comparación a los polvos, debido a que éstas causan menor caída de presión, pueden tener mejor conductividad térmica y pueden proporcionar una superficie más uniforme y controlada para la catálisis. Las paredes 840, 842 del catalizador pueden ser de cerámica (para operación a altas temperaturas) , de metal (para una buena conductividad térmica) , compuestas, o de catalizador poroso (para reactividad adicional y/o adición o remoción de los componentes gaseosos) . Las figuras 8h y 8i ilustran cámaras de reacción con mamparas 846, 848. Las mamparas 846 comprenden placas o barras compuestas de un material catalizador poroso o que están recubiertas con un material catalizador poroso. Las mamparas 848 comprenden placas o barras compuestas de un material catalizador poroso. El flujo puede ser ya sea paralelo 849 o no paralelo 847 o diferentes reactivos pueden fluir en diferentes direcciones (por ejemplo flujos ortogonales de los reactivos) . En cualquier caso, existe un flujo volumétrico contiguo a través de la cámara. Estas mamparas pueden crear turbulencia y mejorar el contacto de los reactivos gaseosos con un catalizador. Las mamparas, que comprenden preferentemente un metal térmicamente conductor, proporcionan buen transporte térmico hacia (o desde) las paredes del reactor. Las paredes 854 de la cámara de reacción pueden ser de los mismos materiales descritos anteriormente para las paredes 842. La figura 8j ilustra un material 850 de matriz de catalizador poroso dentro del cual se encuentran canales de flujo volumétrico contiguos 852. La matriz 850 puede ser las paredes de la cámara de reacción o todo el artículo 855 puede ser una pieza de inserción que se ajuste dentro de un orificio. Preferentemente el material de la matriz contiene de 1 a 10,000, más preferentemente de 5 a 1000 canales de flujo volumétrico 852. En una modalidad preferida los canales de flujo volumétrico 852 son esencialmente rectos. En otra modalidad estos canales son tortuosos. Todavía en otra modalidad los canales 852 están llenos de un material catalizador y el flujo volumétrico de los reactivos y productos se lleva a cabo principalmente a través de la matriz . La figura 9a ilustra un reactor 902 con tubos/cámaras 904 de reacción, cada uno de los cuales puede contener un material catalizador poroso (no mostrado) en cualesquiera de las configuraciones descritas en la presente.
Uno de los tubos exteriores de estos tubos es un volumen para flujo volumétrico 906. En una modalidad preferida, un fluido de intercambio de calor fluye hacia el volumen de flujo volumétrico; el flujo de fluido de intercambio de calor puede ser flujo cruzado, flujo a contracorriente o contraflujo, con respecto al flujo de los reactivos y productos gaseosos. La figura 9b ilustra una configuración en la cual un material catalizador poroso 908 se encuentra colocado dentro de la cámara de reacción sin contacto directo con las paredes 910 de la cámara de reacción. En otra modalidad (no mostrada) del material 908 comprende un núcleo de una estructura de poro grande (en la que ocurre la difusión molecular) y una estructura de poro pequeño (a través de la cual ocurre la difusión de Knudsen) sobre los lados exteriores. El catalizador puede estar recubierto sobre la estructura de poro pequeño, o sobre la estructura de poro grande , o sobre ambas . La parte superior de la figura 9c ilustra una cámara de reacción 911 que tiene una trayectoria de flujo volumétrico 912 y un material catalizador poroso 914, 916. El material catalizador poroso 916 se encuentra en la forma de un tapón que sirve para proporcionar contacto entre el catalizador y cualesquiera de los reactivos gaseosos que permanezcan sin reaccionar después del paso a través de la trayectoria de flujo volumétrico 912. El régimen de flujo en este ejemplo, y en otras figuras, es típicamente laminar en base a la definición clásica del número de Reynolds menor que 2000. Aunque el régimen de flujo puede ser también de transición o turbulento en los microcanales, esto es menos común. Para el flujo laminar habrán reactivos que se muevan a lo largo de la línea central del canal. No todas las moléculas pueden tener oportunidad de difundirse hacia el catalizador poroso y reaccionar. Para aquellas moléculas que no se difundan hacia la pared y reaccionar, al fenómeno se hace referencia como un "deslizamiento" . La conversión total en el reactor puede ser así de unos cuantos puntos porcentuales menor que la que podría conseguirse según lo que sugiere el equilibrio. El uso del material catalizador poroso a través de toda la sección transversal para una fracción de la longitud del reactor sirve para reducir el deslizamiento y permitir conversiones totales con una aproximación más cercana al equilibrio. La parte inferior de la figura 9c ilustra un reactor compuesto de múltiples cámaras de reacción 922 y una cámara de mezclado 924. La cámara de mezclado combina gases de al menos dos cámaras de reacción 922. La cámara de mezclado ayuda a igualar la concentración entre las múltiples cámaras de reacción, mezclando las líneas de flujo, del flujo posiblemente laminar y ayuda asegurar una conversión total mayor que si se uniesen al menos dos cámaras de reacción para formar una cámara, reduciendo el deslizamiento de los reactivos por la línea central. La figura 9e ilustra un reactor en el cual el flujo volumétrico de al menos dos cámaras de reacción 930, 932 fluye en el material poroso 934. En un modo de funcionamiento alternativo el flujo entra a través de la cámara de reacción 930, a través del material poroso 934 y sale a través de la cámara de reacción 932. Esta modalidad sirve también para reducir el posible deslizamiento de los reactivos y hace que la conversión total del reactor se acerque más a la que se predice en el equilibrio. La figura 9f ilustra una configuración bifurcada en la que un reactivo gaseoso entra a un primer compartimiento 936, que tiene una dimensión de aproximadamente 2 milímetros o menos, y viaja por convección más allá del material catalizador poroso 938 y luego viaja por convección a través del material catalizador poroso 940. Mientras viaja en el compartimiento 936, la alimentación puede difundirse hacia el catalizador poroso y reaccionar. El gas que sale del material catalizador poroso 940 fluye hacia segundos compartimientos 942. Los compartimientos 936 y 942 pueden o no estar descentrados. Descentrando los divisores porosos formados por el material catalizador poroso 938, el gas que fluye en primeros compartimientos adyacentes se mezcla adicionalmente para reducir el deslizamiento de los reactivos . La figura 9g ilustra una configuración de flujo en donde la alimentación fluye a lo largo de un lado de un catalizador poroso en la primera trayectoria de flujo, realiza al menos un giro y luego viaja nuevamente a lo largo del otro lado del catalizador poroso en la dirección de flujo opuesta, para formar al menos una segunda trayectoria de flujo. En una configuración alternativa se puede usar un segundo catalizador para la segunda trayectoria de flujo. En otra configuración, una pared puede separar los catalizadores porosos usados en la primera y segunda trayectorias de flujo. La figura lOa-lOc ilustra otro aspecto de la invención en el que un intercambiador de calor 504 se encuentra colocado entre dos capas de láminas o capas 502, 506 de catalizador poroso. Las capas pueden estar ensambladas como láminas o como un dispositivo integrado. En una modalidad preferida, un gas sale de la primera lámina de catalizador poroso 502 luego pasa a través de al menos un arreglo de microcanales en el intercambiador de calor 504 y viaja hacia la segunda lámina de catalizador poroso 506. Un fluido de intercambio de calor, separado, se prefiere en el intercambiador de calor 504 ya sea para eliminar calor de una reacción exotérmica en la cámara 502 o para adicionar calor para el caso de una reacción endotérmica en la cámara 502. El flujo del fluido de intercambio de calor puede ser ya sea en el mismo sentido de la corriente, a contracorriente, o de corriente cruzada. En una modalidad alternativa el intercambiador de calor 504 podría funcionar en un modo de intercambio térmico de recuperación, por el cual los reactivos fríos podrían precalentarse en al menos un primer arreglo de microcanales en el intercambiador de calor 504, luego alimentarse a la cámara de reacción en 502 para sufrir una reacción exotérmica y luego enfriarse en al menos un segundo arreglo de microcanales en el intercambiador de calor 504 que esté intercambiando calor con el primer arreglo de microcanales en el intercambiador de calor 504. La mezcla de productos de la primera cámara de reacción 502 que viaja a través de la cámara 504 de intercambio de calor, puede viajar después hacia al menos una segunda cámara de reacción 506 para sufrir una reacción similar o diferente. Esta estructura alternativa puede repetirse por cualquier número de capas deseadas. En una modalidad preferida las capas mostradas en la figura 10a pueden ser laminadas y las paredes colocadas alrededor del laminado para formar un reactor. El reactor tiene orificios, válvulas, etc., apropiados para el control de la entrada de los reactivos, la salida de los productos y el flujo de los fluidos de intercambio de calor. Las capas de catalizador poroso pueden ser las mismas o pueden ser diferentes. Por ejemplo, los productos de la primera capa de catalizador 502 pueden ser sometidos a una segunda reacción (diferente de la primera reacción) posiblemente con el uso de uno o más catalizadores porosos (diferentes al catalizador que se encuentra sobre la primera capa) en la segunda capa de catalizador 506 para formar un producto diferente. Las capas de catalizador poroso deben ser lo suficientemente porosas para permitir el flujo de gases a través de las capas y preferentemente estas capas están compuestas del material catalizador poroso descrito en la presente. La capa de catalizador poroso 502 y preferentemente otras capas de catalizador poroso (por ejemplo 506) deberán tener canales contiguos a través de la capa. La menor dimensión de ancho o altura de estos canales es de 0.1 micrómetro hasta aproximadamente 2 milímetros, preferentemente de 0.3 micrómetros hasta 2 milímetros. Un material catalizador poroso se coloca en las capas de manera tal que el gas que se mueve a través de las capas haga contacto con el material catalizador poroso. Estos canales podrían ser también cualesquiera de las cámaras de reacción descritas en la presente. La longitud de los canales puede ser de cualquier longitud incluyendo menos de 2 milímetros. En otro aspecto la invención puede ser definida por incluir un reactor químico que incluya una capa de catalizador poroso 502 y un intercambiador de calor 504. Opcionalmente el flujo de fluido a través del intercambiador de calor puede ser dirigido hacia la cámara de reacción, tal como cualesquiera de las cámaras de reacción descritas en la presente . El intercambiador de calor es preferentemente un intercambiador de calor con microcanales. Como se ilustra en la figura 10c, el laminado puede estar configurado de manera tal que una porción del flujo proveniente de cualquier capa pueda ser recirculado de regreso corriente arriba para que fluya nuevamente a través de todo o parte del laminado. La recirculación puede ser deseada para elevar la conversión si puede conseguirse termodinámicamente . Como una configuración alternativa, el producto puede separarse de las alimentaciones que no han reaccionado, mientras se encuentre en la trayectoria de recirculación, nuevamente hacia una sección de reacción previa. En la figura lOd, un producto puede separarse de la cámara de reacción 520 a medida que se forma, mediante el uso de un agente de separación activo 522 tal como una membrana o sorbente. La eliminación continua de los productos puede conducir de otra manera reacciones limitadas por el equilibrio, hasta su finalización. Los productos que se difunden hacia afuera del catalizador poroso 524 pueden difundirse adicionalmente a través del área abierta 526 hacia el agente de separación activa sobre la pared opuesta. Por ejemplo, el agente de separación 522 puede ser una membrana de paladio para la remoción selectiva de gas hidrógeno. En una modalidad alternativa mostrada en la figura lOe, los productos se pueden difundir a través del catalizador poroso hacia la pared adyacente que es también un agente de separación activa.
Ejemplo 1 Se llevó a cabo un experimento para demostrar la presente invención usando 1 microcanal para la reformación de metano con vapor. El microcanal se colocó dentro de un horno tubular para proporcionar el calor requerido por la reacción endotérmica. El microcanal tenía 1.52 cm de longitud y 0.66 cm de altura. El ancho (u orificio) del microcanal tenía 0.0762 cm o 762 micrones. El ancho de 0.0762 cm incluía dos estructuras porosas que cubrían paredes opuestas y cada una tenía un ancho de 254 micrones, dejando una trayectoria de flujo volumétrico, entre las dos estructuras porosas, de 254 micrones. La estructura porosa contenía un catalizador de 13.8% de Rh/6% de MgO/Al203 sobre un fieltro metálico de aleación de FeCrAl obtenido de Technetics, Deland, Florida. Se preparó un catalizador en polvo que contenía 13.8% en peso de Rh, 6% en peso de MgO/Al203, mediante 1) calcinación de una gamma-alúmina de gran área superficial, a 500 'C, por cinco horas; 2) impregnación de la gamma/alúmina con MgO usando el método de humedad incipiente con una solución acuosa de Nitrato de magnesio; y obteniendo un soporte de gamma-alúmina, modificado con MgO; 3) secando el soporte modificado, a 110 'C, por cuatro horas, seguido de 4) una segunda calcinación a 900 'C por dos horas; 5) impregnando el soporte modificado, con Rh203; con el método de humedad incipiente, usando una solución de Nitrato de Rodio; 6) seguido de un secado final a 110 'C por cuatro horas y, 7) calcinaciones finales a 500 °C, por tres horas, para obtener un polvo del catalizador soportado. El catalizador pulverizado se molió en un molino de bolas durante toda la noche y se aplicó sobre el fieltro de FeCrAl usando el método de recubrimiento por sumergimiento en pasta líquida hasta que se consiguiera la carga deseada. El catalizador aplicado como recubrimiento se secó a 90 'C durante toda la noche y se calcinó a 350 'C por cuatro horas. Antes de la evaluación del catalizador el catalizador se redujo en 10% de H2/N2 (100 cc (STP) /minuto) a 110 'C por cuatro horas. El flujo de entrada de metano fue de 50.3 cc/minuto a condiciones estándar y el flujo de agua (líquida) fue de 7.3 mL/h, que corresponde a una relación de vapor con respecto al carbono, de aproximadamente 3:1. El metano y el agua se precalentaron casi hasta la temperatura de reacción antes de entrar al microcanal. El flujo de gas en la trayectoria de flujo volumétrico entre las estructuras porosas tuvo un número de Reynolds menor que aproximadamente 500, y la difusión molecular trajo a los reactivos y productos hacia y desde cada superficie de poros, que contenía el catalizador. Los resultados se muestran en la Tabla 1-1 del funcionamiento como una función de la temperatura, para tiempos de residencia muy cortos (menores que 10 milisegundos) .
Tabla 1-1: Datos del funcionamiento en un solo microcanal Ejemplo 2 Se llevó a cabo un experimento utilizando el aparato ilustrado en la figura 7a que incluía una cámara de combustión a presión, de combustible 700, un vaporizador de agua 702, un intercambiador de calor 704 para el precalentamiento de los reactivos, y una unidad 706 de reformación con vapor. La unidad 706 de reformación con vapor estaba construida con doce canales paralelos (figura 7b) 1, 2, 3...12 cada uno con una longitud de 2.79 cm, una altura de 2.54 cm, y un ancho de 750 micrones. La estructura porosa 106 fue una aleación de FeCrAl en fieltro, con una porosidad que variaba de 35% a 90%, obtenida de Technetics, Orlando, Florida, que tenía un ancho de aproximadamente 250 micrones. Las piezas del fieltro metálico, con una longitud y altura casi iguales a la longitud y altura del canal, se recubrieron con un catalizador usando el mismo método de inmersión en pasta líquida y catalizador en polvo como se describe en el ejemplo 1. Estos fieltros se fijaron a las paredes sobre los lados opuestos de los canales, dejando una trayectoria de flujo volumétrico de aproximadamente 250 micrones en cada canal . Los microcanales del reactor se esparcieron con canales de intercambio de calor a, b, c...m para proporcionar el calor de la reacción endotérmica. Los microcanales (13 en total) paralelos y adyacentes (e intercalados) de intercambio de calor, se sellaron herméticamente con respecto a los microcanales de reacción, para prevenir que el reactivo realizara una derivación alrededor del material catalizador. Los microcanales de intercambio de calor tuvieron casi la misma altura y longitud que los microcanales de reacción. El ancho de cada canal de intercambio de calor fue de 508 micrones. El fluido de intercambio de calor 402 dentro de la unidad de reformación con vapor fue el producto de combustión del hidrógeno (alimentación de 20 SLPM) y aire en exceso (alimentación de 168 SLPM) . El producto de combustión 402 se alimentó en una configuración de flujo cruzado con respecto a la dirección del flujo del reactivo. Los reactivos fueron metano y agua en la forma de vapor, con flujos de 1 SLPM y 2.81 SLPM (o 2.26 mililitros/minuto de líquido) respectivamente. El espacio velocidad por hora, de gas, fue de aproximadamente 100,000 h"1 que corresponde a un tiempo de residencia de 9.2 milisegundos . La temperatura de entrada al reactor fue de 736 'C recibiendo una mezcla de metano y vapor. La caída de presión a través de la unidad de reformación con vapor, con microcanales, fue menor que 0.0422 kg/cm2 (0.6 psi). La conversión del metano en productos fue de 79% y la selectividad por el CO fue de 65%.
Ejemplo 3 Experimentos de reformación con vapor se llevaron a cabo para evaluar la efectividad de varias configuraciones de catalizador dentro de una cámara de reacción. Catalizadores fabricados por ingeniería, con diferentes estructuras, se sintetizaron y activaron usando los mismos procedimientos descritos en el ejemplo 1. Los sustratos de fieltro y ondulados, son materiales porosos formados a partir de fibras de aleación de FeCrAl, y fueron comprados en Technetics, Delan, Florida. El catalizador se insertó dentro de un dispositivo de un solo canal con un ajuste a presión. Todos los catalizadores se evaluaron en un dispositivo de un solo canal. El dispositivo de un solo canal se colocó en un horno tubular. Los reactivos se precalentaron en la zona superior del horno y se introdujeron en el dispositivo de un solo canal en un modo de flujo descendente. La reformación del metano con vapor se llevó a cabo en un tiempo de contacto fijo, con una relación de vapor a carbono de 2/1, y una temperatura mantenida a 850 'C (la temperatura de la cámara se monitoreó continuamente mediante un termopar) . El flujo del efluente se midió con un medidor de flujo de burbujas, y el producto se analizó usando cromatografía de gases. Las configuraciones del catalizador analizadas y la dirección del flujo se ilustran en la parte inferior de la figura 11. La presión varió de 0 a 2461 kg/cm2 (0 a 350 psig) . Para todos los experimentos descritos en el ejemplo 3, la caída de presión medida a través del catalizador producido por ingeniería, fue menor que 0.0141 kg/cm2 (0.2 psig) . El tiempo de contacto se define como el volumen de gas de alimentación total, a temperatura y presión estándar, dividido entre el volumen de la cámara de catalizador.
Catalizador soportado en un solo fieltro (0.025 cm x 0.88 cm x 5.0 cm/0.01 plg x 0.35 plg x 2 plg) se analizó en un dispositivo de un solo canal (0.075 cm x 0.88 cm x 5.0 cm/0.03 plg x 0.35 plg x 2 plg) . El fieltro se colocó al centro del dispositivo de un solo canal para simular el concepto de flujo de paso, en donde el catalizador no está en contacto con las paredes del canal. En este caso, el volumen de la cámara de catalizador está confinado como el volumen de un solo canal (0.075 cm x 0.88 cm x 5.0 cm/0.03 plg x 0.35 plg x 2 plg) . Cada uno de los catalizadores en fieltro, en la configuración de doble fieltro, tienen las idénticas dimensiones que el de un solo fieltro 0.025 cm x 0.88 cm x 5.0 cm (0.01 plg x 0.35 plg x 2 plg) , y fueron evaluados en un dispositivo de un solo canal (0.075 cm x 0.88 cm x 5.0 cm/0.03 plg x 0.35 plg x 2 plg) . Se colocaron dos fieltros con un espacio libre de 0.025 cm (0.01 pulgada) en el dispositivo de un solo canal, de manera tal que ambos fieltros estuvieran en próximo contacto con las paredes . Nuevamente, el volumen de la cámara de catalizador se define como el volumen de un solo canal . Se rizó un fieltro con un espesor de 0.025 cm (0.01 pulgada) para producir una forma corrugada, a la cual se le llama ondulada. Las ondulaciones estudiadas en este trabajo tienen una longitud de onda fija de 0.295 cm (0.117 pulgadas) y una amplitud fija de 0.127 cm (0.05 pulgadas) las dimensiones de la ondulación son de 0.88 cm (0.35 pulgadas) de ancho y de 8 cm (2 pulgadas) de largo. Los reactivos fluyeron en la dirección perpendicular con respecto a las ondas. Una sola ondulación se ajustó apretadamente dentro de un dispositivo de un solo canal 0.127 cm x 0.88 cm x 5.24 cm (0.05 plg x 0.35 plg x 2 plg) que confina el volumen de la cámara de catalizador. Una configuración de ondulaciones dobles se diseña apilando dos ondulaciones idénticas con una cuña (0.025 cm x 0.88 cm x 5.0 cm/0.01 plg x 0.35 plg x 2 plg ) colocada en medio. El ondulado doble se evalúo en un dispositivo de un solo canal más amplio ( 0.28 cm x 0.88 cm x 5.0 cm/0.11 plg x 0.35 plg x 2 plg) , lo cual confina el volumen de la cámara de catalizador. Los datos experimentales se presentan en las figuras 11-12. Para estos datos el error experimental fue de aproximadamente 5%. Para propósitos de comparación, las conversiones en el equilibrio se incluyen también en estas figuras bajo las condiciones estudiadas. En el intervalo de presión investigado, todas las cuatro estructuras de catalizador exhibieron actividades bastante altas como lo indican las altas conversiones (mayores que 50%) en tiempos de contacto cortos (menores que 50 ms) . Los mejores resultados se obtuvieron usando la configuración de fieltro doble. En esta configuración no hubo ^a, diferencia significativa entre un tiempo de contacto de 28 milisegundos y 14 milisegundos, mientras que un tiempo de contacto de 7 milisegundos demostró una conversión menos efectiva. En total, la actividad de las estructuras de catalizador producidas por ingeniería, disminuye en el siguiente orden: fieltros dobles > ondulado sencillo > ondulado doble > fieltro sencillo. Vale la pena notar que la densidad del sitio del catalizador, por volumen, sigue también la misma tendencia que la actividad. Además de la densidad del sitio del catalizador, las características de transferencia de calor no son las mismas con las diferentes estructuras, y se estima que la eficiencia de transferencia de calor disminuya en el mismo orden que la de la actividad. Bajo la temperatura, presión y estequiometría de la alimentación, fijas, la información que contienen las conversiones del metano y del tiempo de contacto, puede usarse para clasificar la actividad de varias estructuras fabricadas por ingeniería. En general, un tiempo de contacto más largo da por resultado mayores conversiones. La figura 12 compara la actividad entre un fieltro sencillo y fieltros dobles. Bajo condiciones idénticas, excepto por el tiempo de contacto, la actividad de un fieltro sencillo es todavía menor que la de los fieltros dobles, inclusive cuando el tiempo de contacto es tres veces más largo (45.9 milisegundos contra 13.75 milisegundos) . La figura 11 compara la actividad entre un ondulado sencillo y ondulado doble. Bajo condiciones idénticas (un contacto de 15 milisegundos) , el ondulado sencillo muestra conversiones 10% mayores que el ondulado doble. La figura 11 muestra que en un tiempo de contacto idéntico (7.5 milisegundos), los fieltros dobles funcionan un 10% mejor que un fieltro sencillo. Dado que los fieltros dobles mostraron una actividad tres veces mayor que el fieltro sencillo, aunque los fieltros dobles mostraron una actividad solo ligeramente mayor que 10% con respecto a un ondulado sencillo, y un ondulado sencillo mostró una actividad solo ligeramente mayor que 10% con respecto al ondulado doble, puede concluirse fácilmente que el ondulado doble es más activo que el fieltro sencillo. Aunque se han presentado y descrito modalidades preferidas de la presente invención, será evidente para los experimentados en la técnica, que pueden realizarse muchos cambios y modificaciones sin apartarse de la invención en sus aspectos más amplios. Por lo tanto se pretende que las reivindicaciones anexas incluyan todos esos cambios y modificaciones que caigan dentro del espíritu y alcance verdaderos de la invención.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un reactor químico caracterizado porque comprende: (a) al menos un microcanal de reactor que tiene al menos una pared que define una trayectoria de flujo volumétrico a través de la cual pasa al menos un reactivo en fase gaseosa; (b) una estructura de catalizador que comprende un material catalizador en donde el al menos un reactivo en fase gaseosa hace contacto con la estructura de catalizador y reacciona para formar al menos un producto, en donde la estructura de catalizador comprende: (c) un material poroso que tiene una primera porosidad que permite la difusión molecular en el mismo, el material poroso tiene además una longitud, un ancho y un espesor, y un área superficial con porosidad, el material poroso define al menos una porción de la al menos una pared del al menos un microcanal del reactor; en donde, durante la operación, el al menos un reactivo entra a al menos un microcanal del reactor, en la trayectoria de flujo volumétrico, fluyendo más allá del material poroso y haciendo contacto con el mismo, una porción del al menos un reactivo se difunde molecularmente dentro del material poroso y reacciona en el mismo para formar el al menos un producto que se difunde molecularmente en la trayectoria de flujo volumétrico, transportando por ello el al menos un producto desde el reactor. 2. El reactor químico de conformidad con la descripción de la reivindicación 1, caracterizado porque al menos el 20% de una circunferencia de la trayectoria de flujo volumétrico, está definido por el material poroso. 3. El reactor químico de conformidad con la descripción de la reivindicación 2, caracterizado porque al menos el 50% de la circunferencia de la trayectoria de flujo volumétrico está definido por el material poroso. 4. El reactor químico de conformidad con la descripción de la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende al menos un microcanal de transferencia de calor, adyacente al microcanal del reactor. 5. El reactor químico de conformidad con la descripción de la reivindicación 1, caracterizado porque el material poroso es el material catalítico. 6. El reactor químico de conformidad con la descripción de la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura de catalizador comprende el material poroso como un material no catalítico y el material catalítico se encuentra sobre el área superficial con porosidad. 7. El reactor químico de conformidad con la descripción de la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura de catalizador comprende un segundo material poroso que tiene una segunda porosidad sobre el área superficial con porosidad del material poroso que tiene una primera porosidad, la segunda porosidad permite la difusión de Knudsen, el material catalizador está colocado sobre el segundo material poroso. 8. El reactor químico de conformidad con la descripción de la reivindicación 1, caracterizado porque la 5 estructura de catalizador es una pieza de inserción. 9. El reactor químico de conformidad con la descripción de la reivindicación 8, caracterizado porque la pieza de inserción puede removerse. 10. Un método para una reacción química 10 catalítica con al menos un reactivo en fase gaseosa, el método tiene las etapas de hacer fluir el al menos un reactivo en fase gaseosa, pasando por el material catalizador y reaccionando con el al menos un reactivo en fase gaseosa, para formar al menos un producto; caracterizado porque 15 comprende: (a) proporcionar el material catalizador como una estructura porosa que tiene una porosidad que permite la difusión molecular en la misma, la estructura porosa tiene además una longitud, un ancho y un espesor, la estructura porosa define al menos una porción de al menos una pared de 20 un microcanal que define una trayectoria de flujo volumétrico a través de la cual pasa al menos un reactivo; (b) hacer fluir el al menos un reactivo a través del microcanal, pasando por la estructura porosa y haciendo contacto con la misma, la cual contiene el material catalizador, una porción 25 de al menos un reactivo se difunde molecularmente en la estructura porosa y reacciona en la misma, a partir de la cual el al menos un producto se difunde molecularmente hacia la trayectoria de flujo volumétrico, transportando por ello el al menos un producto desde el reactor. 11. El método de conformidad con la descripción de la reivindicación 10, caracterizado porque la reacción catalítica se selecciona del grupo que consiste de la reformación con vapor, oxidación parcial en la reformación del C02, cloración, fluoración, hidrogenación, deshidrogenación, nitración, proceso de gas de agua, proceso de gas de agua inverso, reformación autotérmica, combustión, hidropirólisis e hidrodesulfurización. 12. El método de conformidad con la descripción de la reivindicación 10, caracterizado porque un espacio velocidad por hora de gas es mayor que 10,000, el cual corresponde a un tiempo de residencia menor que 1 segundo en el al menos un microcanal de reactor. 13. El método de conformidad con la descripción de la reivindicación 10, caracterizado porque además comprende hacer fluir al menos un fluido en al menos un microcanal de transferencia de calor adyacente al microcanal del reactor. 14. Un reactor químico caracterizado porque comprende: al menos una cámara de reacción que comprende barras, placas o mamparas de catalizador que tienen una relación de longitud a espesor de al menos 10, y en donde cada una de la al menos una cámara de reacción tiene un volumen interno definido por las paredes de la cámara de reacción; en donde el volumen interno tiene dimensiones de altura de la cámara, ancho de la cámara y longitud de la cámara; en donde la al menos una cámara de reacción comprende una altura de la cámara o ancho de la cámara que es de aproximadamente 2 milímetros o menor; y, en donde las barras, placas o mamparas de catalizador se encuentran colocadas en la cámara de reacción, en una forma tal que la caída de presión a través de la cámara de reacción es menor que 20% del total de la presión de entrada del sistema. 15. Un reactor químico caracterizado porque comprende: al menos una cámara de reacción que comprende al menos 3 capas; una primera capa comprende un primer material catalizador poroso; una segunda capa comprende un intercambiador de calor y al menos una trayectoria de flujo de fluido a través de la segunda capa, la segunda capa está colocada en la cámara de reacción, de manera tal que el fluido que pasa a través de la primera capa puede pasar a través de al menos una trayectoria de flujo de fluido, y, una tercera capa comprende un segundo material catalizador poroso, la tercera capa está colocada en la cámara de reacción, de manera tal que el fluido que pase a través de la segunda capa pueda pasar hacia el segundo material catalizador poroso; en donde la primera capa tiene canales contiguos que tiene dimensiones de altura de canal, ancho de canal y longitud de canal; en donde el al menos un canal contiguo comprende una altura de canal o un ancho de canal que es de 0.1 micrómetros o de aproximadamente 2 milímetros; en donde al menos parte de al menos uno de los canales contiguos comprende el primer material catalizador poroso; y, en donde el primer material catalizador poroso tiene un volumen de poros de 5% a 98% y más del 20% del volumen de poros comprende poros que tienen tamaños de 0.1 a 300 micrones . 16. El reactor de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el intercambiador de calor comprende un intercambiador de calor con microcanales. 17. El reactor de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque al menos uno de los canales contiguos comprende una altura de canal o un ancho de canal que es de 0.3 micrómetros a 2 milímetros; y en donde la tercera capa tiene canales contiguos que tiene dimensiones de altura de canal, ancho de canal y longitud de canal, en donde al menos uno de estos canales contiguos comprende una altura de canal o ancho de canal que es de 0.3 micrómetros a 2 milímetros . 18. El reactor de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque al menos una trayectoria de flujo del fluido comprende un microcanal. 19. El reactor de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la primera capa tiene una entrada y la tercera capa tiene una salida, y además comprende un conducto que conecta la salida a la entrada. 20. El reactor de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el conducto contiene un agente de separación. 21. El reactor de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el material catalizador poroso en la primera capa comprende un fieltro o espuma metálica. 22. Un método de reformación de hidrocarburos con vapor, caracterizado porque comprende: hacer pasar una corriente de reactivos que contenga vapor e hidrocarburo, hacia a al menos una cámara de reacción; la cámara de reacción tiene un volumen interno en donde el volumen interno tiene dimensiones de altura de la cámara, ancho de la cámara y longitud de la cámara; en donde la al menos una cámara de reacción comprende una altura de la cámara o ancho de la cámara, que es de 2 milímetros o menos; en donde la al menos una cámara de reacción tiene un inicio y un fin, y en donde la longitud de la cámara es la distancia desde el inicio hasta el fin de la cámara de reacción; en donde la corriente de reactivos entra por el inicio de la cámara de reacción, se convierte en una corriente de producto y sale de la cámara de reacción; la corriente de producto comprende hidrógeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono; en donde al menos el 70% de la conversión en el equilibrio, del hidrocarburo que entra por el inicio de la al menos una cámara de reacción, se convierte en hidrógeno, monóxido de carbono y/o dióxido de carbono; y, en donde el hidrocarburo tiene un tiempo de contacto menor que 300 milisegundos. 23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la cámara de reacción comprende un material catalizador poroso y un canal de flujo volumétrico. 24. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el canal de flujo volumétrico está contiguo desde el inicio hasta el final de la cámara de reacción. 25. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque existen múltiples canales de flujo volumétrico dentro de la cámara de reacción. 26. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque existe una caída de presión desde el inicio hasta el final de la cámara de reacción, menor que 20%. 27. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el hidrocarburo está compuesto de metano; en donde al menos el 90% de la conversión en el equilibrio del metano que entra al inicio de la al menos una cámara de reacción, se convierte en hidrógeno, monóxido de carbono y/o dióxido de carbono; y, en donde el metano tiene un tiempo de contacto menor que 30 milisegundos . 28. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la cámara de reacción comprende lados y al menos dos lados de la cámara de reacción tienen un material catalizador poroso. 29. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el material catalizador poroso tiene un volumen de poros de 5% a 95% y más del 20% del volumen de poros comprende poros que tienen tamaños de 0.3 a 200 micrones. 30. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque además comprende la etapa de adicionar calor a la cámara de reacción desde un intercambiador de calor de microcanales, adyacente. 31. El método para llevar a cabo una reacción química en un reactor químico, caracterizado porque comprende: pasar un reactivo gaseoso en un primer compartimiento de una cámara de reacción; en donde la cámara de reacción comprende un material catalizador poroso, un primer compartimiento y un segundo compartimiento; en donde el primer compartimiento tiene un volumen interno en donde el volumen interno tiene dimensiones de altura del compartimiento, ancho del compartimiento y longitud del compartimiento; en donde el primer compartimiento comprende una altura del compartimiento o compartimiento de la cámara, que es de aproximadamente 2 milímetros o menos; en donde el material catalizador poroso está colocado entre el primer compartimiento y el segundo compartimiento; en donde el reactivo gaseoso reacciona dentro del material catalizador poroso para formar al menos un producto; y, en donde el primer compartimiento y el segundo compartimiento comprenden espacios abiertos que permiten el flujo volumétrico de un gas. 32. El método de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque el al menos un producto pasa hacia el segundo compartimiento. 33. El método de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque además comprende hacer pasar un segundo reactivo gaseoso hacia el segundo compartimiento, en donde el reactivo gaseoso proveniente del segundo compartimiento viaja hacia el material catalizador poroso y reacciona con el reactivo gaseoso del primer compartimiento . 34. Un método para llevar a cabo una reacción química en un reactor químico, caracterizado porque comprende: pasar un reactivo gaseoso hacia un primer y/o segundo compartimiento; en donde una división se encuentra colocada entre un primer compartimiento y el segundo compartimiento; en donde la división comprende una capa para distribución del fluido o un agente de separación; en donde el primer compartimiento tiene un volumen interno, en donde el volumen interno tiene dimensiones de altura del compartimiento, ancho del compartimiento y longitud del compartimiento; en donde el primer compartimiento comprende una altura del compartimiento o ancho del compartimiento, que es de aproximadamente 2 milímetros o menos; en donde el primer compartimiento comprende un material catalizador poroso; en donde un gas viaja a través de la división; y, en donde el primer compartimiento comprende al menos un espacio abierto que permite el flujo volumétrico de un gas. 35. El método de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque el segundo compartimiento comprende al menos un espacio abierto que permite el flujo volumétrico de un gas, y la división comprende una capa para distribución del flujo; en donde el reactivo gaseoso viaja por convección a través de la capa para distribución del flujo, desde el primer compartimiento hacia el segundo; en donde el reactivo gaseoso, después de viajar a través de la lámina para distribución del flujo, reacciona en un material catalizador poroso contenido dentro del segundo compartimiento. 36. El método de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque el segundo compartimiento comprende al menos un espacio abierto que permite el flujo volumétrico de un gas, y la división comprende un agente de separación seleccionado del grupo que consiste de una membrana y un sorbente. 37. El método de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque el reactor químico comprende múltiples cámaras de reacción dispuestas en paralelo o en serie; y, comprende hacer pasar un reactivo gaseoso hacia el primer compartimiento de múltiples cámaras de reacción. 38. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque el agente de separación comprende una membrana de paladio, y porque el método comprende remover continuamente hidrógeno a través de la membrana de paladio. 39. Un método para llevar a cabo una reacción química, caracterizado porque comprende: hacer pasar un reactivo gaseoso hacia una trayectoria de flujo volumétrico de una cámara de reacción; la cámara de reacción tiene un volumen interno en donde el volumen interno tiene dimensiones de altura de la cámara, ancho de la cámara y longitud de la cámara; en donde la al menos una cámara de reacción comprende una altura de la cámara o ancho de la cámara, que es de aproximadamente 2 milímetros o menos; en donde un material catalizador poroso se encuentra colocado dentro del volumen interno, en donde el material catalizador poroso tiene una estructura interna porosa, de manera tal que el reactivo gaseoso puede difundirse molecularmente dentro del material; en donde el reactivo gaseoso reacciona en el material catalizador poroso para formar al menos un producto; y, en donde la trayectoria de flujo del fluido es contigua a través de la longitud de la cámara. 40. El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque un tiempo de contacto del reactivo gaseoso en la cámara de reacción es menor que 100 milisegundos. 41. Un reactor químico caracterizado porque comprende: al menos una cámara de reacción que comprende al menos un material catalizador poroso y al menos un volumen abierto en donde cada una de la al menos una cámara de reacción tiene un volumen interno definido por las paredes de la cámara de reacción; en donde el volumen interno tiene dimensiones de altura de la cámara, ancho de la cámara y longitud de la cámara; en donde la al menos una cámara de reacción comprende una altura de la cámara o ancho de la cámara, que es de aproximadamente 2 milímetros o menos; en donde, en una zona en donde la altura de la cámara o ancho de la cámara es de aproximadamente 2 milímetros o menos, la altura de la cámara y el ancho de la cámara definen un área de sección transversal; el área de sección transversal comprende un área de material catalizador poroso y un área abierta, en donde el área de material catalizador poroso ocupa de 5% a 95% del área de sección transversal y en donde el área abierta ocupa de 5% a 95% del área de sección transversal; en donde el área abierta en el área de sección transversal ocupa un área contigua de 5 x 10"8 a 1 x 10"2 m2 y en donde el material catalizador poroso tiene un volumen de poros de 5% a 98% y más de 20% del volumen de poros comprende poros que tienen tamaños de 0.1 a 300 micrones. 42. El reactor de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la al menos una cámara de reacción comprende un canal para flujo volumétrico, que está contiguo a lo largo de la longitud de la cámara de reacción. 43. El reactor de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque el canal de flujo volumétrico es esencialmente recto. 44. El reactor de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque comprende de 5 a 1000 canales de flujo volumétrico. 45. El reactor de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el material catalizador poroso comprende un núcleo de un primer material y un recubrimiento de un segundo material colocado encima de al menos una porción del primer material, en donde los poros del primer material son más grandes que los poros del segundo 5 material . 46. El reactor de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque comprende al menos 5 cámaras de reacción. 47. El reactor de conformidad con la 10 reivindicación 41, caracterizado porque comprende múltiples cámaras de reacción y al menos una cámara de mezclado colocada en comunicación con al menos dos de las cámaras de reacción, de manera tal que los gases provenientes de las al menos dos de las cámaras de reacción pueden mezclarse en la 15 al menos una cámara de mezclado. 48. El reactor de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque comprende descentrar divisores porosos en la al menos una cámara de reacción. 49. El reactor de conformidad con la 20 reivindicación 42, caracterizado porque además comprende un intercambiador de calor con microcanales en contacto térmico con la cámara de reacción. 50. El reactor de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque el material 25 catalizador poroso es una unidad discreta que se inserta o puede retirarse de la cámara de reacción. 51. El reactor de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque además comprende un compartimiento para gases y una capa para distribución del 5 flujo, en donde la capa para distribución del flujo está colocada entre el compartimiento para gases y la cámara de reacción, de manera tal que el gas puede fluir desde el compartimiento para gases, a través de la capa para distribución de flujo, hacia la cámara de reacción. 10 52. El reactor de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque además comprende un compartimiento para gases, en donde un material catalizador poroso se encuentra colocado entre el compartimiento para gases y el volumen abierto de la cámara de reacción. 15 53. El reactor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la al menos una cámara de reacción comprende fibras o mamparas, y las fibras o mamparas comprenden el material catalizador poroso. 20 25 r?mtmHtS :t '?-
MXPA02001644 1999-08-17 2000-08-17 Reactor quimico y metodo para reacciones cataliticas de reactivo en fase gaseosa. MX267940B (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/375,614 US6488838B1 (en) 1999-08-17 1999-08-17 Chemical reactor and method for gas phase reactant catalytic reactions
US09/640,903 US6680044B1 (en) 1999-08-17 2000-08-16 Method for gas phase reactant catalytic reactions
PCT/US2000/022817 WO2001012312A2 (en) 1999-08-17 2000-08-17 Chemical reactor and method for catalytic gas phase reactions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
MXPA02001644A true MXPA02001644A (es) 2002-08-06
MX267940B MX267940B (es) 2009-07-03

Family

ID=27007126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
MXPA02001644 MX267940B (es) 1999-08-17 2000-08-17 Reactor quimico y metodo para reacciones cataliticas de reactivo en fase gaseosa.

Country Status (11)

Country Link
US (2) US6936237B2 (es)
EP (1) EP1206316B1 (es)
KR (1) KR100716461B1 (es)
AT (1) ATE298623T1 (es)
AU (1) AU779487B2 (es)
BR (1) BR0013342B1 (es)
CA (1) CA2381154C (es)
DE (1) DE60021086T2 (es)
MX (1) MX267940B (es)
NO (1) NO326281B1 (es)
WO (1) WO2001012312A2 (es)

Families Citing this family (122)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6616909B1 (en) * 1998-07-27 2003-09-09 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions
US6440895B1 (en) * 1998-07-27 2002-08-27 Battelle Memorial Institute Catalyst, method of making, and reactions using the catalyst
EP1206316B1 (en) * 1999-08-17 2005-06-29 Battelle Memorial Institute Chemical reactor and method for catalytic gas phase reactions
US6969506B2 (en) 1999-08-17 2005-11-29 Battelle Memorial Institute Methods of conducting simultaneous exothermic and endothermic reactions
US6488838B1 (en) * 1999-08-17 2002-12-03 Battelle Memorial Institute Chemical reactor and method for gas phase reactant catalytic reactions
US7125540B1 (en) * 2000-06-06 2006-10-24 Battelle Memorial Institute Microsystem process networks
WO2002038495A1 (de) * 2000-11-12 2002-05-16 Klaus Rennebeck Verfahren und vorrichtung zur wasserstoffgewinnung mittels eines katalytischen mikrohohlfaser-reformers
US6652830B2 (en) 2001-02-16 2003-11-25 Battelle Memorial Institute Catalysts reactors and methods of producing hydrogen via the water-gas shift reaction
CA2439586C (en) * 2001-03-02 2012-02-28 Mesosystems Technology, Inc. Ammonia-based hydrogen generation apparatus and method for using same
US6716400B2 (en) * 2001-03-09 2004-04-06 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Ignition system for a fuel cell hydrogen generator
US6508862B1 (en) 2001-04-30 2003-01-21 Battelle Memorial Institute Apparatus and methods for separation/purification utilizing rapidly cycled thermal swing sorption
WO2002087729A1 (en) * 2001-04-30 2002-11-07 Battelle Memorial Institute Apparatus and method for separation/purification of fluids utilizing rapidly cycled thermal swing
US6503298B1 (en) 2001-04-30 2003-01-07 Battelle Memorial Institute Apparatus and methods for hydrogen separation/purification utilizing rapidly cycled thermal swing sorption
US6746515B2 (en) 2001-04-30 2004-06-08 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for thermal swing adsorption and thermally-enhanced pressure swing adsorption
US7637122B2 (en) * 2001-05-04 2009-12-29 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of a gas and methods relating to same
US7591150B2 (en) * 2001-05-04 2009-09-22 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods relating to same
US7594414B2 (en) * 2001-05-04 2009-09-29 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods relating to same
GB0116894D0 (en) 2001-07-11 2001-09-05 Accentus Plc Catalytic reactor
EP1434652B1 (en) 2001-10-12 2005-02-16 GTL Microsystems AG Catalytic reactor
GB0124999D0 (en) 2001-10-18 2001-12-05 Accentus Plc Catalytic reactor
GB0125035D0 (en) 2001-10-18 2001-12-12 Accentus Plc Catalytic reactor
AU2002343014A1 (en) * 2001-10-29 2003-05-12 Chart Heat Exchangers Lp Heat exchangers
GB0210794D0 (en) * 2002-05-10 2002-06-19 Chart Heat Exchangers Ltd Heat exchangers
GB0129054D0 (en) 2001-12-05 2002-01-23 Accentus Plc Catalytic reactor and process
US20050171217A1 (en) 2001-12-05 2005-08-04 Bowe Michael J. Process and apparatus for steam-methane reforming
US6713519B2 (en) 2001-12-21 2004-03-30 Battelle Memorial Institute Carbon nanotube-containing catalysts, methods of making, and reactions catalyzed over nanotube catalysts
CA2470025C (en) 2001-12-21 2012-02-21 Battelle Memorial Institute Carbon nanotube-containing structures, methods of making, and processes using same
US20030194362A1 (en) * 2002-04-12 2003-10-16 Rogers Stephen P. Chemical reactor and fuel processor utilizing ceramic technology
DE10218278B4 (de) * 2002-04-19 2005-12-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikroreaktor
US7402719B2 (en) * 2002-06-13 2008-07-22 Velocys Catalytic oxidative dehydrogenation, and microchannel reactors for catalytic oxidative dehydrogenation
US7128769B2 (en) 2002-06-27 2006-10-31 Idatech, Llc Methanol steam reforming catalysts, steam reformers, and fuel cell systems incorporating the same
US7027887B2 (en) 2002-07-03 2006-04-11 Theries, Llc Apparatus, systems and methods for use in three-dimensional printing
US9192929B2 (en) 2002-08-15 2015-11-24 Velocys, Inc. Integrated combustion reactor and methods of conducting simultaneous endothermic and exothermic reactions
US7014835B2 (en) 2002-08-15 2006-03-21 Velocys, Inc. Multi-stream microchannel device
US7250151B2 (en) * 2002-08-15 2007-07-31 Velocys Methods of conducting simultaneous endothermic and exothermic reactions
US6622519B1 (en) 2002-08-15 2003-09-23 Velocys, Inc. Process for cooling a product in a heat exchanger employing microchannels for the flow of refrigerant and product
US7404936B2 (en) * 2002-10-22 2008-07-29 Velocys Catalysts, in microchannel apparatus, and reactions using same
EP1415706B1 (en) * 2002-10-29 2017-07-12 Corning Incorporated Coated microstructure and method of manufacture
US6652627B1 (en) 2002-10-30 2003-11-25 Velocys, Inc. Process for separating a fluid component from a fluid mixture using microchannel process technology
TW200422289A (en) 2003-02-18 2004-11-01 Bp Chem Int Ltd Auto thermal cracking reactor
NO321668B1 (no) * 2003-04-11 2006-06-19 Norsk Hydro As Enhet for a fordele to fluider inn og ut av kanalene i en monolittisk struktur samt fremgangsmate og utstyr for a overfore masse og/eller varme mellom to fluider
US7294734B2 (en) 2003-05-02 2007-11-13 Velocys, Inc. Process for converting a hydrocarbon to an oxygenate or a nitrile
US7208136B2 (en) * 2003-05-16 2007-04-24 Battelle Memorial Institute Alcohol steam reforming catalysts and methods of alcohol steam reforming
CA2520597A1 (en) 2003-05-16 2004-12-02 Battelle Memorial Institute Rapid start fuel reforming systems and techniques
JP4611989B2 (ja) 2003-05-16 2011-01-12 ヴェロシス，インク． マイクロチャネルプロセス技術を用いてエマルジョンを作製するプロセス
US7220390B2 (en) * 2003-05-16 2007-05-22 Velocys, Inc. Microchannel with internal fin support for catalyst or sorption medium
US8580211B2 (en) 2003-05-16 2013-11-12 Velocys, Inc. Microchannel with internal fin support for catalyst or sorption medium
US7485671B2 (en) 2003-05-16 2009-02-03 Velocys, Inc. Process for forming an emulsion using microchannel process technology
US20050207953A1 (en) * 2003-07-22 2005-09-22 The Regents Of The University Of California High aspect ratio chemical microreactor
US20050203195A1 (en) * 2003-08-05 2005-09-15 Yong Wang Tailored Fischer-Tropsch synthesis product distribution
US8066955B2 (en) * 2003-10-17 2011-11-29 James M. Pinchot Processing apparatus fabrication
EP1547675A1 (en) * 2003-12-24 2005-06-29 Corning Incorporated Coated microstructures and methods of coating same
US7029647B2 (en) 2004-01-27 2006-04-18 Velocys, Inc. Process for producing hydrogen peroxide using microchannel technology
US9023900B2 (en) 2004-01-28 2015-05-05 Velocys, Inc. Fischer-Tropsch synthesis using microchannel technology and novel catalyst and microchannel reactor
US7084180B2 (en) 2004-01-28 2006-08-01 Velocys, Inc. Fischer-tropsch synthesis using microchannel technology and novel catalyst and microchannel reactor
US8747805B2 (en) 2004-02-11 2014-06-10 Velocys, Inc. Process for conducting an equilibrium limited chemical reaction using microchannel technology
US7520917B2 (en) * 2004-02-18 2009-04-21 Battelle Memorial Institute Devices with extended area structures for mass transfer processing of fluids
KR101280200B1 (ko) * 2004-02-19 2013-06-28 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 탄화수소 개질 촉매, 이런 개질 촉매를 이용한 수소의 제조방법 및 연료 전지 시스템
US8378163B2 (en) 2004-03-23 2013-02-19 Velocys Corp. Catalysts having catalytic material applied directly to thermally-grown alumina and catalytic methods using same, improved methods of oxidative dehydrogenation
EP1742868A2 (en) 2004-04-27 2007-01-17 Velocys, Inc. Hydrogen peroxide production in microchannel reactors
WO2006019658A2 (en) 2004-07-23 2006-02-23 Velocys Inc. Distillation process using microchannel technology
US7305850B2 (en) 2004-07-23 2007-12-11 Velocys, Inc. Distillation process using microchannel technology
EP1786797B1 (en) 2004-08-12 2014-11-26 Velocys, Inc. Process for converting ethylene to ethylene oxide using microchannel process technology
EP1804964A1 (en) 2004-10-01 2007-07-11 Velocys Inc. Multiphase mixing process using microchannel process technology
DE102004050506A1 (de) * 2004-10-15 2006-04-20 Degussa Ag Verfahren zur Herstellung von Olefinoxiden und Peroxiden, Reaktor und dessen Verwendung
CA2586971C (en) 2004-11-12 2013-07-23 Velocys Inc. Process using microchannel technology for conducting alkylation or acylation reaction
WO2006055609A1 (en) 2004-11-16 2006-05-26 Velocys Inc. Multiphase reaction process using microchannel technology
EP1846717A2 (en) * 2005-01-12 2007-10-24 Chart Heat Exchangers Limited Partnership Removable heat exchanger inserts
WO2006127889A2 (en) 2005-05-25 2006-11-30 Velocys Inc. Support for use in microchannel processing
JP5551871B2 (ja) 2005-07-08 2014-07-16 ヴェロシス，インク． マイクロチャネル技術を用いる触媒反応プロセス
JP2007091513A (ja) * 2005-09-28 2007-04-12 Toshiba Corp 水素発生装置及び燃料電池システム
US7459589B2 (en) * 2005-12-22 2008-12-02 Shell Oil Company Process for the preparation of an alkylene glycol
US20070203350A1 (en) * 2005-12-22 2007-08-30 Bolk Jeroen W Method Of Installing An Epoxidation Catalyst In A Reactor, A Method Of Preparing An Epoxidation Catalyst, An Epoxidation Catalyst, A Process For The Preparation Of An Olefin Oxide Or A Chemical Derivable From An Olefin Oxide, And A Reactor Suitable For Such A Process
US7704908B2 (en) 2005-12-22 2010-04-27 Shell Oil Company Method for reusing rhenium from a donor spent epoxidation catalyst
US7750170B2 (en) * 2005-12-22 2010-07-06 Shell Oil Company Process for mixing an oxidant having explosive potential with a hydrocarbon
US20070197801A1 (en) * 2005-12-22 2007-08-23 Bolk Jeroen W Method of installing an epoxidation catalyst in a reactor, a method of preparing an epoxidation catalyst, an epoxidation catalyst, a process for the preparation of an olefin oxide or a chemical derivable from an olefin oxide, and a reactor suitables for such a process
US20070213545A1 (en) * 2005-12-22 2007-09-13 Bolk Jeroen W Method Of Installing An Epoxidation Catalyst In A Reactor, A Method Of Preparing An Epoxidation Catalyst, An Epoxidation Catalyst, A Process For The Preparation Of An Olefin Oxide Or A Chemical Derivable From An Olefin Oxide, And A Reactor Suitable For Such A Process
US20070203349A1 (en) * 2005-12-22 2007-08-30 Bolk Jeroen W Method Of Installing An Epoxidation Catalyst In A Reactor, A Method Of Preparing An Epoxidation Catalyst, An Epoxidation Catalyst, A Process For The Preparation Of An Olefin Oxide Or A Chemical Derivable From An Olefin Oxide, And A Reactor Suitable For Such A Process
NL2000388C2 (nl) * 2005-12-22 2007-10-24 Shell Int Research Werkwijze ter bereiding van een olefineoxide of een chemisch product dat van een olefineoxide kan worden afgeleid.
US20070197808A1 (en) * 2005-12-22 2007-08-23 Bolk Jeroen W Method Of Installing An Epoxidation Catalyst In A Reactor, A Method Of Preparing An Epoxidation Catalyst, An Epoxidation Catalyst, A Process For The Preparation Of An Olefin Oxide Or A Chemical Derivable From An Olefin Oxide, And A Reactor Suitable For Such A Process
CN101321690B (zh) * 2006-04-05 2012-03-14 花王株式会社 反应器
US7569511B2 (en) * 2006-05-05 2009-08-04 Basf Catalysts Llc Catalyst composition for alcohol steam reforming
US7999144B2 (en) 2006-09-01 2011-08-16 Velocys Microchannel apparatus and methods of conducting catalyzed oxidative dehydrogenation
US8497308B2 (en) 2006-09-05 2013-07-30 Velocys, Inc. Integrated microchannel synthesis and separation
US7820725B2 (en) 2006-09-05 2010-10-26 Velocys, Inc. Integrated microchannel synthesis and separation
US20080154051A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 Jeroen Willem Bolk Method of installing an epoxidation catalyst in a reactor, a method of preparing an epoxidation catalyst, an epoxidation catalyst, a process for the preparation of an olefin oxide or a chemical derivable from an olefin oxide, and a reactor suitable for such a process
WO2008079309A1 (en) * 2006-12-21 2008-07-03 Ceramatec, Inc. Catalytic microchannel reformer
US20100098599A1 (en) * 2007-01-22 2010-04-22 John Carlton Mankins Radiant energy thermochemical processing system
US8563075B2 (en) * 2007-04-04 2013-10-22 GM Global Technology Operations LLC Removal of non-conductive hydrophilic coatings from lands of fuel cell bipolar plates
DE102007020888A1 (de) 2007-05-04 2008-11-06 Micro Systems Engineering Gmbh & Co. Kg Keramisches Substratmaterial, Verfahren zur Herstellung und Verwendung desselben sowie Antenne oder Antennenarray
FI20085400A0 (fi) * 2007-11-09 2008-04-30 Upm Kymmene Oyj Menetelmä jäteveden integroidulle käsittelylle
US8555672B2 (en) * 2009-10-22 2013-10-15 Battelle Energy Alliance, Llc Complete liquefaction methods and apparatus
US9574713B2 (en) 2007-09-13 2017-02-21 Battelle Energy Alliance, Llc Vaporization chambers and associated methods
US9254448B2 (en) 2007-09-13 2016-02-09 Battelle Energy Alliance, Llc Sublimation systems and associated methods
US8061413B2 (en) 2007-09-13 2011-11-22 Battelle Energy Alliance, Llc Heat exchangers comprising at least one porous member positioned within a casing
US8899074B2 (en) 2009-10-22 2014-12-02 Battelle Energy Alliance, Llc Methods of natural gas liquefaction and natural gas liquefaction plants utilizing multiple and varying gas streams
US9217603B2 (en) 2007-09-13 2015-12-22 Battelle Energy Alliance, Llc Heat exchanger and related methods
US8119554B2 (en) * 2007-10-08 2012-02-21 Basf Se Use of shaped bodies having catalytic properties as reactor internals
DE102007049172A1 (de) 2007-10-13 2009-04-16 Micro Systems Engineering Gmbh & Co. Kg Mikroreaktor und Verfahren zur Herstellung eines solchen sowie Verfahren zur Herstellung eines Substrats für einen Mikroreaktor
DE102008043352A1 (de) 2008-10-31 2010-05-06 Micro Systems Engineering Gmbh Keramisches Substratmaterial, Verfahren zur Herstellung und Verwendung desselben sowie Antenne oder Antennenarray
AU2010240925B2 (en) * 2009-04-22 2013-05-23 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for the preparation of hydrogen and carbon monoxide containing gas
EP2260937A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-15 DSM IP Assets B.V. Device for processing and conditioning of material transported through the device
KR101769308B1 (ko) * 2009-12-28 2017-08-31 재단법인 포항산업과학연구원 열전달능이 우수한 연료개질기
GB201000160D0 (en) * 2010-01-07 2010-02-24 Gas2 Ltd Apparatus for adiabatic methane conversion
KR101197255B1 (ko) 2010-08-11 2012-11-05 (주)오선텍 개질기용 반응유닛
KR101260573B1 (ko) 2010-08-30 2013-05-06 연세대학교 산학협력단 필터가 내장된 막 반응기
US8703060B2 (en) * 2011-07-04 2014-04-22 Institute Of Nuclear Energy Research, Atomic Energy Council Apparatus for testing catalyst
US9950305B2 (en) 2011-07-26 2018-04-24 Battelle Memorial Institute Solar thermochemical processing system and method
WO2013070692A1 (en) 2011-11-07 2013-05-16 Battelle Memorial Institute Processes for delivery of viscous drug therapies
US10655911B2 (en) 2012-06-20 2020-05-19 Battelle Energy Alliance, Llc Natural gas liquefaction employing independent refrigerant path
GB201214122D0 (en) 2012-08-07 2012-09-19 Oxford Catalysts Ltd Treating of catalyst support
WO2014045570A1 (ja) * 2012-09-18 2014-03-27 独立行政法人科学技術振興機構 ＰｄＲｕ固溶体型合金微粒子を用いた触媒
EP2905260A4 (en) * 2012-10-08 2016-08-24 Santoku Corp PROCESS FOR PRODUCING COMPOSITE OXIDE AND COMPOSITE OXIDE CATALYST
EP2915779B1 (en) * 2012-10-31 2019-11-06 Korea Institute Of Machinery & Materials Integrated carbon dioxide conversion system for connecting oxy-fuel combustion and catalytic conversion process
RU2535826C2 (ru) * 2012-12-04 2014-12-20 Открытое акционерное общество "Тольяттиазот" Способ получения синтез-газа путем паровой конверсии углеводородов
JPWO2014208444A1 (ja) * 2013-06-26 2017-02-23 株式会社Ihi 触媒構造体、リアクタ、および、触媒構造体の製造方法
TW201615849A (zh) * 2014-09-09 2016-05-01 Univ Kyoto 合金微粒子與其製造方法、合金微粒子群以及觸媒及其製造方法
GB2554618B (en) 2015-06-12 2021-11-10 Velocys Inc Synthesis gas conversion process
JP6728781B2 (ja) 2016-03-03 2020-07-22 株式会社Ihi 反応装置
DE102017207513A1 (de) * 2017-05-04 2018-11-08 Hamm Ag Befestigungsvorrichtung für Schläuche
US11358111B2 (en) 2019-03-20 2022-06-14 Battelle Memorial Institute, Pacific Northwest National Laboratories Reactor assemblies and methods of performing reactions
IL311845A (en) * 2021-10-20 2024-05-01 Dimensional Energy Inc Heterogeneous catalytic reactors

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2056612C3 (de) 1970-11-18 1979-09-13 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Verfahren zur Herstellung von Methanol
CA1137962A (en) * 1980-05-20 1982-12-21 Martin Moskovits Heterogeneous catalyst and process for its manufacture
JPS58174237A (ja) 1982-04-02 1983-10-13 Nissan Motor Co Ltd メタノ−ル改質用触媒
US4597947A (en) * 1983-06-30 1986-07-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Mass transfer and material separation microchannel plate apparatus
JPS6082137A (ja) 1983-10-14 1985-05-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd メタノ−ル改質用触媒
DE3340569A1 (de) * 1983-11-09 1985-05-23 Sued Chemie Ag Katalysator zur herstellung von synthesegas bzw. von wasserstoff und verfahren zu dessen herstellung
JPS60227834A (ja) 1984-04-26 1985-11-13 Jgc Corp ルテニウム触媒の製造方法
DE3435319A1 (de) * 1984-09-26 1986-04-03 Michael 4150 Krefeld Laumen Katalytischer dampferzeuger
US4869944A (en) 1987-02-12 1989-09-26 Ngk Insulators, Ltd. Cordierite honeycomb-structural body and a method for producing the same
DK156701C (da) * 1987-08-27 1990-01-29 Haldor Topsoe As Fremgangsmaade til gennemfoerelse af heterogene katalytiske kemiske reaktioner
JPH075396B2 (ja) * 1988-03-02 1995-01-25 株式会社イナックス アルミナ質粒子結合型多孔体及びその製造方法
US5440872A (en) * 1988-11-18 1995-08-15 Pfefferle; William C. Catalytic method
JPH0380937A (ja) 1989-08-25 1991-04-05 Tonen Corp 炭化水素の水蒸気改質触媒及びその製造方法
NL8902250A (nl) * 1989-09-08 1991-04-02 Veg Gasinstituut Nv Werkwijze voor het uitvoeren van een chemische reactie en daarbij te gebruiken reactor.
US5364711A (en) * 1992-04-01 1994-11-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell
NZ264970A (en) 1993-11-29 1997-02-24 Shell Int Research Hydrocarbon oxidation; catalytic partial oxidation of hydrocarbon feedstock, preparation of carbon monoxide/hydrogen mixture, details regarding catalyst arrangement
US6040266A (en) 1994-02-22 2000-03-21 Ultramet Foam catalyst support for exhaust purification
GB9405715D0 (en) * 1994-03-23 1994-05-11 Res Inst Medicine Chem Chemical compounds
JP3599370B2 (ja) * 1994-05-23 2004-12-08 日本碍子株式会社 水素製造装置
US5811062A (en) * 1994-07-29 1998-09-22 Battelle Memorial Institute Microcomponent chemical process sheet architecture
DZ1918A1 (fr) 1994-08-02 2002-02-17 Shell Internaional Res Mij B V Procédé d'oxydation catalytique partielle d'hydrocarbures.
DE19654361A1 (de) 1996-12-24 1998-06-25 Behr Gmbh & Co Reaktor in Stapelbauweise
JP3129670B2 (ja) 1997-02-28 2001-01-31 三菱電機株式会社 燃料改質装置
US6200536B1 (en) * 1997-06-26 2001-03-13 Battelle Memorial Institute Active microchannel heat exchanger
US6036927A (en) * 1997-07-22 2000-03-14 Eastman Kodak Company Micro-ceramic chemical plant having catalytic reaction chamber
US6217732B1 (en) * 1997-09-23 2001-04-17 Abb Business Services Inc. Coated products
US6254807B1 (en) 1998-01-12 2001-07-03 Regents Of The University Of Minnesota Control of H2 and CO produced in partial oxidation process
US6616909B1 (en) 1998-07-27 2003-09-09 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions
US6479428B1 (en) 1998-07-27 2002-11-12 Battelle Memorial Institute Long life hydrocarbon conversion catalyst and method of making
US6540975B2 (en) * 1998-07-27 2003-04-01 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions
US6440895B1 (en) 1998-07-27 2002-08-27 Battelle Memorial Institute Catalyst, method of making, and reactions using the catalyst
US6143943A (en) * 1998-09-08 2000-11-07 Uop Llc Process using plate exchanger with high thermal density heat transfer fluid and simultaneous reaction
US6265451B1 (en) * 1999-09-21 2001-07-24 Hydrocarbon Technologies, Inc. Skeletal iron catalyst and its preparation for Fischer-Tropsch synthesis processes
US6749814B1 (en) * 1999-03-03 2004-06-15 Symyx Technologies, Inc. Chemical processing microsystems comprising parallel flow microreactors and methods for using same
US6192596B1 (en) * 1999-03-08 2001-02-27 Battelle Memorial Institute Active microchannel fluid processing unit and method of making
EP1063011B1 (de) 1999-05-22 2001-12-12 OMG AG & Co. KG Verwendung eines Katalysators für die Dampfreformierung von Methanol
FR2795057B1 (fr) 1999-06-17 2001-08-17 Seroux Aymar De Installation pour le stockage escamotable de conteneurs
US6488838B1 (en) * 1999-08-17 2002-12-03 Battelle Memorial Institute Chemical reactor and method for gas phase reactant catalytic reactions
US6451864B1 (en) * 1999-08-17 2002-09-17 Battelle Memorial Institute Catalyst structure and method of Fischer-Tropsch synthesis
EP1206316B1 (en) * 1999-08-17 2005-06-29 Battelle Memorial Institute Chemical reactor and method for catalytic gas phase reactions
DE60032782T2 (de) * 1999-10-15 2007-11-08 Abb Lummus Global Inc. Umwandlung von stickstoffoxiden mittels eines in der form eines maschennetzwerks ausgebildeten katalysators
US6932951B1 (en) * 1999-10-29 2005-08-23 Massachusetts Institute Of Technology Microfabricated chemical reactor
US6543022B1 (en) * 1999-11-24 2003-04-01 Intel Corporation Method and apparatus to encode digital signals
JP3759406B2 (ja) 1999-12-15 2006-03-22 日産自動車株式会社 メタノール改質触媒、メタノール改質装置及びメタノール改質方法
JP3743995B2 (ja) 1999-12-15 2006-02-08 日産自動車株式会社 メタノール改質触媒
US6436363B1 (en) 2000-08-31 2002-08-20 Engelhard Corporation Process for generating hydrogen-rich gas
US6652830B2 (en) * 2001-02-16 2003-11-25 Battelle Memorial Institute Catalysts reactors and methods of producing hydrogen via the water-gas shift reaction
US6960235B2 (en) * 2001-12-05 2005-11-01 The Regents Of The University Of California Chemical microreactor and method thereof
US6969505B2 (en) * 2002-08-15 2005-11-29 Velocys, Inc. Process for conducting an equilibrium limited chemical reaction in a single stage process channel
US7220390B2 (en) * 2003-05-16 2007-05-22 Velocys, Inc. Microchannel with internal fin support for catalyst or sorption medium

Also Published As

Publication number Publication date
ATE298623T1 (de) 2005-07-15
MX267940B (es) 2009-07-03
NO326281B1 (no) 2008-11-03
US6936237B2 (en) 2005-08-30
NO20020587L (no) 2002-04-10
WO2001012312A3 (en) 2001-07-12
AU779487B2 (en) 2005-01-27
EP1206316B1 (en) 2005-06-29
BR0013342B1 (pt) 2011-05-03
DE60021086T2 (de) 2006-05-04
US7288231B2 (en) 2007-10-30
KR20020026581A (ko) 2002-04-10
US20010026782A1 (en) 2001-10-04
CA2381154C (en) 2009-02-03
AU6789100A (en) 2001-03-13
DE60021086D1 (de) 2005-08-04
EP1206316A2 (en) 2002-05-22
CA2381154A1 (en) 2001-02-22
NO20020587D0 (no) 2002-02-06
BR0013342A (pt) 2002-06-11
KR100716461B1 (ko) 2007-05-10
WO2001012312A2 (en) 2001-02-22
US20040105812A1 (en) 2004-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1206316B1 (en) Chemical reactor and method for catalytic gas phase reactions
EP1568412B1 (en) A method for hyrodcarbon steam reforming
US6616909B1 (en) Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions
CA2657485C (en) Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions
AU2002314372B2 (en) Catalytic reactor
CA2795630C (en) Integrated reactors, methods of making same, and methods of conducting simultaneous exothermic and endothermic reactions
WO2003033133A1 (en) Catalytic reactor
AU2005201074B2 (en) A Chemical reactor and method for gas phase reactant catalytic reactions
ZA200306075B (en) Integrated reactors, methods of making same, and methods of conducting simultaneous exothermic and endothermic reactions.
de la Osa et al. The Development of Millistructured Reactors for High Temperature and Short Time Contact

Legal Events

Date Code Title Description
FG Grant or registration