專利名稱：用于優(yōu)化和控制高放熱和高吸熱反應/過程的微纖維介質的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種填充的容器，它能夠用于進行利用精細溫度控制的高放熱或高吸熱化學反應或過程。本發(fā)明涉及用填充的容器進行本文所述反應和過程的方法。
背景技術：
諸如費-托、從合成氣生成甲醇、乙烯氧化、馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐、甲醛、丙烯腈、丙烯酸、1，2-二氯乙烷、氯乙烯、空氣壓縮、濃酸稀釋、蒸氣冷凝等的放熱反應和過程為強放熱性。諸如蒸汽甲烷重整和蒸發(fā)等的吸熱反應和過程為強吸熱性。為了改進產(chǎn)物選擇性、催化劑壽命和操作安全性，需要來/往反應區(qū)域的有效傳熱。公知的反應器，管-殼結構中的多管反應器，已用于高放熱或高吸熱反應。對管-殼熱交換器也是類似的，如歐洲專利號0，308，034中所示。它由其中填充催化劑顆粒的許多細管(通常小于2英寸)組成。這些管由冷卻流體圍繞，冷卻流體通過類似熱交換器的反應器的殼側。由于細管的高面積/體積比，能夠達到有效熱交換。然而，此設計面臨嚴重的按比例放大問題。在較大比例，需要更多細管。增大的部件數(shù)使此類反應器的制造非常困難和昂貴，尤其在大規(guī)模。有一些反應器設計允許加熱或冷卻通過管側的流體，并且在殼和管之間的空間內(nèi)填充催化劑顆粒。這些設計能夠簡單解決多管反應器的按比例放大問題，然而，以熱交換效率為代價。在此設計系列中，已用不同類型的管的幾何形狀來提高熱交換效率，如以前的專利GB 2，204，055、US 4，224，983、US 5，080，872所示，為了更好的熱交換性能，也選擇不同的流向。這些反應器設計，無論它們看來多么不同，共有一個共同的結構特征反應區(qū)域和熱交換區(qū)域由管壁分離。因此，可將這些反應器分類為具有外部熱交換的反應器。為了改善床內(nèi)熱交換，已開發(fā)了幾種新的催化劑/反應器結構設計。第一種方法是洗涂的單塊催化劑結構，包括金屬蜂窩結構(US 3,849,076; 4, 101,287; 4, 300,956;6，869，578)、金屬單塊擠出結構(US 6,881,703; 7，608，344)和金屬微通道反應器(US7,084, 180; 7，226，574; 7，294，734)。這種方法在單塊結構的內(nèi)壁上洗涂催化劑薄層。由熱導材料(主要是金屬或金屬合金)制成的這些結構來/往反應區(qū)域快速傳熱。一些催化劑結構具有允許在其外表面上傳熱的厚通道壁。例如，通過擠出銅粉，然后通過在還原環(huán)境下燒結或退火來形成結構而制造催化劑結構(US 7，608，344)。銅形成提供很高熱導率(例如，200W/K-m)的連續(xù)相，所述熱導率等于本體銅熱導率和銅體積分數(shù)的乘積(G.Groppi和E. Tronconi) 0銅蜂窩結構將熱量從通道壁內(nèi)洗涂的催化劑以有效方式傳到外蜂窩表面。其它單塊或通道結構(US 3,849,076; 4, 101, 287; 4, 300,956; 6,869,578，7，084，180; 7，226，574; 7，294，734)具有薄通道壁和小通道尺寸(通常幾毫米或更小)。在這些情況下，一些通道具有熱流體和冷流體通過相互相鄰或交叉的不同通道，這些通道用薄壁分離流體并傳熱。此設計使傳熱距離(阻力)最小化，并以反應器復雜性和可靠性為代價提供優(yōu)良的傳熱性能?？偠灾?，洗涂的單塊結構通過減小傳熱阻力和增加熱交換面積而顯著改善傳熱。然而，這種洗涂的單塊方法由于洗涂的性質而只允許催化劑薄膜負載在反應器通道內(nèi)。典型的催化劑體積負載遠小于3體積％;具有小通道尺寸(例如，小于Imm)的一些單塊結構能夠達到3-8體積％的催化劑負載。另外，傳質只通過徑向分子擴散發(fā)生，這遠慢于在體積氣體擴散占優(yōu)勢的典型填充床中的傳質。有限的催化劑負載和低傳質速率導致慢反應動力學。 另一種方法為了快速傳熱使用具有夾帶的催化劑的金屬微纖維介質。此類介質首先在1992由Tatarchuk開發(fā)(US. 5，080，963、5，096，663)。該介質具有良好的電導率，并開發(fā)成為超級電容器和燃料電池的電極材料。由于相似性，材料的熱導率應可預測。自1994年以來，該介質已經(jīng)過修飾用于催化方法(US 5，102, 745,5, 304, 330,6231792,7, 501, 012)和吸附方法。在2001年，為了快速傳熱提出了一種具有平行于流向的折疊微纖維介質片的新反應器設計。由于平行流型，這種設計也有慢徑向分子擴散限制的問題。另外，多孔介質只占可忽略量的反應器體積。考慮此微纖維介質中催化劑的低體積分數(shù)，反應器中的總催化劑負載極低。折疊結構只有幾個邊緣與用于傳熱的反應器壁接觸。這意味著有效熱交換面積很受限制。這些缺點使該設計與單塊方法相比競爭力小得多。發(fā)明概述
一種由微米尺寸高傳導性纖維制成的微纖維介質是具有增強的床內(nèi)傳熱特征的通用催化劑載體，所述介質能夠在內(nèi)部夾帶各種催化劑材料，并形成微纖維夾帶的催化劑。吸附劑或電催化劑能夠代替催化劑夾帶在微纖維介質內(nèi)。由于使用由銅、銀、鋁、鎳等制成的高傳導性微米尺寸金屬纖維和改進的壁接觸，微纖維夾帶的催化劑顯示與傳統(tǒng)填充床相比高達超過45倍的熱導率和高達超過10倍的傳熱系數(shù)。由于微纖維介質夾帶細催化劑顆粒，微纖維夾帶的催化劑在比傳統(tǒng)填充床低得多的催化劑負載顯示類似反應速率。通過改變活性夾帶的催化劑，微纖維介質能夠應用于不同的高放熱和高吸熱反應/過程，和利用精細溫度控制或均勻溫度分布的反應/過程。附圖
簡述
圖I說明根據(jù)一些實施方案的微纖維介質和微纖維夾帶的催化劑的相片。圖2說明根據(jù)一些實施方案的微纖維介質組合件的實例的圖解。圖3說明根據(jù)一些實施方案的效率因數(shù)對催化劑顆粒半徑的曲線圖。圖4說明根據(jù)一些實施方案在不同的金屬纖維體積分數(shù)對由不銹鋼制成的微纖維介質測量的熱導率的曲線圖。圖5說明根據(jù)一些實施方案用金屬微纖維夾帶的催化劑檢驗熱導率提高的試驗設備的圖解。圖6說明根據(jù)一些實施方案用微纖維夾帶的催化劑提高熱導率的瞬時性能的曲線圖。圖7說明根據(jù)一些實施方案在瞬時試驗中的測量的有效熱導率的曲線圖。圖8說明根據(jù)一些實施方案在穩(wěn)態(tài)試驗測量有效熱導率的曲線圖。優(yōu)選實施方案詳細說明
本發(fā)明集中在提高床內(nèi)熱交換效率，并保持高催化劑、吸附劑或電催化劑負載。在一些方面，將催化劑、吸附劑和電催化劑全部統(tǒng)稱為熱促進劑。雖然在本文中一般描述催化劑， 但在一些實施方案中在催化劑之外或代替催化劑使用吸附劑和/或電催化劑。本發(fā)明利用高熱導率的微米尺寸纖維制成的微纖維介質來傳熱。介質在物理壓縮下插入反應區(qū)域。由于壓縮及其柔韌性，介質充分接觸反應器內(nèi)壁，并將整個反應器內(nèi)壁用于熱交換。更重要的是，在放熱反應的情況下，其中夾帶催化材料的高傳導性金屬制成的金屬微纖維網(wǎng)絡提供從催化劑顆粒向反應器壁傳熱的快速通道。流體垂直或接近垂直地通過微纖維介質。此流向能夠由于體積擴散得到加速的傳熱和傳質。因此，此催化劑結構能夠提供提高的傳質速率、高活性催化劑負載、大熱交換面積和低傳熱阻力。可將本發(fā)明稱為具有優(yōu)化的床內(nèi)熱交換的反應器。為了最終的熱交換性能，本發(fā)明能夠與具有外部熱交換的反應器組合。在本發(fā)明中，在微纖維網(wǎng)絡內(nèi)夾帶的催化劑顆粒上進行高放熱或高吸熱反應，或者在金屬纖維的表面上進行反應。微纖維夾帶的催化劑負載在用于高放熱和高吸熱反應的反應器中。微纖維夾帶的催化劑為柔性，它們能夠匹配反應器的形狀，并與金屬反應器壁非常充分地接觸。另外，金屬纖維一般由高熱導金屬制成，例如銀、鋅、銅、鋁和其它金屬。因此，金屬纖維作為橋將從發(fā)生反應的催化劑顆粒產(chǎn)生的熱傳遞到冷反應器壁用于高放熱反應，并將熱量從熱反應器壁傳遞到催化劑顆粒或金屬纖維用于高吸熱反應。本發(fā)明也可用于需要精細溫度控制或均勻溫度分布的過程。由于使用高傳導性金屬，微纖維介質具有接近等溫線的溫度分布，如以下實施例中所示。本發(fā)明能夠與具有改進的外部熱交換的目前的反應器一起用于最佳的熱交換性能。微纖維夾帶的催化劑可負載在管側或殼側。如果在管側，微纖維夾帶的催化劑介質就能夠以盤、棒或另一種形式負載在管中。由于顯著提高的熱交換率，管直徑可比在傳統(tǒng)多管反應器中的那些管直徑大得多。因此，部件數(shù)能夠顯著減少，大規(guī)模制造反應器比傳統(tǒng)多管反應器方法便宜且容易得多。類似地，金屬微纖維夾帶的催化劑也能夠以盤、粒料、棒和其它形式負載在殼側。為了保持微纖維介質之間的優(yōu)化接觸并幫助裝入反應器/從反應器卸出，發(fā)明了微纖維介質組合件。它包括承載結構(例如，板和篩)和之間的微纖維介質。承載結構將很多微小的微纖維介質件整合成容易填充或卸出的單一制品。結構保持并壓縮介質，使它均勻地分布并壓縮在反應器內(nèi)，并很好地附著到反應器壁。在一些情況下，承載的結構也幫助分散，甚至由于壓降而在整個微纖維介質床上受力。本發(fā)明的一個目的是提供來/往氣體或液體流的優(yōu)良傳熱。為了這一目的，用高傳導性金屬纖維制備微纖維夾帶的催化劑。這些纖維由具有高熱導率的金屬或金屬合金制成，例如銅、銀、鋁、鎳及其合金。對于涉及腐蝕的特別條件，使用具有較低熱導率的特殊金屬或金屬合金(例如，不銹鋼)的微米尺寸纖維。纖維體積內(nèi)容物能夠經(jīng)過適應來取得最佳傳熱性能及催化活性、微纖維結構整體性、壓降和其它特征。微纖維介質由纖維形成，這些纖維一般具有至少I微米的直徑，纖維直徑一般不超過32微米，不過可使用更小或更大的直徑。典型的纖維體積分數(shù)為f 10體積％。也可達到更高的體積分數(shù)，以促進特殊情況的傳熱?；钚源呋牧峡梢詾榇呋瘎╊w?；蛴商厥饨饘僦瞥傻奈⒗w維網(wǎng)絡或在微纖維網(wǎng)絡上的涂層。催化劑顆粒為細粒、粒料、擠出物、環(huán)、其組合或其它形式。典型的粒徑為10微米至300微米(0.3毫米)，不過也可使用更小或更大的顆粒。典型的顆粒體積分數(shù)為(T20體積％。然而，也可使用更高的顆粒體積分數(shù)。應了解，微纖維夾帶的催化劑可包含一種類型的纖維，或者可包含兩種或更多種 不同纖維，并且金屬纖維可具有單一直徑，或者可具有不同直徑。另外，纖維可用催化劑薄膜涂布，由此，除了具有在網(wǎng)眼載體的間隙中保持的催化劑纖維或顆粒外，網(wǎng)眼載體也用催化劑涂布。本發(fā)明的一個目的是提供相當于(如果不大于的話)由粒料或擠出物制成的傳統(tǒng)填充床的反應速率的反應速率。在本發(fā)明中，在金屬微纖維網(wǎng)絡中夾帶小的催化劑顆粒(1(T300微米)。這些顆粒太小，以致于不能在傳統(tǒng)填充床中填充。由于在小粒徑達到的高外表面積和最小限度的孔隙擴散，微纖維夾帶的催化劑可達到略大于傳統(tǒng)填充床的體積反應速率，如以下實施例中所示。本發(fā)明提供夾帶用于不同反應的各種催化劑的通用平臺。本發(fā)明的一個目的是提供一種微纖維承載結構，所述微纖維承載結構用于保持和夾帶對預定反應劑具有化學反應性的顆?；蚶w維材料。微纖維夾帶的催化劑能夠最初通過生產(chǎn)具有在其間隙中保持的催化劑載體的微纖維介質，隨后用適合的催化劑浸潰保持的載體來形成。或者，微纖維介質可用在微纖維網(wǎng)絡中承載或未承載的催化劑顆粒來生產(chǎn)。另外，也可如下生產(chǎn)微纖維夾帶的催化劑，其中保持在其中的顆粒為催化劑前體，隨后使該前體轉化成活性催化劑。作為另一個供選實例，可首先形成微纖維夾帶的催化劑，在形成網(wǎng)絡后，催化劑或催化劑前體插入微纖維網(wǎng)絡的間隙中。在其間隙中保持顆?；蚶w維的微纖維夾帶的催化劑優(yōu)選通過美國專利5，304，330、5，080，963、5， 102，745 或 5，096，663 和美國專利申請 20020068026 和20050169820中所述類型的程序生產(chǎn)，所述專利全部通過引用結合到本文中?？捎脗鹘y(tǒng)高速和低成本造紙設備和技術制備復合材料。在此方法中，可使多種組合物和合金中的微米尺寸直徑金屬、聚合物、玻璃、陶瓷或其它纖維在含水懸浮體(連同任選的粘合劑，如果需要)中漿化，并且可使用纖維素纖維和其它選擇的反應劑或承載顆粒，比如但不限于氧化鋁承載顆粒。然后可用濕法成網(wǎng)方法使所得混合物流延成預成形片，并干燥產(chǎn)生預成形材料片。在此制備中使用水溶性粘合劑時，干燥可足以使纖維在其接合點熔合，但在利用纖維素的那些預成形物的情況下，可用在O2流中在約500°C隨后預氧化一般約I小時以去除大多數(shù)纖維素。隨后在升高的溫度(70(T900°C，取決于纖維類型)下在H2流中燒結預成形物一般約30分鐘允許去除其余的纖維素粘合劑/成孔劑，并將選擇的承載顆粒夾帶在金屬、玻璃或陶瓷纖維的燒結物鎖定網(wǎng)絡內(nèi)。
圖I顯示用于高放熱和高吸熱反應的由銅制成的一種類型的微纖維介質。圖2描述有利于填充和卸出的微纖維介質的組合件的實例。圖3描繪用于費-托合成的在微纖維網(wǎng)絡中使用小顆粒的反應性。費-托合成(FTS)的反應由孔隙擴散控制。100-200微米尺寸的小顆粒顯示約I的效率因數(shù)。廣泛用于FTS的3/16"擠出物的效率因數(shù)為約0. 2?？紤]微纖維夾帶的催化劑的催化劑分數(shù)為約0. 15，且催化劑顆粒體積分數(shù)為約0. 6，填充床中的催化劑負載是微纖維夾帶的催化劑中的催化劑負載的4倍高。因此，微纖維夾帶的催化劑中的反應速率是典型的填充床中的I. 25倍高。類似地，如果反應受外傳質控制，由于大的外表面積和快的外傳質速率，微纖維夾帶的催化劑提供比典型的填充床更高的反應速率。這些結果表明，使用微纖維夾帶的催化劑不會損害反應速率，即使微纖維夾帶的催化劑中的活性催化劑體積負載僅為典型的填充床的1/4。這是由于使用具有高外表面積和高效率因素的小尺寸顆粒。圖4說明具有不同微纖維體積分數(shù)的幾種不銹鋼微纖維介質的測量的熱導率。結果表明，微纖維介質的熱導率等于本體不銹鋼的熱導率和不銹鋼纖維的體積分數(shù)的乘積。結果表明，含有微纖維和催化劑顆粒的微纖維夾帶的催化劑的熱導率能夠用體積加權平均 值計算。圖5說明試驗檢驗使用微纖維夾帶的催化劑的熱導率提高的試驗設備。它主要包括不銹鋼管和水浴。管具有1.4英寸內(nèi)徑，長度為8英寸。在管內(nèi)，試驗材料的固定床負載于管的中心。在固定床內(nèi)包埋數(shù)個細熱電偶。將管的兩端緊緊密封，防止水接觸試驗材料。只有N2流能夠進入管。將水浴保持在 92°C。比較由Al2O3顆粒(60-80目)制成的填充床和銅微纖維夾帶的Al2O3 (60-80目)的層在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩者的傳熱性能。填充床為2英寸長，并且具有10. 8J/K英寸床的熱容量。微纖維夾帶的催化劑含有5體積％銅纖維和20%氧化鋁。微纖維夾帶的催化劑層也為2英寸長，且其熱容量為10. 9J/K英寸床。兩個固定床具有幾乎相同的熱容量，因此，在試驗期間溫度變化的所有差異是由于其熱導率差異。也評價由銅粉末￠0-80目)和Al2O3顆粒的混合物制成的其它填充床和由Ni纖維和不銹鋼纖維制成的微纖維介質床。用此試驗設備進行兩組試驗。對瞬態(tài)評價進行第一組試驗。在試驗期間，在時間0將試管浸入水浴，每分鐘記錄由點〃1"的熱電偶讀取的溫度。填充床和微纖維床的溫度時間分布顯示于圖6中。顯然，銅微纖維夾帶的催化劑在約2分鐘內(nèi)達到90°C。然而，填充床花費大于18分鐘達到相同溫度。由于兩個床具有幾乎相同的熱容量，因此，顯著差異表明銅微纖維夾帶的催化劑具有比氧化鋁填充床高得多的熱導率。這些固定床的估計的有效熱導率顯示于圖7中。銅微纖維介質顯示 10W/K-m的熱導率，這是由顆粒制成的填充床(包括由銅粉末制成的填充床)的47倍高。由不銹鋼纖維制成的介質(它具有比銅纖維低得多的熱導率)也顯示填充床17倍高的熱導率。第二組試驗評價兩種床在穩(wěn)態(tài)的性能。在試驗期間，將負載了固定床的管浸入水浴。使18 SLPM的N2流通過反應器。由不同的熱電偶讀取的溫度在約30分鐘內(nèi)達到穩(wěn)態(tài)。然后每30分鐘記錄溫度經(jīng)2小時。在固定床的中線的溫度顯示于圖8中。顯然，氣體溫度從入口的40°C很快升高到微纖維床中心點(x/L=0. 5)接近80°C的水浴溫度。在Al2O3填充床的情況下，溫度升高僅4°C。微纖維夾帶的催化劑的溫度增加為填充床的10倍高。這表明金屬微纖維夾帶的催化劑具有高傳熱系數(shù)，以將熱量從反應器壁傳向流經(jīng)反應器的流。微纖維夾帶的催化劑的平均傳熱系數(shù)為填充床的約10倍高。這將顯著有益于高吸熱反應，其中需要將大量熱量傳入床，尤其是中心，以維持反應。微纖維夾帶的催化劑也有益于高放熱反應，其中需要從床去除大量熱量，尤其是中心，以保持反應在控制下。在不銹鋼反應器(15mm id)中，對由Co/A1203催化劑制成的填充床和夾帶了相同催化劑的微纖維介質評價費-托合成。試驗條件列于表I中。兩個床具有15. 7cc體積，并且含有2. 5g催化劑(20體積％催化劑負載)。填充床由Al2O3顆粒稀釋。中線溫度分布由多點熱電偶測量，并顯示于表2中。填充床試驗在225°C進行，并且達到0. 54的CO轉化率。為了保持相同轉化率，微纖維介質床的反應器壁溫度必須保持在235°C。填充床的中線溫度為微纖維介質床溫度的3-6倍高。微纖維介質床達到2. 1°C的最高溫度梯度。如果考慮通過熱電偶的傳熱，填充床內(nèi)的實際溫度梯度高于 測量結果。對于具有較大直徑(即2")的FTS反應器，根據(jù)保守估計，溫度梯度在填充床中高于30°C，在微纖維介質床中為10°C。在微纖維床中均勻的溫度分布對期望的產(chǎn)物提供改進的選擇性。如果容許30°C，則微纖維床就能夠為較大直徑，因此顯著減少達到相同生產(chǎn)能力所需的管數(shù)。另外，微纖維介質床只利用典型的填充床中負載的％催化劑，如之前所討論的。因此，由于較低部件數(shù)和較少催化劑負載，反應器建造成本顯著減少。表I.沿著FTS反應器的溫度分布，單程轉化率0. 54。
I填充床I銅MFEC流速 AT1 ~ 830.4 ~830. 4壁 T/°C 225 ~235轉化率 Id. 543 |o. 538表2. FTS反應器內(nèi)的溫度分布
^5 位 TEf/rT:r:,/[ f/r T-T ,,/r ,(體 I216.4226.5415 22!M1 ^22fi5 E 3222,6^!-2A 232.2 ....................................................................4..........................................228.73.7. g-^—
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為了利用微纖維介質，在期望的設備中使用微纖維介質，所述設備如用于吸附過程的容器、用于催化反應過程的容器、高效熱交換器中的組件、散熱器或相變熱調節(jié)器、電化學反應器的部件或靜態(tài)混合器。根據(jù)設備相應使用微纖維介質。對這些設備常見的是改善的熱導率和傳熱。在操作中，微纖維介質增強床內(nèi)傳熱特征。由于使用高傳導性微米尺寸金屬纖維和改進的壁接觸，微纖維夾帶的催化劑具有比傳統(tǒng)填充床高得多的熱導率和高得多的傳熱系數(shù)。由于微纖維介質夾帶細催化劑顆粒，微纖維夾帶的催化劑在比傳統(tǒng)填充床低得多的催化劑負載下具有類似反應速率。通過改變活性夾帶的催化劑，微纖維介質能夠應用于不同的高放熱和高吸熱反應/過程和利用精細溫度控制或均勻溫度分布的反應/過程。
在此描述本發(fā)明的一些實施方案。在一些實施方案中，內(nèi)部填料增加外部輸入或輸出容器。填料促進傳熱。填料促進導電。填料可延展，以促進對本身和對容器內(nèi)壁的良好內(nèi)部接觸。容器密封。容器為流通設計，或者定期打開，關閉，或者流在流速或流向上可變。容器為管形、長方形、圓錐形或者一些其它橫截面種類或形狀因數(shù)。容器用作用于吸附過程的容器。容器用作用于催化反應過程的容器。容器用作高效熱交換器中的組件。容器用作散熱器或相變熱調節(jié)器。容器為電化學反應器的部分。容器用作靜態(tài)混合器。填料包括高熱導率纖維。填料包括具有高電導率的纖維。纖維用于固定吸附劑。纖維用于固定催化劑。纖維用于固定電催化劑。纖維用于滲透相變介質。纖維在其接合點熔合，以促進傳熱或導電。選擇纖維和固定相的尺寸，以使壓降最小化。選擇纖維和固定相的尺寸，以促進高水平體積反應性。選擇纖維直徑和組成，以促進在容器內(nèi)壁的高水平傳熱。選擇纖維直徑和組成，以促進在容器內(nèi)壁高水平導電和低接觸電阻。選擇填料取向，以促進在具體方向的傳熱或導電。傳導輔助物和固定相
的體積分數(shù)可在寬范圍內(nèi)調節(jié)。纖維具有不同直徑。填料和夾帶相在空間上分級。優(yōu)化纖維和固定相的直徑、體積負載和組成，以提高單位壓降的反應和/或吸附的速率。優(yōu)化纖維和固定相的直徑、體積負載和組成，以使在指定水平的體積反應性下在反應和/或吸附容器內(nèi)的容器內(nèi)溫度梯度最小化。優(yōu)化纖維和固定相的直徑，以提高單位電阻的電化學反應速率。優(yōu)化纖維和固定相的直徑、體積負載和組成，以使在指定水平的體積反應性下的容器內(nèi)電阻最小化。與填料接觸的容器中的介質為氣體。與填料接觸的容器中的介質為液體。與填料接觸的容器中的介質為液體和氣體的雙相混合物。與填料接觸的容器中的介質經(jīng)歷相變。發(fā)生的過程放熱或吸熱。在容器中發(fā)生的過程的速率取決于溫度。在容器中發(fā)生的過程的選擇性取決于溫度。內(nèi)部填料幫助去除與吸附、解吸或穩(wěn)態(tài)催化或電化學反應相關的放熱量或吸熱量。填料幫助去熱，并減小與非穩(wěn)態(tài)多相反應相關的熱偏移，所述反應如催化劑再生、煅燒、氧化和自還原。填料內(nèi)雷諾數(shù)低，并且在非湍流的狀態(tài)內(nèi)。填料內(nèi)雷諾數(shù)高，并且在湍流的狀態(tài)內(nèi)。催化劑、吸附劑或電催化劑的體積分數(shù)高于在填充床或單塊設計的固定床反應器能達到的體積分數(shù)。反應水平和傳熱類似于流化床反應器，但沒有回混存在。固定的固體反應性相的位置不取決于重力取向或流體速度相對于顆粒曳力。選擇纖維的體積分數(shù)和直徑，以夾帶所選粒徑的固體。容器允許每次通過或每次循環(huán)具有較高水平的化學轉化率。容器允許每次通過具有較高水平的化學轉化率，在內(nèi)部填料內(nèi)可能的溫度梯度最低。填料堆疊或層疊于組裝設備上，以幫助容器的填充、卸出或維護。中間惰性機械層用于以所選的體積分數(shù)和機械載荷保持可延展填料。填料層以特定次序堆疊，以促進過程整合和過程強化。選擇層內(nèi)分布和切割模式，以促進內(nèi)部填料內(nèi)的流體接觸、混合和規(guī)定的流體移動。設備結構用于安裝不同的傳感器，如熱電偶、化學傳感器、流量傳感器、壓力傳感器和其它傳感器。傳感器的輸出用于控制過程，以提高經(jīng)濟性、安全性、環(huán)境適應性和每單位體積、質量或能量的過程生產(chǎn)量。設備在共同的集管內(nèi)包括多個容器，并且類似于“管”和殼熱交換器操作。容器不為管形，但遵照指定的形狀因數(shù)。熱量以并流方式傳輸。熱量以逆流方式傳輸。通過使各容器更大，且仍由于提高的介質傳導率而保持足夠的熱控制，可減少單個容器數(shù)(在恒定的夾帶介質體積下)。單個容器不位于共同的集管內(nèi)，而是單獨操作。由于它們可由較大體積制成，并且在固定水平的化學處理生產(chǎn)量下仍提供足夠的傳熱性質，容器數(shù)顯著減少。容器在軸向流動方向較短，因為傳熱更有效，并且溫度敏感的平衡受限的反應發(fā)生至較大和較期望的程度。催化劑、電催化劑或吸附劑的性能屬性和組成以不明顯的方式具體選擇，以利用對于過程和容器的集合網(wǎng)絡特定的增強的傳輸性質和介質內(nèi)操作溫度。在一些實施方案中，用于高放熱和高吸熱反應/過程的微纖維反應器包含用高熱導微米尺寸纖維制成的微纖維介質或由微纖維介質制成的組合件填充的反應管。流體垂直或接近垂直地通過反應器內(nèi)的微纖維介質。熱導微纖維介質將熱量從流體傳到反應器壁用于放熱反應/過程，并從反應器壁傳到流體用于吸熱反應/過程。反應管由金屬和其它熱導材料制成，所述材料可以為但不限于金屬、金屬合金、C、Si、SiC。微纖維介質包含約廣25體積％微米尺寸纖維和(T60體積％催化劑或吸附劑/吸著劑材料。微米尺寸纖維為由具有高熱導率的金屬制成的纖維。這些金屬可以為但不限于銀、銅、鋁、鎳、鐵、鈦、鉻和這些金屬的金屬合金。微米尺寸纖維為由具有高熱導率的非金屬材料制成的纖維。這些材料可以為但不限于C、Si和SiC。微米尺寸纖維的平均直徑為約f 30微米，不過也可使用具有更大直徑的纖維。催化材料為夾帶的催化劑顆粒、微米尺寸纖維上的活性涂層和/或金屬纖維本身的活性表面區(qū)域。吸附劑/吸著劑材料為夾帶的吸附劑/吸著劑顆粒、微米尺寸纖維上的活性涂層和/或金屬纖維本身。催化劑顆粒和吸附劑/吸著劑顆粒的平均直徑為 10^300微米，不過也可使用更小或更大的顆粒。催化劑顆粒和吸附劑/吸著劑顆粒為粉末、細粒、粒料、擠出物、環(huán)或其組合形式。在軸向流動方向的反應器中，微纖維介質為圓盤的堆疊的形式，在徑向流動方向的反應器中為卷的形式，以便流動方向垂直或接近垂直于微纖維夾帶的催化劑層。也可使用其它形狀，如球、繁瑣的粒料(fussy pellet)和其它復雜三維結構或其各種組合。微纖維介質的組合件包括不同形狀和承載結構中的微纖維介質。承載結構保持和壓縮微纖維介質，以附著到反應器壁，并幫助將微纖維介質裝入反應器和從反應器卸出介質，尤其在反應器長時。對于高放熱和高吸熱反應/過程和需要精細溫度控制和均勻溫度分布的反應/過程，用微纖維夾帶的催化劑填充的反應器提供改進的傳熱方式。微纖維夾帶的催化劑將熱量(產(chǎn)生或消耗的)從反應/催化劑區(qū)域傳到外壁(例如，在管式反應器中)，在此用其它傳熱流體或措施去除/加入所需的熱量，以便為高選擇性和/或高體積反應性應用保持最佳反應器溫度和溫度分布。微纖維夾帶的催化劑往/來發(fā)生吸熱/放熱反應的反應區(qū)域傳熱。放熱反應/過程包括但不限于用于烴的費-托合成、甲烷化、甲醇生成和使用一氧化碳和氫的其它醇合成、氣-液(GTL)、煤-液(CTL)過程、生物質-液(BTL)過程、烴部分氧化反應、氨合成、吸附、空氣壓縮等。吸熱反應/過程包括但不限于蒸汽重整和氨分解、反應器冷卻等。反應/過程包括均相和多相反應/過程兩者。流體可以為氣態(tài)和/或液態(tài)。在結構化催化劑材料中，催化劑或金屬纖維或兩者的體積負載跨過橫截面或其它限定坐標系而空間分級，以最佳調節(jié)相對于催化劑表面的熱量產(chǎn)生/去除的通過纖維的傳熱。其中選擇纖維硬度、介質壓縮性、纖維直徑或其它物理方式來增加纖維數(shù)的結構化催化劑接觸反應器的內(nèi)壁，從而增加臨界內(nèi)壁傳熱系數(shù)。在多相反應性結構中，催化劑由化學吸著劑或吸收劑代替，吸著劑或吸收劑也用于吸熱或放熱化學分離過程。在反應過程期間消耗或產(chǎn)生的金屬纖維夾帶的化學反應劑容納在傳導性金屬纖維基質內(nèi)，以在化學反應過程期間達到適合和期望的溫度。在通用反應器設計過程和反應器中，熱量產(chǎn)生/去除材料和反應之比相對于傳導性金屬纖維的包含和分布而平衡，以更好地優(yōu)化和改進過程的一般性能。在反應器設計過程中，優(yōu)化的目標可包括以下一項或多項最低年化操作成本、最高單程轉化率、對期望產(chǎn)物的最大選擇性、對不期望產(chǎn)物的最小選擇性、最小和/或最輕反應器、用于反應器性能本身以及其它所需分離、循環(huán)流、產(chǎn)物規(guī)格等兩者驅動的更復雜工藝流程圖的最小和最輕設備平衡(包括其它工藝裝置和裝置操作的總和)。在結構化反應性材料中，單獨反應器管數(shù)可顯著減少，因為存在傳導性纖維，可使它們直徑更大(并且仍保持適當溫度控制)。在結構化材料中，金屬纖維由其它高熱導率纖維代替，所述纖維包括多晶金剛石、石墨、金剛石涂覆的纖維、碳化硅、藍寶石和其它聚合物、無機物或復合物及其涂層。改進的化學反應過程控制的一般化方法通過一個或多個溫度傳感器或化學反應劑/產(chǎn)物組成傳感器來完成，所述傳感器嵌入反應性結構并且可用優(yōu)化的反饋過程控制以達到和實現(xiàn)不同的過程優(yōu)化目標。在一些實施方案中，對于放熱(或吸熱)反應/過程，促進從容器外部傳出(或傳A)的內(nèi)部填料包含由高熱導微米尺寸纖維制成的微纖維介質或由微纖維介質制成的組合件制成。流體垂直或接近垂直地通過容器內(nèi)的內(nèi)部填料。填料促進傳熱。填料促進導電。填料可延展，以促進對本身和對容器內(nèi)壁的良好內(nèi)部接觸。容器密封。容器為流通設計，或者定期打開，關閉，或者流在流速或流向上可變。容器為管形、長方形、圓錐形或者一 些其它橫截面種類或形狀因數(shù)。容器作為用于吸附過程的容器。容器作為用于催化反應過程的容器。容器作為高效熱交換器中的組件。容器作為散熱器或相變熱調節(jié)器。容器為電化學反應器的部分。容器作為靜態(tài)混合器。容器由金屬和其它熱導材料制成，這些材料可以為但不限于金屬、金屬合金、C、Si、SiC和其它陶瓷。微纖維介質包含約廣25體積％微米尺寸纖維和(T60體積％催化劑或吸附劑/吸著劑材料作為固定相。填料和夾帶相在空間上分級。微米尺寸纖維為由具有高熱導率的金屬制成的纖維。這些金屬可以為但不限于銀、銅、鋁、鎳、鐵、鈦、鉻和這些金屬的金屬合金。纖維由具有高熱導率的非金屬材料制成。這些材料可以為但不限于C、Si、SiC、氮化鋁和氮化硼。微米尺寸纖維為具有高電導率的纖維。微米尺寸纖維的平均直徑為約f 30微米，不過也可使用具有更大直徑的纖維。微米尺寸纖維具有不同直徑。纖維在其接合點熔合，以促進傳熱或導電。催化材料包括夾帶的催化劑顆粒、微米尺寸纖維上的活性涂層和/或金屬纖維本身的活性表面區(qū)域。吸附劑/吸著劑材料包括夾帶的吸附劑/吸著劑顆粒、微米尺寸纖維上的活性涂層和/或金屬纖維本身。催化劑顆粒和吸附劑/吸著劑顆粒的平均直徑為1(T300微米，不過也可使用更小或更大的顆粒。催化劑顆粒和吸附劑/吸著劑顆粒為粉末、細粒、粒料、擠出物、環(huán)或其組合形式。纖維用于固定吸附劑。纖維用于固定催化劑。纖維用于固定電催化劑。纖維用于滲透相變介質。纖維和微纖維介質用于通過傳導在流體和容器壁之間傳熱。纖維和微纖維介質用于促進流體和容器壁之間的傳熱。選擇纖維和固定相的尺寸，以使壓降最小化。選擇纖維和固定相的尺寸，以促進高水平體積反應性。選擇纖維直徑和組成，以促進在容器內(nèi)壁的高水平傳熱。選擇纖維直徑和組成，以促進在容器內(nèi)壁高水平導電和低接觸電阻。選擇填料取向，以促進在具體方向的傳熱或導電。傳導輔助物和固定相的體積分數(shù)可在寬范圍內(nèi)調節(jié)。優(yōu)化纖維和固定相的直徑、體積分數(shù)和組成，以提高單位壓降的反應和/或吸附的速率。優(yōu)化纖維和固定相的直徑、體積負載和組成，以使在指定水平的體積反應性下在反應和/或吸附容器內(nèi)的容器內(nèi)溫度梯度最小化。優(yōu)化纖維和固定相的直徑，以提高單位電阻的電化學反應速率。優(yōu)化纖維和固定相的直徑、體積負載和組成，以使在指定水平的體積反應性下的容器內(nèi)電阻最小化。在軸向流動方向的反應器中，微纖維介質為圓盤的堆疊的形式，在徑向流動方向的反應器中為卷的形式，以便流體流動方向垂直或接近垂直于微纖維夾帶的催化劑層。也可使用其它形狀，如球、繁瑣的粒料和其它復雜三維結構或其各種組合。內(nèi)部填料組合件包括堆疊或層疊于承載結構上的權利要求11所述的不同形狀的微纖維介質。承載結構保持和壓縮微纖維介質，以附著到反應器壁，并幫助反應器的裝入、卸出或維護，尤其在容器長時。在內(nèi)部填料組合件中，中間惰性機械層用于以所選的體積分數(shù)和機械載荷保持可延展填料。在內(nèi)部填料組合件中，填料層以特定次序堆疊，以促進過程整合和過程強化。在內(nèi)部機械填料層中，選擇層內(nèi)分布和切割模式，以促進內(nèi)部填料內(nèi)的流體接觸、混合和規(guī)定的流體移動。設備結構用于安裝不同的傳感器，如熱電偶、化學傳感器、流量傳感器、壓力傳感器和其它傳感器。傳感器的輸出用于控制過程，以提高經(jīng)濟性、安全性、環(huán)境適應性和每單位體積、質量或能量輸入的過程生產(chǎn)量。對于高放熱和高吸熱反應/過程和需要精細溫度控制和均勻溫度分布的反應/過程，用微纖維夾帶的催化劑填充的反應器提供改進的傳熱方式。微纖維夾帶的催化劑將熱量(產(chǎn)生或消耗的)從反應/催化劑區(qū)域傳到外壁(例如，在管式反應器中)，在此用其它傳熱流體或措施去除/加入所需的熱量，以便為高選擇性和/或高體積反應性應用保持最佳反應器溫度和溫度分布。微纖維夾帶的催化劑往/來發(fā)生吸熱/放熱反應的反應區(qū)域傳熱。在容器中發(fā)生的過程的速率取決 于溫度。在容器中發(fā)生的過程的選擇性取決于溫度。內(nèi)部填料幫助去除與吸附、解吸或穩(wěn)態(tài)催化或電化學反應相關的放熱量或吸熱量。填料幫助去熱，并減小與非穩(wěn)態(tài)多相反應相關的熱偏移，所述反應如催化劑再生、煅燒、氧化和自還原。放熱反應/過程包括但不限于用于烴的費-托合成、甲烷化、甲醇生成和使用一氧化碳和氫的其它醇合成、氣-液(GTL)、煤-液(CTL)過程、生物質-液(BTL)過程、烴部分氧化反應、氨合成、吸附、空氣壓縮等。吸熱反應/過程包括但不限于蒸汽重整和氨分解、反應器冷卻等。反應/過程包括均相和多相反應/過程兩者。流體可以為氣體、蒸氣、液體、等離子體、經(jīng)歷相變的相和上述相的多相混合物。在結構化催化劑材料中，催化劑或金屬纖維或兩者的體積負載跨過橫截面或其它限定坐標系而空間分級，以最佳調節(jié)相對于催化劑表面的熱量產(chǎn)生/去除的通過纖維的傳熱。其中選擇纖維硬度、介質壓縮性、纖維直徑或其它物理方式來增加纖維數(shù)的結構化催化劑接觸反應器的內(nèi)壁，從而增加臨界內(nèi)壁傳熱系數(shù)。在多相反應性結構中，催化劑由化學吸著劑或吸收劑代替，吸著劑或吸收劑也用于吸熱或放熱化學分離過程。在反應過程期間消耗或產(chǎn)生的金屬纖維夾帶的化學反應劑容納在傳導性金屬纖維基質內(nèi)，以在化學反應過程期間達到適合和期望的溫度。在通用反應器設計過程和反應器中，熱量產(chǎn)生/去除材料和反應之比相對于傳導性金屬纖維的包含和分布而平衡，以更好地優(yōu)化和改進過程的一般性能。在反應器設計過程中，優(yōu)化的目標可包括以下一項或多項最低年化操作成本、最高單程轉化率、對期望產(chǎn)物的最大選擇性、對不期望產(chǎn)物的最小選擇性、最小和/或最輕反應器、用于反應器性能本身以及其它所需分離、循環(huán)流、產(chǎn)物規(guī)格等兩者驅動的更復雜工藝流程圖的最小和最輕設備平衡(包括其它工藝裝置和裝置操作的總和)。在結構化反應性材料中，單獨反應器管數(shù)可顯著減少，因為存在傳導性纖維，可使它們直徑更大(并且仍保持適當溫度控制)。在結構化材料中，金屬纖維由其它高熱導率纖維代替，所述纖維包括多晶金剛石、石墨、金剛石涂覆的纖維、碳化硅、藍寶石和其它聚合物、無機物或復合物及其涂層。改進的化學反應過程控制的一般化方法通過一個或多個溫度傳感器或化學反應劑/產(chǎn)物組成傳感器來完成，所述傳感器嵌入反應性結構并且可用優(yōu)化的反饋過程控制以達到和實現(xiàn)不同的過程優(yōu)化目標。填料內(nèi)雷諾數(shù)低(小于20)，并且在非湍流的狀態(tài)內(nèi)。填料內(nèi)雷諾數(shù)高(大于1500)，并且在湍流的狀態(tài)內(nèi)。催化劑、吸附劑或電催化劑的體積分數(shù)高于在填充床或單塊設計的固定床反應器能達到的體積分數(shù)。反應水平和傳熱類似于流化床反應器，但沒有回混存在。固定的固體反應性相的位置不取決于重力取向或流體速度相對于顆粒曳力。選擇纖維的體積分數(shù)和直徑，以夾帶所選粒徑的固體。容器允許每次通過或每次循環(huán)具有較高水平的化學轉化率。容器允許每次通過具有較高水平的化學轉化率，在內(nèi)部填料內(nèi)可能的溫度梯度最低。填料堆疊或層疊于組裝設備上，以幫助容器的填充、卸出或維護。中間惰性機械層用于以所選的體積分數(shù)和機械載荷保持可延展填料。填料層以特定次序堆疊，以促進過程整合和過程強化。選擇層內(nèi)分布和切割模式，以促進內(nèi)部填料內(nèi)的流體接觸、混合和規(guī)定的流體移動。設備結構用于安裝不同的傳感器，如熱電偶、化學傳感器、流量傳感器、壓力傳感器和其它傳感器。傳感器的輸出用于控制過程，以提高經(jīng)濟性、安全性、環(huán)境適應性和每單位體積、質量或能量的過程生產(chǎn)量。在一些實施方案中，設備在共同的集管內(nèi)包含多個容器，并且類似于“管”和殼熱交換器操作。容器不為管形，但遵照指定的形狀因數(shù)。熱量以并流方式傳輸。熱量以逆流方式傳輸。通過使各容器更大，且仍由于提高的介質熱導率而保持足夠的熱控制，可減少單·個容器數(shù)(在恒定的夾帶介質體積下)。單個容器不位于共同的集管內(nèi)，而是單獨操作。由于它們可由較大體積制成，并且在固定水平的化學處理生產(chǎn)量下仍提供足夠的傳熱性質，容器數(shù)顯著減少。容器在軸向流動方向較短，因為傳熱更有效，并且溫度敏感的平衡受限的反應發(fā)生至較大和較期望的程度。催化劑、電催化劑或吸附劑的性能屬性和組成以不明顯的方式具體選擇，以利用對于過程和容器的集合網(wǎng)絡特定的增強的傳輸性質和介質內(nèi)操作溫度。雖然全面描述了催化劑，但吸附劑、電催化劑和/或其它化學反應性材料也可在催化劑之外或代替催化劑使用。本發(fā)明的另外目的和優(yōu)點在以下詳述中闡述，或者由以下詳述對本領域普通技術人員顯而易見。還應進一步了解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可根據(jù)本參考文獻在本發(fā)明的不同實施方案和用途中對此處具體說明和討論的特征和材料進行修改和變化。這些變化可包括但不限于用等價的方法、特征和材料代替所示或所討論的那些，和不同的部件、特征的功能或位置逆轉等。應進一步了解，本發(fā)明的不同實施方案以及不同的目前優(yōu)選的實施方案可包括目前公開的特征、要素或其等價的各種組合或配置(包括未在附圖顯示或在詳述中說明的特征的組合或其配置)。參考以下說明和附加權利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解。附圖結合到本說明書中并形成本說明書的一部分，說明本發(fā)明的實施方案，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理?，F(xiàn)已根據(jù)結合細節(jié)的具體實施方案描述了本發(fā)明，以幫助了解本發(fā)明的結構和操作的原理。本文對具體實施方案及其細節(jié)的這些引用不旨在限制附加權利要求的范圍。對本領域的技術人員顯而易見的是，在不脫離權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在選擇用于說明的實施方案中可作出其它各種修改。
權利要求
1.一種促進外部輸入或輸出容器的內(nèi)部填料，所述內(nèi)部填料包括由熱導纖維制成的微纖維介質。
2.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述纖維為高熱導性。
3.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述熱導纖維為微米尺寸。
4.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述填料可延展，以促進對容器內(nèi)壁的內(nèi)部接觸。
5.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述容器密封。
6.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述容器為流通設計，定期打開，關閉，或者流在流速或流向上可變。
7.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述容器為管形、長方形或圓錐形。
8.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述容器包括用于夾帶的吸附劑的容器。
9.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述容器包括用于夾帶的催化劑的容器。
10.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述容器用作高效熱交換器中的組件。
11.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述容器用作散熱器或相變熱調節(jié)器。
12.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述容器用作靜態(tài)混合器。
13.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述纖維包含高電導性。
14.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述纖維用于固定吸附劑。
15.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述纖維用于固定催化劑。
16.權利要求I的內(nèi)部填料，其中所述纖維用于固定電催化劑。
17.權利要求I的內(nèi)部填料，其中選擇所述填料的取向，以促進在具體方向的傳熱或導電。
18.權利要求I的內(nèi)部填料，其中傳導輔助物和固定相的體積分數(shù)在寬范圍內(nèi)調節(jié)。
19.權利要求I的內(nèi)部填料，其中填料和夾帶相在空間上分級。
20.權利要求I的內(nèi)部填料，其中纖維在其接合點熔合，以促進傳熱或導電。
21.權利要求I的內(nèi)部填料，其中與填料接觸的容器中的介質為液體、氣體、液體和氣體的雙相混合物、液體的多相或液體和氣體的多相。
22.權利要求I的內(nèi)部填料，其中與填料接觸的容器中的介質經(jīng)歷相變。
23.權利要求I的內(nèi)部填料，其中在容器中發(fā)生的過程的選擇性取決于溫度。
24.權利要求I的內(nèi)部填料，其中填料內(nèi)雷諾數(shù)低(20或更小)，并且在非湍流的狀態(tài)內(nèi)。
25.權利要求I的內(nèi)部填料，其中填料內(nèi)雷諾數(shù)高(1500或更大)，并且在湍流的狀態(tài)內(nèi)。
26.權利要求I的內(nèi)部填料，其中中間惰性機械層用于以所選的體積分數(shù)和機械載荷保持可延展填料。
27.權利要求I的內(nèi)部填料，其中填料幫助傳熱，并減小與非穩(wěn)態(tài)多相反應相關的熱偏移，所述反應包括催化劑再生、煅燒、氧化和自還原。
28.權利要求I的內(nèi)部填料，其中將填料堆疊或層疊于組裝設備上，以幫助容器的填充、卸出或維護。
29.權利要求I的內(nèi)部填料，其中內(nèi)部填料結構用于安裝一個或多個傳感器，包括熱電偶、化學傳感器、流量傳感器或壓力傳感器。
30.一種容器，所述容器含有 a.由熱導纖維制成的微纖維介質；和 b.在微纖維介質內(nèi)含有的微纖維固定的過程和化學反應促進劑，其中微纖維介質和微纖維夾帶的過程和反應促進劑增加傳熱和導電。
31.權利要求30的容器，其中所述過程和反應促進劑選自催化劑、吸附劑和化學反應性材料。
32.權利要求30的容器，其中所述纖維用于固定吸附劑。
33.權利要求30的容器，其中所述纖維用于固定催化劑。
34.權利要求30的容器，其中所述纖維為高熱導性。
35.權利要求30的容器，其中所述熱導纖維為微米尺寸。
36.權利要求30的容器，其中所述微纖維介質可延展。
37.權利要求30的容器，其中流體垂直或接近垂直通過容器內(nèi)的微纖維介質，并且熱導微纖維介質將熱從流體傳到容器壁用于放熱反應/過程，并從容器壁傳到流體用于吸熱反應/過程。
38.權利要求30的容器，其中所述容器包含由金屬、金屬合金、碳、硅和碳化硅中的至少一種制成的管。
39.權利要求30的容器，所述容器進一步包含催化劑。
40.權利要求39的容器，其中所述微纖維介質包含約1-25體積％纖維和(T60體積％催化劑。
41.權利要求39的容器，其中所述催化劑包含直徑約10-300微米的顆粒。
42.權利要求39的容器，其中所述催化劑的形式為粉末、細粒、粒料、擠出物、環(huán)或其組合。
43.權利要求39的容器，其中所述微纖維介質在軸向流動方向的容器中為圓盤的堆疊，在徑向流動方向的容器中為卷，以便流動方向垂直或接近垂直于介質的層。
44.權利要求30的容器，其中所述纖維由具有高熱導率的金屬制成。
45.權利要求44的容器，其中所述金屬選自銀、鋅、銅、鋁、鎳、鐵、鈦、鉻及其金屬合金。
46.權利要求30的容器，其中所述纖維由具有高熱導率的非金屬材料制成，所述材料選自碳、硅、碳化硅、氮化鋁和氮化硼。
47.權利要求30的容器，其中所述纖維包含約1-30微米的直徑。
48.權利要求30的容器，其中所述纖維為選自多晶金剛石、石墨、金剛石涂覆的纖維、碳化硅、藍寶石和其它聚合物、無機物、復合物及其涂層的高熱導率纖維。
49.權利要求30的容器，其中傳感器的輸出用于控制一個過程。
50.權利要求30的容器，其中容器的尺寸在橫截面上大，且仍由于在徑向提高的介質傳導性而保持足夠的熱控制。
全文摘要
一種用微米尺寸高傳導性纖維制成的微纖維介質填充的容器，所述纖維能夠(并且可用于)固定各種反應性材料，包括催化劑、吸附劑、電催化劑和其它化學反應性固體。對于一系列高吸熱或放熱化學反應、吸附、分離過程、混合操作和傳熱應用，所述容器能夠實現(xiàn)精細溫度控制和均勻溫度分布。
文檔編號B81B1/00GK102811941SQ201080060679
公開日2012年12月5日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權日2009年11月6日
發(fā)明者B.塔塔楚克, H.楊, R.卡盧里, D.卡赫拉 申請人:奧本大學