[发明专利]微通道中的原位混合

说明书

本申请是国际申请号为PCT/US2004/042206，国际申请日为2004年12月16日的PCT国际申请进入中国国家阶段后的申请，申请号为200480041671.7，发明名称为“微通道中的原位混合”的发明专利申请的分案申请。

相关申请

根据35U.S.C.sect.(e)，本申请要求2003年12月18日提交的美国专利临时申请第60/531,006号的优先权，该申请的内容被参考结合于本文。

技术领域

本发明涉及在微通道中的混合。

背景技术

一种流体混合到另一种流体中对各种化学过程都是极其重要的。因为它的重要性，很久以来人们付出很大的努力来提高混合质量和速度。对需要爆炸性反应物组合的过程，安全性是另一个极为重要的考虑因素。美国专利第6,471,937号中揭示了混合两种流体的一个例子。在该专利中，Anderson等描述了以高速率(较好大于300m/s)和短接触时间(较好小于0.5毫秒)混合第一反应物与第二反应物，然后将该混合物通入包含固体催化剂的反应室。Anderson等提供了混合甲烷与氧的例子。虽然这些例子允许估算第一反应物的动量通量，但是没有提供对第二反应物的注射方法的细节(如，孔的数量和尺寸)。因此，由这些例子不能计算出第二反应物的动量通量，不能推断出良好混合的最佳动量通量的比值范围。在另一个例子中，Hamada等在美国专利第5,609,834中描述了通过多孔板将燃料混入一种氧化剂并混入燃烧室，在燃烧室内，燃料和氧燃烧产生热量，所产生的热量被用来驱动在相邻反应室内的吸热反应。

近年来，一直在设计内部具有极小尺寸(即，微通道尺寸)的反应器和其它化学处理设备，以利用可以在微通道设备中达到的很短的质量传递和热量传递距离的优点。微通道的另一个优点是微通道的尺寸可以小于一种爆炸混合物的淬灭直径，因此，其安全性明显高于常规的设备。在微通道设备中混合流体的某些例子由Tonkovich等在WO 01/12312中描述。在另一个例子中，参见WO 02/064248 A2，Tonkovich等描述了在独立的平行物流中流动的反应物并在T-接头中合并这些物流，然后立刻通入微通道设备的反应室中。

尽管许多年来做出这些和其它的努力，但仍需要快速和更有效的混合技术，尤其是在微通道设备中的新的混合技术。

发明内容

第一方面，本发明提供一种在微通道装置中进行反应的方法，该方法包括：使第一流体在微通道中流动，并使第二流体流经至少一个孔进入该微通道，与第一流体混合。所述微通道包含沉积在微通道的至少一部分上的固体催化剂。微通道由一个或多个微通道壁限定，在微通道的壁中有至少一个孔。至少一个孔设置在微通道中不含催化剂的部分。

本发明还提供一种微通道反应系统，该系统包括：包含第一流体的微通道；其中的微通道包含沉积在微通道的至少一部分上的固体催化剂；微通道由一个或多个微通道壁限定，在微通道的壁中有至少一个孔；至少一个孔设置在微通道中不含催化剂的混合部分，其中第二流体流动通过至少一个孔并且在混合部分基本上没有发生反应。

另一方面，本发明提供一种使用微通道装置进行反应的方法，该方法包括：使第一流体在微通道中流动；微通道由一个或多个微通道壁限定，在微通道的壁中有至少一个孔；微通道的第一部分由第一水力直径限定，第二部分由大于第一部分的水力直径的第二水力直径限定；第一部分设置在第二部分的上游；至少一个孔设置在第二部分的上游；使第二反应物流动通过至少一个孔进入微通道。

在又一方面，本发明提供一种在微通道中混合流体的方法，该方法包括：使第一流体通过一个具有至少两个孔的微通道；使第二流体通过这至少两个孔。第二流体以在10-400范围内，较好在40-200内的动量通量比值流入第一流体。

在另一方面，本发明提供一种在微通道中混合流体的方法，该方法包括：使第一流体沿第一方向流动通过微通道，使第二流体沿第二方向流动通过第一通道。第二方向相对于第一方向成45°－135°的角。微通道由至少一个通道壁限定，通道壁上有至少一个孔。第一通道的一部分与微通道相邻。在第一通道与微通道相邻的位点，第二流体的一部分流经至少一个孔并与第一流体混合。第三流体沿第三方向流经第二通道。第三方向相对于第一方向成45°-135°的角。第二通道的一部分与微通道相邻。在这一方面，通道享有共用的壁。