来源：Fraunhofer-Gesellschaft

摘要：在固定床反应器和储热系统中，化工行业消耗了数百万吨作为催化载体或吸附剂的包装材料。研究人员开发出了一种将填充颗粒封装在金属中的方法，使其热导率提高5倍。

 

化工行业使用大量的包装材料。为防止毫米级颗粒磨损，Fraunhofer IKTS将其封装在金属中，从而使其热导率提高5倍。图片来源：© Fraunhofer IKTS

在固定床反应器和储热系统中，化工行业消耗了数百万吨作为催化载体或吸附剂的包装材料。Fraunhofer研究人员开发出了一种将填充颗粒封装在金属中的方法，使其热导率提高5倍。

随机包装材料在许多化学反应器和储热系统中得到应用，作为催化载体或吸附剂。在工业生产化学原料过程中，每年使用数百万吨的这种功能材料。为了确保这些过程获得预期的结果，包装材料必须具有良好的导热。这并不是一直都很容易达到，因为毫米级颗粒间的间隙阻碍了热流在整个填料床内的传导优化。所以，化工企业需要为反应器建立特殊的导热结构。“费时费力。”德国德累斯顿（Dresden）Fraunhofer陶瓷技术与系统IKTS研究所（the Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS）研究员Jörg Adler如是说。与位于开姆尼茨（Chemnitz）的Fraunhofer机械工具和成型技术IWU研究所（the FraunhoferInstitute for Machine Tools and Forming Technology IWU）和斯图加特（Stuttgart）的界面工程与生物技术IGB研究所（Interfacial Engineering and Biotechnology IGB）同事一起，Adler开发出了一个概念，可5倍增加包装材料传热能力。他们的概念包括将填充颗粒封装在金属圆柱体中。金属封装颗粒之间的接触点形成一个金属框架，使得整个填料床内的热传导更快更有效。

5倍的效率（Five times more efficient）

科学家已在实验室进行了测试，采用一个由8升的金属铝填料床内封装沸石颗粒所组成的储热系统，证明了这种效率增加是可以实现的。Adler列举了具有的优势：”填料床加热速度更快。明显减少加载和卸载储热介质的时间。这使其可提高化学反应效率，从而提高产品质量。“研究人员预计，如果采用热导率更高的金属（如铜）可能会获得更好的结果。实验室测试所使用的包装材料颗粒为5毫米，封装用的铝层厚度为0.25毫米。科学家采用一种特别的工艺来生产，可更加容易扩大生产规模。包装材料被倒入又长又薄的金属管中，压实以防止其溢出，接着将金属管切成圆柱状颗粒，其长度仅为数毫米。

“化工行业使用大量的包装材料，理想情况下，这些包装材料预计将在反应器中维持多年。有一个问题就是，在运输和使用过程中，会因颗粒相互摩擦而受到粉末磨损。而将它们封装在金属中就不会产生这样的磨损了，从而使包装材料的寿命更长。”Adler如是说。

对含水量饱和的沸石颗粒进行加热，使颗粒干燥并吸收热量。当颗粒被水化，吸收的热量释放出来。这种物理效应使其适用于储热系统。也是在这个应用中，Adler说，“这个过程的效率取决于沸石材料的热导率。通常需要安装特别复杂的换热器，这非常昂贵，且减少了实际的热储存量。金属封装包装材料可能是一项有价值的改进。在实验室中，我们已经显著缩短了热存储周期。”

现在，研究人员在实验室中已经证明了封装技术的可行性和功能，他们希望继续下一步——工业应用。“我们需要进一步优化材料和制造工艺，收集数据以确定更高热导率的金属封装效果扣除额外增加的费用以后到底能够达到什么样的程度。”

化工行业使用大量的包装材料作为催化载体和吸附剂。催化剂是指加速化学反应但本身不进行化学反应的物质。吸附剂去除并储存化学反应中的特定物质。包装材料除了用于优化化学反应以外，在现代储热系统中也扮演着重要的作用。填料床反应器中，气体或液体穿过材料，并在微小颗粒表面引发化学反应。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮