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CN114786810A - 通过电阻加热的原料气的吸热反应 - Google Patents

通过电阻加热的原料气的吸热反应 Download PDF

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CN114786810A CN202080084547.8A CN202080084547A CN114786810A CN 114786810 A CN114786810 A CN 114786810A CN 202080084547 A CN202080084547 A CN 202080084547A CN 114786810 A CN114786810 A CN 114786810A
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Abstract

布置用于催化原料气的吸热反应的结构化催化剂，所述结构化催化剂包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料，其中导电材料至少部分地是导电金属材料和陶瓷材料的均匀混合物形式的复合材料，其中宏观结构至少部分地由具有不同电阻率的两种或更多种材料组成。

Description

通过电阻加热的原料气的吸热反应
技术领域
本发明涉及用于进行原料气吸热反应的结构化催化剂，其中所述结构化催化剂包含第一导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料。
发明背景
吸热反应通常受到反应器单元内催化剂床反应区的传热效率的挑战。通过对流、传导和/或辐射加热进行的常规热传递可能很慢，并且在许多配置中通常会遇到大阻力。这一挑战可以用蒸汽重整设备中的管式重整器来说明，其实际上可以被视为以传热作为速率限制步骤的大型换热器。由于通过管壁的传热速率和管内催化剂以及由于蒸汽重整反应的吸热性质，管式重整器的管最内侧的温度略低于管外的温度。
一种在催化剂内而不是在催化剂的管套供热的方法是通过电阻加热。DE102013226126描述了一种使用理能量回收的变温甲烷重整工艺，其中甲烷通过二氧化碳重整为由一氧化碳和氢气组成的合成气。起始气体CH4和CO2被引导到由导电和催化颗粒组成的固定床反应器中，其被电加热至约1000K的温度。反应气体的转化和生成的合成气的热发生在固定床反应器中进行。
本发明的目的是提供一种用于进行原料气的吸热反应的电加热结构化催化剂和反应器系统的替代配置。
本发明的目的还是提供一种具有集成供热和催化剂的结构化催化剂和反应器系统。
本发明的另一个目的是提供一种结构化催化剂和反应器系统，用于对含有烃类化合物的原料气进行吸热反应，其中与具有外部加热反应器的系统(例如侧燃式或顶燃式蒸汽甲烷重整器(SMR))相比，总能耗降低，其为工业规模蒸汽重整提供参考。通过使用电加热，避免了燃式SMR的高温烟气，因此，在电加热反应器的重整部分需要更少的能量。
本发明的另一个目的是提供一种结构化催化剂和反应器系统，用于进行原料气(例如，含有烃类化合物的原料气)的吸热反应，其中与用于进行吸热反应的常规反应器相比，催化剂的量和反应器系统的尺寸减小。此外，本发明提供了裁剪的可能性，从而减少催化活性材料的数量，同时具有反应的受控反应前沿。
此外，本发明的一个目的是提供一种从原料气(例如，含有烃类化合物的原料气)的吸热反应中生产产物气的方法，其中从反应器系统输出的产物气具有相对高的温度和相对高的压力。特别是，如果从反应器系统输出的产物气的温度在约900℃至1100℃之间或甚至高达1300℃，并且如果从反应器系统输出的产物气的压力在约30巴至约100巴之间，则是理想的。本发明允许精确控制从反应器系统输出的产物气的温度。
本发明的一个优点是，二氧化碳和对气候有害的其他排放物的总排放量可被显著减少，特别是当反应器系统中使用的电力来自可再生能源时。
发明概述
本发明涉及布置用于催化原料气的吸热反应的结构化催化剂，所述结构化催化剂包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料，其中导电材料至少部分地是导电金属材料和陶瓷材料的均匀混合物形式的复合材料，其中宏观结构至少部分地由具有不同电阻率的两种或更多种材料组成。
本发明旨在改进包含导电材料宏观结构的类型的结构化催化剂，其中所述宏观结构负载陶瓷涂层，并且所述陶瓷涂层负载催化活性材料。
本发明基于以下发现：对于所述类型的结构化催化剂，可以使导电金属材料和陶瓷材料的均匀混合物形式的导电材料具有选定的电阻率水平，以及通过使用具有增加的电阻率的导电材料，可以增加通过材料的热通量。本发明已证实，通过应用由复合材料实现的具有更高电阻率的结构化催化剂，可以使用结构化催化剂的增加的横截面，这提供了减少所需结构化催化剂的数量的可能性。这反过来减少了所需的整料桥的数量，因此减少了构建本发明阵列所需的连接的数量。
本发明还基于这样的认识，即当使用上述复合材料形式的导电材料时，可以产生具有不同电阻率的结构化催化剂，因此在流过催化剂的原料气的方向上产生热通量。这样的设计反过来允许优化吸热反应在催化剂中发生，以实现更有效的反应。
本发明还涉及一种用于进行原料气吸热反应的反应器系统，所述反应器系统包括：
a)本发明的催化剂；
b)容纳所述催化剂的耐压壳，所述耐压壳包括用于输入所述原料气的入口和用于输出产物气的出口，其中所述入口的位置使得所述原料气在第一端进入所述催化剂且所述产物气从第二端离开所述催化剂；和
c)所述结构化催化剂和所述耐压壳之间的隔热层。
本发明还涉及根据本发明的催化剂或本发明的反应器系统的用途，其中吸热反应选自蒸汽甲烷重整、氰化氢生成、甲醇裂化、氨裂化、逆水煤气变换和脱氢。
定义
关于本发明，下面讨论的术语具有流动的含义：
术语“整料”是指具有明确表面积的连贯结构，其中“连贯”是指连续相。
术语“烧结处理”是指压实和形成固体材料块的过程，包括加热材料的至少一部分，使其成为可模塑或可扩散的，而无需将材料熔化至液化点，然后冷却材料以固化为其最终形式。
术语“热点”是指导电结构化催化剂材料的一个点，其中由于局部高电流密度将电能转移到该点，该点中的材料已变得高度加热，这大大超过了在该点附近驱动化学反应所需的能量，并且其中存在由于材料加热到接近其熔点的温度而导致材料损坏的风险。
术语材料的“电阻率”是指通过包括以下步骤的方法测量的电阻率：通过材料传递固定电流，测量所述材料上的电位差，以及根据欧姆定律与电阻率相关。或者，可以使用本领域公知的其他常规方法。
关于在整料上连接桥的术语“在第一端处”是指更靠近第一端而不是第二端的整料上的位置。关于在整料上连接桥的术语“在第二端处”是指更靠近第二端而不是第一端的整料上的位置。
术语“整料桥”是指连接两个整料的桥，其中该桥为连贯结构，其中“连贯”是指连续相。
术语“均匀混合物形式的复合材料”是指在整个任何给定混合物样品中其组分比例相同的混合物。
术语“非复合导电金属材料”是指不含陶瓷材料的导电金属材料。
术语“可模塑状态”是指材料处于可成形状态，允许材料与处于相同状态的另一种材料粘附和/或结合。
术语“电流”包括直流电和交流电。
术语“生坯”是指在进行烧结或氧化之前，例如粘合粉末形式的弱结合的可模塑材料。
术语“由多种化学元素组成”是指至少一种化学元素。
此外，术语“蒸汽重整”是指表示根据一个或多个以下反应的重整反应：
Figure BDA0003679029960000041
Figure BDA0003679029960000042
Figure BDA0003679029960000043
反应(i)和(ii)为蒸汽甲烷重整反应，而反应(iii)为干甲烷重整反应。
对于高级烃类化合物，即CnHm，其中n≥2，m≥4，方程式(i)概括为：
Figure BDA0003679029960000044
其中n≥2，m≥4。
通常，蒸汽重整伴随水煤气变换反应(v)：
Figure BDA0003679029960000045
术语“蒸汽甲烷重整”是指包括反应(i)和(ii)，术语“蒸汽重整”是指包括反应(i)、(ii)和(iv)，而术语“甲烷化”包括反应(i)的逆反应。在大多数情况下，所有这些反应(i)-(v)在反应器系统出口处处于或接近平衡。
术语“预重整”通常用于包括根据反应(iv)的高级烃类化合物的催化转化。预重整通常伴随蒸汽重整和/或甲烷化(取决于气体组成和操作条件)和水煤气变换反应。预重整通常在绝热反应器中进行，但也可能在加热的反应器中进行。
术语“氰化氢合成”是指表示以下反应：
Figure BDA0003679029960000046
Figure BDA0003679029960000051
术语“脱氢”是指表示以下反应：
Figure BDA0003679029960000052
其中R1和R2可以是烃类化合物分子中的任何适当基团，例如–H、-CH3、-CH2或-CH。
术语“甲醇裂化”是指表示以下反应：
Figure BDA0003679029960000053
Figure BDA0003679029960000054
通常，甲醇裂化反应伴随水煤气变换反应(v)。
术语“氨裂化”是指表示以下反应：
Figure BDA0003679029960000055
发明详述
本发明的复合材料的结构化催化剂
本发明进一步涉及布置用于催化原料气的吸热反应的结构化催化剂，所述结构化催化剂包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料，其中导电材料至少部分地是导电金属材料和陶瓷材料的复合材料，其中宏观结构至少部分地由具有不同电阻率的两种或更多种材料组成。
在特定实施方案中，宏观结构至少部分由一种或多种复合材料和一种或多种非复合导电金属材料组成。在特定实施方案中，宏观结构至少部分由两种复合材料和一种非复合导电金属材料组成。在特定实施方案中，宏观结构至少部分由两种或更多种复合材料组成。
所述复合材料的导电金属材料可以是任何常规催化活性金属材料。在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，金属材料是一种合金，其包含一种或多种选自Fe、Cr、Al、Co、Ni、Zr、Cu、Ti、Mn和Si的物质。
在特定实施方案中，宏观结构的材料选自包含铁和铬的合金，包含铁、铬和铝的合金，包含铁和钴的合金，以及包含铁、铝、镍和钴的合金。在特定实施方案中，宏观结构的材料是所谓的“亚力可合金”，其是一种特定类型的合金，包含铁、铝、镍和钴，以及任选的铜、钛。在特定实施方案中，宏观结构的材料是包含铁、铬和铝的FeCr合金。在特定实施方案中，宏观结构的材料是包含铁、铬和氧化铝的合金“Kanthal”。
由于其电阻特性，“Kanthal”已被证明是宏观结构材料的良好选择。
所述复合材料的陶瓷材料可以是任何常规陶瓷材料。在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，陶瓷材料是选自Al、Mg、Ce、Zr、Ca、Y和La的物质的氧化物。在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，陶瓷材料选自Al2O3、ZrO2、MgAl2O3、CaAl2O3、其任何组合以及与Y、Ti、La或Ce的氧化物混合的所述材料和组合中的任一种。在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，陶瓷材料选自Al2O3、ZrO2、MgAl2O3、CaAl2O3及其任何组合。陶瓷氧化物具有低电导率，因此具有绝缘性能。当添加到导电金属材料中时，陶瓷氧化物将增加所得复合材料的电阻率。
在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，基于宏观结构中金属材料与陶瓷材料的重量的比例在50至1、优选40至1、更优选30至2、更优选24至3且最优选19至4的范围内。
在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，结构化催化剂的形式为具有至少一个整料，其中该整料中形成有多个流动通道，用于将所述原料气从原料气进入的第一端通过整料输送至产物气离开的第二端，其中，所述整料具有从所述第一端延伸至所述第二端的纵轴。
在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，整料的宏观结构在所述纵轴的方向上由具有不同组成的两种或更多种复合材料组成，以提供不同的电阻率。在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，整料的宏观结构由至少三种复合材料、优选至少四种复合材料、更优选至少五种复合材料、更优选至少六种复合材料、更优选至少七种复合材料，且最优选至少八种复合材料组成。在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，整料的宏观结构在从第一端到第二端的方向上包括至少第一、第二和第三复合材料，其中第二复合材料与第一和第三复合材料相比具有更高的电阻率，第三复合材料与第一和第二复合材料相比具有更低的电阻率，并且第一复合材料的电阻率在第二和第三复合材料的电阻率之间。这种设计提供了一种具有不同热通量的结构化催化剂，该热通量可与通道中的化学反应相关。在整料的第一部分中具有低热通量，允许供应的热量与化学反应速率保持平衡，因为由于第一端的温度较低，因此第一端的反应速率较低。当温度随着通道中的气体向第二端行进而升高时，具有更高的热通量是一个优势，因为该区域中的化学反应速率也更高，并且可以消耗更多的反应物。在整料的第二端，再次具有低的热通量可能是一个优点，因为在该端达到了最高温度，并且如果该部分中的热通量较低，则将温度控制到期望的工作设定点会更容易。
在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，整料的宏观结构在所述纵轴的方向上由具有不同组成的一种或多种复合材料和非复合导电金属材料组成，以提供不同的电阻率。
在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，整料的宏观结构在所述纵轴的方向上由具有不同组成的两种或更多种、优选三种或多种、更优选四种或多种、更优选五种或多种，更优选六种或多种复合材料和非复合导电金属材料和非复合导电金属材料组成，以提供不同的电阻率。
优选地，整料的宏观结构在从第一端到第二端的方向上包括至少第一和第二复合材料以及非复合导电金属材料，其中第二复合材料与第一复合材料和非复合材料相比具有更高的电阻率，非复合材料与第一和第二复合材料相比具有更低的电阻率，并且第一复合材料的电阻率在第二复合材料的电阻率和非复合材料的电阻率之间。这种设计的技术优点与前面段落中所描述的相同。结构化催化剂的所述实施方案适合在本发明的阵列中使用，参见下文。在这种阵列中，整料桥导电材料优选为非复合导电金属材料，例如与宏观结构中使用的相同非复合材料。
通过改变选自以下各项的一个或多个参数，可以获得复合材料的不同电阻率：a)导电金属材料与陶瓷材料的比，b)陶瓷颗粒的尺寸，c)陶瓷颗粒的形状，以及d)陶瓷材料的类型。
在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，由两种或更多种具有不同组成的复合材料组成的整料通过包括以下步骤的方法制备：
·制备多种浆体，所述浆体包括：
·至少一种具有第一组成的第一浆体，其中第一浆体包括具有第一合金组成的金属粉末、陶瓷粉末和第一粘合剂，
·以及至少一种具有第二组成的第二浆体，其中第二浆体(10b)包括具有第二合金组成的金属粉末和第二粘合剂
·其中第一合金组成和第二合金组成均由多个化学元素组成，并且其中化学元素的选择使得，对于以高于各自合金组成的0.5重量％的量存在的每种化学元素，所述化学元素包含在第一和第二合金组成两者中，以及
ο对于以至多5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在第一合金组成和第二合金组成之间相差至多1个百分点，以及
ο对于以大于5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在第一合金组成和第二合金组成之间相差至多3个百分点，以及
·将多个浆体转移到加工设备的供应室中，
·通过迫使浆体从供应室通过加工设备的模具，从多个浆体成型出生坯，以及
·烧结或氧化生坯，以获得复合材料组件，该复合材料组件具有沿复合材料组件纵向方向的变化电阻率(ρ)、纵向方向与浆体通过模具的运动方向相对应，以及由于第一组成不同于第二组成而产生的变化电阻率(ρ)。
在本发明的结构化催化剂的特定实施方案中，催化剂是本发明的阵列。
本发明进一步涉及布置用于催化原料气的吸热反应的结构化催化剂，所述结构化催化剂包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料，其中导电材料是导电金属材料和陶瓷材料的均匀混合物形式的复合材料。
本发明的催化剂阵列
在本申请中，表述“本发明的阵列”是指“本发明的催化剂阵列”，并且两个表述可以互换使用。
本发明进一步涉及一种包含本发明的第一和第二结构化催化剂的阵列，其中：
a)第一和第二结构化催化剂的形式为分别具有第一和第二整料；
b)所述第一和第二整料各自具有在其中形成的多个流动通道，用于将所述原料气从原料气进入的第一端通过整料输送至产物气离开的第二端，其中所述第一和第二整料各自具有从所述第一端延伸至所述第二端的纵轴；
c)阵列包括至少第一和第二导体，分别与所述第一和第二整料电连接，并与电源电连接，其中所述电源的尺寸被设计为通过使电流通过所述宏观结构将所述第一和第二整料的至少一部分加热至至少500℃的温度，其中所述第一导体直接或间接地电连接到所述第一整料，且所述第二导体直接或间接地电连接到所述第二整料，并且其中所述导体在阵列上更靠近所述第一端而非所述第二端的位置进行连接，
d)所述第一和第二整料通过整料桥导电材料的整料桥电连接，
e)阵列被配置为引导电流从所述第一导体经所述第一整料流向所述第二端，然后经所述桥，然后经所述第二整料流向所述第二导体，以及
f)所述阵列已通过包含以下步骤的工艺生产：
i)以三个单独实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料，以及
ii)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将单独的实体接合在一起。
本发明的阵列以这样的方式构造，即从电源供电的电导体在最靠近结构化催化剂阵列的第一端的位置处进行连接，但是，通过整料桥(多个)的配置，仍引导电流基本上从(大多数)单独整料的一端流向相对端。该特征建立了一个温度曲线，其中温度从结构化催化剂的第一端到第二端升高。这是有利的，因为它提供了将导体连接到这种结构化催化剂较冷端的可能性，这种连接对高温敏感。此外，这是有利的，因为它允许改进由结构化催化剂促进的吸热反应的化学反应前沿的控制。
在本发明的阵列的特定实施方案中，第二导体直接连接到第二整料。在这一点上，术语“直接连接”是指不用中间元件(例如一个或多个整料)连接。导体与整料的连接可以是烧结连接或机械连接，例如通过焊接、钎焊或硬钎焊。
在本发明的阵列的特定实施方案中，第二导体间接地电连接到第二整料。在本发明的阵列的特定实施方案中，阵列还包括(i)结构化催化剂的一个或多个并列的附加中间整料和(ii)结构化催化剂的一个端部整料，其中每个附加中间整料通过整料桥导电材料的整料桥连接到至少两个并列的整料，并且其中端部整料连接到至少一个并列整料，并且其中第二导体在位于整料上更靠近所述第一端而非所述第二端的位置连接到端部整料。优选地，附加中间整料和端部整料的总数为偶数，并且第二导体连接到阵列第一端的端部整料。这种设计允许电流从每个整料的一端流向相对端。在本发明的阵列的所述特定实施方案中，优选地，阵列第二端的整料桥的导电材料是相同的材料。在本发明的阵列的所述特定实施方案中，优选地，整料桥的导电材料是相同的材料。
在本发明的特定实施方案中，其中阵列包括一个或多个中间整料，端部整料对应于特定实施方案的第二整料，其中阵列仅包括第一和第二整料。在本发明的该特定实施方案中，在阵列包括一个或多个中间整料的情况下，第二导体连接到端部整料而不是第二整料。
在本发明的阵列的特定实施方案中，附加中间整料和端部整料的总数是3至36的任何数字。
在本发明的阵列的特定实施方案中，第一和第二整料通过阵列第二端的整料桥连接，其中每个额外的中间整料通过在所述第一端和所述第二端交替的整料桥导电材料的整料桥串联连接到两个并列的整料，以便将电流从每个整料的一端引导到相对端，并且其中端部整料与一个并列整料在第二端进行连接。
在本发明的阵列的特定实施方案中，所述第一和第二整料通过阵列第二端的整料桥连接。
在本发明的阵列的特定实施方案中，第一和第二整料之间通过整料桥的电连接是连贯连接，其中在通过烧结或氧化处理将桥接合到整料的区域中，材料的结构与整料中和整料桥中相邻材料的结构相同。优选地，在所述接合区中没有明显的界面。或者，术语“连贯连接”可以定义为一致的内部连接或一致的偶联。
在本发明的阵列的特定实施方案中，整料桥延伸超过从第一和第二整料的第一端到第二端的长度的小于50％，优选40％，更优选30％，更优选20％，且最优选10％。
在本发明的阵列的特定实施方案中，所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
A)以两个或三个单独实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料，其中待连接的表面区域处于可模塑状态，
B)接触待连接的表面区域，以在接触区域中形成连续的材料相，
C)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将接触区域接合在一起。
在本发明的阵列的特定实施方案中，整料和整料桥的导电材料是相同的材料。
在本发明的阵列的特定实施方案中，整料和至少一个整料桥的导电材料中的至少一个是导电金属材料和陶瓷材料的复合材料。已经发现，与仅由导电材料组成的材料相比，使用所述复合材料可以获得增加的电阻率。电阻率的增加允许材料的加热增加。
在本发明的阵列的特定实施方案中，整料和整料桥的至少一种导电材料的电阻率为1×10E-4Ohm×m至1×10E-7Ohm×m，优选1×10E-5Ohm×m至1×10E-7Ohm×m，更优选1×10E-5Ohm×m至5×10E-6Ohm×m，且最优选5×10E-5Ohm×m至1×10E-6Ohm×m。
在本发明的阵列的特定实施方案中，整料桥材料耐热高达至少500℃、优选至少700℃、优选至少900℃、优选至少1000℃、且最优选至少1100℃的温度。
通过本发明的阵列催化的吸热反应可以是可能催化的任何吸热化学反应。在本发明的阵列的特定实施方案中，吸热反应选自蒸汽甲烷重整、氰化氢生成、甲醇裂化、氨裂化、逆水煤气变换和脱氢。
在本发明的阵列的特定实施方案中，整料具有这样的形状，即垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自多边形、正多边形、圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、梯形，并且整料可以具有相同或不同的形状。
在本发明的阵列的特定实施方案中，整料具有这样的形状，即垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自三角形、矩形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、十一边形和十二边形的正多边形。优选地，整料具有相同的形状，并且这种形状使得垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自三角形、矩形和六边形。
在本发明的阵列的特定实施方案中，整料的流动通道具有这样的形状，使得垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自多边形、正多边形、圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、梯形，并且流动通道在一个整料内和/或不同整料之间可具有相同或不同的形状。
在本发明的阵列的特定实施方案中，整料的流动通道具有这样的形状，即垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自三角形、矩形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、十一边形和十二边形的正多边形。优选地，整料的流动通道具有相同的形状，并且这种形状使得垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自三角形、矩形和六边形。
在本发明的阵列的特定实施方案中，阵列被配置为通过材料的电阻加热产生500至50000W/m2的热通量。
在本发明的阵列的特定实施方案中，阵列具有电绝缘部件，其被布置成将所述至少两个导体之间的主电流路径的长度增加到大于整料的最大尺寸的长度。在本发明的阵列的特定实施方案中，所述绝缘部件在至少一个整料中具有狭缝形式。优选地，所述狭缝具有垂直于整料的纵向方向的纵向方向。在本发明的特定实施方案中，电绝缘部件为空气或具有高电阻率的材料(例如陶瓷)的形式。优选地，整料的导电材料的电阻率与绝缘部件的电阻率之比为至少50、优选至少100、更优选至少200、更优选至少300、更优选至少400、更优选至少600、更优选至少800且最优选至少1000。
在本发明的阵列的特定实施方案中，所述阵列具有至少一个电绝缘部件，其被布置为引导电流通过所述整料，以确保对于所述整料长度的至少70％，主电流路径的电流密度矢量具有平行于所述结构化催化剂长度的非零分量值(non-zero component value)，即平行于整料的纵轴。因此，对于至少70％的结构化催化剂长度，电流密度矢量将具有与结构化催化剂长度平行的正或负分量值。因此，对于结构化催化剂长度的至少70％，例如90％或95％，即沿着结构化催化剂的z轴，主电流路径的电流密度矢量沿z轴将具有正值或负值。这意味着电流从结构化催化剂的第一端被迫流向第二端，然后再次被迫流向第一端。进入结构化催化剂第一端的气体温度和在结构化催化剂上发生的吸热蒸汽重整反应从结构化催化剂吸收热量。因此，结构化催化剂的第一端仍然比第二端冷，并且通过确保主电流路径的电流密度矢量具有平行于所述结构化催化剂长度的非零分量值，这在温度曲线大幅持续升高的情况下发生，其产生可控的反应前沿。在一个实施方案中，电流密度矢量在所述结构化催化剂长度的70％、优选80％、更优选90％、且甚至更优选95％中具有平行于所述结构化催化剂长度的非零分量值。应注意的是，术语“结构化催化剂的长度”是指表示结构化催化剂在容纳结构化催化剂的反应器单元内气流方向上的尺寸。
在本发明的阵列的特定实施方案中，支撑部件设置在并列的整料之间的空间中，其中不存在桥。支撑部件的目的是支撑阵列结构，以避免出现断裂或裂缝。在本发明的阵列的特定实施方案中，支撑部件由具有高电阻率的材料组成，例如陶瓷。优选地，整料的导电材料的电阻率与支撑部件的材料的电阻率之比为至少50、优选至少100、更优选至少200、更优选至少300、更优选至少400、更优选至少600、更优选至少800且最优选至少1000。在本发明的一个特定实施方案中，支撑部件延伸超过至少50％、优选至少60％、更优选至少70％、更优选至少80％且最优选至少90％的从未被桥占据的整料的第一端到第二端的长度。
在本发明的阵列的特定实施方案中，通过阵列的原料气通道的长度小于从第一电极通过阵列和到第二电极的电流通道的长度。
在本发明的阵列的特定实施方案中，整料桥材料是没有任何空间的材料，其中形成的最小尺寸为0.4mm或更大，优选0.6mm或更大，更优选0.8mm或更大，更优选1.0mm或更大，更优选1.2mm或更大，更优选1.4mm或更大，更优选1.6mm或更大，更优选1.8mm或更大，且最优选2.0mm或更大。
在本发明的阵列的特定实施方案中，至少一个整料由至少两个整料部分组成，该至少两个整料部分由桥节段导电材料的桥节段串联连接。在本发明的阵列的特定实施方案中，所述一个整料由至少三个整料部分，优选至少四个整料部分，更优选至少五个整料部分，更优选至少六个整料部分，更优选至少七个整料部分，且最优选至少八个整料部分组成。在本发明的阵列的特定实施方案中，所述整料部分具有不同的电阻率。在本发明的阵列的特定实施方案中，所述一个整料由至少在从第一端到第二端的方向上顺序定位的第一、第二和第三整料部分组成，其中第二整料部分与第一和第三整料部分相比具有更高的电阻率，第三整料部分与第一和第二整料部分相比具有更低的电阻率，并且第一整料部分的电阻率在第二和第三复合材料的电阻率之间。这种设计提供了从阵列的第一端到第二端的温度分布，该温度分布针对吸热反应的催化被优化。
生产阵列的方法
在本发明的阵列的特定实施方案中，所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
A)以两个或三个单独实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料，其中待连接的表面区域处于可模塑状态，
B)接触待连接的表面区域，以在接触区域中形成连续的材料相，
C)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将接触区域接合在一起。
在本发明的阵列的特定实施方案中，所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
·提供第一整料组件，其包含具有第一合金组成的金属粉末和第一可溶性粘合剂，第一组件具有第一接合面，
·提供第二整料组件，其包含具有第二合金组成的金属粉末和第二可溶性粘合剂，第二组件具有第二接合面；
·提供一种桥组件，其包含具有第三合金组成的金属粉末和第三可溶性粘合剂，所述桥组件具有两个第三接合面，在桥组件的每一端各一个；
·其中第一合金组成以及第二和第三合金组成均由多个化学元素组成，并且其中化学元素的选择使得，对于以高于各自合金组成的0.5重量％的量存在的每种化学元素，所述化学元素均包含在第一和第二和第三合金组成中，以及
-对于以至多5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在一方面的第一合金组成与另一方面的第二和第三合金组成各自之间至多相差1个百分点，以及
-对于以大于5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在一方面的第一合金组成与另一方面的第二和第三合金组成各自之间至多相差3个百分点，
·将桥组件布置在第一整料组件和第二整料组件之间，使得一个第三接合面接触第一接合面，且另一个第三接合面接触第二接合面，
·将接合面保持接触一段时间，以允许溶剂至少部分蒸发；以及
·随后，将第一、第二和第三组件一起烧结或氧化，同时保持接合面接触或尽可能靠近在一起，以实现阵列。
在上述方法的特定实施方案中，以下步骤在布置步骤之前：
通过施加溶剂至少部分溶解第一接合面和/或第二接合面。
在上述方法的特定实施方案中，第一、第二和第三组件通过粉末挤出、粉末注射成型、增材制造或流延成型制造。
在上述方法的特定实施方案中，第一、第二和第三组件的金属合金组成包含以下一种或多种：铁、铬、铝、钴、镍、锰、钼、钒、硅或其合金。
在上述方法的特定实施方案中，第一、第二和/或第三组件(多种)包括陶瓷材料。
在上述方法的特定实施方案中，包含溶解的粘合剂和金属粉末的桥组件进一步包含陶瓷粉末。
在上述方法的特定实施方案中，第一粘合剂、第二粘合剂和第三粘合剂具有类似或相同的可溶解性，例如第一、第二和第三粘合剂相同。
在上述方法的特定实施方案中，第一、第二和/或第三组件(多种)的粘合剂可被水溶解。
在上述方法的特定实施方案中，在烧结或氧化第一整料组件、第二整料组件和桥组件之间的前界面后，无法通过使用扫描电子显微镜分析来识别。
在上述方法的特定实施方案中，将多个整料组件和桥组件接合在一起。在上述方法的特定实施方案中，将多个整料组件和桥组件接合在一起，以期望的配置产生具有多个整料和桥的阵列。
带有特征的阵列用于减轻热点形成造成的不利影响
在本发明的阵列的特定实施方案中，阵列还包括用于减轻由热点形成引起的不利影响的特征，所述特征选自：
(i)设置由整料桥连接的两个整料以形成中心平面，该中心平面穿过两个整料两者的几何中心定位，并位于与阵列纵轴相同的方向上，其中第一和第二个整料在垂直于所述中心平面的方向上具有第一和第二宽度，其中所述整料桥在垂直于所述中心平面的方向上具有宽度，并且其中所述整料桥的宽度大于所述第一和第二宽度，
(ii)与桥中心点相比，整料桥在与待连接的两个整料相邻的一端或两端具有更大的横截面积，
(iii)整料之间的安全桥，其中安全桥包括具有电阻的安全桥导电材料，该电阻足够高以便在整料桥运行时抑制电流流过安全桥，其中安全桥位于阵列的第一和第二端之间的任何点；
(iv)在第一和第二整料中的至少一个上的突出部，用于分别连接第一和第二导体，其中该突出部具有突出部导电材料；
(v)整料桥材料的电阻率低于第一导电材料，
(vi)整料桥包括至少第一层和第二层，其中第一层布置为比第二层更靠近阵列的第二端，并且其中第一层的电阻率低于第二层。
如上所述，本发明的类型的结构化催化剂具有多个构造部件(点)，其中通过催化剂的电流的流动受到限制，因为电流被迫通过横截面减小的狭窄通道，例如在结构化催化剂的第二端，或从一个部分转移到另一部分，例如从一种类型的材料转移到另一种类型的材料，或穿过两个部分之间的界面。这类点有时被称为热点，存在过热的风险，进而导致结构损坏，部分或全部失去功能。如上所定义的特征(i)至(vi)各自减轻了在本发明的阵列的不同构造部件中形成热点的风险。
在具有如上所定义的缓解特征(i)的本发明的阵列的特定实施方案中，由整料桥连接的两个整料在垂直于所述纵轴的平面内具有矩形横截面，并且布置成具有平行表面，其中所述两个整料各自具有面向其他整料的前表面，平行于所述前表面的后表面和垂直于所述前表面和后表面的两个侧面，其中所述整料桥包括(A)定位在前表面的至少一部分之间的间隔部分，(B)连接到一个或多个侧面的至少一部分的一个或多个侧面部分，以及(C)连接到后表面的至少一部分且连接到至少一个侧面部分的后部分。
在本发明的阵列的一个特定实施方案中，桥具有选自以下各项的形式：L形主体、H形主体、T形主体、S形主体、8形主体、O形主体、F形主体、E形主体和I形主体、两个平行线性主体，以及在阵列纵轴方向上观看的矩形框架主体，其中所述桥在阵列纵轴方向上具有均匀尺寸。在本发明的阵列的特定实施方案中，主体的每个部分在垂直于该部分所连接的整料表面的平面内具有矩形横截面。在本发明的阵列的特定实施方案中，桥的侧面部分各自具有细长线性主体的形式，其纵轴连接两个待连接整料的侧表面，并在垂直于其纵向的方向上具有矩形横截面。在本发明的阵列的特定实施方案中，侧面部分从一个整料的后表面延伸到第二整料的后表面。在本发明的阵列的特定实施方案中，最靠近整料第一端的表面处的细长线性主体具有连接到整料侧表面的延伸部。优选地，从垂直于侧表面的方向看，延伸部具有矩形盒的形式。或者，从垂直于侧表面的方向看，延伸部具有三角形横截面的盒的形式，其中三角形从后表面向前表面倾斜。
在本发明的阵列的特定实施方案中，桥的侧面部分各自具有细长主体的形式，其纵轴连接两个待连接整料的侧表面，且从垂直于侧表面的方向看，其形式为，在最靠近整料第二端的侧面部分边缘处具有直线，且在最靠近整料第一端的侧面部分边缘处具有部分椭圆形式的曲线，其中部分椭圆形式的曲线在从整料后表面到前表面的方向上具有下降轮廓。
在具有如上所定义的缓解特征(vi)的本发明的阵列的特定实施方案中，整料桥包含位于第一层和第二层之间的一个或多个导电材料中间层，其中间层具有这样的电阻率，使得从第一层到第二层的电阻率在层与层之间处于增加水平。
在具有如上所定义的缓解特征(vi)的本发明的阵列的特定实施方案中，第一层的电阻率低于第一导电材料的电阻率，且第二层的电阻率高于第一导电材料。
吸热反应
在一个实施方案中，吸热反应是烃类化合物的脱氢。该反应根据反应(viii)进行。用于反应的催化剂材料可以是Pt/Al2O3或Pt-Sn/Al2O3。催化活性材料可以是Pt。反应器的最高温度可能在500至700℃之间。原料气的压力可为2-5巴。
在一个实施方案中，吸热反应是甲醇裂化。该反应根据反应(v)、(ix)和(x)进行。用于反应的催化剂材料可以是Ni/MgAl2O3或Cu/Zn/Al2O3。催化活性材料可以是Cu或Ni。反应器的最高温度可在200至300℃之间。原料气的压力可为2-30巴，优选为约25巴。
在一个实施方案中，吸热反应是甲醇裂化。用于反应的催化剂材料可以是CuZnO/Al2O3、Fe/Al2O3NiGa/MgAl2O4或CuZn/ZrO2。催化活性材料可为Cu、Zn、ZnO、Fe、Ga、Ni或其组合，而陶瓷涂层可为Al2O3、ZrO2、MgAl2O3、CaAl2O3或其组合，且可能与Y、Ti、La或Ce的氧化物混合。反应器的最高温度可在150至1300℃之间。原料压力可为2-200巴，优选为约25巴。在一个实施方案中，所述宏观结构由Fe CrAl合金制成，负载ZrO2和Al2O3混合物的陶瓷涂层，CuZn作为催化活性材料。在另一个实施方案中，所述宏观结构由Fe CrAl合金制成，负载ZrO2和MgAl2O4混合物的陶瓷涂层，Ni作为催化活性材料。在另一个实施方案中，所述宏观结构由Fe CrAl合金制成，负载ZrO2陶瓷涂层，Mn作为催化活性材料。
在一个实施方案中，吸热反应是烃类化合物的蒸汽重整。该反应根据反应(i)-(v)进行。用于反应的催化剂材料可以是Ni/Al2O3、Ni/MgAl2O3、Ni/CaAl2O3、Ru/MgAl2O3或Rh/MgAl2O3。催化活性材料可以是Ni、Ru、Rh、Ir或其组合。反应器的最高温度可在850至1300℃之间。原料气的压力可为15-180巴，优选为约25巴。
在一个实施方案中，吸热反应是烃类化合物的蒸汽重整。用于反应的催化剂材料可以是Ni/Al2O3、Ni/ZrO2、Ni/MgAl2O3、Ni/CaAl2O3、Ru/MgAl2O3或Rh/MgAl2O3。催化活性材料可为Ni、Ru、Rh、Ir或其组合，而陶瓷涂层可为Al2O3、ZrO2、MgAl2O3、CaAl2O3或其组合，且可能与Y、Ti、La或Ce的氧化物混合。反应器的最高温度可在850至1300℃之间。原料气的压力可为15-180巴，优选为约25巴。在一个实施方案中，所述宏观结构由Fe Cr Al合金制成，负载ZrO2和MgAl2O4混合物的陶瓷涂层，镍作为催化活性材料。
在一个实施方案中，吸热反应是氨裂化。该反应根据反应(xi)进行。用于反应的催化剂材料可以是Fe、FeCo或Ru/Al2O3。催化活性材料可以是Fe或Ru。反应器的最高温度可在400至700℃之间。原料气的压力可为2-30巴，优选为约25巴。
在一个实施方案中，吸热反应是氨裂化。用于反应的催化剂材料可以是Fe(由Fe3O4或FeO制备)、FeCo、Ru/Al2O3、Ru/ZrO2、Fe/Al2O3、FeCo/Al2O3、Ru/MgAl2O3或CoSn/Al2O3。催化活性材料可为Ru、Rh、Fe、Co、Ir、Os或其组合，而陶瓷涂层可为Al2O3、ZrO2、MgAl2O3、CaAl2O3或其组合，且可能与Y、Ti、La或Ce的氧化物混合。反应器的最高温度可在300至1300℃之间。原料气的压力可为2-180巴，优选为约25巴。在一个实施方案中，所述宏观结构由Fe CrAl合金制成，负载ZrO2和Al2O3混合物的陶瓷涂层，Ru作为催化活性材料。
在一个实施方案中，吸热反应是氰化氢合成或有机腈的合成过程。该反应根据反应(vi)和(vii)进行。反应的催化剂材料可以是Pt/Al2O3。催化活性材料可以是Pt、Co或SnCo。反应器的最高温度可在700至1200℃之间。原料气的压力可为2-30巴，优选为约5巴。
在一个实施方案中，吸热反应是氰化氢合成或有机腈的合成过程。用于反应的催化剂材料可以是Pt/Al2O3、Pt/ZrO2、Ru/Al2O3、Rh/Al2O3、Pt/MgAl2O4或CoSn/Al2O3。催化活性材料可为Pt、Ru、Rh、Ir、Co、Sn或其组合，而陶瓷涂层可为Al2O3、ZrO2、MgAl2O4、CaAl2O4或其组合，且可能与Y、Ti、La或Ce的氧化物混合。反应器的最高温度可在850至1300℃之间。原料气的压力可为2-180巴，优选为约25巴。在一个实施方案中，所述宏观结构由Fe Cr Al合金制成，负载ZrO2和Al2O3混合物的陶瓷涂层，Pt作为催化活性材料。
在一个实施方案中，吸热反应是烃类化合物的芳构化。这有利于高级烃类化合物的芳构化。
本发明的反应器
本发明还涉及一种用于进行原料气吸热反应的反应器系统，所述反应器系统包括：
a)本发明的催化剂或本发明的阵列；
b)容纳所述催化剂的耐压壳，所述耐压壳包括用于输入所述原料气的入口和用于输出产物气的出口，其中所述入口的位置使得所述原料气在第一端进入所述催化剂且所述产物气从第二端离开所述催化剂；和
c)所述结构化催化剂和所述耐压壳之间的隔热层。
本发明的催化剂的用途
本发明还涉及根据本发明的催化剂、本发明的阵列或本发明的反应器的用途，其中吸热反应选自蒸汽甲烷重整、氰化氢生成、甲醇裂化、氨裂化、逆水煤气变换和脱氢。
发明项目
1.一种布置用于催化原料气的吸热反应的结构化催化剂，所述结构化催化剂包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料，其中导电材料至少部分地是导电金属材料和陶瓷材料的均匀混合物形式的复合材料，其中宏观结构至少部分地由具有不同电阻率的两种或更多种材料组成。
2.根据项目1所述的催化剂，其中所述宏观结构至少部分由一种或多种复合材料和一种或多种非复合导电金属材料组成。
3.根据项目1-2中任一项所述的催化剂，其中所述金属材料是一种合金，其包含一种或多种选自Fe、Cr、Al、Co、Ni、Zr、Cu、Ti、Mn和Si的物质。
4.根据项目1-3中任一项所述的催化剂，其中所述陶瓷材料是选自Al、Mg、Ce、Zr、Ca、Y和La的物质的氧化物。
5.根据项目1-4中任一项所述的催化剂，其中所述基于宏观结构中金属材料与陶瓷材料的重量的比例在50至1、优选40至1、更优选30至2、更优选24至3且最优选19至4的范围内。
6.根据项目2-5中任一项所述的催化剂，其中所述结构化催化剂的形式为具有至少一个整料，其中所述整料中形成有多个流动通道，用于将所述原料气从原料气进入的第一端通过整料输送至产物气离开的第二端，其中，所述整料具有从所述第一端延伸至所述第二端的纵轴。
7.根据项目6所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在所述纵轴的方向上由具有不同组成的两种或更多种复合材料组成，以提供不同的电阻率。
8.根据项目7所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构由至少三种复合材料、优选至少四种复合材料、更优选至少五种复合材料、更优选至少六种复合材料、更优选至少七种复合材料，且最优选至少八种复合材料组成。
9.根据项目8所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在从第一端到第二端的方向上包括至少第一、第二和第三复合材料，其中第二复合材料与第一和第三复合材料相比具有更高的电阻率，第三复合材料与第一和第二复合材料相比具有更低的电阻率，并且第一复合材料的电阻率在第二和第三复合材料的电阻率之间。
10.根据项目6所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在所述纵轴的方向上由具有不同组成的一种或多种复合材料和非复合导电金属材料组成，以提供不同的电阻率。
11.根据项目10所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在从第一端到第二端的方向上包括至少第一和第二复合材料以及非复合导电金属材料，其中第二复合材料与第一复合材料和非复合材料相比具有更高的电阻率，非复合材料与第一和第二复合材料相比具有更低的电阻率，并且第一复合材料的电阻率在第二复合材料的电阻率和非复合材料的电阻率之间。
12.阵列，包括根据项目1-11中任一项所述的第一和第二结构化催化剂，其中：
a)所述第一和第二结构化催化剂的形式为分别具有第一和第二整料；
b)所述第一和第二整料各自具有在其中形成的多个流动通道，用于将所述原料气从原料气进入的第一端通过整料输送至产物气离开的第二端，其中所述第一和第二整料各自具有从所述第一端延伸至所述第二端的纵轴；
c)阵列包括至少第一和第二导体，分别与所述第一和第二整料电连接，并配置为与电源连接，其中所述电源的尺寸被设计为通过使电流通过所述宏观结构将所述第一和第二整料的至少一部分加热至至少500℃的温度，其中所述第一导体直接或间接地电连接到所述第一整料，且所述第二导体直接或间接地电连接到所述第二整料，并且其中所述导体在阵列上更靠近所述第一端而非所述第二端的位置进行连接，
d)所述第一和第二整料通过整料桥导电材料的整料桥电连接，
e)阵列被配置为引导电流从所述第一导体经所述第一整料流向所述第二端，然后经所述桥，然后经所述第二整料流向所述第二导体，以及
f)所述阵列已通过包含以下步骤的工艺生产：
i)以三个单独实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料，以及
ii)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将单独的实体接合在一起。
13.根据项目12所述的阵列，其中所述第二导体直接连接到所述第二整料。
14.根据项目13所述的阵列，其中所述第二导体间接电连接至所述第二整料。
15.根据项目14所述的阵列，其中所述阵列还包括(i)结构化催化剂的一个或多个并列的附加中间整料和(ii)结构化催化剂的一个端部整料，其中每个附加中间整料通过整料桥导电材料的整料桥连接到至少两个并列的整料，并且其中端部整料连接到至少一个并列整料，并且其中第二导体在位于整料上更靠近所述第一端而非所述第二端的位置处与端部整料连接。
16.根据项目15所述的阵列，其中所述附加中间整料和所述端部整料的总数为偶数，并且其中所述第二导体在所述阵列第一端处与所述端部整料连接。
17.根据项目16所述的阵列，其中所述第一和第二整料在所述阵列第二端处通过整料桥连接，其中每个额外的中间整料通过在所述第一端和所述第二端处交替的整料桥导电材料的整料桥串联连接到两个并列的整料，以便将电流从每个整料的一端引导到相对端，并且其中所述端部整料在第二端处与一个并列整料连接。
18.根据项目12-17中任一项所述的阵列，其中所述第一和第二整料通过所述阵列第二端的所述整料桥连接。
19.根据项目12-18中任一项所述的阵列，其中所述整料桥沿第一和第二整料的第一端到第二端的长度延伸小于50％，优选40％，更优选30％，更优选20％，且最优选10％。
20.根据项目12-19中任一项所述的阵列，其中所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
A)以三个单独实体的形式提供所述第一整料、所述第二整料或所述中间整料和所述整料桥的导电材料，其中所述待连接的表面区域处于可模塑状态，
B)在接触区域中接触所述待连接的表面区域，
C)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将接触区域接合在一起。
21.根据项目12-20中任一项所述的阵列，其中所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
·提供第一整料组件，其包含具有第一合金组成的金属粉末和第一可溶性粘合剂，第一组件具有第一接合面，
·提供第二整料组件，其包含具有第二合金组成的金属粉末和第二可溶性粘合剂，第二组件具有第二接合面；
·提供一种桥组件，其包含具有第三合金组成的金属粉末和第三可溶性粘合剂，所述桥组件具有两个第三接合面，在桥组件的每一端各一个；
·其中第一合金组成以及第二和第三合金组成均由多个化学元素组成，并且其中化学元素的选择使得，对于以高于各自合金组成的0.5重量％的量存在的每种化学元素，所述化学元素均包含在第一和第二和第三合金组成中，以及
-对于以至多5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在一方面的第一合金组成与另一方面的第二和第三合金组成各自之间至多相差1个百分点，以及
-对于以大于5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在一方面的第一合金组成与另一方面的第二和第三合金组成各自之间至多相差3个百分点，
·将桥组件布置在第一整料组件和第二整料组件之间，使得一个第三接合面接触第一接合面，且另一个第三接合面接触第二接合面，
·将接合面保持接触一段时间，以允许溶剂至少部分蒸发；以及
·随后，将第一、第二和第三组件一起烧结或氧化，同时保持接合面接触或尽可能靠近在一起，以实现阵列。
22.根据项目21所述的阵列，其中以下步骤在布置步骤之前：
·通过施加溶剂至少部分溶解第一接合面和/或第二接合面。
23.根据项目15-22中任一项所述的阵列，其中所述整料桥的导电材料为相同材料。
24.根据项目15-23中任一项所述的阵列，其中阵列第二端处的整料桥的导电材料为相同的材料。
25.根据项目12-24中任一项所述的阵列，其中整料和整料桥的导电材料是相同的材料。
26.根据项目12-25中任一项所述的阵列，其中所述整料和所述至少一个整料桥的导电材料中的至少一种是导电金属材料和陶瓷材料的复合材料。
27.根据项目12-26中任一项所述的阵列，其中所述整料和所述整料桥的至少一种导电材料的电阻率为1×10E-4Ohm×m至1×10E-7Ohm×m，优选1×10E-5Ohm×m至1×10E-7Ohm×m，更优选1×10E-5Ohm×m至5×10E-6Ohm×m，且最优选5×10E-5Ohm×m至1×10E-6Ohm×m。
28.根据项目12-27中任一项所述的阵列，其中所述整料桥材料耐热高达至少500℃、优选至少700℃、优选至少900℃、优选至少1000℃、且最优选至少1100℃的温度。
29.根据项目12-28中任一项所述的阵列，其中所述吸热反应选自蒸汽甲烷重整、氰化氢生成、甲醇裂化、氨裂化、逆水煤气变换和脱氢。
30.根据项目12-29中任一项所述的阵列，其中所述整料具有这样的形状，即垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自多边形、正多边形、圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、梯形，并且其中所述整料可以具有相同或不同的形状。
31.根据项目30所述的阵列，其中所述整料具有这样的形状，即垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自三角形、矩形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、十一边形和十二边形的正多边形。
32.根据项目12-31中任一项所述的阵列，其中所述阵列还包括用于减轻由热点形成引起的不利影响的特征，所述特征选自：
(i)设置由所述整料桥连接的两个整料以形成中心平面，所述中心平面穿过两个整料两者的几何中心定位，并位于平行于阵列的纵轴，其中所述第一和第二个整料在垂直于所述中心平面的方向上具有第一和第二宽度，其中所述整料桥在垂直于所述中心平面的方向上具有宽度，并且其中所述整料桥的宽度大于所述第一和第二宽度，
(ii)与桥中心点相比，整料桥在与待连接的两个整料相邻的一端或两端具有更大的横截面积，
(iii)整料之间的安全桥，其中安全桥包括具有电阻的安全桥导电材料，该电阻足够高以便在整料桥运行时抑制电流流过安全桥，其中安全桥位于阵列的第一和第二端之间的任何点；
(iv)在第一和第二整料中的至少一个上的突出部，用于分别连接第一和第二导体，其中该突出部具有突出部导电材料；
(v)整料桥材料的电阻率低于第一导电材料，
(vi)整料桥包括至少第一层和第二层，其中第一层布置为比第二层更靠近阵列的第二端，并且其中第一层的电阻率低于第二层。
33.根据项目32(i)所述的阵列，由所述整料桥连接的两个整料在垂直于所述纵轴的平面内具有矩形横截面，并且布置成具有平行表面，其中所述两个整料各自具有面向其他整料的前表面，平行于所述前表面的后表面和垂直于所述前表面和后表面的两个侧面，其中所述整料桥包括(A)定位在前表面的至少一部分之间的间隔部分，(B)连接到一个或多个侧面的至少一部分的一个或多个侧面部分，以及(C)连接到后表面的至少一部分且连接到至少一个侧面部分的后部分。
34.根据项目33所述的阵列，其中所述桥具有选自以下各项的形式：L形主体、H形主体、T形主体、S形主体、8形主体、O形主体、F形主体、E形主体和I形主体、两个平行线性主体，以及在阵列纵轴方向上观看的矩形框架主体，其中所述桥在阵列纵轴方向上具有均匀尺寸。
35.根据项目34所述的阵列，其中所述主体的每个部分在垂直于所述部分所连接的整料表面的平面内具有矩形横截面。
36.根据项目33所述的阵列，其中所述桥的侧面部分各自具有细长线性主体的形式，其纵轴连接两个待连接整料的侧表面，并在垂直于其纵向的方向上具有矩形横截面。
37.根据项目35或36所述的阵列，其中所述侧面部分从一个整料的后表面延伸到所述第二整料的后表面。
38.根据项目35-37中任一项所述的阵列，其中最靠近所述整料第一端的表面处的细长线性主体具有连接到所述整料侧表面的延伸部。
39.根据项目38所述的阵列，其中从垂直于所述侧表面的方向看，所述延伸部具有矩形盒的形式。
40.根据项目39所述的阵列，其中从垂直于所述侧表面的方向看，所述延伸部具有三角形横截面的盒的形式，其中所述三角形从所述后表面向所述前表面倾斜。
41.根据项目33所述的阵列，其中所述桥的侧面部分各自具有细长主体的形式，其纵轴连接两个待连接整料的侧表面，且从垂直于侧表面的方向看，其形式为，在最靠近整料第二端的侧面部分边缘处具有直线，且在最靠近整料第一端的侧面部分边缘处具有部分椭圆形式的曲线，其中部分椭圆形式的曲线在从整料后表面到前表面的方向上具有下降轮廓。
42.根据项目32(vi)所述的阵列，其中所述整料桥包含位于所述第一层和第二层之间的一个或多个导电材料中间层，其中所述中间层具有这样的电阻率，使得从所述第一层到所述第二层的电阻率在层与层之间处于增加水平。
43.根据项目32(vi)所述的阵列，其中所述第一层的电阻率低于所述第一导电材料的电阻率，并且其中所述第二层的电阻率高于所述第一导电材料。
44.根据项目12-43中任一项所述的阵列，其中所述阵列被配置为通过材料的电阻加热产生500至50000W/m2的热通量。
45.根据项目12-44中任一项所述的阵列，其中所述阵列具有电绝缘部件，其被布置成将所述至少两个导体之间的主电流路径的长度增加到大于所述整料的最大尺寸的长度。
46.根据项目12-45中任一项所述的阵列，其中所述阵列具有至少一个电绝缘部件，其被布置为引导电流通过所述整料，以确保对于所述整料长度的至少70％，主电流路径的电流密度矢量具有平行于所述结构化催化剂长度的非零分量值。
47.根据项目12-46中任一项所述的阵列，其中通过所述阵列的原料气通道的长度小于从第一电极通过阵列和到第二电极的电流通道的长度。
48.根据项目12-47中任一项所述的阵列，其中所述整料桥材料是没有任何空间的材料，其中形成的最小尺寸为0.4mm或更大，优选0.6mm或更大，更优选0.8mm或更大，更优选1.0mm或更大，更优选1.2mm或更大，更优选1.4mm或更大，更优选1.6mm或更大，更优选1.8mm或更大，且最优选2.0mm或更大。
49.根据项目12-48中任一项所述的阵列，其中所述整料的流动通道具有这样的形状，使得垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自多边形、正多边形、圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、梯形，并且其中所述流动通道在一个整料内和/或不同整料之间可具有相同或不同的形状。
50.根据项目49所述的阵列，其中所述整料的流动通道具有这样的形状，即垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自三角形、矩形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、十一边形和十二边形的正多边形。
51.一种用于进行原料气吸热反应的反应器系统，所述反应器系统包括：
a)根据项目1-11中任一项所述的催化剂或根据项目12-50中任一项所述的阵列；
b)容纳所述阵列的耐压壳，所述耐压壳包括用于输入所述原料气的入口和用于输出产物气的出口，其中所述入口的位置使得所述原料气在第一端进入所述阵列且所述产物气从第二离开所述阵列；和
c)所述结构化催化剂和所述耐压壳之间的隔热层。
52.根据项目1-11中任一项所述的催化剂或根据项目12-50中任一项所述的阵列或根据权利要求51所述的反应器系统的用途，其中所述吸热反应选自蒸汽甲烷重整、氰化氢生成、甲醇裂化、氨裂化、逆水煤气变换和脱氢。
发明要点
1.一种布置用于催化原料气的吸热反应的结构化催化剂，所述结构化催化剂包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料，其中导电材料是导电金属材料和陶瓷材料的均匀混合物形式的复合材料。
1.1.根据要点1所述的催化剂，其中所述导电材料是包含具有不同组成的不同材料的复合材料，其中一种或多种所述组成包含金属材料和陶瓷材料，以及其中所述不同材料的定位方式以在整料宏观结构的纵轴方向上提供不同的电阻率。
2.根据要点1所述的催化剂，其中所述金属材料是一种合金，其包含一种或多种选自Fe、Cr、Al、Co、Ni、Zr、Cu、Ti、Mn和Si的物质。
3.根据要点1-2中任一项所述的催化剂，其中所述陶瓷材料是选自Al、Mg、Ce、Zr、Ca、Y和La的物质的氧化物。
4.根据要点1-3中任一项所述的催化剂，其中所述基于宏观结构中金属材料与陶瓷材料的重量的比例在50至1、优选40至1、更优选30至2、更优选24至3且最优选19至4的范围内。
5.根据要点1或要点2-4中任一项所述的催化剂，其中所述结构化催化剂的形式为具有至少一个整料，其中所述整料中形成有多个流动通道，用于将所述原料气从原料气进入的第一端通过整料输送至产物气离开的第二端，其中，所述整料具有从所述第一端延伸至所述第二端的纵轴。
6.根据要点5所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在所述纵轴的方向上由具有不同组成的两种或更多种复合材料组成，以提供不同的电阻率。
6.1根据要点1-5中任一项所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构包含多于一种包含不同组成的复合材料，其中所述不同组成位于所述整料的纵轴方向上，以提供沿所述整料的纵轴变化的不同电阻率。
6.2.由多个具有不同组成的浆体制造的根据上述要点中任一项所述的整料的宏观结构可构成由每个浆体的不同材料产生的复合组件本身。在这样的实施方案中，整料的宏观结构是一种复合材料，其包含由具有不同组成的浆体产生的不同材料，其中一种或多种浆体可具有不同于另一种的组成，以及其中，不同材料的定位方式以在整料的宏观结构的纵轴方向上提供不同的电阻率。
6.3.在一个实施方案中，根据上述要点中任一项所述的整料的宏观结构可至少部分包括一种或多种合金以及至少部分包含一种或多种含陶瓷颗粒的合金，由用于制备多个浆体的不同组成产生，其中不同部分位于所述纵轴的方向上，如生产整料的方法中所述的。
7.根据要点6所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构由至少三种复合材料、优选至少四种复合材料、更优选至少五种复合材料、更优选至少六种复合材料、更优选至少七种复合材料，且最优选至少八种复合材料组成。
8.根据要点7所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在从第一端到第二端的方向上包括至少第一、第二和第三复合材料，其中第二复合材料与第一和第三复合材料相比具有更高的电阻率，第三复合材料与第一和第二复合材料相比具有更低的电阻率，并且第一复合材料的电阻率在第二和第三复合材料之间。
9.阵列，包括根据要点1-8中任一项所述的第一和第二结构化催化剂，其中：
a)所述第一和第二结构化催化剂的形式为分别具有第一和第二整料，
b)所述第一和第二整料各自具有在其中形成的多个流动通道，用于将所述原料气从原料气进入的第一端通过整料输送至产物气离开的第二端，其中所述第一和第二整料各自具有从所述第一端延伸至所述第二端的纵轴；
c)阵列包括至少第一和第二导体，分别与所述第一和第二整料电连接，并配置为与电源连接，其中所述电源的尺寸被设计为通过使电流通过所述宏观结构将所述第一和第二整料的至少一部分加热至至少500℃的温度，其中所述第一导体直接或间接地电连接到所述第一整料，且所述第二导体直接或间接地电连接到所述第二整料，并且其中所述导体在阵列上更靠近所述第一端而非所述第二端的位置进行连接，
d)所述第一和第二整料通过整料桥导电材料的整料桥电连接，
e)阵列被配置为引导电流从所述第一导体经所述第一整料流向所述第二端，然后经所述桥，然后经所述第二整料流向所述第二导体，以及
f)所述阵列已通过包含以下步骤的工艺生产：
i)以三个单独实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料，以及
ii)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将单独的实体接合在一起。
10.根据要点9所述的阵列，其中所述第二导体直接连接到所述第二整料。
11.根据要点9所述的阵列，其中所述第二导体间接电连接至所述第二整料。
12.根据要点10或11所述的阵列，其中所述阵列还包括(i)结构化催化剂的一个或多个并列的附加中间整料和(ii)结构化催化剂的一个端部整料，其中每个附加中间整料通过整料桥导电材料的整料桥连接到至少两个并列的整料，并且其中端部整料连接到至少一个并列整料，并且其中第二导体在位于整料上更靠近所述第一端而非所述第二端的位置处与端部整料连接。
13.根据项目12所述的阵列，其中所述附加中间整料和所述端部整料的总数为偶数，并且其中所述第二导体在所述阵列第一端处与所述端部整料连接。
14.根据要点13所述的阵列，其中所述第一和第二整料在所述阵列第二端处通过整料桥连接，其中每个额外的中间整料通过在所述第一端和所述第二端处交替的整料桥导电材料的整料桥串联连接到两个并列的整料，以便将电流从每个整料的一端引导到相对端，并且其中所述端部整料在第二端处与一个并列整料连接。
15.根据要点9-14中任一项所述的阵列，其中所述第一和第二整料通过所述阵列第二端的所述整料桥连接。
16.根据要点9-15中任一项所述的阵列，其中所述整料桥沿第一和第二整料的第一端到第二端的长度延伸小于50％，优选40％，更优选30％，更优选20％，且最优选10％。
17.根据要点9-16中任一项所述的阵列，其中所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
A)以三个单独实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料，其中待连接的表面区域处于可模塑状态，
B)在接触区域中接触所述待连接的表面区域，
C)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将接触区域接合在一起。
当除了阵列的第一和第二整料之外，还有一个或多个中间整料和一个端部整料时，阵列仍然可以通过上述方法产生，其中在这些情况下，三个单独的实体是并列的整料中的任意两个和它们之间的整料桥。
18.根据要点9-17中任一项所述的阵列，其中所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
·提供第一整料组件，其包含具有第一合金组成的金属粉末和第一可溶性粘合剂，第一组件具有第一接合面，
·提供第二整料组件，其包含具有第二合金组成的金属粉末和第二可溶性粘合剂，第二组件具有第二接合面；
·提供一种桥组件，其包含具有第三合金组成的金属粉末和第三可溶性粘合剂，所述桥组件具有两个第三接合面，在桥组件的每一端各一个；
·其中第一合金组成以及第二和第三合金组成均由多个化学元素组成，并且其中化学元素的选择使得，对于以高于各自合金组成的0.5重量％的量存在的每种化学元素，所述化学元素均包含在第一和第二和第三合金组成中，以及
-对于以至多5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在一方面的第一合金组成与另一方面的第二和第三合金组成各自之间至多相差1个百分点，以及
-对于以大于5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在一方面的第一合金组成与另一方面的第二和第三合金组成各自之间至多相差3个百分点，
·将桥组件布置在第一整料组件和第二整料组件之间，使得一个第三接合面接触第一接合面，且另一个第三接合面接触第二接合面，
·将接合面保持接触一段时间，以允许溶剂至少部分蒸发；以及
·随后，将第一、第二和第三组件一起烧结或氧化，同时保持接合面接触或尽可能靠近在一起，以实现阵列。
19.根据要点18所述的阵列，其中以下步骤在布置步骤之前：
·通过施加溶剂至少部分溶解第一接合面和/或第二接合面。
20.根据要点12-19中任一项所述的阵列，其中所述整料桥的导电材料为相同材料。
21.根据要点12-19中任一项所述的阵列，其中阵列第二端处的整料桥的导电材料为相同的材料。
22.根据要点9-21中任一项所述的阵列，其中整料和整料桥的导电材料是相同的材料。
23.根据要点9-22中任一项所述的阵列，其中所述整料和所述至少一个整料桥的导电材料中的至少一种是导电金属材料和陶瓷材料的复合材料。
24.根据项目9-23中任一项所述的阵列，其中所述整料和所述整料桥的至少一种导电材料的电阻率为1×10E-4Ohm×m至1×10E-7Ohm×m，优选1×10E-5Ohm×m至1×10E-7Ohm×m，更优选1×10E-5Ohm×m至5×10E-6Ohm×m，且最优选5×10E-5Ohm×m至1×10E-6Ohm×m。
25.根据要点9-24中任一项所述的阵列，其中所述整料桥材料耐热高达至少500℃、优选至少700℃、优选至少900℃、优选至少1000℃、且最优选至少1100℃的温度。
26.根据要点9-25中任一项所述的阵列，其中所述吸热反应选自蒸汽甲烷重整、氰化氢生成、甲醇裂化、氨裂化、逆水煤气变换和脱氢。
27.根据要点9-26中任一项所述的阵列，其中所述整料具有这样的形状，即垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自多边形、正多边形、圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、梯形，并且其中所述整料可以具有相同或不同的形状。
28.根据要点27所述的阵列，其中所述整料具有这样的形状，即垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自三角形、矩形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、十一边形和十二边形的正多边形。
29.根据要点9-28中任一项所述的阵列，其中所述阵列还包括用于减轻由热点形成引起的不利影响的特征，所述特征选自：
(i)设置由所述整料桥连接的两个整料以形成中心平面，所述中心平面穿过两个整料两者的几何中心定位，并位于平行于阵列的纵轴，其中所述第一和第二个整料在垂直于所述中心平面的方向上具有第一和第二宽度，其中所述整料桥在垂直于所述中心平面的方向上具有宽度，并且其中所述整料桥的宽度大于所述第一和第二宽度，
(ii)与桥中心点相比，整料桥在与待连接的两个整料相邻的一端或两端具有更大的横截面积，
(iii)整料之间的安全桥，其中安全桥包括具有电阻的安全桥导电材料，该电阻足够高以便在整料桥运行时抑制电流流过安全桥，其中安全桥位于阵列的第一和第二端之间的任何点；
(iv)在第一和第二整料中的至少一个上的突出部，用于分别连接第一和第二导体，其中该突出部具有突出部导电材料；
(v)整料桥材料的电阻率低于第一导电材料，
(vi)整料桥包括至少第一层和第二层，其中第一层布置为比第二层更靠近阵列的第二端，并且其中第一层的电阻率低于第二层。
30.根据要点29(i)所述的阵列，由所述整料桥连接的两个整料在垂直于所述纵轴的平面内具有矩形横截面，并且布置成具有平行表面，其中所述两个整料各自具有面向其他整料的前表面，平行于所述前表面的后表面和垂直于所述前表面和后表面的两个侧面，其中所述整料桥包括(A)定位在前表面的至少一部分之间的间隔部分，(B)连接到一个或多个侧面的至少一部分的一个或多个侧面部分，以及(C)连接到后表面的至少一部分且连接到至少一个侧面部分的后部分。
31.根据要点30所述的阵列，其中所述桥具有选自以下各项的形式：L形主体、H形主体、T形主体、S形主体、8形主体、O形主体、F形主体、E形主体和I形主体、两个平行线性主体，以及在阵列纵轴方向上观看的矩形框架主体，其中所述桥在阵列纵轴方向上具有均匀尺寸。
32.根据要点31所述的阵列，其中所述主体的每个部分在垂直于所述部分所连接的整料表面的平面内具有矩形横截面。
33.根据要点30所述的阵列，其中所述桥的侧面部分各自具有细长线性主体的形式，其纵轴连接两个待连接整料的侧表面，并在垂直于其纵向的方向上具有矩形横截面。
34.根据要点32或33所述的阵列，其中所述侧面部分从一个整料的后表面延伸到第二整料的后表面。
35.根据要点32-34中任一项所述的阵列，其中最靠近所述整料第一端的表面处的细长线性主体具有连接到所述整料侧表面的延伸部。
36.根据要点35所述的阵列，其中从垂直于所述侧表面的方向看，所述延伸部具有矩形盒的形式。
37.根据要点36所述的阵列，其中从垂直于所述侧表面的方向看，所述延伸部具有三角形横截面的盒的形式，其中所述三角形从所述后表面向所述前表面倾斜。
38.根据要点30所述的阵列，其中所述桥的侧面部分各自具有细长主体的形式，其纵轴连接两个待连接整料的侧表面，且从垂直于侧表面的方向看，其形式为，在最靠近整料第二端的侧面部分边缘处具有直线，且在最靠近整料第一端的侧面部分边缘处具有部分椭圆形式的曲线，其中部分椭圆形式的曲线在从整料后表面到前表面的方向上具有下降轮廓。
39.根据要点29(vi)所述的阵列，其中所述整料桥包含位于所述第一层和第二层之间的一个或多个导电材料中间层，其中所述中间层具有这样的电阻率，使得从所述第一层到所述第二层的电阻率在层与层之间处于增加水平。
40.根据要点29(vi)所述的阵列，其中所述第一层的电阻率低于所述第一导电材料的电阻率，并且其中所述第二层的电阻率高于所述第一导电材料。
41.根据要点9-40中任一项所述的阵列，其中所述阵列被配置为通过材料的电阻加热产生500至50000W/m2的热通量。
42.根据要点9-41中任一项所述的阵列，其中所述阵列具有电绝缘部件，其被布置成将所述至少两个导体之间的主电流路径的长度增加到大于所述整料的最大尺寸的长度。
43.根据要点9-42中任一项所述的阵列，其中所述阵列具有至少一个电绝缘部件，其被布置为引导电流通过所述整料，以确保对于所述整料长度的至少70％，主电流路径的电流密度矢量具有平行于所述结构化催化剂长度的非零分量值。
44.根据要点9-43中任一项所述的阵列，其中通过所述阵列的原料气通道的长度小于从第一电极通过阵列和到第二电极的电流通道的长度。
45.根据要点9-44中任一项所述的阵列，其中所述整料桥材料是没有任何空间的材料，其中形成的最小尺寸为0.4mm或更大，优选0.6mm或更大，更优选0.8mm或更大，更优选1.0mm或更大，更优选1.2mm或更大，更优选1.4mm或更大，更优选1.6mm或更大，更优选1.8mm或更大，且最优选2.0mm或更大。
46.根据要点9-45中任一项所述的阵列，其中所述整料的流动通道具有这样的形状，使得垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自多边形、正多边形、圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、梯形，并且其中所述流动通道在一个整料内和/或不同整料之间可具有相同或不同的形状。
47.根据要点46所述的阵列，其中所述整料的流动通道具有这样的形状，即垂直于所述纵轴的平面中的横截面选自三角形、矩形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、十一边形和十二边形的正多边形。
48.一种用于进行原料气吸热反应的反应器系统，所述反应器系统包括：
a)根据要点1-8中任一项所述的催化剂或根据要点9-47中任一项所述的阵列；
b)容纳所述阵列的耐压壳，所述耐压壳包括用于输入所述原料气的入口和用于输出产物气的出口，其中所述入口的位置使得所述原料气在第一端进入所述阵列且所述产物气从第二离开所述阵列；和
c)所述结构化催化剂和所述耐压壳之间的隔热层。
49.根据要点1-8中任一项所述的催化剂或根据要点9-47中任一项所述的阵列或根据要点48所述的反应器系统的用途，其中所述吸热反应选自蒸汽甲烷重整、氰化氢生成、甲醇裂化、氨裂化、逆水煤气变换和脱氢。
当返回引用前一个要点时，也意味着返回引用对应点的任何子要点。
附图的简要说明
图1显示了包括两个整料和一个整料桥的本发明的一个阵列的透视图。
图2是包括四个整料和三个整料桥的本发明的一个阵列的透视图。
图3显示了包括两个整料、一个整料桥和一个安全桥的本发明的阵列的透视图。
图4显示了包括两个整料和一个具有3层的整料桥的本发明的一个阵列的透视图。
图5显示了包括两个整料和一个H形式的整料桥的本发明的一个阵列的透视图。
图6显示了包括两个整料和一个L形式的整料桥的本发明的一个阵列的透视图。
图7显示了包括两个整料和一个T形式的整料桥的本发明的一个阵列的透视图。
图8显示了包括三个整料的本发明的一个阵列的透视图。
图9显示了本发明的一个阵列的透视图，其包括四个整料和位于阵列的第二端的整料桥，整料桥的形式为围绕所有四个整料的三个侧面的连续层的。
图10显示了本发明的一个阵列的透视图，其包括两个整料和位于阵列的第二端的整料桥，整料桥的形式为两个具有三角形延伸部的I形盒。
图11显示了本发明的一个阵列的透视图，其包括两个整料和位于阵列的第二端的整料桥，整料桥的形式为两个具有立方体延伸部的I形盒。
图12显示了本发明的一个阵列的透视图，其包括两个整料和位于阵列的第二端的整料桥，整料桥呈两个I形主体的形式，下缘呈直线，上缘呈部分椭圆形。
图13显示了本发明的一个阵列的透视图，其包括两个整料和位于阵列的第二端的整料桥，整料桥呈O-形盒的形式。
图14显示了本发明的一个阵列的透视图，其包括两个整料和位于阵列的第二端的整料桥，整料桥呈8-形盒的形式。
图15显示了根据本发明的阵列的图片(图15A、15B和15D)，以及横跨桥的材料组成的图表(图15C)。
图16显示了使用本发明的阵列在蒸汽重整实验期间测量的实验数据和工作温度。
图17显示了在结构化催化剂中与整料桥串联的整料的最佳几何结构的实例，其用以提供500kW的能量以促进在10kW/m2的大致恒定的表面通量下的吸热反应。
图18显示了材料的电阻率ρ如何作为AlO形式的陶瓷含量的函数而变化的实验数据。
附图的详细描述
图1显示了本发明的阵列10，其第一端11和第二端12包括第一整料13和第二整料14，以及连接第一和第二整料13和14的整料桥15。第一和第二整料13和14为结构化催化剂的形式，其包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料。整料桥由导电材料制成。
第一和第二整料13和14连接到连接到外部电源(未示出)的第一和第二导体(未示出)。当连接到外部电源时，第一和第二整料13和14以及整料桥15能够对其进行加热。
第一和第二整料13和14具有形成于其中的流动通道，其从阵列10的第一端11延伸至第二端12，并且适于引导原料气通过阵列10从第一端11至第二端12，以加热原料气，同时将其暴露于催化剂。整料桥15没有任何流动通道，即其由具有连续结构的材料构成。
图2显示了本发明的阵列20，其第一端21和第二端22包括第一整料23、第二整料24、中间整料25、端部整料26、第一和第二整料23和24之间的阵列的第二端22处的整料桥27、在第二整料24和中间整料25之间的阵列的第一端21处的整料桥28，以及在中间整料25和端部整料26之间的阵列的第二端22处的整料桥29。整料23、24、25和26具有形成于其中的流动通道，其从阵列20的第一端21延伸至第二端22，并且适于引导原料气通过阵列20从第一端21至第二端22。整料桥27、28和29没有任何流动通道，即其由具有均匀结构的材料构成。
图3显示了本发明的阵列40，其第一端41和第二端42包括第一整料43和第二整料44，以及连接第一和第二整料43和44的整料桥45。第一和第二整料43和44具有形成于其中的流动通道46，其从阵列40的第一端41延伸至第二端42，并且适于引导原料气通过阵列40从第一端41至第二端42。整料桥45没有任何流动通道，即其由具有均匀结构的材料构成。
阵列40还包括具有电阻率的导电材料的安全桥47，当整料桥45用于电流通过而工作时，电阻率足够高以防止或强烈减少电流通过安全桥47。然而，如果整料桥45变得不工作，例如由于损坏，则电流将通过安全桥47，以确保阵列的持续运行。
图4显示了本发明的阵列50，其第一端51和第二端52包括第一整料53和第二整料54，以及连接第一和第二整料53和54的整料桥55。第一和第二整料53和54具有形成于其中的流动通道，其从阵列50的第一端51延伸至第二端52，并且适于引导原料气通过阵列50从第一端51至第二端52。整料桥55没有任何流动通道，即其由具有均匀结构的材料构成。
整料桥55由三层导电材料组成，包括第一层56、中间层57和第二层58。第一层56的电导率高于第一和第二整料53和54的电导率。中间层57的电导率低于第一和第二整料53和54的电导率。第二层58的电导率低于中间层57的电导率。选择三层56、57和58中的电导率水平，以便使从第一整料流到第二整料的电流大致均匀地分布在三层之间。
为了有助于进一步在三层56、57和58之间获得这样均匀的电流分布，层56的厚度高于层57的厚度，且层57的厚度高于层58的厚度。
整料桥的这种配置确保整料桥中的电流密度相对低，从而降低热点的风险。
图5显示了本发明的阵列60，其第一端61和第二端62包括第一整料63和第二整料64，以及连接第一和第二整料63和64的整料桥65。第一和第二整料63和64具有形成于其中的流动通道66，其从阵列60的第一端61延伸至第二端62，并且适于引导原料气通过阵列60从第一端61至第二端62。整料桥65没有任何流动通道，即其由具有均匀结构的材料构成。
第一和第二整料63和64具有方形(quadratic)横截面，并且被布置成具有平行表面。整料桥65由H形盒的形式的桥组成，H形盒包括设置在彼此面对的第一和第二整料63和64的两个正面68和69之间的具有方形横截面的间隔部分67，以及具有方形横截面的两个线性部分70和71，其中部分70连接至整料63和64一侧的侧面72和73，以及连接至间隔部分67的侧面，且其中部分71连接至整料63和64的相对侧的侧面74和75，以及连接到间隔部分67的侧面。
从第一整料63流到第二整料64的电流将部分流过间隔部分67，且部分流过线性部分70和71。因此，H形桥为电流流过提供了增加的横截面，因此降低电流密度，并减少桥的加热，其反过来降低热点发生的风险。
图6显示了阵列80，包括第一整料81和第二整料82，以及连接第一和第二整料81和82的整料桥83。第一和第二整料81和82具有方形横截面，并且被布置成具有平行表面。整料桥83由L形盒的形式的桥组成，L形盒包括设置在彼此面对的第一和第二整料81和82的两个正面85和86之间的具有方形横截面的间隔部分84，以及具有方形横截面的一个线性部分87，其中部分87连接至整料82一侧的侧面88，以及连接至间隔部分84的侧面。
从第一整料81流出的电流将部分通过间隔部分84直接流入第二整料82，且部分通过间隔部分84流入线性部分87，然后流入第二整料82。因此，L形桥为电流流过提供了增加的横截面，因此降低电流密度，并减少桥的加热，其反过来降低热点发生的风险。
图7显示了阵列90，包括第一整料91和第二整料92，以及连接第一和第二整料91和92的整料桥93。第一和第二整料91和92具有方形横截面，并且被布置成具有平行表面。整料桥93由T形盒的形式的桥组成，T形盒包括设置在彼此面对的第一和第二整料91和92的两个正面95和96之间的具有方形横截面的间隔部分94，以及具有方形横截面的一个线性部分97，其中部分97连接至整料91和92一侧的两个侧面98和99，以及连接至间隔部分94的侧面。
从第一整料91流到第二整料92的电流将部分流过间隔部分94，且部分流过线性部分97。因此，T形桥为电流流过提供了增加的横截面，因此降低电流密度，并减少桥的加热，其反过来降低热点发生的风险。
图8显示了具有第一端111和第二端112的阵列110，其包括第一整料113、第二整料114和端部整料115。第一整料113通过阵列第二端的整料桥116连接到第二整料114。第二整料114通过阵列第一端的整料桥117连接到端部整料115。第一导体118连接到第一整料113的第一端111，且第二导体119连接到端部整料115的第一端111。在本实施方案中，端部整料被通过其的气体加热。
图9显示了一个阵列120，其第一端121和第二端122包括两个第一整料123和124以及两个端部整料125和126。所有四个整料在第二端通过一个整料桥127连接，整料桥的形式为围绕所有四个整料的三个侧面的层。第一导体128和129连接到第一整料123和124的第一端121，且第二导体130和131连接到端部整料125和126的第一端121。
通过导体128，电流被引导至第一整料123，并通过桥127到达端部整料125和126。同样地，通过导体129，电流被引导至第一整料124，并通过桥127到达端部整料125和126。这种结构可以称为平行偶联。阵列120的优点是，如果由导体和整料组成的单元之一在使用过程中出现缺陷，从而阻止电流流过其中，则阵列将继续工作，并且使用阵列进行吸热反应的反应器的操作将不会中断。此外，阵列120的平行偶联的优点在于其能够处理3相能量供应。
图10显示了阵列140，包括第一整料141和第二整料142，以及连接第一和第二整料141和142的整料桥143。第一和第二整料141和142具有方形横截面，并且被布置成具有平行表面。整料桥143为两个盒形线性部分144和145的形式，具有方形横截面，其中整料141和142一侧的部分144连接至整料141和142的两个侧面146和147，并且其中位于整料141和142相对侧的部分145连接至整料141和142的两个侧面148和149。
线性部分144包括位于最靠近阵列140第一端的端部处的延伸部150和151。线性部分145包括位于最靠近阵列140第一端的端部处的延伸部152和153。延伸部150-153具有盒的形式，从垂直于侧面的方向看，具有三角形横截面，其中三角形从整料141和142的后表面倾斜至其前表面。
从第一整料141流到第二整料142的电流将部分流经线性部分144和145，且部分流经三角形延伸部。因此，桥143为电流提供了增加的横截面积，从而降低桥的电阻率和加热，其反过来降低热点发生的风险。此外，由于延伸部150-153的横截面积朝着整料的背面增加的事实，电流分布在整料侧面的整个延伸部上。因此，通过这种设计，热点发生的风险甚至进一步降低。
图11显示了阵列160，包括第一整料161和第二整料162，以及连接第一和第二整料161和162的整料桥163。第一和第二整料161和162具有方形横截面，并且被布置成具有平行表面。整料桥163为两个盒形线性部分164和165的形式，具有方形横截面，其中整料161和162一侧的部分164连接至整料161和162的两个侧面166和167，并且其中位于整料161和162相对侧的部分165连接至整料161和162的两个侧面168和169。
线性部分164包括位于其最靠近阵列160第一端的端部处的延伸部170和171。线性部分165包括位于其最靠近阵列160第一端的端部处的延伸部172和173。延伸部170-173具有盒的形式，从垂直于侧面的方向看，具有方形横截面。
桥163的设计降低了热点发生的风险，原因与关于图10所述相同。
图12显示了阵列180，包括第一整料181和第二整料182，以及连接第一和第二整料181和182的整料桥。第一和第二整料181和182具有方形横截面，并且被布置成具有平行表面。整料桥包括具有矩形截面的间隔部分183，间隔部分183设置在第一和第二整料181和182的两个正面184和185之间，以及具有方形横截面的两个细长侧部分186和187，其中部分186连接至整料181和182一侧的侧面188和189，但不连接至间隔部分183的侧面，且其中部分187连接至整料181和182的相对侧的侧面190和191，但不连接到间隔部分183的侧面。
侧面部分186和187各自具有细长体的形式，其纵轴连接两个待连接整料的侧表面，且从垂直于侧表面的方向看，其形式为最靠近整料第二端的侧面部分边缘处有一条直线，且在最靠近整体第一端的侧面部分边缘处有一条部分椭圆形式的曲线，其中部分椭圆形式的曲线在从整料后表面到前表面的方向上具有下降轮廓。这种设计允许更好的电流分布，从而降低热点形成的风险。
图13显示了阵列200，包括第一整料201和第二整料202，以及连接第一和第二整料201和202的整料桥203。第一和第二整料201和202具有方形横截面，并且被布置成具有平行表面。整料桥203具有盒形矩形框架的形式，具有矩形截面，其中所述框架连接至整料桥201和202的侧面和背面。这种设计允许更好的电流分布，从而降低热点形成的风险。
图14显示了具有与图13所示的阵列210的结构相同的结构的阵列，除了盒形矩形框架211之外，整体桥还包括设置在第一和第二整体215和216的两个前表面213和214之间的间隔部分212。间隔部分212的侧面连接到所述框架的侧面。这种设计允许甚至更好的电流分布，从而降低热点形成的风险。
实施例
实施例1：本发明的阵列的照片分析和结构性能测试
图15显示了根据本发明的阵列的实例，其中10个通道的两个整料与一个整料桥连接。整料的长度为12cm，且矩形横截面尺寸为1.5x 3.0cm。整料桥在整料之间的长度为1.3cm，并且与整料连接，接触面积为1.0x3.0 cm。
所有三个实体均由FeCr合金的相同金属粉末材料制成。通过扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱仪分析桥显示：
1.由于SEM图片中连接部分之间没有明显的分离或界面，因此无法从视觉上区分桥与整料，参见图15A、15B和15D。三个实体之间的唯一区别特征在于，与桥材料相比，整料中的孔隙率略高，导致整料中的空隙比例更高。
2.整料桥整料部分的材料组成难以区分，参见图15C，因为使用了相同的金属粉末材料，如通过线扫描分析所示的。此外，图表证实，与整料和桥中的组成相比，连接部分之间的界面中的材料组成没有明显差异。图15C的图表中的信号下降是通过材料中的空隙的扫描的结果。
实施例2：使用本发明的阵列在蒸汽重整实验期间测量的实验数据和工作温度
图16显示了在根据本发明的阵列中的蒸汽重整反应实验期间测量的实验数据和操作温度，其中外部尺寸为12cm(长度)x1cm x 1cm的4个整料与交替端的整料之间长度为1.3mm的整料桥连接。交流电源连接至第一整料的第一端的最上端1cm和第四整料的第一端的最上端1cm。在实验中，在251℃的进料温度和9barg的压力下，将总进料流量为100Nl/h的32％CH4、2％H2和66％H2O的进料送入本发明的反应器系统，其中进料温度对应于阵列的第一端的温度。数据显示，在接近整料第二端测量的温度是进入原料气的能量通量的函数。这说明了本发明的阵列的该实施方案在实验中如何在不经历任何机械故障的情况下耐至少1180℃的温度。此外，数据表明，本发明允许在阵列长度上具有明显温度分布的电加热阵列，其中在给定情况下，温度从第一端到第二端增加约900℃。本发明的一个优点是具有相对较冷的端部，以处理与连接的电源的电导体的电气连接，同时仍达到高的出口温度，以促进高温吸热反应。
实施例3：与整料桥串联连接的整料的最优几何结构
图17显示了本发明的阵列中与整料桥串联连接的整料的最佳几何结构的实例，用于提供500kW的能量，以使用800A和625V的电路在10kW/m2的大致恒定表面通量下促进吸热反应。整料具有约0.25cm x 0.25cm的正方形通道，厚度为0.44mm且长度为0.5m的壁。实施例说明了作为实际电阻函数的整料的所需横截面。测试许多阵列，这些阵列通过使用金属材料和陶瓷材料的复合材料形式的不同材料组成获得不同的电阻率。
实验表明，通过使用复合材料获得的更高电阻的整料，可以使用更大的整料横截面，其提供减少所需整料数量的可能性。这反过来减少了所需的整料桥的数量，因此减少了构建本发明阵列所需的连接的数量。总的来说，该图表说明了本发明关于连接整料和关于选择具有不同电阻率的材料的概念如何共同实现具有改进的性能的整料阵列的生产。
实施例4：
图18显示了在本发明的开发过程中获得的结果。其显示了材料的电阻率ρ如何作为AlO形式的陶瓷含量的函数而变化。该图基于实验，其中测量了沿着如上所述的本发明的催化剂中使用的复合组件的电阻率。电阻率通过向组件施加已知电流，并用布置为与组件接触的两个探针测量电压降而测量，两个探针之间具有固定距离。实验在室温和更高温度下进行，两者都显示出不同的电阻率。
实验表明，制备具有宽范围内的选定电阻率的导电金属材料和陶瓷材料的复合材料是可能的。

Claims (37)

1.一种布置用于催化原料气的吸热反应的结构化催化剂，所述结构化催化剂包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料，其中导电材料是导电金属材料和陶瓷材料的均匀混合物形式的复合材料。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其中所述金属材料是一种合金，其包含一种或多种选自Fe、Cr、Al、Co、Ni、Zr、Cu、Ti、Mn和Si的物质。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的催化剂，其中所述陶瓷材料是选自Al、Mg、Ce、Zr、Ca、Y和La的物质的氧化物。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的催化剂，其中基于宏观结构中金属材料与陶瓷材料的重量的比例在50至1、优选40至1、更优选30至2、更优选24至3且最优选19至4的范围内。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的催化剂，其中所述结构化催化剂具有至少一个整料的形式，其中所述整料中形成有多个流动通道，用于将所述原料气从原料气进入的第一端通过整料输送至产物气离开的第二端，其中，所述整料具有从所述第一端延伸至所述第二端的纵轴。
6.根据权利要求5所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在所述纵轴的方向上由具有不同组成的两种或更多种复合材料组成，以提供不同的电阻率。
7.根据权利要求6所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构由至少三种复合材料、优选至少四种复合材料、更优选至少五种复合材料、更优选至少六种复合材料、更优选至少七种复合材料，且最优选至少八种复合材料组成。
8.根据权利要求7所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在从第一端到第二端的方向上包括至少第一、第二和第三复合材料，其中第二复合材料与第一和第三复合材料相比具有更高的电阻率，第三复合材料与第一和第二复合材料相比具有更低的电阻率，并且第一复合材料的电阻率在第二和第三复合材料之间。
9.阵列，包括根据权利要求1-8中任一项中的第一和第二结构化催化剂，其中：
a)所述第一和第二结构化催化剂的形式为分别具有第一和第二整料；
b)所述第一和第二整料各自具有在其中形成的多个流动通道，用于将所述原料气从原料气进入的第一端通过整料输送至产物气离开的第二端，其中所述第一和第二整料各自具有从所述第一端延伸至所述第二端的纵轴；
c)阵列包括至少第一和第二导体，分别与所述第一和第二整料电连接，并配置为与电源连接，其中所述电源的尺寸被设计为通过使电流通过所述宏观结构将所述第一和第二整料的至少一部分加热至至少500℃的温度，其中所述第一导体直接或间接地电连接到所述第一整料，且所述第二导体直接或间接地电连接到所述第二整料，并且其中所述导体在阵列上更靠近所述第一端而非所述第二端的位置进行连接，
d)所述第一和第二整料通过整料桥导电材料的整料桥电连接，
e)阵列被配置为引导电流从所述第一导体经所述第一整料流向所述第二端，然后经所述桥，然后经所述第二整料流向所述第二导体，以及
f)所述阵列已通过包含以下步骤的工艺生产：
i)以三个单独实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料，以及
ii)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将单独的实体接合在一起。
10.根据权利要求9所述的阵列，其中所述第二导体间接电连接至所述第二整料。
11.根据权利要求10所述的阵列，其中所述阵列还包括(i)结构化催化剂的一个或多个并列的附加中间整料和(ii)结构化催化剂的一个端部整料，其中每个附加中间整料通过整料桥导电材料的整料桥连接到至少两个并列的整料，并且其中端部整料连接到至少一个并列整料，并且其中第二导体在位于整料上更靠近所述第一端而非所述第二端的位置连接到端部整料。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的阵列，其中所述第一和第二整料通过所述阵列第二端的所述整料桥连接。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的阵列，其中所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
A)以三个单独实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料，其中待连接的表面区域处于可模塑状态，
B)在接触区域中接触所述待连接的表面区域，
C)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将接触区域接合在一起。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的阵列，其中所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
·提供第一整料组件，其包含具有第一合金组成的金属粉末和第一可溶性粘合剂，第一组件具有第一接合面，
·提供第二整料组件，其包含具有第二合金组成的金属粉末和第二可溶性粘合剂，第二组件具有第二接合面；
·提供一种桥组件，其包含具有第三合金组成的金属粉末和第三可溶性粘合剂，所述桥组件具有两个第三接合面，在桥组件的每一端各一个；
·其中第一合金组成以及第二和第三合金组成均由多个化学元素组成，并且其中化学元素的选择使得，对于以高于各自合金组成的0.5重量％的量存在的每种化学元素，所述化学元素均包含在第一和第二和第三合金组成中，以及
-对于以至多5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在一方面的第一合金组成与另一方面的第二和第三合金组成各自之间至多相差1个百分点，以及
-对于以大于5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在一方面的第一合金组成与另一方面的第二和第三合金组成各自之间至多相差3个百分点，
·将桥组件布置在第一整料组件和第二整料组件之间，使得一个第三接合面接触第一接合面，且另一个第三接合面接触第二接合面，
·将接合面保持接触一段时间，以允许溶剂至少部分蒸发；以及
随后，将第一、第二和第三组件一起烧结或氧化，同时保持接合面接触或尽可能靠近在一起，以实现阵列。
15.根据权利要求14所述的阵列，其中以下步骤在布置步骤之前：
·通过施加溶剂至少部分溶解第一接合面和/或第二接合面。
16.一种用于进行原料气吸热反应的反应器系统，所述反应器系统包括：
a)根据权利要求1-8中任一项所述的催化剂或根据权利要求9-15中任一项所述的阵列；
b)容纳所述催化剂的耐压壳，所述耐压壳包括用于输入所述原料气的入口和用于输出产物气的出口，其中所述入口的位置使得所述原料气在第一端进入所述催化剂且所述产物气从第二端离开所述催化剂；和
c)所述结构化催化剂和所述耐压壳之间的隔热层。
17.根据权利要求1-8中任一项所述的催化剂或根据权利要求9-15中任一项所述的阵列或根据权利要求16所述的反应器的用途，其中所述吸热反应选自蒸汽甲烷重整、氰化氢生成、甲醇裂化、氨裂化、逆水煤气变换和脱氢。
18.一种布置用于催化原料气的吸热反应的结构化催化剂，所述结构化催化剂包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料，其中导电材料至少部分地是导电金属材料和陶瓷材料的均匀混合物形式的复合材料，其中宏观结构至少部分地由具有不同电阻率的两种或更多种材料组成。
19.根据权利要求18所述的催化剂，其中所述宏观结构至少部分由一种或多种复合材料和一种或多种非复合导电金属材料组成。
20.根据权利要求18-19中任一项所述的催化剂，其中所述金属材料是一种合金，其包含一种或多种选自Fe、Cr、Al、Co、Ni、Zr、Cu、Ti、Mn和Si的物质。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的催化剂，其中所述陶瓷材料是选自Al、Mg、Ce、Zr、Ca、Y和La的物质的氧化物。
22.根据权利要求18-21中任一项所述的催化剂，其中基于宏观结构中金属材料与陶瓷材料的重量的比例在50至1、优选40至1、更优选30至2、更优选24至3且最优选19至4的范围内。
23.根据权利要求18-22中任一项所述的催化剂，其中所述结构化催化剂的形式为具有至少一个整料，其中所述整料中形成有多个流动通道，用于将所述原料气从原料气进入的第一端通过整料输送至产物气离开的第二端，其中，所述整料具有从所述第一端延伸至所述第二端的纵轴。
24.根据权利要求23所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在所述纵轴的方向上由具有不同组成的两种或更多种复合材料组成，以提供不同的电阻率。
25.根据权利要求24所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构由至少三种复合材料、优选至少四种复合材料、更优选至少五种复合材料、更优选至少六种复合材料、更优选至少七种复合材料，且最优选至少八种复合材料组成。
26.根据权利要求25所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在从第一端到第二端的方向上包括至少第一、第二和第三复合材料，其中第二复合材料与第一和第三复合材料相比具有更高的电阻率，第三复合材料与第一和第二复合材料相比具有更低的电阻率，并且第一复合材料的电阻率在第二和第三复合材料的电阻率之间。
27.根据权利要求23所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在所述纵轴的方向上由具有不同组成的一种或多种复合材料和一种非复合导电金属材料组成，以提供不同的电阻率。
28.根据权利要求27所述的催化剂，其中所述整料的宏观结构在从第一端到第二端的方向上包括至少第一和第二复合材料以及非复合导电金属材料，其中第二复合材料与第一复合材料和非复合材料相比具有更高的电阻率，非复合材料与第一和第二复合材料相比具有更低的电阻率，并且第一复合材料的电阻率在第二复合材料的电阻率和非复合材料的电阻率之间。
29.阵列，包括根据权利要求18-28中任一项所述的第一和第二结构化催化剂，其中：
a)所述第一和第二结构化催化剂的形式为分别具有第一和第二整料；
b)所述第一和第二整料各自具有在其中形成的多个流动通道，用于将所述原料气从原料气进入的第一端通过整料输送至产物气离开的第二端，其中所述第一和第二整料各自具有从所述第一端延伸至所述第二端的纵轴；
c)阵列包括至少第一和第二导体，分别与所述第一和第二整料电连接，并配置为与电源连接，其中所述电源的尺寸被设计为通过使电流通过所述宏观结构将所述第一和第二整料的至少一部分加热至至少500℃的温度，其中所述第一导体直接或间接地电连接到所述第一整料，且所述第二导体直接或间接地电连接到所述第二整料，并且其中所述导体在阵列上更靠近所述第一端而非所述第二端的位置进行连接，
d)所述第一和第二整料通过整料桥导电材料的整料桥电连接，
e)阵列被配置为引导电流从所述第一导体经所述第一整料流向所述第二端，然后经所述桥，然后经所述第二整料流向所述第二导体，以及
f)所述阵列已通过包含以下步骤的工艺生产：
i)以三个单独实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料，以及
ii)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将单独的实体接合在一起。
30.根据权利要求29所述的阵列，其中所述第二导体间接电连接至所述第二整料。
31.根据权利要求30所述的阵列，其中所述阵列还包括(i)结构化催化剂的一个或多个并列的附加中间整料和(ii)结构化催化剂的一个端部整料，其中每个附加中间整料通过整料桥导电材料的整料桥连接到至少两个并列的整料，并且其中端部整料连接到至少一个并列整料，并且其中第二导体在位于整料上更靠近所述第一端而非所述第二端的位置连接到端部整料。
32.根据权利要求29-31中任一项所述的阵列，其中所述第一和第二整料通过所述阵列第二端的所述整料桥连接。
33.根据权利要求29-32中任一项所述的阵列，其中所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
A)以三个单独实体的形式提供第一整料、第二整料或中间整料和整料桥的导电材料，其中待连接的表面区域处于可模塑状态，
B)在接触区域中接触所述待连接的表面区域，
C)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将接触区域接合在一起。
34.根据权利要求29-33中任一项所述的阵列，其中所述阵列是通过包括以下步骤的方法产生的：
·提供第一整料组件，其包含具有第一合金组成的金属粉末和第一可溶性粘合剂，第一组件具有第一接合面，
·提供第二整料组件，其包含具有第二合金组成的金属粉末和第二可溶性粘合剂，第二组件具有第二接合面；
·提供一种桥组件，其包含具有第三合金组成的金属粉末和第三可溶性粘合剂，所述桥组件具有两个第三接合面，在桥组件的每一端各一个；
·其中第一合金组成以及第二和第三合金组成均由多个化学元素组成，并且其中化学元素的选择使得，对于以高于各自合金组成的0.5重量％的量存在的每种化学元素，所述化学元素均包含在第一和第二和第三合金组成中，以及
-对于以至多5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在一方面的第一合金组成与另一方面的第二和第三合金组成各自之间至多相差1个百分点，以及
-对于以大于5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，该化学元素的量在一方面的第一合金组成与另一方面的第二和第三合金组成各自之间至多相差3个百分点，
·将桥组件布置在第一整料组件和第二整料组件之间，使得一个第三接合面接触第一接合面，且另一个第三接合面接触第二接合面，
·将接合面保持接触一段时间，以允许溶剂至少部分蒸发；以及
随后，将第一、第二和第三组件一起烧结或氧化，同时保持接合面接触或尽可能靠近在一起，以实现阵列。
35.根据权利要求34所述的阵列，其中以下步骤在布置步骤之前：
·通过施加溶剂至少部分溶解第一接合面和/或第二接合面。
36.一种用于进行原料气吸热反应的反应器系统，所述反应器系统包括：
a)根据权利要求18-28中任一项所述的催化剂或根据权利要求29-35中任一项所述的阵列；
b)容纳所述催化剂的耐压壳，所述耐压壳包括用于输入所述原料气的入口和用于输出产物气的出口，其中所述入口的位置使得所述原料气在第一端进入所述催化剂且所述产物气从第二端离开所述催化剂；和
c)所述结构化催化剂和所述耐压壳之间的隔热层。
37.根据权利要求18-28中任一项所述的催化剂、根据权利要求29-35中任一项所述的阵列或根据权利要求36所述的反应器的用途，其中所述吸热反应选自蒸汽甲烷重整、氰化氢生成、甲醇裂化、氨裂化、逆水煤气变换和脱氢。
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