一種氣固相微反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于能源、化工以及動(dòng)力領(lǐng)域需要換熱催化反應(yīng)的氣固相微反應(yīng)器,包括反應(yīng)主體區(qū)，反應(yīng)主體區(qū)具有至少一個(gè)反應(yīng)單元，該反應(yīng)單元包括依次疊合在一起的加熱或冷卻介質(zhì)層、催化劑填充層、進(jìn)出氣網(wǎng)孔層以及反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層。本發(fā)明的微反應(yīng)器換熱效率好，產(chǎn)物效率高，特別是反應(yīng)單元采用微通道結(jié)構(gòu)時(shí)，更有利于反應(yīng)效率和換熱效果的提高。
【專利說(shuō)明】
_種氣固相微反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種微反應(yīng)器，具體涉及一種應(yīng)用于能源、化工以及動(dòng)力等領(lǐng)域中需要換熱催化反應(yīng)的氣固相微反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提高，能源問(wèn)題被越來(lái)越多的人重視。氫能作為一種可再生能源，以其高效和無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境。制氫有很多方法，甲醇重整制氫只是眾多制氫方法中的一種，但由于原料成本較低，能量密度高，反應(yīng)溫度和產(chǎn)物CO濃度較低的原因，使其在制氫領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。重整制氫采用氣固相微反應(yīng)器完成，傳統(tǒng)的氣固反應(yīng)制氫裝置儲(chǔ)存、攜帶、充注難度較大而且存在較大的安全隱患。近年來(lái)，微反應(yīng)器以其高效便捷，被越來(lái)越多的人關(guān)注。微反應(yīng)器是一種借助特殊微加工技術(shù)以固體基質(zhì)制造的可用于化學(xué)反應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)單元，通常是指含有流體通道當(dāng)量直徑小于10-1000μm的微反應(yīng)器。在這種狹窄的流體通道中，動(dòng)邊界層厚度大大減小，平均熱、質(zhì)散距離大幅度縮短，使得微通道內(nèi)的燃料重整能夠利用快速表面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的固有特性，通過(guò)微通道表面形成的高活性催化劑達(dá)到加快催化反應(yīng)的目的。
[0003]公開(kāi)號(hào)為CN104671204A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種層疊式雙面多蛇形微通道重整制氫微反應(yīng)器，這種微反應(yīng)器包括上蓋板、下蓋板以及之間的蒸發(fā)板、多塊上重整板和下重整板，在蒸發(fā)板、上重整板以及下重整板的側(cè)表面安裝有加熱棒，上重整板和下重整板上表面中心均設(shè)置有反應(yīng)腔，反應(yīng)腔中安裝有反應(yīng)載體薄板，薄板上表面和下表面以上下對(duì)稱開(kāi)有多個(gè)蛇形微通道的凹槽結(jié)構(gòu)。
[0004]上述技術(shù)方案在實(shí)際使用中存在缺陷:1、此微反應(yīng)器采用加熱棒對(duì)微反應(yīng)器進(jìn)行加熱，存在傳熱效率低，溫度分布不均勻的現(xiàn)象，由此導(dǎo)致制氫過(guò)程中重整反應(yīng)的不均勻性；2、反應(yīng)載體薄板為雙面蛇形通道，當(dāng)甲醇蒸汽流過(guò)下半部分通道時(shí)，由于重力作用，甲醇蒸汽不能全部與催化劑載體接觸，造成氫氣純度較低;3、蛇形催化劑附著通道的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致制氫效率較低;4、整體連接方式依靠螺栓固定連接，導(dǎo)致整體密封性較差，容易造成氫氣或甲醇蒸汽的泄露。
[0005]因此，目前的重整制氫微反應(yīng)器存在著傳熱效率低、產(chǎn)物純度低、密封效果差以及產(chǎn)物效率低等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的是提供一種氣固相微反應(yīng)器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中氣固相微反應(yīng)器傳熱效率低、產(chǎn)物純度低、密封效果差以及產(chǎn)物效率低的問(wèn)題。
[0007]為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]—種氣固相微反應(yīng)器，包括反應(yīng)主體區(qū)，其特征在于，反應(yīng)主體區(qū)具有至少一個(gè)反應(yīng)單元，該反應(yīng)單元包括依次疊合在一起的加熱或冷卻介質(zhì)層、催化劑填充層、進(jìn)出氣網(wǎng)孔層以及反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層。
[0009]加熱或冷卻介質(zhì)層呈薄板狀，包括介質(zhì)進(jìn)口、內(nèi)部流體通道和介質(zhì)出口，內(nèi)部流體通道與所述介質(zhì)進(jìn)口和介質(zhì)出口相連通。
[0010]該加熱或冷卻介質(zhì)層還設(shè)置有多個(gè)間隔布置的突筋，這些突筋平行間隔布置，在突筋之間以及突筋與加熱或冷卻介質(zhì)層邊框間形成內(nèi)部流體通道。
[0011]該加熱或冷卻介質(zhì)層還包括分布在內(nèi)部流體通道內(nèi)的擾流結(jié)構(gòu)，該擾流結(jié)構(gòu)為圓形、橢圓形、三角形或其他多邊形凸起。
[0012]催化劑填充層呈薄板狀，包括催化劑填充進(jìn)口、連通催化劑填充進(jìn)口的催化劑填充通道，以及設(shè)于催化劑通道的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。
[0013]催化劑填充通道側(cè)壁及內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)體積之和占總體催化劑填充空間的比例不超過(guò)50%。內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)為圓形、橢圓形、三角形或其他多邊形凸起。
[0014]反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層呈薄板狀，包括反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)口、連通反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)口的反應(yīng)介質(zhì)槽道、產(chǎn)物介質(zhì)出口和連通于產(chǎn)物介質(zhì)出口的產(chǎn)物介質(zhì)槽道;反應(yīng)介質(zhì)槽道和產(chǎn)物介質(zhì)槽道之間互不連通。
[0015]反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)口與反應(yīng)介質(zhì)槽道之間、產(chǎn)物介質(zhì)出口與產(chǎn)物介質(zhì)槽道之間設(shè)置多個(gè)圓形、橢圓形、三角形或其他多邊形凸起。
[0016]進(jìn)出氣網(wǎng)孔層由多排進(jìn)氣網(wǎng)孔和出氣網(wǎng)孔組成，相同作用的網(wǎng)孔之間間隔排布，每排網(wǎng)孔的排布與反應(yīng)介質(zhì)槽道或產(chǎn)物介質(zhì)槽道對(duì)應(yīng)。
[0017]進(jìn)出氣網(wǎng)孔層內(nèi)部網(wǎng)孔直徑小于催化劑的顆粒直徑，進(jìn)氣網(wǎng)孔或出氣網(wǎng)孔通道寬度小于或等于反應(yīng)或產(chǎn)物介質(zhì)層中相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)介質(zhì)槽道或產(chǎn)物介質(zhì)槽道的寬度。
[0018]反應(yīng)主體區(qū)還包括在反應(yīng)單元的各層疊合方向上封裝至少一個(gè)反應(yīng)單元的至少一塊前邊板和至少一塊后邊板。
[0019]反應(yīng)主體區(qū)還包括在至少一個(gè)反應(yīng)單元的各層疊合方向垂直方向上封裝至少一個(gè)反應(yīng)單元的密封蓋。
[0020]在反應(yīng)主體區(qū)的前邊板上的一對(duì)對(duì)角位置設(shè)置有反應(yīng)物或產(chǎn)物進(jìn)出口，而另一對(duì)對(duì)角位置處設(shè)置加熱或冷卻介質(zhì)進(jìn)出口。
[0021]在前邊板和后邊板上還設(shè)置有密封固定支架，在密封固定支架和密封蓋對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有用于螺栓聯(lián)接密封的螺栓孔。
[0022]反應(yīng)主體區(qū)通過(guò)擴(kuò)散焊接加工而成。
[0023]加熱或冷卻介質(zhì)層、催化劑填充層和反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層中至少一個(gè)為微通道結(jié)構(gòu)。
[0024]由于本發(fā)明采用以上結(jié)構(gòu)，增加了換熱效果，提高了產(chǎn)物效率。同時(shí)，制造方便，互換性好，提高了密封性。
[0025]本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0026](I)本發(fā)明生成物反應(yīng)單元互相獨(dú)立，可根據(jù)實(shí)際需求在不改變外觀結(jié)構(gòu)的同時(shí)，只進(jìn)行層數(shù)的變更，降低二次開(kāi)發(fā)成本的同時(shí)，使其使用更具有一定的互換性；
[0027](2)本發(fā)明反應(yīng)主體區(qū)采用一體化設(shè)計(jì)，通過(guò)擴(kuò)散焊接加工而成，不使用任何焊料，無(wú)接觸熱阻，從而更加有利于熱的傳導(dǎo)。另外擴(kuò)散焊接使板片結(jié)合更為牢固，具有更好的承壓性能。
[0028](3)在優(yōu)選實(shí)施方式中，采用微槽道和微通道設(shè)計(jì)，能有效增加反應(yīng)介質(zhì)與傳熱介質(zhì)間的換熱面積，從而提尚換熱效率，從而提尚反應(yīng)效率；
[0029](4)本發(fā)明帶有擾流結(jié)構(gòu)，在增加換熱面積的同時(shí)增加了流體的擾動(dòng)，從而進(jìn)一步提尚了換熱效率；
[0030](5)本發(fā)明單路接口、進(jìn)出口位置可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，使其具有更強(qiáng)的兼容性；
[0031](6)本發(fā)明催化劑填充口依靠外部可拆卸邊板進(jìn)行密封，使催化劑的更換更加便捷；
[0032](7)在優(yōu)選實(shí)施方式中，微槽道和微通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其整體尺寸更加緊湊，方便攜帶。在新能源汽車電池等應(yīng)用領(lǐng)域，減小體積的同時(shí)，自身重量也有很大程度的降低。
【附圖說(shuō)明】
[0033]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的氣固相微反應(yīng)器整體分解透視圖；
[0035]圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的氣固相微反應(yīng)器的反應(yīng)主體區(qū)分解透視圖；
[0036]圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的氣固相微反應(yīng)器的反應(yīng)單元部分透視圖；
[0037]圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的氣固相微反應(yīng)器的前邊板及出入口接管透視圖；
[0038]圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的氣固相微反應(yīng)器的加熱或冷卻介質(zhì)層透視圖；
[0039]圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的氣固相微反應(yīng)器的第一催化劑填充層的透視圖；
[0040]圖7為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的氣固相微反應(yīng)器的反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層透視圖；
[0041]圖8為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供的氣固相微反應(yīng)器的網(wǎng)孔層平面圖；
[0042]圖9為圖8中局部網(wǎng)孔放大視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0044]在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0045]在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0046]此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。
[0047]下面針對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)發(fā)明進(jìn)行描述。
[0048]如圖1和圖2所示，圖1為本發(fā)明氣固相微反應(yīng)器分解透視圖，圖2為反應(yīng)主體區(qū)分解透視圖。在圖1中，反應(yīng)主體區(qū)5由若干依次疊放的薄板狀件組成，在主體區(qū)上下各安裝密封蓋4。參見(jiàn)圖2，從左至右依次為反應(yīng)主體區(qū)前邊板6、加熱或冷卻介質(zhì)層7、第一催化劑填充層8、第二催化劑填充層9、進(jìn)出氣網(wǎng)孔層10、反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層11以及反應(yīng)主體區(qū)后邊板
12。前后邊板可根據(jù)微反應(yīng)器大小來(lái)設(shè)定數(shù)量。再來(lái)參見(jiàn)圖1，在反應(yīng)主體區(qū)前邊板6上的一對(duì)對(duì)角位置，設(shè)置有反應(yīng)物或產(chǎn)物進(jìn)出口 I，而另一對(duì)對(duì)角位置處設(shè)置加熱或冷卻介質(zhì)進(jìn)出口2，所謂一對(duì)進(jìn)出口是指一個(gè)為進(jìn)口，則另一個(gè)為出口，兩者可互調(diào)。進(jìn)出口也可以設(shè)置在后邊板四角，只要保證設(shè)置在對(duì)角即可。設(shè)置在板四角位置有利于充分利用微反應(yīng)器空間。在前邊板和后邊板上還設(shè)置有密封固定支架3。在固定支架3和密封蓋4對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有螺栓孔，便于螺栓聯(lián)接密封。
[0049]圖3為反應(yīng)單元一部分的透視圖。在圖3中，疊合在一起的加熱或冷卻介質(zhì)層7、第一催化劑填充層8、第二催化劑填充層9、進(jìn)出氣網(wǎng)孔層10、反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層11構(gòu)成反應(yīng)單元，反應(yīng)單元加上前邊板6和后邊板12即構(gòu)成本發(fā)明微反應(yīng)器反應(yīng)主體區(qū)。反應(yīng)物沿著圖中箭頭所指方向從反應(yīng)物介質(zhì)槽道進(jìn)入，從產(chǎn)物介質(zhì)槽道出，期間經(jīng)過(guò)催化劑填充通道。其中反應(yīng)單元的單元數(shù)可根據(jù)產(chǎn)物生成速率要求作出調(diào)整，但至少為一個(gè)單元。本實(shí)施方式為了清楚描述，選擇了一個(gè)反應(yīng)單元，同時(shí)，為了保證催化劑填充率，催化劑填充層由第一催化劑填充層和第二催化劑填充層組成。
[0050]為了對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的了解，現(xiàn)將微反應(yīng)器各組成部分結(jié)構(gòu)詳細(xì)介紹如下。
[0051]參見(jiàn)圖4，圖4為前邊板及出入口接管透視圖。前后邊板厚度及外形尺寸可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行改變，接管位置和尺寸也可根據(jù)實(shí)際作出調(diào)整。
[0052]下面依次介紹反應(yīng)單元組成結(jié)構(gòu)。
[0053]首先描述加熱或冷卻介質(zhì)層。參見(jiàn)圖5，圖5為加熱或冷卻介質(zhì)層圖。加熱或冷卻介質(zhì)層7設(shè)置介質(zhì)進(jìn)口 13、內(nèi)部流體通道14和介質(zhì)出口 16。內(nèi)部流體通道14與介質(zhì)進(jìn)口 13和介質(zhì)出口 16連通。還設(shè)置多個(gè)間隔布置的突筋14’，這些突筋14’平行間隔布置，在突筋14’之間以及突筋14’與加熱或冷卻介質(zhì)層邊框間形成內(nèi)部流體通道14。在內(nèi)部流體通道14分布內(nèi)部擾流結(jié)構(gòu)15。內(nèi)部擾流結(jié)構(gòu)15可設(shè)計(jì)成圓形、橢圓形、三角形或其他多邊形的小凸起，這些擾流結(jié)構(gòu)既起到擾流作用同時(shí)也起到支撐作用。
[0054]在加熱或冷卻介質(zhì)層對(duì)面，設(shè)置第一催化劑填充層，第一催化劑填充層詳細(xì)結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖6。本實(shí)施方式為保證催化劑填充量，催化劑填充單元由兩個(gè)薄板狀催化劑填充層對(duì)扣而成，即催化劑填充層由第一催化劑填充層8和第二催化劑填充層9對(duì)扣而成。每個(gè)催化劑填充層由催化劑填充進(jìn)口 17、催化劑填充通道18和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)19組成。催化劑填充通道18為凹槽結(jié)構(gòu)，內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)19也是圓形、橢圓形、三角形或其他多邊形的小凸起。為保證催化劑填充量，催化劑填充通道側(cè)壁及支撐結(jié)構(gòu)體積占總體催化劑填充空間的比例不易超過(guò)50 %。
[0055]緊挨著催化劑填充層的是反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層。圖7是反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層透視圖。反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層11由反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)口 20、連通于反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)口 20的反應(yīng)介質(zhì)槽道23、產(chǎn)物介質(zhì)出口 22以及連通于產(chǎn)物介質(zhì)出口 22的產(chǎn)物介質(zhì)槽道21組成。反應(yīng)介質(zhì)槽道23和產(chǎn)物介質(zhì)槽道21之間互不連通，并且交替設(shè)置，當(dāng)然也可以采用不交替的其他方式設(shè)置。在槽道與進(jìn)出口之間均設(shè)置多個(gè)圓形、橢圓形、三角形或其他多邊形的小凸起，起到擾流作用。
[0056]反應(yīng)單元中的反應(yīng)空間由相互對(duì)應(yīng)的反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層的反應(yīng)介質(zhì)槽道23、進(jìn)出氣網(wǎng)孔層的進(jìn)氣網(wǎng)孔及催化劑填充層的催化劑填充通道18組成;產(chǎn)物空間由相互對(duì)應(yīng)的反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層的產(chǎn)物介質(zhì)槽道21、進(jìn)出氣網(wǎng)孔層的出氣網(wǎng)孔及催化劑填充層的催化劑填充通道18組成。加熱或冷卻介質(zhì)層與催化劑填充層相鄰，以保證反應(yīng)溫度。
[0057]參見(jiàn)圖8，圖8為網(wǎng)孔層平面圖。網(wǎng)孔層由多條進(jìn)氣網(wǎng)孔和出氣網(wǎng)孔組成，相同作用的網(wǎng)孔之間間隔排布，每排網(wǎng)孔的排布與反應(yīng)介質(zhì)槽道或者產(chǎn)物介質(zhì)槽道對(duì)應(yīng)。為保證整體厚度和網(wǎng)孔尺寸，網(wǎng)孔板厚度不易超過(guò)0.5mm。
[0058]參見(jiàn)圖9，圖9為局部網(wǎng)孔放大圖。為保證催化劑不會(huì)通過(guò)網(wǎng)孔漏入反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層，網(wǎng)孔層內(nèi)部網(wǎng)孔直徑d要小于催化劑的顆粒直徑。進(jìn)氣網(wǎng)孔或出氣網(wǎng)孔通道寬度b要求小于或等于反應(yīng)或產(chǎn)物介質(zhì)層中反應(yīng)介質(zhì)槽道或產(chǎn)物介質(zhì)槽道。
[0059]以上對(duì)微反應(yīng)器各個(gè)組成部分進(jìn)行了介紹，需要注意的是，本發(fā)明微反應(yīng)器中反應(yīng)單元是微通道結(jié)構(gòu)，即加熱或冷卻介質(zhì)層、催化劑填充層和反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層中至少一個(gè)為微通道結(jié)構(gòu)。
[0060]本發(fā)明所涉及的微反應(yīng)器主要采用不銹鋼、鈦或者其他不與原料及產(chǎn)物反應(yīng)的材質(zhì)，加熱或冷卻介質(zhì)通常采用導(dǎo)熱油或其他介質(zhì)，反應(yīng)物可根據(jù)生成物需要進(jìn)行選擇。下面以甲醇重整制氫為例對(duì)反應(yīng)原理進(jìn)行介紹，在甲醇重整制氫中，反應(yīng)物為甲醇蒸汽，加熱物質(zhì)為導(dǎo)熱油，催化劑為銅基催化劑，反應(yīng)產(chǎn)物為氫氣及少量CO。
[0061]本發(fā)明使用過(guò)程如下:甲醇蒸汽通過(guò)反應(yīng)物進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)物及產(chǎn)物介質(zhì)層，而后通過(guò)進(jìn)出氣網(wǎng)孔層進(jìn)入催化劑單元，經(jīng)過(guò)催化反應(yīng)生成的產(chǎn)物氫氣及少部分的CO氣體再次通過(guò)網(wǎng)孔層進(jìn)入反應(yīng)物及產(chǎn)物介質(zhì)層中的產(chǎn)物介質(zhì)槽道，然后匯集到產(chǎn)物出口流出。另一方面用來(lái)保證反應(yīng)溫度的導(dǎo)熱油由加熱或冷卻介質(zhì)進(jìn)口進(jìn)入加熱或冷卻介質(zhì)層，在與催化反應(yīng)換熱后匯集至加熱或冷卻介質(zhì)出口流出。
[0062]本發(fā)明所涉及的微反應(yīng)器，能有效解決能源、動(dòng)力、化工等領(lǐng)域中反應(yīng)容器大，操作繁瑣、互換性差的問(wèn)題。特別是在新能源電池領(lǐng)域，高效的反應(yīng)速率能有效保證后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)自身容積和重量的優(yōu)勢(shì)，也使其能很好地解決發(fā)電系統(tǒng)體積重量過(guò)大的問(wèn)題。同時(shí)，在普通領(lǐng)域，其材料、外形尺寸以及核心單元數(shù)的可變更性，使其應(yīng)用領(lǐng)域得到了很大程度的拓寬。
[0063]本發(fā)明實(shí)施方式僅以制氫為例，氣固相微反應(yīng)器可用于其他氣固相反應(yīng)。
[0064]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣固相微反應(yīng)器，包括反應(yīng)主體區(qū)，其特征在于，反應(yīng)主體區(qū)具有至少一個(gè)反應(yīng)單元，所述反應(yīng)單元包括依次疊合在一起的加熱或冷卻介質(zhì)層、催化劑填充層、進(jìn)出氣網(wǎng)孔層以及反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述加熱或冷卻介質(zhì)層呈薄板狀，包括介質(zhì)進(jìn)口、內(nèi)部流體通道和介質(zhì)出口，所述內(nèi)部流體通道與所述介質(zhì)進(jìn)口和介質(zhì)出口相連通。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述加熱或冷卻介質(zhì)層還設(shè)置有多個(gè)間隔布置的突筋，這些突筋平行間隔布置，在突筋之間以及突筋與加熱或冷卻介質(zhì)層邊框間形成內(nèi)部流體通道。4.根據(jù)權(quán)利要求1到3任何之一所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述加熱或冷卻介質(zhì)層還包括分布在所述內(nèi)部流體通道內(nèi)的擾流結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述擾流結(jié)構(gòu)為圓形、橢圓形、三角形或其他多邊形凸起。6.根據(jù)權(quán)利要求1到5任何之一所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑填充層呈薄板狀，包括催化劑填充進(jìn)口、連通所述催化劑填充進(jìn)口的催化劑填充通道，以及設(shè)于所述催化劑通道的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑填充通道側(cè)壁及所述內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)體積之和占總體催化劑填充空間的比例不超過(guò)50 %。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)為圓形、橢圓形、三角形或其他多邊形凸起。9.根據(jù)權(quán)利要求1到8任何之一所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層呈薄板狀，包括反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)口、連通所述反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)口的反應(yīng)介質(zhì)槽道、產(chǎn)物介質(zhì)出口和連通于所述產(chǎn)物介質(zhì)出口的產(chǎn)物介質(zhì)槽道;所述反應(yīng)介質(zhì)槽道和所述產(chǎn)物介質(zhì)槽道之間互不連通。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)口與所述反應(yīng)介質(zhì)槽道之間、產(chǎn)物介質(zhì)出口與產(chǎn)物介質(zhì)槽道之間設(shè)置多個(gè)圓形、橢圓形、三角形或其他多邊形凸起。11.根據(jù)權(quán)利要求1到10任何之一所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述進(jìn)出氣網(wǎng)孔層由多排進(jìn)氣網(wǎng)孔和出氣網(wǎng)孔組成，相同作用的網(wǎng)孔之間間隔排布，每排網(wǎng)孔的排布與所述反應(yīng)介質(zhì)槽道或所述產(chǎn)物介質(zhì)槽道對(duì)應(yīng)。12.根據(jù)權(quán)利要求1到11任何之一所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述進(jìn)出氣網(wǎng)孔層內(nèi)部網(wǎng)孔直徑小于催化劑的顆粒直徑，進(jìn)氣網(wǎng)孔或出氣網(wǎng)孔通道寬度小于或等于反應(yīng)或產(chǎn)物介質(zhì)層中相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)介質(zhì)槽道或產(chǎn)物介質(zhì)槽道的寬度。13.根據(jù)權(quán)利要求1到12任何之一所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)主體區(qū)還包括在所述反應(yīng)單元的各層疊合方向上封裝所述至少一個(gè)反應(yīng)單元的至少一塊前邊板和至少一塊后邊板。14.根據(jù)權(quán)利要求1到13任何之一所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)主體區(qū)還包括在所述至少一個(gè)反應(yīng)單元的各層疊合方向垂直方向上封裝所述至少一個(gè)反應(yīng)單元的密封蓋。15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的微反應(yīng)器，其特征在于，在所述反應(yīng)主體區(qū)的前邊板上的一對(duì)對(duì)角位置設(shè)置有反應(yīng)物或產(chǎn)物進(jìn)出口，而另一對(duì)對(duì)角位置處設(shè)置加熱或冷卻介質(zhì)進(jìn)出口。16.根據(jù)權(quán)利要求13到15任何之一所述的微反應(yīng)器，其特征在于，在所述前邊板和所述后邊板上還設(shè)置有密封固定支架，在所述密封固定支架和所述密封蓋對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有用于螺栓聯(lián)接密封的螺栓孔。17.根據(jù)權(quán)利要求1到16任何之一所述的微反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)主體區(qū)通過(guò)擴(kuò)散焊接加工而成。18.根據(jù)權(quán)利要求1到17任何之一的微反應(yīng)器，其特征在于，所述加熱或冷卻介質(zhì)層、催化劑填充層和反應(yīng)及產(chǎn)物介質(zhì)層中至少一個(gè)為微通道結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B01J15/00GK106076220SQ201610623272
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月2日 公開(kāi)號(hào)201610623272.6, CN 106076220 A, CN 106076220A, CN 201610623272, CN-A-106076220, CN106076220 A, CN106076220A, CN201610623272, CN201610623272.6
【發(fā)明人】馮學(xué)亮, 石景禎
【申請(qǐng)人】杭州沈氏節(jié)能科技股份有限公司