一种可替换床层的微反应器及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种可替换床层的微反应器及其应用，所述微反应器包括上盖板、下盖板及夹在所述上盖板与下盖板之间的微反应器基底层；所述微反应器基底层中设有依次连接的原料气体预热通道、原料气体分布结构、用于容纳催化剂床层的空腔结构及尾气收集结构；所述上盖板中设有气体入口及气体出口，其中，所述气体入口与所述原料气体预热通道的进气口连通，所述气体出口与所述尾气收集结构的出气口连通。本发明专利技术采用将反应区域的催化剂床层与微反应器基底层分离的设计方法，可以降低催化剂更换成本，适用于多种催化剂结合方式，并有效地实现强化反应过程，提高反应转化率，有利于微反应器的工业应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源化工领域，涉及一种可替换床层的微反应器及其应用。
技术介绍
费托合成反应是目前煤化工领域最重要的合成反应体系之一。该反应体系以合成气为原料，可以制备烷烃、烯烃、醇类等多种重要工业原料。由于合成气可以通过煤炭制备，所以费托反应对于多煤少油的国家有着重要的战略意义。目前，费托合成反应主要有固定床、流化床、和微通道反应器。固定床反应器构建简单、成本低廉及操作简便，但存在传热，混合效果差，催化剂无法实现在线更换等缺点。与固定床反应器相比，流化床反应器克服了固定床反应器的上述缺陷，混合效果好。但流化床反应器同样存在缺陷，如催化剂磨损较快，存在返混等问题。对于微通道反应器，具有高比表面积，良好的传热与传质能力等优点。但目前存在的多种催化剂与微反应器结合的方式，均存在不同程度的问题。采用颗粒状催化剂填充到微反应器内时，催化剂影响了反应器的传热，而采用涂覆方法时，涂层容易被破坏，同时催化剂脱附较为困难，影响了微反应器通道板的重复利用。因此，如何提供一种可替换床层的微反应器，以保证良好的传热与传质性能，并提高微反应器通道中催化剂的利用率、降低催化剂更换与卸载难度，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种可替换床层的微反应器及其应用，用于解决现有技术中采用固定床方式的反应器传热性能差，催化剂的装载与更换麻烦；采用涂覆方法的微反应器，其催化剂的更换与卸载过程难度高，操作困难，床层无法重复利用等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种可替换床层的微反应器，包括上盖板、下盖板及夹在所述上盖板与下盖板之间的微反应器基底层；所述微反应器基底层包括面向所述上盖板的第一表面及面向所述下盖板的第二表面；其中：所述微反应器基底层中设有依次连接的原料气体预热通道、原料气体分布结构、用于容纳催化剂床层的空腔结构及尾气收集结构，其中，所述原料气体预热通道的出气口与所述原料气体分布结构的进气口相连，所述原料气体分布结构的出气口与所述空腔结构的进气口相连，所述空腔结构的出气口与所述尾气收集结构的进气口相连；所述原料气体预热通道、原料气体分布结构、空腔结构及尾气收集结构均从所述第一表面开口并往所述第二表面方向延伸，但未贯穿所述第二表面；所述上盖板中设有气体入口及气体出口，其中，所述气体入口与所述原料气体预热通道的进气口连通，所述气体出口与所述尾气收集结构的出气口连通。可选地，所述原料气体分布结构的出气口宽度大于进气口宽度；所述尾气收集结构的出气口宽度小于进气口宽度。可选地，所述原料气体分布结构、空腔结构及尾气收集结构组成横截面为平行四边形或大致为平行四边形的整体槽状结构。可选地，所述平行四边形位于所述原料气体预热通道与原料气体分布结构连接处的顶角以及位于所述空腔结构及尾气收集结构连接处的顶角为15°-75°。可选地，所述空腔结构的横截面为矩形。可选地，所述空腔结构的宽度大于所述原料气体分布结构的出气口宽度，并大于所述尾气收集结构的进气口宽度。可选地，所述原料气体预热通道为扭曲的蛇形通道式。可选地，所述上盖板、下盖板及夹在所述上盖板与下盖板之间的微反应器基底层通过紧固件连接。可选地，所述上盖板与所述微反应基底层之间设有密封圈，所述原料气体预热通道、原料气体分布结构、空腔结构及尾气收集结构均位于所述密封圈围成的区域内。可选地，所述上盖板与下盖板的侧面形成有用于容纳加热装置的开孔。可选地，所述加热装置包括电阻丝。可选地，所述下盖板面向所述微反应器基底层的一面设有至少一条用于容纳测温装置的槽道。可选地，所述测温装置包括热电偶。可选地，所述微反应器基底层的材质包括不锈钢。可选地，所述催化剂床层为整体式催化剂或微通道板层。可选地，所述微通道板层上的催化剂为固定床颗粒式催化剂或涂覆式催化剂。可选地，所述可替换床层的微反应器还连接有原料供气系统、温控系统、监测系统及尾气分析系统。本专利技术还提供一种微反应器的应用。可选地，所述应用是在采用上述任意一项所述的可替换床层的微反应器进行费托合成反应。可选地，所述应用是在采用上述任意一项所述的可替换床层的微反应器将二氧化碳转化为甲醇。可选地，所述应用是在采用上述任意一项所述的可替换床层的微反应器将二氧化碳转化为甲烷。如上所述，本专利技术的可替换床层的微反应器及其应用，具有以下有益效果：为了便于催化剂与微通道反应器的结合，本专利技术对微通道反应器进行了特殊设计，构建了以可更换式微反应器为主，多种催化剂结合方式为辅的反应系统。第一，采用斜线设置进料出料口的方式，使得原料气能在多个反应微通道内更为均匀的分布，提高了各个通道内催化剂的利用率。第二，在微反应器板的通道内部，采用可更换的结构，即在内部开一个较大的空腔结构，可以放入整体式催化剂，也可以放入可替换的微通道床层，这样就弥补了由于涂覆方法所带来床层无法重复利用的劣势，同时方便了操作。第三，微反应器的通道采用模块化设计，有多种构型可供选择。本专利技术突破了现有反应器的构型，有助于促进催化剂与微反应器的结合。附图说明图1显示为本专利技术的可替换床层的微反应器的分解结构示意图。图2显示为本专利技术的可替换床层的微反应器组装后的侧视图。图3显示为本专利技术的可替换床层的微反应器中微反应器基底层的立体结构图。图4显示为催化剂床层以微通道板层形式装载入所述空腔结构中的示意图。图5显示为催化剂床层以整体式催化剂形式装载入所述空腔结构中的示意图。元件标号说明1上盖板2下盖板3微反应器基底层4螺栓5安装孔6密封圈7原料气体预热通道8原料气体分布结构9空腔结构10尾气收集结构11气体入口12气体出口13开孔14槽道15整体式催化剂16微通道板层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一本专利技术提供一种可替换床层的微反应器，请参阅图1及图2，分别显示为该可替换床层的微反应器的分解结构示意图及组装后的侧视图，包括上盖板1、下盖板2及夹在所述上盖板1与下盖板2之间的微反应器基底层3。作为示例，所述上盖板1、下盖板2及夹在所述上盖板与下盖板之间的微反应器基底层3通过紧固件连接。本实施例中，所述紧固件包括至少两个螺栓4(图1中显示的为八个螺栓的情形)，所述上盖板1、下盖板2及微反应器基底层3中均设有与所述螺栓4相配合的安装孔5。具体的，所述上盖板1与所述微反应基底层3之间设有密封圈6，用于在所述上盖板1与所述微反应基底层3之间形成密闭空间。所述微反应器基底层3包括面向所述上盖板1的第一表面及面向所述下盖板2的第二表面。所述微反应器基底层3中设有依次连接的原料气体预热通道7、原料气体分布结构8、用于容纳催化剂床层的空腔结构9及尾气收集结构10。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可替换床层的微反应器，包括上盖板、下盖板及夹在所述上盖板与下盖板之间的微反应器基底层；所述微反应器基底层包括面向所述上盖板的第一表面及面向所述下盖板的第二表面；其特征在于：所述微反应器基底层中设有依次连接的原料气体预热通道、原料气体分布结构、用于容纳催化剂床层的空腔结构及尾气收集结构，其中，所述原料气体预热通道的出气口与所述原料气体分布结构的进气口相连，所述原料气体分布结构的出气口与所述空腔结构的进气口相连，所述空腔结构的出气口与所述尾气收集结构的进气口相连；所述原料气体预热通道、原料气体分布结构、空腔结构及尾气收集结构均从所述第一表面开口并往所述第二表面方向延伸，但未贯穿所述第二表面；所述上盖板中设有气体入口及气体出口，其中，所述气体入口与所述原料气体预热通道的进气口连通，所述气体出口与所述尾气收集结构的出气口连通。

【技术特征摘要】
1.一种可替换床层的微反应器，包括上盖板、下盖板及夹在所述上盖板与下盖板之间的微反应器基底层；所述微反应器基底层包括面向所述上盖板的第一表面及面向所述下盖板的第二表面；其特征在于：所述微反应器基底层中设有依次连接的原料气体预热通道、原料气体分布结构、用于容纳催化剂床层的空腔结构及尾气收集结构，其中，所述原料气体预热通道的出气口与所述原料气体分布结构的进气口相连，所述原料气体分布结构的出气口与所述空腔结构的进气口相连，所述空腔结构的出气口与所述尾气收集结构的进气口相连；所述原料气体预热通道、原料气体分布结构、空腔结构及尾气收集结构均从所述第一表面开口并往所述第二表面方向延伸，但未贯穿所述第二表面；所述上盖板中设有气体入口及气体出口，其中，所述气体入口与所述原料气体预热通道的进气口连通，所述气体出口与所述尾气收集结构的出气口连通。2.根据权利要求1所述的可替换床层的微反应器，其特征在于：所述原料气体分布结构的出气口宽度大于进气口宽度；所述尾气收集结构的出气口宽度小于进气口宽度。3.根据权利要求2所述的可替换床层的微反应器，其特征在于：所述原料气体分布结构、空腔结构及尾气收集结构组成横截面为平行四边形或大致为平行四边形的整体槽状结构。4.根据权利要求3所述的可替换床层的微反应器，其特征在于：所述平行四边形位于所述原料气体预热通道与原料气体分布结构连接处的顶角以及位于所述空腔结构及尾气收集结构连接处的顶角为15°-75°。5.根据权利要求1所述的可替换床层的微反应器，其特征在于：所述空腔结构的横截面为矩形。6.根据权利要求1所述的可替换床层的微反应器，其特征在于：所述空腔结构的宽度大于所述原料气体分布结构的出气口宽度，并大于所述尾气收集结构的进气口宽度。7.根据权利要求1所述的可替换床层的微反应器，其特征在于：所述原料气体预热通道为扭曲的蛇形通道式。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙予罕，梁庄典，吕敏，唐志永，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31