一种轴向微催化反应单元制造技术

本实用新型专利技术公开了一种轴向微催化反应单元，该轴向微催化反应单元包括圆盘体(10)以及轴向贯穿所述圆盘体(10)的至少一个微反应通道(6)，所述微反应通道(6)内设置有与该微反应通道(6)同轴的用于增加流体湍动作用的导流组件(7)。本实用新型专利技术提供的轴向微催化反应单元结构紧凑、活性金属用量少、床层压降小、无明显放大效应、单位体积反应组件生产强度大，可通过组件的模块集成以及数量的增减达到控制和调节生产，有利于实现设备的最大利用效率，同时缩短反应器的设计和加工时间。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及化工机械领域，具体地，涉及一种轴向微催化反应单元。
技术介绍
固定床反应器主要包括轴向固定床反应器和径向固定床反应器两种类型。轴向固定床反应器设计、加工过程相对容易、操作简单，但存在反应器设备尺寸庞大、床层压降大、容易出现局部飞温、移热缓慢、转化率低以及放大效应明显等问题。径向床反应器高径比较大、床层压降小且反应物在催化剂床层停留时间短，但很难实现反应物在径向上的均匀分布，并且单位催化剂床层的生产强度较低。为了克服传统化工中存在的传热、传质效率低的问题，二十世纪八九十年代兴起了微化工技术。微反应器作为微化工技术的核心组成部分，它是以毫米、微米为量级的化学反应系统。一方面微反应器具有微尺度化、较大的比表面、扩散距离短、停留时间短以及阻力小等特点，其传质、传热和反应效果较普通反应器高1至3个数量级；另一方面，可以根据实际的工业生产能力要求，通过具有功能化的微反应器模块集成以及数量的增减达到控制和调节生产，有利于实现设备的最大利用效率，同时缩短设备的加工时间。近年来，将微通道反应器在气固相催化反应和液固相催化反应中的应用受到越来越多的关注。公告号为CN202893334U的中国专利，采用钛合金板式结构，每个钛合金冷却盖板内设置有冷却仓和反应仓，该微通道反应器具有能够承受高压和抗蚀性，不足之处在于反应物在反应仓内停留时间短，生产效率较低。公告号为CN2035404511U、CN103418321B的中国专利，公开了一种通道流速均布的层叠型微通道反应器。将多层的反应板层叠设置，优点在于可以扩大反应规模、提高反应效率且压降低，不足之处在于该微通道反应器不能承受高压。CN104258796A则公开了一种高通量多层螺旋绕管微通道反应器，该反应器具有移热能力强、易于放大和成本低等优势，主要应用于液相反应。综上所述，现有的微通道反应器还存在无法承受高压、反应效率低和原料停留时间短等不足。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种轴向微催化反应单元，该轴向微催化反应单元可以解决现有的微通道反应器存在的无法抗高压、反应效率低以及原料停留时间短的技术问题。该轴向微催化反应单元能够用于反应体积变化的反应，通过组件的模块集成以及数量的增减达到控制和调节生产，并且催化剂使用量少，压降低、停留时间短、原料转化率高且无气体偏流和短路现象。为了实现上述目的，本技术提供一种轴向微催化反应单元，该轴向微催化反应单元包括圆盘体以及轴向贯穿圆盘体的至少一个微反应通道，微反应通道内设置有与该微反应通道同轴的用于增加流体湍动作用的导流组件。可选地，微反应通道的内表面和/或导流组件的外表面负载有催化活性组分。可选地，微反应通道内任意一段的直径沿着从微反应通道的上端开口到微反应通道的下端开口的方向逐渐减小或不变；微反应通道的任意横截面的直径在2-55毫米范围内。可选地，上端开口的直径与下端开口的直径的比值为(1.1-25)：1。可选地，所有微反应通道的内部空间的总体积为圆盘体的总体积的30-90％。可选地，微反应通道为选自锥形管、喇叭形管、Y形管和梯形管中的其中一种。可选地，导流组件包括与轴向微反应通道固定连接的固定轴和固定连接在固定轴上的导流元件，导流元件朝向轴向微反应通道的进气方向的一端为凸形。可选地，导流元件为选自半球体、半球面、球面、球体、实心锥体、锥形面和空心锥体中的至少一种。可选地，所述实心锥体、锥形面和空心锥体的底面直径以及半球体、半球面、球面和球体的球面直径均小于上端开口的直径与下端开口的直径中的较大者，实心锥体、锥形面和空心锥体的高度不大于微反应通道长度的0.9倍.可选地，相邻两个导流元件的间距不小于实心锥体、锥形面和空心锥体的底面直径或半球体、半球面、球面和球体的球面直径。与现有技术相比，本技术提供的径向微催化反应单元，具有如下优点：1、采用涂覆反应活性组分于微通道内表面和/或导流元件的外表面，活性金属使用量为同等处理能力常规固定床反应器所用量的1％～85％，节约了活性金属的使用量，特别能够降低贵金属催化剂的生产成本；2、微反应通道内设置有增加流体湍动作用的导流组件，且导流组件与所述微反应通道同轴，增加了反应原料在微通道内的湍流程度，提高了原料作用于催化剂活性位上的概率，从而提高了原料转化率。该反应器由若干大小相同的微反应通道构成的反应区，无反应死区和气体的偏流现象，床层的温度较为均匀，不会出现热点，充分保证了整个运行周期内的平稳运行；3、反应物从流体主体到催化活性位之间的扩散阻力几乎为零，提高了反应速率，同时生成的产物能够很快扩散到流体主体，产物在反应器中停留时间较短，延长了催化剂的使用寿命(寿命可以提高15％～60％)，床层压降较同处理量的轴向反应器低(30％～90％)；4、对于体积缩小的催化反应而言，采用涂覆反应活性催化剂的微通道反应器，随着反应物从喇叭管较大直径端向小直径端流动，反应通道越来越小，增大了体积缩小反应向产物方向转化的推动力，同时流速越来越大，使得产物在微反应通道中的停留时间较短，产生的反应热也很快的被带离催化反应区。对于体积增大的反应而言，反应物从喇叭管较小直径端向大直径端流动，反应通道越来越大，增大了催化反应向产物方向转化的推动力；5、可以根据实际的工业生产能力要求，通过具有功能化的微反应器模块集成以及数量的增减达到控制和调节生产，有利于实现设备的最大利用效率，无明显放大效应，同时缩短设备的加工时间，进一步降低反应器生产成本。本技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本技术，但并不构成对本技术的限制。在附图中：图1是本技术提供的轴向微催化反应组件的一种具体实施方式的结构示意图；图2是本技术提供的轴向微催化反应组件的具体实施方式的剖视图(即图1中A-A面的剖视图)；图3是本技术提供的轴向微催化反应组件的另一种具体实施方式的结构示意图；图4是本技术提供的轴向微催化反应组件的应用所采用的轴向微催化反应组件的第一种具体实施方式的剖面侧视图(即重叠放置)；图5是本技术提供的轴向微催化反应组件的应用所采用的轴向微催化反应组件的另一种具体实施方式的剖面侧视图(即并列放置)；图6是本技术提供的轴向微催化反应组件的应用所采用的轴向微催化反应组件的另一种具体实施方式的剖视图(即图5中A-A面的剖视图)；图7是本技术提供的反应器的一种具体实施方式所采用的具有导流组件的微通道示意图；图8是本技术提供的喇叭管微通道的剖视图(即图7中B-B面的剖视图)。图9是本技术提供的喇叭管微通道的剖视图(即图7中C-C面的剖视图)；图10是本技术提供的轴向微催化反应组件所采用的微反应通道的一种具体实施方式(锥形管)的示意图；图11是本技术提供的轴向微催化反应组件所采用的微反应通道的一种具体实施方式(喇叭形管)的示意图；图12是本技术提供的轴向微催化反应组件所采用的微反应通道的一种具体实施方式(Y形管)的示意图；图13是本技术提供的轴向微催化反应组件所采用的微反应通道的一种具体实施方式(梯形管)的示意图；图14是技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴向微催化反应单元，其特征在于，该轴向微催化反应单元包括圆盘体(10)以及轴向贯穿所述圆盘体(10)的至少一个微反应通道(6)，所述微反应通道(6)内设置有与该微反应通道(6)同轴的用于增加流体湍动作用的导流组件(7)。

【技术特征摘要】
1.一种轴向微催化反应单元，其特征在于，该轴向微催化反应单元包括圆盘体(10)以及轴向贯穿所述圆盘体(10)的至少一个微反应通道(6)，所述微反应通道(6)内设置有与该微反应通道(6)同轴的用于增加流体湍动作用的导流组件(7)。2.根据权利要求1所述的轴向微催化反应单元，其特征在于，所述微反应通道(6)的内表面和/或所述导流组件(7)的外表面负载有催化活性组分。3.根据权利要求1所述的轴向微催化反应单元，其特征在于，所述微反应通道(6)内任意一段的直径沿着从所述微反应通道(6)的上端开口(3)到所述微反应通道(6)的下端开口(4)的方向逐渐减小或不变；所述微反应通道(6)的任意横截面的直径在2-55毫米范围内。4.根据权利要求3所述的轴向微催化反应单元，其特征在于，微反应通道(6)的所述上端开口(3)的直径与所述下端开口(4)的直径的比值为(1.1-25)：1。5.根据权利要求1所述的轴向微催化反应单元，其特征在于，所有所述微反应通道(6)的内部空间的总体积为所述圆盘体(10)的总体积的30-90％。6.根据权利要求1所述的轴向微催...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，戴文松，蒋荣兴，
申请(专利权)人：中国石化工程建设有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11