一种用于CO2甲烷化的多层叠加微通道反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于CO2甲烷化的多层叠加微反应装置。所述装置由上盖板、下盖板以及依次密封安装在上盖板与下盖板之间的微混合器-1、微混合器-2、微燃烧器、微换热器-1、微反应器-1、微换热器-2、微反应器-2。上盖板、微混合器-1、微混合器-2、微燃烧器、微换热器-1、微反应器-1、微换热器-2、微反应器-2及下盖板中的相邻两个模块间的密封连接均采用真空扩散焊接方式。可实现可再生能源领域CO2甲烷化反应过程的室温启动和反应热的梯级利用，反应启动时间小于30分钟，在H2/CO2为4的条件下，H2转化率均大于98％，极大程度上提高系统的能源利用效率，充分利用分散式可再生能源。

Multilayer stacked microchannel reactor for CO2 Methanation

The invention discloses a multilayer superposition micro reaction device for CO2 methanation. The device consists of an upper cover and a lower cover plate and the sealing are arranged between the upper cover and the lower cover of the micro mixer, micro mixer, micro -1 -2 burner, micro heat exchanger -1, micro reactor -1, micro heat exchanger, -2 micro reactor -2. On the cover, micro -1, micro mixer, -2 mixer, micro micro burner heat exchanger -1, micro reactor -1, micro heat exchanger -2, micro reactor and -2 under seal adjacent the cover between the two modules are used to connect the vacuum diffusion welding process. The implement process of CO2 methanation reaction in the field of renewable energy at room temperature and start the reaction heat cascade utilization, the start time of less than 30 minutes, in the case of H2/CO2 is 4, the conversion rate of H2 was greater than 98%, improve the energy efficiency of the system greatly, make full use of the dispersion type of renewable energy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于可再生能源领域的过程强化和系统集成，具体涉及CO2甲烷化的多层叠加微通道反应系统。
技术介绍
发展可再生能源尤其是太阳能、风能、生物质能等是世界各国的研究重点。然而，可再生能源一般具有低能量密度、间歇性和不稳定性等缺点，如何将其转化为能量密度高、连续性输出的“高级能源”是可再生能源真正走向实用化进程中亟待解决的关键问题。利用风能或太阳能电解水制H2，H2与CO2在甲烷化装置内生产出甲烷，而甲烷可以进入天然气管网、为汽车加气或作为LNG储存运输等，CO2则来自于沼气厂产生的废气，这是一个典型的“闭环”CO2零排放理念。可知，该过程的核心技术是CO2甲烷化，故提高甲烷化技术的能源利用效率则尤为关键。中国专利技术专利(CN102151531A)公开了一种属于煤制天然气
的微通道反应器及其合成气完全甲烷化的方法，反应器由反应通道、移热通道、基板和耐压器壁构成，其主要用途为一氧化碳加氢甲烷化，且不涉及原料气的预热及反应系统的室温启动模块。而针对可再生能源的利用问题，整个过程的能源综合有效利用则显得尤为重要。从原理上看，利用注重过程强化、系统微型化、模块化、高度集成，可实现就地、按需生产与供货的微化工技术，有望大幅度提高系统的能源利用效率，使分散式能源得到充分合理利用，增加其市场竞争能力与盈利空间。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于CO2甲烷化的多层叠加微通道反应装置，通过微混合、氢气催化燃烧、微换热、CO2甲烷化等模块的耦合，强化不同气体物料间的混合、预热、换热及反应性能，从而实现可再生能源利用过程中能量的梯级利用及系统的过程强化、微型化及高度集成化，极大程度上提高系统的能源利用效率，充分利用分散式可再生能源。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：所述多层叠加微反应装置包括上盖板、下盖板以及依次密封安装在上盖板与下盖板之间的微混合器-1、微混合器-2、微燃烧器、微换热器-1、微反应器-1、微换热器-2、微反应器-2；上盖板、微混合器-1、微混合器-2、微燃烧器、微换热器-1、微反应器-1、微换热器-2、微反应器-2及下盖板中的相邻两个模块间的密封连接均采用真空扩散焊接方式。所述上盖板上设置有空气和氢气的进口通孔、原料气二氧化碳和氢气的进口通孔、预热后原料气二氧化碳和氢气的进口通孔。所述微混合器-1由一片或两片以上的微混合板叠加组成，微混合板上设有微混合通道，微混合板上设置有与上盖板上对应的空气和氢气的进口孔、与上盖板对应的二氧化碳和氢气的进口通孔、与上盖板对应的预热后二氧化碳和氢气的进口通孔，除靠近微混合器-2的最底层微混合板上空气和氢气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；微混合通道的两端分别与空气和氢气的进口孔、预热后二氧化碳和氢气的进口通孔相连通。所述微混合器-2由一片或两片以上的微混合板叠加组成，微混合板上设有微混合通道，微混合板上设置有混合后的二氧化碳和氢气出口通孔，与微混合器-1对应的二氧化碳和氢气的进口孔、与微混合器-1对应的预热后二氧化碳和氢气的进口通孔；除靠近微燃烧器的最底层微混合板上二氧化碳和氢气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；微混合通道的两端分别与二氧化碳和氢气的进口孔、混合后的二氧化碳和氢气出口通孔相连通。所述微燃烧器由一片或两片以上的微燃烧板叠加组成，微燃烧板上设有微燃烧通道，微燃烧板上设置有与微混合器-2对应的混合后空气和氢气的进口孔，空气和氢气的燃烧尾气出口孔，与微混合器-2对应的混合后二氧化碳和氢气的出口通孔；除靠近微换热器-1的最底层微燃烧板上混合后空气和氢气的进口孔和靠近微混合器-2的最顶层微燃烧板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔为盲孔外，其余均为通孔；微燃烧通道的两端分别与混合后空气和氢气的进口孔、空气和氢气的燃烧尾气出口孔相连通。所述微换热器-1由两片或三片以上的微换热板叠加组成，微换热板上设有微换热通道，微换热板上设置有与微燃烧器对应的空气和氢气的燃烧尾气或预热后二氧化碳和氢气的进口孔、空气和氢气的燃烧尾气换热后或预热后二氧化碳和氢气的出口孔、与微混合器-2对应的二氧化碳和氢气混合气的进口孔、二氧化碳和氢气混合气换热后的出口孔；除靠近微燃烧器的最顶层微换热板上空气和氢气的燃烧尾气经微换热器-1换热后的出口孔及预热后二氧化碳和氢气经微换热器-1换热后的出口孔、靠近微反应器-1的最底层微换热板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔及二氧化碳和氢气混合气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；相邻微换热板上的微换热通道一个的两端分别与空气和氢气的燃烧尾气或预热后二氧化碳和氢气的进口孔、空气和氢气的燃烧尾气换热后或预热后二氧化碳和氢气的出口孔相连通，另一个的两端分别与二氧化碳和氢气混合气的进口孔、二氧化碳和氢气混合气换热后的出口孔相连通。所述微反应器-1由一片或两片以上的微反应板叠加组成，微反应板上设有微反应通道，微反应板上设置有经微换热器-1换热后的空气和氢气的燃烧尾气进口孔及出口孔、与微换热器-1对应的经微换热器-1换热后二氧化碳和氢气混合气的进口通孔，除靠近微换热器-2的最底层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔、靠近微换热器-1的最顶层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔为盲孔外，其余均为通孔；微反应通道的两端分别与经微换热器-1换热后的空气和氢气的燃烧尾气进口孔及出口孔相连通。所述微换热器-2由两片或三片以上的微换热板叠加组成，微换热板上设有微换热通道，微换热板上设置有空气和氢气的燃烧尾气或经微反应器-1反应后的二氧化碳和氢气反应尾气进口孔和出口孔、与微反应器-1对应的二氧化碳和氢气混合气的进口孔和出口孔，除靠近微反应器-1的最顶层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔及二氧化碳和氢气混合气的出口孔、靠近微反应器-2的最底层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔及二氧化碳和氢气混合气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；相邻微换热板上的微换热通道一个的两端分别与空气和氢气的燃烧尾气或经微反应器-1反应后的二氧化碳和氢气反应尾气进口孔及出口孔相连通，另一个的两端分别与二氧化碳和氢气混合气的进口孔及出口孔相连通。所述微反应器-2由一片或两片以上的微反应板叠加组成，微反应板上设有微反应通道，微反应板上设置有空气和氢气的燃烧尾气进口孔和出口孔、经微换热器-2换热后的二氧化碳和氢气混合气的进口通孔，除靠近下盖板的最底层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔、靠近微换热器-2的最顶层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔为盲孔外，其余均为通孔；微反应通道的两端分别与空气和氢气的燃烧尾气进口孔及出口孔相连通。所述下盖板上设置有与微反应器-2对应的空气和氢气的燃烧尾气出口通孔或二氧化碳和氢气的反应尾气出口通孔、与微反应器-2对应的预热后二氧化碳和氢气的出口通孔。所述微混合器-1中，微混合板上的预热后二氧化碳和氢气的进口通孔也作为混合后空气和氢气的出口通孔。所述微混合器-2中，微混合板上的预热后二氧化碳和氢气的进口通孔也作为混合后空气和氢气的进口通孔。所述微燃烧器中，空气和氢气的燃烧尾气出口孔也作为预热后二氧化碳和氢气的出口孔，微燃烧板上的混合后空气和氢气的进口孔也作为预热后二氧化碳和氢气的进口孔。所述微换热器-1中，微换热板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔也作为预热后二氧化碳和氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于CO2甲烷化的多层叠加微反应装置，其特征在于：所述多层叠加微反应装置包括上盖板、下盖板以及依次密封叠合安装在上盖板与下盖板之间的微混合器‑1、微混合器‑2、微燃烧器、微换热器‑1、微反应器‑1、微换热器‑2、微反应器‑2；上盖板、微混合器‑1、微混合器‑2、微燃烧器、微换热器‑1、微反应器‑1、微换热器‑2、微反应器‑2及下盖板中的相邻两个模块间的密封连接均采用真空扩散焊接方式；所述上盖板上设置有空气和氢气的进口通孔、原料气二氧化碳和氢气的进口通孔、预热后原料气二氧化碳和氢气的进口通孔；所述微混合器‑1由一片或两片以上的微混合板叠加组成，微混合板上设有微混合通道，微混合板上设置有与上盖板上对应的空气和氢气的进口孔、与上盖板对应的二氧化碳和氢气的进口通孔、与上盖板对应的预热后二氧化碳和氢气的进口通孔，除靠近微混合器‑2的最底层微混合板上空气和氢气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；微混合通道的两端分别与空气和氢气的进口孔、预热后二氧化碳和氢气的进口通孔相连通；所述微混合器‑2由一片或两片以上的微混合板叠加组成，微混合板上设有微混合通道，微混合板上设置有混合后的二氧化碳和氢气出口通孔，与微混合器‑1对应的二氧化碳和氢气的进口孔、与微混合器‑1对应的预热后二氧化碳和氢气的进口通孔；除靠近微燃烧器的最底层微混合板上二氧化碳和氢气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；微混合通道的两端分别与二氧化碳和氢气的进口孔、混合后的二氧化碳和氢气出口通孔相连通；所述微燃烧器由一片或两片以上的微燃烧板叠加组成，微燃烧板上设有微燃烧通道，微燃烧板上设置有与微混合器‑2对应的混合后空气和氢气的进口孔，空气和氢气的燃烧尾气出口孔，与微混合器‑2对应的混合后二氧化碳和氢气的出口通孔；除靠近微换热器‑1的最底层微燃烧板上混合后空气和氢气的进口孔和靠近微混合器‑2的最顶层微燃烧板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔为盲孔外，其余均为通孔；微燃烧通道的两端分别与混合后空气和氢气的进口孔、空气和氢气的燃烧尾气出口孔相连通；所述微换热器‑1由两片或三片以上的微换热板叠加组成，微换热板上设有微换热通道，微换热板上设置有与微燃烧器对应的空气和氢气的燃烧尾气或预热后二氧化碳和氢气的进口孔、空气和氢气的燃烧尾气换热后或预热后二氧化碳和氢气的出口孔、与微混合器‑2对应的二氧化碳和氢气混合气的进口孔、二氧化碳和氢气混合气换热后的出口孔；除靠近微燃烧器的最顶层微换热板上空气和氢气的燃烧尾气经微换热器‑1换热后的出口孔及预热后二氧化碳和氢气经微换热器‑1换热后的出口孔、靠近微反应器‑1的最底层微换热板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔及二氧化碳和氢气混合气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；相邻微换热板上的微换热通道一个的两端分别与空气和氢气的燃烧尾气或预热后二氧化碳和氢气的进口孔、空气和氢气的燃烧尾气换热后或预热后二氧化碳和氢气的出口孔相连通，另一个的两端分别与二氧化碳和氢气混合气的进口孔、二氧化碳和氢气混合气换热后的出口孔相连通；所述微反应器‑1由一片或两片以上的微反应板叠加组成，微反应板上设有微反应通道，微反应板上设置有经微换热器‑1换热后的空气和氢气的燃烧尾气进口孔及出口孔、与微换热器‑1对应的经微换热器‑1换热后二氧化碳和氢气混合气的进口通孔，除靠近微换热器‑2的最底层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔、靠近微换热器‑1的最顶层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔为盲孔外，其余均为通孔；微反应通道的两端分别与经微换热器‑1换热后的空气和氢气的燃烧尾气进口孔及出口孔相连通；所述微换热器‑2由两片或三片以上的微换热板叠加组成，微换热板上设有微换热通道，微换热板上设置有空气和氢气的燃烧尾气或经微反应器‑1反应后的二氧化碳和氢气反应尾气进口孔和出口孔、与微反应器‑1对应的二氧化碳和氢气混合气的进口孔和出口孔，除靠近微反应器‑1的最顶层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔及二氧化碳和氢气混合气的出口孔、靠近微反应器‑2的最底层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔及二氧化碳和氢气混合气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；相邻微换热板上的微换热通道一个的两端分别与空气和氢气的燃烧尾气或经微反应器‑1反应后的二氧化碳和氢气反应尾气进口孔及出口孔相连通，另一个的两端分别与二氧化碳和氢气混合气的进口孔及出口孔相连通；所述微反应器‑2由一片或两片以上的微反应板叠加组成，微反应板上设有微反应通道，微反应板上设置有空气和氢气的燃烧尾气进口孔和出口孔、经微换热器‑2换热后的二氧化碳和氢气混合气的进口通孔，除靠近下盖板的最底层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔、靠近微换热器‑2的最顶层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔为盲孔外，其余均为通孔；微反应通道的两端分别与空气和氢气的燃烧尾气进口孔及出口孔相连通；所述下盖板上设置...

【技术特征摘要】
1.一种用于CO2甲烷化的多层叠加微反应装置，其特征在于：所述多层叠加微反应装置包括上盖板、下盖板以及依次密封叠合安装在上盖板与下盖板之间的微混合器-1、微混合器-2、微燃烧器、微换热器-1、微反应器-1、微换热器-2、微反应器-2；上盖板、微混合器-1、微混合器-2、微燃烧器、微换热器-1、微反应器-1、微换热器-2、微反应器-2及下盖板中的相邻两个模块间的密封连接均采用真空扩散焊接方式；所述上盖板上设置有空气和氢气的进口通孔、原料气二氧化碳和氢气的进口通孔、预热后原料气二氧化碳和氢气的进口通孔；所述微混合器-1由一片或两片以上的微混合板叠加组成，微混合板上设有微混合通道，微混合板上设置有与上盖板上对应的空气和氢气的进口孔、与上盖板对应的二氧化碳和氢气的进口通孔、与上盖板对应的预热后二氧化碳和氢气的进口通孔，除靠近微混合器-2的最底层微混合板上空气和氢气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；微混合通道的两端分别与空气和氢气的进口孔、预热后二氧化碳和氢气的进口通孔相连通；所述微混合器-2由一片或两片以上的微混合板叠加组成，微混合板上设有微混合通道，微混合板上设置有混合后的二氧化碳和氢气出口通孔，与微混合器-1对应的二氧化碳和氢气的进口孔、与微混合器-1对应的预热后二氧化碳和氢气的进口通孔；除靠近微燃烧器的最底层微混合板上二氧化碳和氢气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；微混合通道的两端分别与二氧化碳和氢气的进口孔、混合后的二氧化碳和氢气出口通孔相连通；所述微燃烧器由一片或两片以上的微燃烧板叠加组成，微燃烧板上设有微燃烧通道，微燃烧板上设置有与微混合器-2对应的混合后空气和氢气的进口孔，空气和氢气的燃烧尾气出口孔，与微混合器-2对应的混合后二氧化碳和氢气的出口通孔；除靠近微换热器-1的最底层微燃烧板上混合后空气和氢气的进口孔和靠近微混合器-2的最顶层微燃烧板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔为盲孔外，其余均为通孔；微燃烧通道的两端分别与混合后空气和氢气的进口孔、空气和氢气的燃烧尾气出口孔相连通；所述微换热器-1由两片或三片以上的微换热板叠加组成，微换热板上设有微换热通道，微换热板上设置有与微燃烧器对应的空气和氢气的燃烧尾气或预热后二氧化碳和氢气的进口孔、空气和氢气的燃烧尾气换热后或预热后二氧化碳和氢气的出口孔、与微混合器-2对应的二氧化碳和氢气混合气的进口孔、二氧化碳和氢气混合气换热后的出口孔；除靠近微燃烧器的最顶层微换热板上空气和氢气的燃烧尾气经微换热器-1换热后的出口孔及预热后二氧化碳和氢气经微换热器-1换热后的出口孔、靠近微反应器-1的最底层微换热板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔及二氧化碳和氢气混合气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；相邻微换热板上的微换热通道一个
\t的两端分别与空气和氢气的燃烧尾气或预热后二氧化碳和氢气的进口孔、空气和氢气的燃烧尾气换热后或预热后二氧化碳和氢气的出口孔相连通，另一个的两端分别与二氧化碳和氢气混合气的进口孔、二氧化碳和氢气混合气换热后的出口孔相连通；所述微反应器-1由一片或两片以上的微反应板叠加组成，微反应板上设有微反应通道，微反应板上设置有经微换热器-1换热后的空气和氢气的燃烧尾气进口孔及出口孔、与微换热器-1对应的经微换热器-1换热后二氧化碳和氢气混合气的进口通孔，除靠近微换热器-2的最底层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔、靠近微换热器-1的最顶层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔为盲孔外，其余均为通孔；微反应通道的两端分别与经微换热器-1换热后的空气和氢气的燃烧尾气进口孔及出口孔相连通；所述微换热器-2由两片或三片以上的微换热板叠加组成，微换热板上设有微换热通道，微换热板上设置有空气和氢气的燃烧尾气或经微反应器-1反应后的二氧化碳和氢气反应尾气进口孔和出口孔、与微反应器-1对应的二氧化碳和氢气混合气的进口孔和出口孔，除靠近微反应器-1的最顶层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔及二氧化碳和氢气混合气的出口孔、靠近微反应器-2的最底层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔及二氧化碳和氢气混合气的进口孔为盲孔外，其余均为通孔；相邻微换热板上的微换热通道一个的两端分别与空气和氢气的燃烧尾气或经微反应器-1反应后的二氧化碳和氢气反应尾气进口孔及出口孔相连通，另一个的两端分别与二氧化碳和氢气混合气的进口孔及出口孔相连通；所述微反应器-2由一片或两片以上的微反应板叠加组成，微反应板上设有微反应通道，微反应板上设置有空气和氢气的燃烧尾气进口孔和出口孔、经微换热器-2换热后的二氧化碳和氢气混合气的进口通孔，除靠近下盖板的最底层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气进口孔、靠近微换热器-2的最顶层微反应板上空气和氢气的燃烧尾气出口孔为盲孔外，其余均为通孔；微反应通道的两端分别与空气和氢气的燃烧尾气进口孔及出口孔相连通；所述下盖板上设置有与微反应器-2对应的空气和氢气的燃烧尾气进口通孔或二氧化碳和氢气的反应尾气出口通孔、与微反应器-2对应的预热后二氧化碳和氢气的出口通孔。2.根据权利要求1所述的用于CO2甲烷化的多层叠加微反应装置，其特征在于：所述微混合器-1中，微混合板上的预热后...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉潮，焦凤军，杨梅，初建胜，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21