一种径向微催化反应单元及其用途制造技术

本发明专利技术公开了一种径向微催化反应单元及其用途，该径向微催化反应单元包括具有中心管的中心筒；所述中心管的一端为开口；所述中心筒的外侧通过径向穿过所述中心筒的微反应通道与所述中心管流体连通，所述微反应通道具有直径不同的微通道内侧开口和微通道外侧开口。该微催化反应单元能够用于反应体积变化的反应，并且催化剂使用量少，压降低、停留时间短、空间利用率高、无气体偏流和短路现象。

Radial micro catalytic reaction unit and uses thereof

The invention discloses a radial micro catalytic reaction unit and the use of the radial micro catalytic reaction unit comprises a central tube with a center cylinder; one end of the central tube is in fluid communication with the heart tube opening; micro reaction channels outside the central tube through the radial through the center tube and the medium, the the micro reaction channel with different diameters of micro channel and micro channel openings of the inner side of the external opening. The micro catalytic reaction unit can be used for the volume change of the reaction, the catalyst and the use of less pressure drop and short residence time, high space utilization rate, no gas current and short circuit phenomenon.

【技术实现步骤摘要】
一种径向微催化反应单元及其用途
本专利技术涉及一种径向微催化反应单元及其用途。
技术介绍
目前固定床反应器主要有两种类型，一种是轴向固定床反应器，另一种是径向固定床反应器。轴向反应器设计、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、放大效应明显以及反应器需要材质等级高等问题。径向床反应器高径比较大、床层压降小、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、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、阻力小等特点，其传质、传热和反应效果较普通反应器高1-3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。因此，提高单位体积催化剂生产强度、减小反应器的设备尺寸、缩短气体在催化剂表面停留时间、降低反应器压降损失，提高反应物的转化效率，充分延长催化剂的使用寿命，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，满足反应器大型化的需求是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种径向微催化反应单元及其用途，该微催化反应单元能够用于反应体积变化的反应，并且催化剂使用量少，压降低、停留时间短、空间利用率高、无气体偏流和短路现象。为了实现上述目的，本专利技术第一方面：提供一种径向微催化反应单元，其特征在于，该径向微催化反应单元包括具有中心管的中心筒；所述中心管的一端为开口；所述中心筒的外侧通过径向穿过所述中心筒的微反应通道与所述中心管流体连通，所述微反应通道具有直径不同的微通道内侧开口和微通道外侧开口。优选地，所述微反应通道的内表面负载有催化活性组分。优选地，所述微反应通道的直径从所述微通道外侧开口向微通道内侧开口的方向逐渐减小。优选地，所述微反应通道的直径在2-50毫米之间。优选地，所述微通道外侧开口的直径与所述微通道内侧开口的直径的比值为(1.1-25)：1。优选地，所述微反应通道的内部空间的总体积为所述中心筒的体积的30％-90％。优选地，所述微反应通道为选自锥形管、喇叭形管和Y形管中的其中一种。本专利技术第二方面：提供本专利技术第一方面所提供的径向微催化反应单元的用途，该用途包括：将至少一个所述径向微催化反应单元用于催化反应。优选地，该用途还包括：将多个径向微催化反应单元并列和/或重叠地用于催化反应。优选地，当所述催化反应为体积增大的反应时，所述微通道内侧开口和微通道外侧开口中直径较小者为反应气体入口。优选地，当所述催化反应为体积减小的反应时，所述微通道内侧开口和微通道外侧开口中直径较大者为反应气体入口。与现有技术相比，本专利技术提供的径向微催化反应单元及其用途，具有如下优点：1、对于体积缩小的化学反应，采用涂覆催化活性组分的微反应通道，随着反应物从微反应通道较大直径端向较小直径端流动，反应通道越来越小，增大了化学反应向产物方向转化的推动力，同时气体流速越来越大，使得气体在微反应通道中的停留时间较短；对于体积增大的化学反应，随着反应物从微反应通道较小直径端向大直径端流动，反应通道越来越大，增大了化学反应向产物方向转化的推动力，促进了化学反应的进行；2、采用涂覆催化活性组分于微反应通道内表面，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5％-25％，有效地降低了催化剂生产成本；3、由于反应气体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％-20％)，床层压降较同处理量的径向反应器低(50％-85％)；4、该微催化反应单元由若干大小相同的微反应通道构成的反应区域，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；5、可以根据实际的工业生产能力要求，通过具有功能化的径向微催化反应单元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。本专利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专利技术的进一步理解，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专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术提供的径向微催化反应单元的一种具体实施方式的结构示意图；图2是本专利技术提供的径向微催化反应单元的一种具体实施方式的剖视图(即图1中A-A面的剖视图)；图3是本专利技术提供的径向微催化反应单元的用途所采用的径向微催化反应单元的一种具体实施方式的结构示意图；图4是本专利技术提供的径向微催化反应单元的用途所采用的径向微催化反应单元的一种具体实施方式的剖视图(即图3中A-A面的剖视图)；图5是本专利技术提供的径向微催化反应单元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6是本专利技术提供的径向微催化反应单元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7是本专利技术提供的径向微催化反应单元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。附图标记说明1中心筒2中心管3微反应通道4微反应通道内侧开口5微反应通道外侧开口具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术第一方面：提供一种径向微催化反应单元，其特征在于，该径向微催化反应单元包括具有中心管2的中心筒1；所述中心管2的一端为开口；所述中心筒1的外侧通过径向穿过所述中心筒的微反应通道3与所述中心管2流体连通，所述微反应通道3具有直径不同的微通道内侧开口4和微通道外侧开口5。根据本专利技术第一方面的一种具体实施方式，所述中心筒1可以由密封连接的顶部密封板、底部密封板和侧壁构成，其内可以空心，可以实心，只要能够容纳微反应通道3即可。所述中心筒1的直径与中心管2的直径之比可以为适合的任意比。根据本专利技术的第一方面，为了使所述径向微催化反应单元能够用于反应，所述微反应通道3的内表面负载有催化活性组分。所述催化活性组分可以采用本领域技术人员所熟知的催化活性组分，例如将径向微催化反应单元用于甲烷化反应时，可以负载具有甲烷化反应活性的镍、钌和铑等金属；所述的负载是指可以通过浸渍、离子溅射、涂覆或装填等方法将含有活性组分的催化剂或直接将活性组分负载到微反应通道内。其中，活性金属组分涂覆负载过程可以采用本领域技术人员所熟知的包括金属基体的预处理和催化剂沉积两个阶段的涂覆方法。许多气相化学反应伴随体积的变化，即体积增大或体积减小，为了增加这些反应的速率，微反应通道的直径可以变化，例如逐渐增大或逐渐减小。根据本专利技术第一方面的一种具体实施方式，所述微反应通道3的直径可以从所述微通道外侧开口5向微通道内侧开口4的方向逐渐减小(保证微通道外侧开口5的直径大于微通道内侧开口4的直径即可，也包括通道直径先减小后不变的情况)，所述微通道外侧开口5的直径与所述微通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种径向微催化反应单元，其特征在于，该径向微催化反应单元包括具有中心管（2）的中心筒（1）；所述中心管（2）的一端为开口；所述中心筒（1）的外侧通过径向穿过所述中心筒的微反应通道（3）与所述中心管（2）流体连通，所述微反应通道（3）具有直径不同的微通道内侧开口（4）和微通道外侧开口（5）。

【技术特征摘要】
1.一种径向微催化反应单元，其特征在于，该径向微催化反应单元包括具有中心管（2）的中心筒（1）；所述中心管（2）的一端为开口；所述中心筒（1）的外侧通过径向穿过所述中心筒的微反应通道（3）与所述中心管（2）流体连通，所述微反应通道（3）具有直径不同的微通道内侧开口（4）和微通道外侧开口（5）。2.根据权利要求1的径向微催化反应单元，其特征在于，所述微反应通道（3）的内表面负载有催化活性组分。3.根据权利要求1的径向微催化反应单元，其特征在于，所述微反应通道（3）的直径从所述微通道外侧开口（5）向微通道内侧开口（4）的方向逐渐减小。4.根据权利要求1的径向微催化反应单元，其特征在于，所述微反应通道（3）的直径在2-50毫米之间。5.根据权利要求1的径向微催化反应单元，其特征在于，所述微通道外侧开口（5）的直径与所述微通道内侧开口（4）的直径的比值为（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，戴文松，王子宗，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：发明
国别省市：北京,11