一种轴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轴径向微催化反应单元及其用途，该轴径向微催化反应单元包括中心柱体和同轴套设在所述中心柱体外侧的套筒；所述中心柱体具有轴向穿过所述中心柱体的轴向微反应通道，所述套筒的径向具有径向穿过所述套筒的径向微反应通道。本发明专利技术提供的轴径向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。

Axial radial micro catalytic reaction unit and uses thereof

The invention discloses a radial micro catalytic reaction unit and its use, the shaft sleeve radial micro catalytic reaction unit comprises a central column body and is arranged at the center of the coaxial cylinders; the axial center column with axial direction through the center cylinder micro reaction channel, radial of the sleeve with a radial through the sleeve of the micro reaction channels. The present invention provides radial 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】
一种轴径向微催化反应单元及其用途
本专利技术涉及一种轴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轴径向微催化反应单元及其用途，该轴径向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：提供一种轴径向微催化反应单元，其特征在于，该微轴径向催化反应单元包括中心柱体和同轴套设在所述中心柱体外侧的套筒；所述套筒的内壁与所述中心柱体的外壁形成有集流道；所述集流道的上端密闭，所述集流道的下端设置有集流道开口；所述中心柱体具有轴向穿过所述中心柱体的轴向微反应通道，所述中心柱体的上下仅通过所述轴向微反应通道流体连通；所述套筒的径向具有径向穿过所述套筒的径向微反应通道，所述套筒的内外也仅通过所述径向微反应通道流体连通；所述轴向微反应通道具有直径不同的轴向微反应通道上方开口和轴向微反应通道下方开口；所述径向微反应通道具有直径不同的径向微反应通道外侧开口和径向微反应通道内侧开口。优选地，所述中心柱体为选自圆柱、三菱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱和八棱柱中的其中一种。优选地，所述轴向微反应通道的内表面和径向微反应通道的内表面负载有催化活性组分。优选地，所述轴向微反应通道的直径从所述轴向微反应通道上方开口向轴向微反应通道下方开口的方向逐渐减小；所述径向微反应通道的直径从所述径向微反应通道外侧开口向径向微反应通道内侧开口的方向逐渐减小。优选地，所述轴向微反应通道的直径从所述轴向微反应通道上方开口向轴向微反应通道下方开口的方向逐渐增大；所述径向微反应通道的直径从所述径向微反应通道外侧开口向径向微反应通道内侧开口的方向逐渐增大。优选地，所述轴向微反应通道的直径和径向微反应通道的直径在2-50毫米之间。优选地，所述轴向微反应通道上方开口的直径与所述轴向微反应通道下方开口的直径的比值为(1.1-25)：1；所述径向微反应通道外侧开口的直径与所述径向微反应通道内侧开口的直径的比值为(1.1-25)：1。优选地，所述轴向微反应通道的内部空间的总体积为所述中心柱体的体积的30％-90％；所述径向微反应通道的内部空间的总体积为所述套筒的体积的30％-90％。优选地，所述轴向微反应通道和径向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轴径向微催化反应单元的用途，该用途包括：将至少一个所述轴径向微催化反应单元用于催化反应。优选地，该用途还包括：将多个轴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，所述轴向微反应通道上方开口和轴向微反应通道下方开口中直径较小者为反应气体入口，所述径向微反应通道外侧开口和径向微反应通道内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，所述轴向微反应通道上方开口和轴向微反应通道下方开口中直径较大者为反应气体入口，所述径向微反应通道外侧开口和径向微反应通道内侧开口中直径较大者为反应气体入口。与现有技术相比，本专利技术提供的轴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轴、径向反应器低(50％-85％)；4、该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、该催化反应单元综合了轴向、径向催化反应单元的优点，对于具有强烈的温度变化的化学反应，可以有效改善催化单元因温度变化引起的热胀冷缩应力；6、可以根据实际的工业生产能力要求，通过具有功能化的轴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轴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轴径向微催化反应单元的另一种具体实施方式的结构示意图；图3是本专利技术提供的轴径向微催化反应单元的具体实施方式的剖视图(即图1或图2中A-A面的剖视图，中心柱体为圆柱)；图4是本专利技术提供的轴径向微催化反应单元的具体实施方式的剖视图(即图1或图2中A-A面的剖视图，中心柱体为四棱柱)；图5是本专利技术提供的轴径向微催化反应单元的具体实施方式的剖视图(即图1或图2中A-A面的剖视图，中心柱体为六棱柱)；图6是本专利技术提供的轴径向微催化反应单元的用途所采用的轴径向微催化反应单元的第一种具体实施方式的剖面侧视图(即并列放置)；图7是本专利技术提供的轴径向微催化反应单元的用途所采用的轴径向微催化反应单元的第二种具体实施方式的剖面俯视图(即并列放置且中心柱体为四棱柱)；图8是本专利技术提供的轴径向微催化反应单元的用途所采用的轴径向微催化反应单元的第三种具体实施方式的剖面侧视图(即重叠与并列放置)；图9是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴径向微催化反应单元，其特征在于，该轴径向微催化反应单元包括中心柱体(1)和同轴套设在所述中心柱体(1)外侧的套筒(2)；所述套筒(2)的内壁与所述中心柱体(1)的外壁形成有集流道(3)；所述集流道(3)的上端密闭，所述集流道(3)的下端设置有集流道开口(4)；所述中心柱体(1)具有轴向穿过所述中心柱体(1)的轴向微反应通道(5)，所述中心柱体(1)的上下仅通过所述轴向微反应通道(5)流体连通；所述套筒(2)的径向具有径向穿过所述套筒(2)的径向微反应通道(6)，所述套筒(2)的内外也仅通过所述径向微反应通道(6)流体连通；所述轴向微反应通道(5)具有直径不同的轴向微反应通道上方开口(8)和轴向微反应通道下方开口(7)；所述径向微反应通道(6)具有直径不同的径向微反应通道外侧开口(9)和径向微反应通道内侧开口(10)。

【技术特征摘要】
1.一种轴径向微催化反应单元，其特征在于，该轴径向微催化反应单元包括中心柱体(1)和同轴套设在所述中心柱体(1)外侧的套筒(2)；所述套筒(2)的内壁与所述中心柱体(1)的外壁形成有集流道(3)；所述集流道(3)的上端密闭，所述集流道(3)的下端设置有集流道开口(4)；所述中心柱体(1)具有轴向穿过所述中心柱体(1)的轴向微反应通道(5)，所述中心柱体(1)的上下仅通过所述轴向微反应通道(5)流体连通；所述套筒(2)的径向具有径向穿过所述套筒(2)的径向微反应通道(6)，所述套筒(2)的内外也仅通过所述径向微反应通道(6)流体连通；所述轴向微反应通道(5)具有直径不同的轴向微反应通道上方开口(8)和轴向微反应通道下方开口(7)；所述径向微反应通道(6)具有直径不同的径向微反应通道外侧开口(9)和径向微反应通道内侧开口(10)。2.根据权利要求1的轴径向微催化反应单元，其特征在于，所述中心柱体(1)为选自圆柱、三菱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱和八棱柱中的其中一种。3.根据权利要求1的轴径向微催化反应单元，其特征在于，所述轴向微反应通道(5)的内表面和径向微反应通道(6)的内表面负载有催化活性组分。4.根据权利要求1的轴径向微催化反应单元，其特征在于，所述轴向微反应通道(5)的直径从所述轴向微反应通道上方开口(8)向轴向微反应通道下方开口(7)的方向逐渐减小；所述径向微反应通道(6)的直径从所述径向微反应通道外侧开口(9)向径向微反应通道内侧开口(10)的方向逐渐减小。5.根据权利要求1的轴径向微催化反应单元，其特征在于，所述轴向微反应通道(5)的直径从所述轴向微反应通道上方开口(8)向轴向微反应通道下方开口(7)的方向逐渐增大；所述径向微反应通道(6)的直径从所述径向微反应通道外侧开口(9)向径向微反应通道...

【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