一种利用微反应系统进行吸放热耦合反应的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种利用微反应系统进行吸放热耦合反应的方法，该方法是将吸热反应和放热反应同时在微反应器上进行，所述微反应器依次由上保温层、上加热层、至少一个微反应层、下加热层、下保温层叠加而成，所述微反应层由上密封板、下密封板以及夹在两层密封板之间的至少一个微反应板组成，所述微反应板上设有供1#反应原料反应的1#微反应通道和供2#反应原料反应的2#微反应通道，两种微反应通道分别带多个连续混合反应腔且两种微反应通道的混合反应腔之间呈相互咬合状态。该微反应设备中两种微反应通道的混合反应腔之间呈相互咬合状态，这有效的增加了吸放热反应之间的热交换面积，提高了换热效率，降低了能耗，同时实现了反应区间温度的均匀分布，不会有热点出现，保证了装置在整个生产周期内的平稳运行。

A method of absorption and exothermic coupling reaction by microreaction system

The invention relates to a method for using the micro reaction system of exothermic reaction coupling, the method is endothermic and exothermic reaction at the same time in the micro reactor, the micro reactor comprises an upper insulation layer, a heating layer, at least one micro reaction layer, a heating layer, insulating layer superposition from the micro reaction layer consists of an upper sealing plate, lower sealing plate and a sealing plate sandwiched between two layers of at least one micro reaction plate, the micro reaction plate is provided with a 1# reaction of reactive materials of 1# micro reaction channels and reaction materials for 2# reaction of 2# micro reaction channels, two micro channel with a mutual occlusion reaction respectively between multiple continuous mixing reaction chamber and two kinds of micro channel reactor mixed reaction. The micro reaction was occluded state between two kinds of micro channel reactor mixed reaction device, which effectively increases the exothermic reaction between the heat exchange area, improves the heat exchange efficiency, reduce energy consumption, while achieving a uniform distribution of reaction temperature interval, no hot spots, to ensure the smooth operation of the device in the whole production cycle.

【技术实现步骤摘要】
一种利用微反应系统进行吸放热耦合反应的方法
本专利技术涉及一种吸放热耦合反应的方法。
技术介绍
在化工生产过程中，会有大量的放热反应和吸热反应存在，反应放出的热量如不能充分利用会造成能源的浪费。因此，开发一种能够将放热和吸热反应集成在一起的反应器引起了越来越广泛的关注。微反应器即微通道反应器，是利用精密加工技术制造的特征尺寸在10-3000微米之间的微型反应器。微反应器中的“微”表示工艺流体的通道在微米级别而不是指微反应设备的外形尺寸大小或产品的大小，其内部可以包含有成百万上千万的微型通道。微反应器的反应介质可以是气体、液体或者弥散物，用于反应物在微反应通道内进行物理反应或者化学反应。微反应器从本质上讲是一种连续流动的通道式反应器，具有比表面积大，传递速率高，接触时间短，副产物少；无放大效应；可连续化生产；可及时移走大量热量，安全性高等特点。因此，将工业生产中的吸放热反应同时在微反应器进行，增加吸放热反应之间的热交换效率，在降低能耗的同时，可实现反应设备尺寸的缩小，提高了反应物的转化效率，同时实现了反应区间温度的均匀分布，不会有热点出现，保证了装置在整个生产周期内的平稳运行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种吸放热耦合反应的方法，该方法是同时将吸热和放热反应集成在一个微反应器中进行，能够实现吸放热耦合反应，提高吸放热反应之间的热交换效率，降低能耗。本专利技术的目的是通过下面技术方案具体实现，然而本专利技术可以不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式，以使得本专利技术对于本领域技术人员来说是彻底和完整的，并且将充分地传达本专利技术的范围。除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有如本专利技术所属
的普通技术人员所通常理解的相同含义。在本文的描述中所使用的术语是用于描述特定的实施方式，而不是对其进行限制。作为本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一”、“一个”、“所述”等也包括复数形式，除非上下文清楚的另有指示。本专利技术提供了一种利用微反应系统进行吸放热耦合反应的方法，其特征在于：（1）将净化后的1#反应原料和2#反应原料分别在1#反应物混合设备和2#反应物混合设备中混合均匀；（2）将1#反应物和2#反应物引入到微反应设备中进行吸放热耦合反应；（3）反应后的产物分别引入到1#产物收集设备和2#产物收集设备中收集；所述1#反应物进行的是放热反应且2#反应物进行的是吸热反应，或1#反应物进行的是吸热反应且2#反应物进行的是放热反应；所述微反应设备由至少两个以上微反应器串联而成，且由温度自动调节设备控制耦合反应温度；所述微反应器依次由上保温层、上加热层、至少一个微反应层、下加热层、下保温层叠加而成；所述微反应层由上密封板、下密封板以及夹在两层密封板之间的至少一个微反应板组成；所述微反应板上设有供1#反应物反应的1#微反应通道和供2#反应物反应的2#微反应通道；所述1#微反应通道和2#微反应通道分别带多个连续混合反应腔，且所述两种微反应通道的混合反应腔之间呈相互咬合状态；所述微反应通道及混合反应腔内壁涂有相应反应的催化剂。优选的，所述放热反应是甲烷化反应、甲烷部分氧化反应、甲醇制烯烃反应、费托合成、异构化反应、甲烷催化燃烧反应、氨气催化氧化反应、二氧化硫氧化反应、酸碱中和反应中的一种反应；所述吸热反应是甲烷二氧化碳重整反应、甲烷水蒸气重整反应、催化裂解、逆水煤气反应中的一种反应。优选的，所述反应物在微反应通道中的停留时间为0.01-2s，反应压力为0.1-6MPa。优选的，所述1#微反应通道和2#微反应通道的内径范围为0.1-10mm，所述混合反应腔的内径宽度为所述微反应通道的0.2-4倍。优选的，所述混合反应腔呈T形状或蘑菇形状。优选的，所述混合反应腔呈L形状。优选的，在所述混合反应腔相对的微反应通道壁上有Y形挡板。优选的，与混合反应腔相对的微反应通道壁上L有形挡板。优选的，所述混合反应腔的顶部还有一个挡板，且该挡板与所述微反应通道壁上的挡板有间隙。优选的，所述1#微反应通道和2#微反应通道通过其多个混合反应腔之间相互咬合后整体呈曲折形或螺旋形。与现有技术相比，本专利技术中提供的微反应板中设置有两种反应通道，且两种微反应通道分别带多个连续混合反应腔，有利于反应物的充分混合。进一步的，两种微反应通道的混合反应腔之间呈相互咬合状态，这有效的增加了吸放热反应之间的热交换面积，提高了换热效率，降低了能耗，同时实现了反应区间温度的均匀分布，不会有热点出现，保证了装置在整个生产周期内的平稳运行。另一方面，本专利技术的微反应设备在吸放热耦合反应装置中根据生产需要自由组合，简单方便，有利于实现设备的最大利用率，无明显放大效应，缩短了装置的加工时间，进一步降低了反应装置的生产成本。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被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届时本专利技术，但并不后塍对本专利技术的限制。在附图中：图1是吸放热耦合反应装置一种实施方式的结构示意图；图2是微反应设备一种具体实施方式的结构示意图；图3是微反应板的一种具体实施方式的结构示意图（T形混合反应腔）；图4是微反应板的一种具体实施方式的结构示意图（蘑菇形混合反应腔）；图5是微反应板的一种具体实施方式的结构示意图（L混合反应腔）；图6是微反应设备另一种具体实施方式的结构示意图；图7是微反应板的另一种具体实施方式的结构示意图（T形混合反应腔）；图8是微反应板的另一种具体实施方式的结构示意图（蘑菇形混合反应腔）；图9是微反应板的另一种具体实施方式的结构示意图（L混合反应腔）；图10是带T形混合反应腔的微反应通道的一种具体实施方式的结构示意图；图11是带蘑菇形混合反应腔的微反应通道的一种具体实施方式的结构示意图；图12是带L形混合反应腔的微反应通道的一种具体实施方式的结构示意图。附图标记说明10微反应器111#反应物入口通孔121#产物出口通孔131#反应物入口141#产物出口151#微反应通道212#反应物入口通孔222#产物出口通孔232#反应物入口242#产物出口252#微反应通道30混合反应腔31挡板32混合反应腔顶部挡板411#反应物混合设备422#反应物混合设备431#产物收集设备442#产物收集设备51压力控制设备52流量控制设备53温度自动调节设备54微反应设备。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚完整地描述。此处所描述的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，本专利技术的保护范围仍以权利要求书所公开的内容为准。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1所示为吸放热耦合反应装置结构示意图的一个例子，该装置由1#反应物混合设备、2#反应物混合设备、压力控制设备、温度自动调节设备、流量控制设备、1#产物收集设备、2#产物收集设备、以及由至少两个以上微反应器组成，其中一个微反应设备的反应物出口与另一个微反应设备的反应物进口通过管道对应连通。所述微反应设备依次上保温层、上加热层、上密封板、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用微反应系统进行吸放热耦合反应的方法，其特征在于：（1）将净化后的1#反应原料和2#反应原料分别在1#反应物混合设备和2#反应物混合设备中混合均匀；（2）将1#反应物和2#反应物引入到微反应设备中进行吸放热耦合反应；（3）反应后的产物分别引入到1#产物收集设备和2#产物收集设备中收集；所述1#反应物进行的是放热反应且2#反应物进行的是吸热反应，或1#反应物进行的是吸热反应且2#反应物进行的是放热反应；所述微反应设备由至少两个以上微反应器串联而成，且由温度自动调节设备控制耦合反应温度；所述微反应器依次由上保温层、上加热层、至少一个微反应层、下加热层、下保温层叠加而成；所述微反应层由上密封板、下密封板以及夹在两层密封板之间的至少一个微反应板组成；所述微反应板上设有供1#反应物反应的1#微反应通道和供2#反应物反应的2#微反应通道；所述1#微反应通道和2#微反应通道分别带多个连续混合反应腔，且所述两种微反应通道的混合反应腔之间呈相互咬合状态；所述微反应通道及混合反应腔内壁涂有相应反应的催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种利用微反应系统进行吸放热耦合反应的方法，其特征在于：（1）将净化后的1#反应原料和2#反应原料分别在1#反应物混合设备和2#反应物混合设备中混合均匀；（2）将1#反应物和2#反应物引入到微反应设备中进行吸放热耦合反应；（3）反应后的产物分别引入到1#产物收集设备和2#产物收集设备中收集；所述1#反应物进行的是放热反应且2#反应物进行的是吸热反应，或1#反应物进行的是吸热反应且2#反应物进行的是放热反应；所述微反应设备由至少两个以上微反应器串联而成，且由温度自动调节设备控制耦合反应温度；所述微反应器依次由上保温层、上加热层、至少一个微反应层、下加热层、下保温层叠加而成；所述微反应层由上密封板、下密封板以及夹在两层密封板之间的至少一个微反应板组成；所述微反应板上设有供1#反应物反应的1#微反应通道和供2#反应物反应的2#微反应通道；所述1#微反应通道和2#微反应通道分别带多个连续混合反应腔，且所述两种微反应通道的混合反应腔之间呈相互咬合状态；所述微反应通道及混合反应腔内壁涂有相应反应的催化剂。2.根据权利要求1所述的利用微反应系统进行吸放热耦合反应的方法，其特征在于：所述放热反应是甲烷化反应、甲烷部分氧化反应、甲醇制烯烃反应、费托合成、异构化反应、甲烷催化燃烧反应、氨气催化氧化反应、二氧化硫氧化反应、酸碱中和反应中的一种反应；所述吸热反应是甲烷二氧化碳重整反应、甲烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋兰兰，于跃，高倩倩，戴志超，聂红娇，崔萍，
申请(专利权)人：临沂大学，
类型：发明
国别省市：山东,37