微通道反应器制造技术

本发明专利技术涉及甲醇水蒸气重整制氢领域，公开了一种微通道反应器，包括：反应器本体，该反应器本体的空腔形成包括进料通道、蒸发腔、重整腔、气体出口通道和微波发生腔的单元，所述进料通道的末端与所述蒸发腔和所述重整腔依次连通，所述气体出口通道设置在所述重整腔的顶部，所述微波发生腔中设置有微波发生器，且该微波发生腔设置在所述反应器本体的下部；U形保温层，该U形保温层设置在所述反应器本体的外部以包裹所述反应器本体的顶面和两侧侧面；以及底板，该底板设置在所述反应器本体的底部，且与所述U形保温层相接。本发明专利技术提供的微通道反应器具有能量利用率高、制作成本低、加热均匀的优点。

【技术实现步骤摘要】
微通道反应器
本专利技术涉及甲醇水蒸气重整制氢领域，具体涉及一种微通道反应器。
技术介绍
微反应器由于具有体积小、比表面积大、传热传质效果优良的特点，已被广泛应用于各类化工过程。目前，以液态醇类碳氢化合物为燃料，在一定工作条件下可以通过微通道反应器催化反应从而能瞬时转化为富氢气体，为解决燃料电池等电子电力器件的氢源问题提供了一条崭新的思路。因此，新型制氢微通道反应器引起了广大研究者的广泛兴趣。在传热方面，微反应器内由于流体厚度减小，比表面积提高，微通道内的反应物与壁面可以进行高效的热交换，与外界进行热交换的效率远超过传统反应器，从而能够有效地精确控制反应温度，当反应物在微通道反应器中的温度分布集中于理想的温度分布附近时，可有效避免反应物局部过热、过冷和传热不均匀等热效应问题，避免有些副反应的发生，从而更加有利于设定的目标产物的合成，使反应选择性提高。在传质方面，微通道反应器中由于线尺度减小，压力、浓度等梯度提高，这对于化学反应是十分有利的，将导致传质推动力增加，扩大了单位体积、单位面积的扩散通量，提高了传质能力。目前，在微通道反应器中，加热方式的选择决定着化学反应效率以及转化效率高低。目前，传统的微通道反应器多采用高压电加热或催化剂自热重整等方式进行加热。传统的微通道反应器加热方式具有快速升温和控温效果好特点，但是，在温度从催化剂的外表面传至内表面时存在着一定的滞后效应，因此导致传热不均匀、能量利用率不高等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的微通道反应器存在的能量利用率不高以及传热不均匀的缺陷，提供一种新的微通道反应器。本专利技术的专利技术人发现，采用微波加热的微通道反应器是通过对对象本身介质损耗而引起的体积加热，可实现分子水平上由表及里的加热，具有无滞后效应、能量利用效率高、加热均匀、温度梯度小等特点。利用微波加热的微通道反应器中的催化剂载体板，可改善催化剂的表面形态，进而促进活性点均匀分布；另外，当微波频率与分子转动频率相近时,能够降低反应活化能，改变了反应动力学，进而促进反应进程。鉴于此，本专利技术的专利技术人将微波加热技术用于微通道反应器，加快燃料的催化反应过程，能够明显提高制氢性能。本专利技术的技术有望成为当前提高制氢微反应器的性能最有效的技术手段之一。为了实现上述目的，本专利技术提供一种微通道反应器，包括：反应器本体，该反应器本体的空腔形成包括进料通道、蒸发腔、重整腔、气体出口通道和微波发生腔的单元，所述进料通道的末端与所述蒸发腔和所述重整腔依次连通，所述气体出口通道设置在所述重整腔的顶部，所述微波发生腔中设置有微波发生器，且该微波发生腔设置在所述反应器本体的下部；U形保温层，该U形保温层设置在所述反应器本体的外部以包裹所述反应器本体的顶面和两侧侧面；以及底板，该底板设置在所述反应器本体的底部，且与所述U形保温层相接。本专利技术的微通道反应器中设置的微波发生器能够产生微波，通过微波发生腔对本专利技术的微通道反应器的蒸发腔和/或重整腔进行均匀加热。本专利技术的U形保温层和所述底板均采用保温材质，从而能够实现对微通道反应器进行保温。对所述保温材质的种类没有特别的限制，只要能够实现保温效果即可，例如可以为保温石棉、陶瓷纤维等材料。更加优选地，所述底板采用不锈钢材料，并且所述底板与所述U形保温层之间的连接方式为高温密封胶连接。本专利技术的所述U形保温层和所述底板可以为一体结构，也可以为独立但是相接的两个结构，优选情况下，所述U形保温层和所述底板为相接的两个结构。在本专利技术中，所述蒸发腔的与所述进料通道连接端处设置为发散状(例如可以为喇叭形)，使得由所述进料通道进入到所述蒸发腔中的物料在逐渐开阔的空间下向下游流动。含有醇的原料通过进料通道进入本专利技术的微通道反应器中，设置在反应器本体的下部的微波发生腔中的微波发生器产生微波对该微通道反应器的蒸发腔和重整腔进行加热，从进料通道进入的原料在蒸发腔中被蒸发成气态，并且随后进入重整腔中进行反应，反应后得到的氢气产物由气体出口通道引出反应器本体，从而实现高效率能量利用以制氢。本专利技术提供的微通道反应器具有能量利用率高、制作成本低、加热均匀的优点。采用本专利技术提供的微通道反应器进行醇类重整制氢时能够具有高效制氢的优点。优选情况下，所述反应器本体与所述U形保温层之间设置有气体回流通道和回型腔，该气体回流通道的两个末端分别与所述气体出口通道和所述回型腔连接，并且所述回型腔围绕所述反应器本体而设置在所述反应器本体的近进料通道端。通过设置的气体回流通道和回型腔，使得由前述气体出口通道引出的氢气产物由气体回流通道进入到回型腔中，由于氢气产物的温度高于所述反应器本体的近进料通道端的温度，从而在氢气产物和所述反应器本体的近进料通道端中的物料之间实现热交换。本专利技术的该设置能够进一步实现能量的高效利用以及加热均匀。所述气体回流通道和回型腔可以设置在U形保温层内(即U形保温层内设置有凹槽)，也可以设置在反应器本体内(即反应器本体内设置有凹槽)。前述热交换能够将产物氢气中的热量传递给相对低温的原料，从而实现对原料的预热处理。通过该预热处理，本专利技术的原料能够由环境温度升高至50～100℃。优选情况下，所述回型腔围绕所述蒸发腔的前部而设置。也即，所述回型腔围绕自进料通道末端至所述蒸发腔的第一蒸发板的之前的区域而设置。优选情况下，自进料通道末端至所述蒸发腔的第一蒸发板的之前的区域为发散的扩口状，从而有利于自进料通道进入的原料在进入到蒸发腔中时，能够发散均匀，有利于后续的蒸发。优选情况下，所述底板上设置有产物出口，该产物出口与所述回型腔连通。设置在所述底板上的产物出口使得来自回型腔的经过了热交换后的氢气产物从该产物出口引出本专利技术的微通道反应器之外。优选情况下，所述气体回流通道的单位长度的容积为V1，以及所述气体出口通道的单位长度的容积为V2，且1/2V2≤V1≤2V2。本专利技术的专利技术人发现，控制所述气体回流通道和所述气体出口通道的比例关系如上所示时，能够有效地提高能量的利用率，并且避免氢气产物在所述气体回流通道中再次吸收例如重整腔等的热量，使得能耗增加。优选地，所述回型腔的宽度为d1，所述气体回流通道的宽度为d2，且1/4d2≤d1≤2d2。根据一种优选的具体实施方式，所述微波发生腔中还设置有重整腔可视窗，该重整腔可视窗设置在所述微波发生器的除底部以外的四周，使得由所述微波发生器产生的微波穿过该重整腔可视窗对所述重整腔进行加热。根据另一种优选的具体实施方式，所述微波发生腔中还设置有蒸发腔可视窗，该蒸发腔可视窗设置在所述微波发生腔的近蒸发腔端，使得由所述微波发生器产生的微波穿过该蒸发腔可视窗对所述蒸发腔进行加热。优选地，所述重整腔可视窗和所述蒸发腔可视窗的材料材质为石英玻璃。本专利技术的所述重整腔可视窗和所述蒸发腔可视窗可以采用例如高温密封胶与所述微通道反应器中的直接连接部件相连。根据还有一种优选的具体实施方式，所述微波发生腔中还设置有重整腔可视窗、蒸发腔可视窗和发射通道；所述重整腔可视窗设置在所述微波发生器的除底部以外的四周，且在近蒸发腔端设置有开口；所述蒸发腔可视窗设置在所述微波发生腔的近蒸发腔端；以及所述发射通道的两端分别连接所述开口和所述蒸发腔可视窗。微波发生器产生的微波能够穿过所述重整腔可视窗而对重整腔进行加热；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微通道反应器，包括：反应器本体(1)，该反应器本体(1)的空腔形成包括进料通道(1010)、蒸发腔(1015)、重整腔(3)、气体出口通道(1013)和微波发生腔的单元，所述进料通道(1010)的末端与所述蒸发腔(1015)和所述重整腔(3)依次连通，所述气体出口通道(1013)设置在所述重整腔(3)的顶部，所述微波发生腔中设置有微波发生器(8)，且该微波发生腔设置在所述反应器本体(1)的下部；U形保温层(10)，该U形保温层(10)设置在所述反应器本体(1)的外部以包裹所述反应器本体(1)的顶面和两侧侧面；以及底板(2)，该底板设置在所述反应器本体(1)的底部，且与所述U形保温层(10)相接。

【技术特征摘要】
1.一种微通道反应器，包括：反应器本体(1)，该反应器本体(1)的空腔形成包括进料通道(1010)、蒸发腔(1015)、重整腔(3)、气体出口通道(1013)和微波发生腔的单元，所述进料通道(1010)的末端与所述蒸发腔(1015)和所述重整腔(3)依次连通，所述气体出口通道(1013)设置在所述重整腔(3)的顶部，所述微波发生腔中设置有微波发生器(8)，且该微波发生腔设置在所述反应器本体(1)的下部；U形保温层(10)，该U形保温层(10)设置在所述反应器本体(1)的外部以包裹所述反应器本体(1)的顶面和两侧侧面；以及底板(2)，该底板设置在所述反应器本体(1)的底部，且与所述U形保温层(10)相接。2.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，所述反应器本体(1)与所述U形保温层(10)之间设置有气体回流通道(1014)和回型腔(1016)，该气体回流通道(1014)的两个末端分别与所述气体出口通道(1013)和所述回型腔(1016)连接，并且所述回型腔(1016)围绕所述反应器本体(1)而设置在所述反应器本体(1)的近进料通道(1010)端；优选地，所述回型腔(1016)围绕所述蒸发腔(1015)的前部而设置。3.根据权利要求2所述的微通道反应器，其中，所述底板上设置有产物出口(1011)，该产物出口(1011)与所述回型腔(1016)连通。4.根据权利要求2或3所述的微通道反应器，其中，所述气体回流通道(1014)的单位长度的容积为V1，以及所述气体出口通道(1013)的单位长度的容积为V2，且1/2V2≤V1≤2V2。5.根据权利要求2或3所述的微通道反应器，其中，所述回型腔(1016)的宽度为d1，所述气体回流通道(1014)的宽度为d2，且1/4d2≤d1≤2d2。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的微通道反应器，其中，所述微波发生腔中还设置有重整腔可视窗(51)，该重整腔可视窗(51)设置在所述微波发生器(8)的除底部以外的四周，使得由所述微波发生器(8)产生的微波穿过该重整腔可视窗(51)对所述重整腔(3)进行加热。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯育智，唐晓津，周伟，俞炜，黄涛，韩颖，朱振兴，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11