反应器组件和执行反应的方法技术

本发明专利技术提供了反应器，其可以包括第一组流体通道和被定向成与第一组流体通道热接触的第二组流体通道。还可以提供反应器组件，其中第一组流体通道或第二组流体通道中的任一组或两组的通道都是非线性的。其他实施方式提供了第一组流体通道中的至少一个流体通道与第二组流体通道中的多个其他通道热接触。还提供了反应器组件，其可包括：限定至少一个非线性通道的第一组流体通道，所述至少一个非线性通道具有正函数；以及限定至少另一个非线性通道的第二组流体通道，所述至少另一个非线性通道具有相对于第一组流体通道的一个非线性通道的正函数的负函数。提供了用于在反应器上分配能量的方法。所述方法可包括经由第一组流体通道将反应物输送到第二组流体通道，并且使第一组流体通道中的至少一个流体通道与第二组流体通道中的至少两个流体通道热接合。体通道中的至少两个流体通道热接合。体通道中的至少两个流体通道热接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反应器组件和执行反应的方法
[0001]相关专利数据
[0002]本申请要求于2019年3月20日提交的名称为“Reactor Assemblies and Methods of Performing Reactions”的美国专利申请序列号16/359,909的优先权，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。
[0003]关于联邦资助研究和开发下的专利技术权利的声明
[0004]本专利技术是根据美国能源部(U.S.Department of Energy)授予的合同DE
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AC05
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76RL01830在政府支持下完成的。政府对本专利技术享有一定权利。


[0005]本公开涉及反应器组件和用于执行反应的方法。本公开的实施方案涉及执行吸热反应。本专利技术的实施方案还可利用太阳能或其他热源来驱动吸热反应。

技术介绍

[0006]在氢气生产的情况下，目前的商业技术包括在燃烧产物流的一部分以驱动吸热反应的系统中的常规蒸汽甲烷重整，以及其中用于电化学反应的能量通常来自电网的水电解。与常规蒸汽甲烷重整和使用电网电力的水电解相比，从天然气或其他甲烷来源太阳能热化学生产氢气可以具有更高的总体能量效率和减少的碳排放的优点。
[0007]反应器系统已经被设计用于使用集中太阳能对甲烷和其他烃进行蒸汽重整。已经提供了反应器组件和方法，其包括2018年4月24日公布的标题为“Solar Thermochemical Processing System and Method”的美国专利号9,950,305和2018年4月10日提交的标题为“Solar Thermochemical Processing System and Method”的美国专利申请序列号15/950,068，所述专利申请的每个专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了反应器，其可以包括第一组流体通道和被定向成与第一组流体通道热接触的第二组流体通道。任一组或两组流体通道的通道可以是非线性的。
[0009]还提供了堆叠式反应器组件，其可以包括处于堆叠构型的第一组流体通道和第二组流体通道，其中流体通道被定向成彼此热接触，并且第一组流体通道中的至少一个流体通道与第二组流体通道中的多个其他通道热接触。
[0010]还提供了反应器组件，其可包括：第一组流体通道，该第一组流体通道限定至少一个非线性通道，所述至少一个非线性通道具有由正数学函数限定的形状；以及第二组流体通道，该第二组流体通道限定至少另一个非线性通道，所述至少另一个非线性通道具有由相对于第一组流体通道的一个非线性通道的正数学函数的负数学函数限定的形状。
[0011]提供了用于在反应器上分配能量的方法。所述方法可包括经由第一组流体通道将反应物输送到第二组流体通道，并且使第一组流体通道中的至少一个流体通道与第二组流体通道中的至少两个流体通道热接合。
[0012]本公开的实施方案可以利用热能来促进或驱动各组流体通道中的至少一组中的吸热反应。在特定实施方案中，用于通道的热可由多种来源提供，包括电加热、放热化学过程和/或太阳能。反应器和/或方法可以提供高温吸热反应诸如甲烷蒸汽重整或逆水煤气变换，其中反应热主要由太阳能提供。本公开的反应器和/或方法在合成气产生中具有应用，合成气可以是用于生产许多化学品(包括可用于精炼厂的氢气)、用于燃料电池(包括燃料电池车辆)以及用于其他化学处理应用中的前体。
[0013]本公开的反应器组件和/或方法可以具有两组螺旋形流体通道，所述两组螺旋形流体通道可以由薄构件分开并且以相反的螺旋方向布置以形成横流模式、逆流模式或逆横流(counter
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cross
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flow)模式。每组可以是重复的非线性单元的阵列，其限定螺旋流动路径的一个或多个通道。两个通道组的对称轴线可以在毂部重合。虽然每个流体通道的重复单元可以相同或不同，但根据示例性实施方案，重复单元可以不同。形成阵列的重复单元的非线性流体通道可以从螺旋性质的一般曲线导出，该曲线是平面的或三维的。虽然可以使用许多类型的螺旋曲线，但是阿基米德和对数螺旋线及其三维导数是特别相关的。
[0014]非线性流体通道和/或非线性逆流通道或非线性逆横流通道的集成可以提供转化为性能和经济优势的两个益处。首先，该组合可以提供热扩散，如下所述，该热扩散降低热点和热应力的严重性、使冷点变暖，并提高反应器寿命。其次，该组合可允许从产物流回收热能(显热)以为反应提供额外的热。这可以降低对于给定量的反应所需的太阳能的量，并且因此使反应器系统更有效、生产率更高并且成本更低。
附图说明
[0015]下面参考附图描述本公开的实施方案。
[0016]图1是根据本公开的实施方案的反应器组件的横剖视图。
[0017]图2是根据本公开的实施方案的反应器组件的一组通道的视图。
[0018]图3描绘了根据本公开的实施方案的处于堆叠构型的两组反应器通道。
[0019]图4描绘了根据本公开的实施方案的处于堆叠构型的两组反应器通道。
[0020]图5A
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5D是根据本公开的实施方案的反应器组件的构型的部分和整个构型。
[0021]图6是根据本公开的实施方案的(r,θ)坐标范围内的构型和整个反应器的视图。
[0022]图7A是根据本公开的实施方案的以部分切除部分示出的反应器的图示。
[0023]图7B是示出了第一组流体通道中的一个流体通道与第二组流体通道中的多个流体通道热接触的反应器的图示。
[0024]图8是根据本公开的实施方案的反应示意图。
[0025]图9是根据本公开的实施方案的热通量分布数据的图示。
[0026]图10A
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10C是根据本公开的实施方案的热和应力分布数据的图示。
[0027]图11A
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11C是根据本公开的实施方案的热和应力分布数据的图示。
[0028]图12是根据本公开的实施方案的反应数据。
[0029]图13是根据本公开的实施方案的反应数据。
具体实施方式
[0030]已经认识到，对于实际的太阳能聚光器，由于太阳能聚光器光学器件的缺陷，在反
应器表面可能存在热点。由于反应器冶金限制，热点或高太阳辐射通量的局部点可限制最大总操作通量。热点或其他热梯度也可在反应器中引起大的热应力，这可导致由于低循环疲劳而导致的热循环寿命缩短。因此，与热梯度相关的温差可导致反应器系统的高操作和/或资金成本和故障，从而导致寿命缩短。
[0031]将参照图1
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13描述本专利技术。首先参考图1，根据一个截面示出了反应器10，其包括在第二组流体通道14上方的处于堆叠构型的第一组流体通道12。这些流体通道可以经由构件16彼此热接触。根据示例性实施方式，这些通道的组中的一者或两者可包括非线性的流体通道。根据其他实施方式，第一组流体通道中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种反应器，其包括：第一组流体通道；第二组流体通道，所述第二组流体通道被定向成与所述第一组流体通道热接触；并且其中所述第一组流体通道或所述第二组流体通道中的任一组的所述通道都是非线性的。2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一组通道限定微通道。3.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一组通道限定中通道。4.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一组通道和所述第二组通道限定微通道。5.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一组通道和所述第二组通道限定中通道。6.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一组流体通道和所述第二组流体通道两者都是非线性的。7.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，各组流体通道中的每组流体通道从所述反应器的毂部伸出并延伸到所述反应器的边沿。8.如权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述第一组流体通道的各个通道在所述反应器的所述边沿处与所述第二组流体通道的各个通道流体连通。9.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一组通道或所述第二组通道中的任一组的各个通道都包括分隔构件。10.如权利要求9所述的反应器，其特征在于，所述分隔构件延伸形成一对流体通路。11.如权利要求10所述的反应器，其特征在于，所述第一组通道和所述第二组通道中的两组的各个通道都包括分隔构件。12.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第一组流体通道或所述第二组流体通道中的另一组是线性的。13.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，还包括将所述第一组流体通道与所述第二组流体通道分开的构件。14.如权利要求13所述的反应器，其特征在于，所述构件是导热的。15.如权利要求13所述的反应器，其特征在于，所述构件在至少一个截面中限定各组流体通道中的一组的底板和各组流体通道中的另一组的顶板。16.一种堆叠式反应器，其包括：第一组流体通道；第二组流体通道，所述第二组流体通道堆叠在所述第一组流体通道上并且被定向成与所述第一组流体通道热接触；并且其中所述第一组流体通道中的至少一个通道与所述第二组流体通道中的多个其他通道热接触。17.如权利要求16所述的反应器，其特征在于，所述第一组通道限定微通道。18.如权利要求16所述的反应器，其特征在于，所述第一组通道限定中通道。19.如权利要求16所述的反应器，其特征在于，所述第一组通道和所述第二组通道限定微通道。
20.如权利要求16所述的反应器，其特征在于，所述第一组通道和所述第二组通道限定中通道。21.如权利要求16所述的反应器，其特征在于，所述第一组流体通道中的一个通道与所述第二组流体通道中的其他通道中的至少两个通道热接触。22.如权利要求16所述的反应器，其特征在于，所述第一组流体通道中的所述一个通道与所述第二组流体通道中的所述其他通道中的2至14个通道热接触。23.如权利要求16所述的反应器，其特征在于，所述第一组流体通道中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：巴泰勒纪念研究所，
类型：发明
国别省市：