一种用于氢气催化燃烧的微通道膜反应器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于氢气催化燃烧的微通道膜反应器，包括反应器本体、反应器上盖、反应器下盖及密封结构；反应器本体置于由反应器上盖及反应器下盖扣合后组成的密闭空间内，反应器本体外围的密闭空间内设密封结构；反应器本体由外壳、氢气分离膜及微通道反应室组成。本实用新型专利技术是具有10～1000个通道、通道尺寸为微米至纳米级的微通道膜反应器；其应用范围大，通过改变通道尺寸、通道数量以及反应器数量可适用于不同规模的应用场合；氢气在微通道反应室内进行催化燃烧，通过氢气分离膜将氢气和其他气体分离，保证催化燃烧过程中只有氢气参与反应，反应产物可以快速排出，能够对催化剂活性起到良好的保护作用。化剂活性起到良好的保护作用。化剂活性起到良好的保护作用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于氢气催化燃烧的微通道膜反应器


[0001]本技术涉及氢能催化
，尤其涉及一种用于氢气催化燃烧的微通道膜反应器。

技术介绍

[0002]微通道反应器是指内部结构主要由微米级(通常10～300μm)通道构成的微反应器。微通道反应器由于其通道尺寸小、实验可控性强、安全系数高、易于放大实验级别等优点受到广泛关注。
[0003]膜反应器是膜过程和反应过程相结合的新技术。具有一系列优点：反应和分离组合成单一的单元过程，降低分离等过程的费用；对于可逆反应，突破热力学平衡限制，通过膜扩散过程移走产物，使转化率达到100％；调节反应过程参数，缓和反应条件，提高目的产物的选择性和产率，减少副反应。膜反应器由于其同时可以实现分离和反应的双过程也得到了广泛关注。
[0004]天然气等传统化石能源在微反应器和膜反应器上的实验和应用已经十分广泛，应用膜反应器可以解决天然气除杂和尾气回收等问题，应用微通道反应器可以帮助实验更加可控。然而，天然气的副产物包含二氧化碳等温室气体，严重污染大气环境和人体健康。
[0005]氢气作为良好的清洁能源逐渐进入公众视野，为探究氢气燃烧的相关技术和应用，需要研发出具有多种优良性能的反应器。首先，氢气属于易燃易爆气体，保障实验安全和应用安全是利用氢能的基础。其次，纯氢气燃烧会生成水蒸气，水蒸气会使催化剂失活致使实验失败；同时，氢气燃烧温度在1200℃，氮气燃烧温度为1000℃，在氢气燃烧过程中，空气中的氮气会随之燃烧生成大量氮氧化物和二氧化碳，严重危害环境。另外，工业用非纯氢气可能参杂含硫、含碳气体，在催化燃烧过程中不仅会释放大量温室气体还会致使催化剂失活。因此，一般需要采用负载催化剂的膜微通道反应器。

技术实现思路

[0006]本技术提供了一种用于氢气催化燃烧的微通道膜反应器，是具有10～1000个通道、通道尺寸为微米至纳米级的微通道膜反应器；其应用范围大，通过改变通道尺寸、通道数量以及反应器数量可适用于不同规模的应用场合；氢气在微通道反应室内进行催化燃烧，通过氢气分离膜将氢气和其他气体分离，保证催化燃烧过程中只有氢气参与反应，反应产物可以快速排出，能够对催化剂活性起到良好的保护作用。
[0007]为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案实现：
[0008]一种用于氢气催化燃烧的微通道膜反应器，包括反应器本体、反应器上盖、反应器下盖及密封结构；反应器本体置于由反应器上盖及反应器下盖扣合后组成的密闭空间内，反应器本体外围的密闭空间内设密封结构；所述反应器本体由外壳、氢气分离膜及微通道反应室组成；氢气分离膜将外壳分隔为上、下2个独立的空间，外壳的顶部一端设氢气入口，对应的外壳上部空间为氢气通道；同一端的外壳底部设空气/氧气入口，外壳的下部空间底
部为空气/氧气通道；外壳的下部空间上部设多个通道，每个通道内均负载催化剂形成微通道反应室；微通道反应室的顶部通过氢气分离膜与氢气通道分隔，微通道反应室的底部与空气/氧气通道直接连通；外壳的顶部另一端设杂质气体及水蒸气出口；对应氢气入口处的反应器上盖设氢气进气口，对应空气/氧气入口处的反应器下盖设空气/氧气进气口；对应杂质气体及水蒸气出口处的反应器上盖设杂质气体及水蒸气出气口。
[0009]所述微通道反应室的数量为10～1000个，微通道反应室的宽度为微米级或纳米级。
[0010]所述氢气分离膜为PdO膜、Pd
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Cu膜或Pd
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Au膜。
[0011]多个通道沿氢气入口
‑
杂质气体及水蒸气出口方向平行设置，通道壁由锆系材料制成。
[0012]所述微通道反应室负载的催化剂由催化剂载体及催化剂颗粒组成；催化剂载体为纳米多孔氧化铝或多孔二氧化硅；催化剂颗粒的直径为5nm～500nm。
[0013]所述密封结构是石墨烯密封层。
[0014]所述外壳由耐高温不锈钢或锆系材料制成。
[0015]所述反应器上盖、反应器下盖均由耐高温不锈钢制成。
[0016]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0017]1)微通道膜反应器结合了膜反应器和微通道反应器的优点，应用于氢能燃烧中，具有安全可控、易于放大规模、膜分离除杂提高反应效率、催化剂寿命长等特点；
[0018]2)具有10～1000个通道、通道尺寸为微米至纳米级的微通道膜反应器，应用范围大，通过改变通道尺寸、通道数量以及反应器数量可适用于小试、中试及实际生产等不同规模的应用场合；
[0019]3)采用催化氢气燃烧原理，降低了氢气的燃烧温度，从而避免空气中氮气等气体随之燃烧产生大量危害副产物，使氢气燃烧更加纯净；
[0020]4)所采用的催化剂颗粒及催化剂载体可承受的温度和压力范围广，并且具有更低的成本和更高的经济性；
[0021]5)氢气在室温至900℃高温下在微通道反应室内进行催化燃烧，通过氢气分离膜将氢气和其他气体分离，保证催化燃烧过程中只有氢气参与反应，反应产物可以快速排出，能够对催化剂活性起到良好的保护作用。
附图说明
[0022]图1是本技术所述微通道膜反应器的爆炸视图。
[0023]图2是本技术所述反应器本体的立体结构示意图。
[0024]图3是本技术所述反应器本体的横截面示意图。
[0025]图中：1.反应器上盖1
‑
1.氢气进气口1
‑
2.杂质气体及水蒸气出气口2.密封结构3.反应器本体3
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1.外壳3
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2.氢气分离膜3
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3.微通道反应室3
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4.氢气入口3
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5.杂质气体及水蒸气出口3
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6.空气/氧气入口4.反应器下盖4
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1.空气/氧气进气口
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步说明：
[0027]如图1
‑
图3所示，本技术所述一种用于氢气催化燃烧的微通道膜反应器，包括反应器本体3、反应器上盖1、反应器下盖4及密封结构2；反应器本体3置于由反应器上盖1及反应器下盖4扣合后组成的密闭空间内，反应器本体3外围的密闭空间内设密封结构2；所述反应器本体3由外壳3
‑
1、氢气分离膜3
‑
2及微通道反应室3
‑
3组成；氢气分离膜3
‑
2将外壳3
‑
1分隔为上、下2个独立的空间，外壳3
‑
1的顶部一端设氢气入口3
‑
4，对应的外壳3
‑
1上部空间为氢气通道；同一端的外壳3
‑
1底部设空气/氧气入口3
‑
6，外壳3
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1的下部空间底部为空气/氧气通道；外壳3
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1的下部空间上部设多个通道，每个通道内均负载催化剂形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氢气催化燃烧的微通道膜反应器，其特征在于，包括反应器本体、反应器上盖、反应器下盖及密封结构；反应器本体置于由反应器上盖及反应器下盖扣合后组成的密闭空间内，反应器本体外围的密闭空间内设密封结构；所述反应器本体由外壳、氢气分离膜及微通道反应室组成；氢气分离膜将外壳分隔为上、下2个独立的空间，外壳的顶部一端设氢气入口，对应的外壳上部空间为氢气通道；同一端的外壳底部设空气/氧气入口，外壳的下部空间底部为空气/氧气通道；外壳的下部空间上部设多个通道，每个通道内均负载催化剂形成微通道反应室；微通道反应室的顶部通过氢气分离膜与氢气通道分隔，微通道反应室的底部与空气/氧气通道直接连通；外壳的顶部另一端设杂质气体及水蒸气出口；对应氢气入口处的反应器上盖设氢气进气口，对应空气/氧气入口处的反应器下盖设空气/氧气进气口；对应杂质气体及水蒸气出口处的反应器上盖设杂质气体及水蒸气出气口。2.根据权利要求1所述的一种用于氢气催化燃烧的微通道膜反应器，其特征在于，所述微通道反应室的数量为10～1000个，微通道反应室的宽度为微米级或纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵子楚，余江龙，惠云泽，高悦，
申请(专利权)人：昆山北极氢一能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：