一种气固相微反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于能源、化工以及动力领域需要换热催化反应的气固相微反应器,包括反应主体区，反应主体区具有至少一个反应单元，该反应单元包括依次叠合在一起的加热或冷却介质层、催化剂填充层、进出气网孔层以及反应及产物介质层。本发明专利技术的微反应器换热效率好，产物效率高，特别是反应单元采用微通道结构时，更有利于反应效率和换热效果的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微反应器，具体涉及一种应用于能源、化工以及动力等领域中需要换热催化反应的气固相微反应器。
技术介绍
随着人类环境保护意识的不断提高，能源问题被越来越多的人重视。氢能作为一种可再生能源，以其高效和无污染的优势，被广泛应用于各种环境。制氢有很多方法，甲醇重整制氢只是众多制氢方法中的一种，但由于原料成本较低，能量密度高，反应温度和产物CO浓度较低的原因，使其在制氢领域中被广泛应用。重整制氢采用气固相微反应器完成，传统的气固反应制氢装置储存、携带、充注难度较大而且存在较大的安全隐患。近年来，微反应器以其高效便捷，被越来越多的人关注。微反应器是一种借助特殊微加工技术以固体基质制造的可用于化学反应的三维结构单元，通常是指含有流体通道当量直径小于10-1000μm的微反应器。在这种狭窄的流体通道中，动边界层厚度大大减小，平均热、质散距离大幅度缩短，使得微通道内的燃料重整能够利用快速表面反应动力学的固有特性，通过微通道表面形成的高活性催化剂达到加快催化反应的目的。公开号为CN104671204A的中国专利申请公开了一种层叠式双面多蛇形微通道重整制氢微反应器，这种微反应器包括上盖板、下盖板以及之间的蒸发板、多块上重整板和下重整板，在蒸发板、上重整板以及下重整板的侧表面安装有加热棒，上重整板和下重整板上表面中心均设置有反应腔，反应腔中安装有反应载体薄板，薄板上表面和下表面以上下对称开有多个蛇形微通道的凹槽结构。上述技术方案在实际使用中存在缺陷：1、此微反应器采用加热棒对微反应器进行加热，存在传热效率低，温度分布不均匀的现象，由此导致制氢过程中重整反应的不均匀性；2、反应载体薄板为双面蛇形通道，当甲醇蒸汽流过下半部分通道时，由于重力作用，甲醇蒸汽不能全部与催化剂载体接触，造成氢气纯度较低；3、蛇形催化剂附着通道的长度过长，导致制氢效率较低；4、整体连接方式依靠螺栓固定连接，导致整体密封性较差，容易造成氢气或甲醇蒸汽的泄露。因此，目前的重整制氢微反应器存在着传热效率低、产物纯度低、密封效果差以及产物效率低等问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种气固相微反应器，以解决现有技术中气固相微反应器传热效率低、产物纯度低、密封效果差以及产物效率低的问题。为此，本专利技术采用的技术方案如下：一种气固相微反应器,包括反应主体区，其特征在于，反应主体区具有至少一个反应单元，该反应单元包括依次叠合在一起的加热或冷却介质层、催化剂填充层、进出气网孔层以及反应及产物介质层。加热或冷却介质层呈薄板状，包括介质进口、内部流体通道和介质出口，内部流体通道与所述介质进口和介质出口相连通。该加热或冷却介质层还设置有多个间隔布置的突筋，这些突筋平行间隔布置，在突筋之间以及突筋与加热或冷却介质层边框间形成内部流体通道。该加热或冷却介质层还包括分布在内部流体通道内的扰流结构，该扰流结构为圆形、椭圆形、三角形或其他多边形凸起。催化剂填充层呈薄板状，包括催化剂填充进口、连通催化剂填充进口的催化剂填充通道，以及设于催化剂通道的内部支撑结构。催化剂填充通道侧壁及内部支撑结构体积之和占总体催化剂填充空间的比例不超过50％。内部支撑结构为圆形、椭圆形、三角形或其他多边形凸起。反应及产物介质层呈薄板状，包括反应介质进口、连通反应介质进口的反应介质槽道、产物介质出口和连通于产物介质出口的产物介质槽道；反应介质槽道和产物介质槽道之间互不连通。反应介质进口与反应介质槽道之间、产物介质出口与产物介质槽道之间设置多个圆形、椭圆形、三角形或其他多边形凸起。进出气网孔层由多排进气网孔和出气网孔组成，相同作用的网孔之间间隔排布，每排网孔的排布与反应介质槽道或产物介质槽道对应。进出气网孔层内部网孔直径小于催化剂的颗粒直径，进气网孔或出气网孔通道宽度小于或等于反应或产物介质层中相对应的反应介质槽道或产物介质槽道的宽度。反应主体区还包括在反应单元的各层叠合方向上封装至少一个反应单元的至少一块前边板和至少一块后边板。反应主体区还包括在至少一个反应单元的各层叠合方向垂直方向上封装至少一个反应单元的密封盖。在反应主体区的前边板上的一对对角位置设置有反应物或产物进出口，而另一对对角位置处设置加热或冷却介质进出口。在前边板和后边板上还设置有密封固定支架，在密封固定支架和密封盖对应位置设置有用于螺栓联接密封的螺栓孔。反应主体区通过扩散焊接加工而成。加热或冷却介质层、催化剂填充层和反应及产物介质层中至少一个为微通道结构。由于本专利技术采用以上结构，增加了换热效果，提高了产物效率。同时，制造方便，互换性好，提高了密封性。本专利技术技术方案，具有如下优点：(1)本专利技术生成物反应单元互相独立，可根据实际需求在不改变外观结构的同时，只进行层数的变更，降低二次开发成本的同时，使其使用更具有一定的互换性；(2)本专利技术反应主体区采用一体化设计，通过扩散焊接加工而成，不使用任何焊料，无接触热阻，从而更加有利于热的传导。另外扩散焊接使板片结合更为牢固，具有更好的承压性能。(3)在优选实施方式中，采用微槽道和微通道设计，能有效增加反应介质与传热介质间的换热面积，从而提高换热效率，从而提高反应效率；(4)本专利技术带有扰流结构，在增加换热面积的同时增加了流体的扰动，从而进一步提高了换热效率；(5)本专利技术单路接口、进出口位置可根据实际需求进行调整，使其具有更强的兼容性；(6)本专利技术催化剂填充口依靠外部可拆卸边板进行密封，使催化剂的更换更加便捷；(7)在优选实施方式中，微槽道和微通道的结构设计，使其整体尺寸更加紧凑，方便携带。在新能源汽车电池等应用领域，减小体积的同时，自身重量也有很大程度的降低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术具体实施方式提供的气固相微反应器整体分解透视图；图2为本专利技术具体实施方式提供的气固相微反应器的反应主体区分解透视图；图3为本专利技术具体实施方式提供的气固相微反应器的反应单元部分透视图；图4为本专利技术具体实施方式提供的气固相微反应器的前边板及出入口接管透视图；图5为本专利技术具体实施方式提供的气固相微反应器的加热或冷却介质层透视图；图6为本专利技术具体实施方式提供的气固相微反应器的第一催化剂填充层的透视图；图7为本专利技术具体实施方式提供的气固相微反应器的反应及产物介质层透视图；图8为本专利技术具体实施方式提供的气固相微反应器的网孔层平面图；图9为图8中局部网孔放大视图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通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。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气固相微反应器,包括反应主体区，其特征在于，反应主体区具有至少一个反应单元，所述反应单元包括依次叠合在一起的加热或冷却介质层、催化剂填充层、进出气网孔层以及反应及产物介质层。

【技术特征摘要】
1.一种气固相微反应器,包括反应主体区，其特征在于，反应主体区具有至少一个反应单元，所述反应单元包括依次叠合在一起的加热或冷却介质层、催化剂填充层、进出气网孔层以及反应及产物介质层。2.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述加热或冷却介质层呈薄板状，包括介质进口、内部流体通道和介质出口，所述内部流体通道与所述介质进口和介质出口相连通。3.根据权利要求1或2所述的微反应器，其特征在于，所述加热或冷却介质层还设置有多个间隔布置的突筋，这些突筋平行间隔布置，在突筋之间以及突筋与加热或冷却介质层边框间形成内部流体通道。4.根据权利要求1到3任何之一所述的微反应器，其特征在于，所述加热或冷却介质层还包括分布在所述内部流体通道内的扰流结构。5.根据权利要求4所述的微反应器，其特征在于，所述扰流结构为圆形、椭圆形、三角形或其他多边形凸起。6.根据权利要求1到5任何之一所述的微反应器，其特征在于，所述催化剂填充层呈薄板状，包括催化剂填充进口、连通所述催化剂填充进口的催化剂填充通道，以及设于所述催化剂通道的内部支撑结构。7.根据权利要求6所述的微反应器，其特征在于，所述催化剂填充通道侧壁及所述内部支撑结构体积之和占总体催化剂填充空间的比例不超过50％。8.根据权利要求6或7所述的微反应器，其特征在于，所述内部支撑结构为圆形、椭圆形、三角形或其他多边形凸起。9.根据权利要求1到8任何之一所述的微反应器，其特征在于，所述反应及产物介质层呈薄板状，包括反应介质进口、连通所述反应介质进口的反应介质槽道、产物介质出口和连通于所述产物介质出口的产物介质槽道；所述反应介质槽道和所述产物介质槽道之间互不连通。10.根据权利要求9所述的微反应器...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯学亮，石景祯，
申请(专利权)人：杭州沈氏节能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33