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一種軸向微催化反應(yīng)單元的制作方法

文檔序號:12082974閱讀:230來源:國知局
一種軸向微催化反應(yīng)單元的制作方法與工藝

本實(shí)用新型涉及化工機(jī)械領(lǐng)域,具體地,涉及一種軸向微催化反應(yīng)單元。



背景技術(shù):

固定床反應(yīng)器主要包括軸向固定床反應(yīng)器和徑向固定床反應(yīng)器兩種類型。軸向固定床反應(yīng)器設(shè)計(jì)、加工過程相對容易、操作簡單,但存在反應(yīng)器設(shè)備尺寸龐大、床層壓降大、容易出現(xiàn)局部飛溫、移熱緩慢、轉(zhuǎn)化率低以及放大效應(yīng)明顯等問題。徑向床反應(yīng)器高徑比較大、床層壓降小且反應(yīng)物在催化劑床層停留時間短,但很難實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物在徑向上的均勻分布,并且單位催化劑床層的生產(chǎn)強(qiáng)度較低。

為了克服傳統(tǒng)化工中存在的傳熱、傳質(zhì)效率低的問題,二十世紀(jì)八九十年代興起了微化工技術(shù)。微反應(yīng)器作為微化工技術(shù)的核心組成部分,它是以毫米、微米為量級的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。一方面微反應(yīng)器具有微尺度化、較大的比表面、擴(kuò)散距離短、停留時間短以及阻力小等特點(diǎn),其傳質(zhì)、傳熱和反應(yīng)效果較普通反應(yīng)器高1至3個數(shù)量級;另一方面,可以根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)能力要求,通過具有功能化的微反應(yīng)器模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn),有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大利用效率,同時縮短設(shè)備的加工時間。

近年來,將微通道反應(yīng)器在氣固相催化反應(yīng)和液固相催化反應(yīng)中的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。公告號為CN202893334U的中國專利,采用鈦合金板式結(jié)構(gòu),每個鈦合金冷卻蓋板內(nèi)設(shè)置有冷卻倉和反應(yīng)倉,該微通道反應(yīng)器具有能夠承受高壓和抗蝕性,不足之處在于反應(yīng)物在反應(yīng)倉內(nèi)停留時間短,生產(chǎn)效率較低。公告號為CN2035404511U、CN103418321B的中國專利,公開了一種通道流速均布的層疊型微通道反應(yīng)器。將多層的反應(yīng)板層疊設(shè)置,優(yōu)點(diǎn)在于可以擴(kuò)大反應(yīng)規(guī)模、提高反應(yīng)效率且壓降低,不足之處在于該微通道反應(yīng)器不能承受高壓。CN104258796A則公開了一種高通量多層螺旋繞管微通道反應(yīng)器,該反應(yīng)器具有移熱能力強(qiáng)、易于放大和成本低等優(yōu)勢,主要應(yīng)用于液相反應(yīng)。

綜上所述,現(xiàn)有的微通道反應(yīng)器還存在無法承受高壓、反應(yīng)效率低和原料停留時間短等不足。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本實(shí)用新型的目的是提供一種軸向微催化反應(yīng)單元,該軸向微催化反應(yīng)單元可以解決現(xiàn)有的微通道反應(yīng)器存在的無法抗高壓、反應(yīng)效率低以及原料停留時間短的技術(shù)問題。該軸向微催化反應(yīng)單元能夠用于反應(yīng)體積變化的反應(yīng),通過組件的模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn),并且催化劑使用量少,壓降低、停留時間短、原料轉(zhuǎn)化率高且無氣體偏流和短路現(xiàn)象。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型提供一種軸向微催化反應(yīng)單元,該軸向微催化反應(yīng)單元包括圓盤體以及軸向貫穿圓盤體的至少一個微反應(yīng)通道,微反應(yīng)通道內(nèi)設(shè)置有與該微反應(yīng)通道同軸的用于增加流體湍動作用的導(dǎo)流組件。

可選地,微反應(yīng)通道的內(nèi)表面和/或?qū)Я鹘M件的外表面負(fù)載有催化活性組分。

可選地,微反應(yīng)通道內(nèi)任意一段的直徑沿著從微反應(yīng)通道的上端開口到微反應(yīng)通道的下端開口的方向逐漸減小或不變;微反應(yīng)通道的任意橫截面的直徑在2-55毫米范圍內(nèi)。

可選地,上端開口的直徑與下端開口的直徑的比值為(1.1-25):1。

可選地,所有微反應(yīng)通道的內(nèi)部空間的總體積為圓盤體的總體積的30-90%。

可選地,微反應(yīng)通道為選自錐形管、喇叭形管、Y形管和梯形管中的其中一種。

可選地,導(dǎo)流組件包括與軸向微反應(yīng)通道固定連接的固定軸和固定連接在固定軸上的導(dǎo)流元件,導(dǎo)流元件朝向軸向微反應(yīng)通道的進(jìn)氣方向的一端為凸形。

可選地,導(dǎo)流元件為選自半球體、半球面、球面、球體、實(shí)心錐體、錐形面和空心錐體中的至少一種。

可選地,所述實(shí)心錐體、錐形面和空心錐體的底面直徑以及半球體、半球面、球面和球體的球面直徑均小于上端開口的直徑與下端開口的直徑中的較大者,實(shí)心錐體、錐形面和空心錐體的高度不大于微反應(yīng)通道長度的0.9倍.

可選地,相鄰兩個導(dǎo)流元件的間距不小于實(shí)心錐體、錐形面和空心錐體的底面直徑或半球體、半球面、球面和球體的球面直徑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型提供的徑向微催化反應(yīng)單元,具有如下優(yōu)點(diǎn):

1、采用涂覆反應(yīng)活性組分于微通道內(nèi)表面和/或?qū)Я髟耐獗砻?,活性金屬使用量為同等處理能力常?guī)固定床反應(yīng)器所用量的1%~85%,節(jié)約了活性金屬的使用量,特別能夠降低貴金屬催化劑的生產(chǎn)成本;

2、微反應(yīng)通道內(nèi)設(shè)置有增加流體湍動作用的導(dǎo)流組件,且導(dǎo)流組件與所述微反應(yīng)通道同軸,增加了反應(yīng)原料在微通道內(nèi)的湍流程度,提高了原料作用于催化劑活性位上的概率,從而提高了原料轉(zhuǎn)化率。該反應(yīng)器由若干大小相同的微反應(yīng)通道構(gòu)成的反應(yīng)區(qū),無反應(yīng)死區(qū)和氣體的偏流現(xiàn)象,床層的溫度較為均勻,不會出現(xiàn)熱點(diǎn),充分保證了整個運(yùn)行周期內(nèi)的平穩(wěn)運(yùn)行;

3、反應(yīng)物從流體主體到催化活性位之間的擴(kuò)散阻力幾乎為零,提高了反應(yīng)速率,同時生成的產(chǎn)物能夠很快擴(kuò)散到流體主體,產(chǎn)物在反應(yīng)器中停留時間較短,延長了催化劑的使用壽命(壽命可以提高15%~60%),床層壓降較同處理量的軸向反應(yīng)器低(30%~90%);

4、對于體積縮小的催化反應(yīng)而言,采用涂覆反應(yīng)活性催化劑的微通道反應(yīng)器,隨著反應(yīng)物從喇叭管較大直徑端向小直徑端流動,反應(yīng)通道越來越小,增大了體積縮小反應(yīng)向產(chǎn)物方向轉(zhuǎn)化的推動力,同時流速越來越大,使得產(chǎn)物在微反應(yīng)通道中的停留時間較短,產(chǎn)生的反應(yīng)熱也很快的被帶離催化反應(yīng)區(qū)。對于體積增大的反應(yīng)而言,反應(yīng)物從喇叭管較小直徑端向大直徑端流動,反應(yīng)通道越來越大,增大了催化反應(yīng)向產(chǎn)物方向轉(zhuǎn)化的推動力;

5、可以根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)能力要求,通過具有功能化的微反應(yīng)器模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn),有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大利用效率,無明顯放大效應(yīng),同時縮短設(shè)備的加工時間,進(jìn)一步降低反應(yīng)器生產(chǎn)成本。

本實(shí)用新型的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解,并且構(gòu)成說明書的一部分,與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本實(shí)用新型,但并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。在附圖中:

圖1是本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2是本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件的具體實(shí)施方式的剖視圖(即圖1中A-A面的剖視圖);

圖3是本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件的另一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖4是本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件的應(yīng)用所采用的軸向微催化反應(yīng)組件的第一種具體實(shí)施方式的剖面?zhèn)纫晥D(即重疊放置);

圖5是本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件的應(yīng)用所采用的軸向微催化反應(yīng)組件的另一種具體實(shí)施方式的剖面?zhèn)纫晥D(即并列放置);

圖6是本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件的應(yīng)用所采用的軸向微催化反應(yīng)組件的另一種具體實(shí)施方式的剖視圖(即圖5中A-A面的剖視圖);

圖7是本實(shí)用新型提供的反應(yīng)器的一種具體實(shí)施方式所采用的具有導(dǎo)流組件的微通道示意圖;

圖8是本實(shí)用新型提供的喇叭管微通道的剖視圖(即圖7中B-B面的剖視圖)。

圖9是本實(shí)用新型提供的喇叭管微通道的剖視圖(即圖7中C-C面的剖視圖);

圖10是本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施方式(錐形管)的示意圖;

圖11是本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施方式(喇叭形管)的示意圖;

圖12是本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施方式(Y形管)的示意圖;

圖13是本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施方式(梯形管)的示意圖;

圖14是實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的導(dǎo)流組件的一種具體實(shí)施方式(半球體)的示意圖;

圖15本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的導(dǎo)流組件的一種具體實(shí)施方式(半球面)的示意圖;

圖16本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的導(dǎo)流組件的一種具體實(shí)施方式(球面)的示意圖;

圖17本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的導(dǎo)流組件的一種具體實(shí)施方式(球體)的示意圖;

圖18本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的導(dǎo)流組件的一種具體實(shí)施方式(實(shí)心錐體)的示意圖;

圖19本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的導(dǎo)流組件的一種具體實(shí)施方式(錐形面)的示意圖;

圖20本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)組件所采用的導(dǎo)流組件的一種具體實(shí)施方式(空心錐體)的示意圖。

附圖標(biāo)記說明

1 頂部密封板 2 側(cè)壁

3 微反應(yīng)通道的上端開口 4 微反應(yīng)通道的下端開口

5 底部密封板 6 微反應(yīng)通道

7 導(dǎo)流組件 8 固定軸

9 導(dǎo)流元件 10 圓盤體

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是,此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本實(shí)用新型,并不用于限制本實(shí)用新型。

在本實(shí)用新型中,在未作相反說明的情況下,使用的方位詞如“上、下”通常是指本實(shí)用新型所述的軸向微催化反應(yīng)單元在正常使用狀態(tài)下的上和下,具體可以參考圖1的圖面方向。

本實(shí)用新型提供一種軸向微催化反應(yīng)單元,該軸向微催化反應(yīng)單元包括圓盤體10以及軸向貫穿圓盤體10的至少一個微反應(yīng)通道6,微反應(yīng)通道6內(nèi)設(shè)置有與該微反應(yīng)通道6同軸的用于增加流體湍動作用的導(dǎo)流組件7。

根據(jù)本實(shí)用新型,圓盤體10可以由密封連接的頂部密封板1、底部密封板5和側(cè)壁2構(gòu)成,其內(nèi)可以空心,可以實(shí)心,只要能夠容納微反應(yīng)通道6即可。

根據(jù)本實(shí)用新型,為了使所述徑向微催化反應(yīng)單元能夠用于反應(yīng),微反應(yīng)通道6的內(nèi)表面和/或?qū)Я鹘M件7的外表面可以負(fù)載有催化活性組分。所述催化活性組分可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的催化活性組分,例如將徑向微催化反應(yīng)單元用于甲烷化反應(yīng)時,可以負(fù)載具有甲烷化反應(yīng)活性的鎳、釕和銠等金屬;所述的負(fù)載是指可以通過浸漬、離子濺射、涂覆或裝填等方法將含有活性組分的催化劑或直接將活性組分負(fù)載到微反應(yīng)通道內(nèi)。其中,活性金屬組分涂覆負(fù)載過程可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的包括金屬基體的預(yù)處理和催化劑沉積兩個階段的涂覆方法。

許多氣相化學(xué)反應(yīng)伴隨體積的變化,即體積增大或體積減小,為了增加這些反應(yīng)的速率,微反應(yīng)通道的直徑可以變化或不變,例如逐漸增大或逐漸減小或保持不變。根據(jù)本實(shí)用新型,微反應(yīng)通道6內(nèi)任意一段的直徑沿著從微反應(yīng)通道6的上端開口3到微反應(yīng)通道6的下端開口4的方向可以逐漸減小或不變(保證上端開口3的直徑大于下端開口4的直徑即可,也包括通道直徑先減小后不變的情況);為了增加反應(yīng)的效率,微反應(yīng)通道6的任意橫截面的直徑可以在2-55毫米的范圍內(nèi);微反應(yīng)通道6的上端開口3的直徑與微反應(yīng)通道6的下端開口4的直徑的比值可以為(1.1-25):1。

其中,本實(shí)用新型所述的“上端”和“下端”指的是該軸向微催化反應(yīng)單元在正常使用狀態(tài)下的,微反應(yīng)通道6的上端和下端,具體可以參考圖1的圖面方向;所述“橫截面”為垂直于微反應(yīng)通道6軸向的截面方向。

根據(jù)本實(shí)用新型,由于化學(xué)反應(yīng)大都具有放熱或吸熱效應(yīng),為了兼顧反應(yīng)效率和溫度控制,所有微反應(yīng)通道6的內(nèi)部空間的總體積可以為圓盤體10的總體積的30-90%。

根據(jù)本實(shí)用新型,微反應(yīng)通道6可以為選自錐形管、喇叭形管、Y形管和梯形管中的其中一種(分別如圖10、圖11、圖12和圖13所示)。錐形管、喇叭形管、Y形管和梯形管可以采用金屬材質(zhì)管、陶瓷材質(zhì)管,優(yōu)選采用不與反應(yīng)系統(tǒng)中的氣體發(fā)生反應(yīng)的金屬管。需要說明的是,本領(lǐng)域技術(shù)人員常規(guī)使用的錐形管是指兩端開口的圓臺形中空型材,而非軸向截面為錐形的型材。

根據(jù)本實(shí)用新型,為了提高原料氣的轉(zhuǎn)化率,在徑向微反應(yīng)通道6內(nèi)設(shè)置有增加流體湍動作用的導(dǎo)流組件7,導(dǎo)流組件7可以包括與軸向微反應(yīng)通道6固定連接的固定軸8和固定連接在固定軸8上的導(dǎo)流元件9,如圖7、圖8、圖9所示。在同一導(dǎo)流組件7中使用的導(dǎo)流元件9的大小可以是從微反應(yīng)通道6的上端開口3到微反應(yīng)通道6的下端開口4的方向逐漸減小,也可以逐漸增大,也可以不變,優(yōu)選的同一導(dǎo)流組件7使用的導(dǎo)流元件9大小相同。導(dǎo)流元件9朝向微反應(yīng)通道6的進(jìn)氣方向的一端可以為凸形,例如可以為選自半球體、半球面、球面和球體、實(shí)心錐體、錐形面和空心錐體中的至少一種(分別如圖14、圖15、圖16、圖17、圖18、圖19和圖20所示)。

根據(jù)本實(shí)用新型,進(jìn)一步地,導(dǎo)流元件9為實(shí)心錐體、錐形面和空心錐體時,其底面直徑優(yōu)選均小于上端開口3的直徑與下端開口4的直徑中的較大者,相鄰兩個導(dǎo)流元件9的間距優(yōu)選地可以不小于所述實(shí)心錐體、錐形面和空心錐體的底面直徑;導(dǎo)流元件9為半球體、半球面、球面和球體時,其球面直徑優(yōu)選均小于上端開口3的直徑與下端開口4的直徑中的較大者,實(shí)心錐體、錐形面和空心錐體的高度優(yōu)選不大于微反應(yīng)通道6長度的0.9倍,相鄰兩個導(dǎo)流元件9的間距優(yōu)選地可以不小于所述半球體、半球面、球面和球體的球面直徑。

根據(jù)本實(shí)用新型,導(dǎo)流元件9和固定軸8可以采用金屬材質(zhì)管、陶瓷材質(zhì)管,優(yōu)選采用不與反應(yīng)系統(tǒng)中的氣體發(fā)生反應(yīng)的金屬管;每個導(dǎo)流組件7所包括導(dǎo)流元件9的數(shù)量可以根據(jù)徑向微反應(yīng)通道6的尺寸和實(shí)際反應(yīng)情況來調(diào)整,例如可以為3-100個。

本實(shí)用新型提供的軸向微催化反應(yīng)單元可以用于催化反應(yīng),具體地,該用途包括將至少一個所述軸向微催化反應(yīng)單元用于催化反應(yīng),更優(yōu)選的,可以將多個微催化反應(yīng)單元用于催化反應(yīng),其組合方式可以為并列和/或重疊。

需要說明的是,當(dāng)多個軸向微催化反應(yīng)單元并列地用于催化反應(yīng)時,它們的微反應(yīng)通道上方開口之間直接流體連通,微反應(yīng)通道下方開口之間直接流體連通,但是微反應(yīng)通道上方開口與微反應(yīng)通道下方開口之間僅僅通過微反應(yīng)通道流體連通(如圖5所示);而當(dāng)多個軸向微催化反應(yīng)單元重疊地用于催化反應(yīng)時,相鄰的上層軸向微催化反應(yīng)單元的微反應(yīng)通道下方開口與相鄰的下層的軸向催化反應(yīng)單元的微反應(yīng)通道上方開口直接流體連通。

其中,當(dāng)本實(shí)用新型的軸向微催化反應(yīng)單元用于體積增大的反應(yīng)時,所述微反應(yīng)通道上端開口3與下端開口4中直徑較小者可以為反應(yīng)氣體入口。如圖3所示,氣體可以從微反應(yīng)通道上端開口3進(jìn)入微反應(yīng)通道6進(jìn)行體積增大的反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物可以從微反應(yīng)通道下端開口4離開軸向微催化反應(yīng)單元。

當(dāng)本實(shí)用新型的軸向微催化反應(yīng)單元用于體積減小的反應(yīng)時,所述微反應(yīng)通道上端開口3與下端開口4中直徑較大者可以為反應(yīng)氣體入口。如圖1所示,氣體可以從微反應(yīng)通道上端開口3進(jìn)入微反應(yīng)通道6進(jìn)行體積減小的反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物可以從微反應(yīng)通道下端開口4離開軸向微催化反應(yīng)單元。

下面將結(jié)合附圖通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型,但是本實(shí)用新型并不因此而受到任何限制。

實(shí)施例1

如圖1和圖2所示,本實(shí)施例所采用的軸向微催化反應(yīng)單元包括由頂部密封板1、底部密封板5和側(cè)壁2構(gòu)成的圓盤體10。圓盤體10的上下通過微反應(yīng)通道6流體連通。如圖11所示,所述喇叭形管結(jié)構(gòu)的微反應(yīng)通道6,管壁涂覆有甲烷化反應(yīng)活性組分鎳,兩端分別與圓盤體10的頂部密封板和底部密封板密封連接。所述微反應(yīng)通道6內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)流組件7,導(dǎo)流組件7包含固定軸8和導(dǎo)流元件9,導(dǎo)流元件9選擇的是大小相同的半球面,如圖15所示。

軸向微催化反應(yīng)單元高度100mm,圓盤體直徑為340mm,所采用的喇叭形管微反應(yīng)通道長度為100mm,喇叭形管入口處直徑10mm,出口處直徑4mm,所有喇叭形管微反應(yīng)通道的總體積占圓盤體體積的比例為51.6%。導(dǎo)流元件半球面直徑為3mm,相鄰導(dǎo)流元件間距為5mm,每個導(dǎo)流組件包含9個導(dǎo)流元件(實(shí)施例中為了便于觀察,未全部給出),半球面導(dǎo)流元件的球缺方向與原料氣的流動方向一致。

喇叭管中負(fù)載活性金屬鎳量為30g/m2。該軸向微催化反應(yīng)單元可以用于甲烷化反應(yīng)。合成氣從涂覆有鎳催化活性組分的微反應(yīng)通道上方開口3進(jìn)入,在鎳催化活性組分表面發(fā)生甲烷化反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物從微反應(yīng)通道下方開口4離開軸向微催化反應(yīng)單元。合成氣甲烷化反應(yīng)是一個體積縮小的快速放熱反應(yīng),合成氣從上向下流動,反應(yīng)通道逐漸變小,氣體流速逐漸變大。半球面導(dǎo)流元件的添加,增加了反應(yīng)物流的湍動作用,提高了反應(yīng)原料作用于催化活性位的概率。同時,還縮短了產(chǎn)物在催化反應(yīng)區(qū)的停留時間,能迅速移走產(chǎn)生的大量反應(yīng)熱,增加了甲烷合成的反應(yīng)推動力,提高了原料氣的轉(zhuǎn)化率。在相同的反應(yīng)條件下,CO轉(zhuǎn)化率從常規(guī)軸向反應(yīng)器的62%增加到本實(shí)施例所用微催化反應(yīng)單元的68%。同時反應(yīng)器可以采用冷壁形式,降低反應(yīng)器材質(zhì)等級。

實(shí)施例2

如圖3所示,實(shí)施例2與實(shí)施例1的區(qū)別在于,將實(shí)施例1所示的微通道倒置,而導(dǎo)流組件位置固定不變。喇叭形管入口處直徑4mm,出口處直徑10mm,該類反應(yīng)器適用于反應(yīng)體積增加的化學(xué)反應(yīng),如環(huán)己烷脫氫、乙苯脫氫以及氨分解等反應(yīng)。

將該軸向微催化反應(yīng)單元用于環(huán)己烷脫氫反應(yīng)。環(huán)己烷脫氫反應(yīng)是一個體積增加的吸熱反應(yīng),環(huán)己烷從軸向微催化反應(yīng)單元上方進(jìn)入內(nèi)表面涂覆有鉑金屬的喇叭形管,在鉑金屬催化活性位上發(fā)生脫氫反應(yīng),從產(chǎn)物出口離開喇叭形管。環(huán)己烷從上向下流動,反應(yīng)通道逐漸變大,增加了環(huán)己烷脫氫的反應(yīng)推動力。用于脫氫反應(yīng)的鉑活性中心轉(zhuǎn)換頻數(shù)(TOF)由傳統(tǒng)固定床的1.5增加到本實(shí)施例的29,提高了單位活性組分的使用效率,環(huán)己烷的轉(zhuǎn)化率由41%增加到了62%??梢?,使用該微催化反應(yīng)單元能夠極大程度的提高環(huán)己烷轉(zhuǎn)化率。

實(shí)施例3

如圖4所示,實(shí)施例3所采用的是實(shí)施例1中提出的微催化反應(yīng)單元,其數(shù)量為3個,呈重疊方式排列,相鄰的軸向微催化反應(yīng)單元的側(cè)面密封連接。

本實(shí)施例采用的集成化軸向微催化反應(yīng)單元可以應(yīng)用于合成氣甲烷化反應(yīng)。表1中給出的是本實(shí)用新型采用的集成化的軸向微催化反應(yīng)單元的反應(yīng)器與常規(guī)軸向固定床反應(yīng)器對比情況。兩種反應(yīng)器催化反應(yīng)區(qū)具有相同尺寸,從目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性、使用壽命、床層壓降以及活性金屬Ni的用量四個指標(biāo)可以看出,微通道反應(yīng)器都表現(xiàn)出了較為優(yōu)異的性能。

表1集成化的微通道模塊化反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器對比表

實(shí)施例4

如圖5和圖6所示,實(shí)施例4所采用的是實(shí)施例1中提出的軸向微催化反應(yīng)單元,其數(shù)量為4個,采用2×2正方形排列。與實(shí)施例1的區(qū)別在于,軸向微催化反應(yīng)單元的頂部密封板和底部密封板均密封連接。

本實(shí)施例采用的集成化微催化反應(yīng)單元可以應(yīng)用于合成氣甲烷化反應(yīng)。表2中給出的是本實(shí)用新型采用的軸向微催化反應(yīng)單元反應(yīng)器與常規(guī)軸向反應(yīng)器對比情況。兩種反應(yīng)器催化反應(yīng)區(qū)具有相同尺寸,從目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性、使用壽命、床層壓降以及活性金屬Ni的用量四個指標(biāo)可以看出,軸向微催化反應(yīng)單元反應(yīng)器都表現(xiàn)出了較為優(yōu)異的性能。

表2集成化的微通道模塊化反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器對比表

根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)能力要求,在微反應(yīng)通道內(nèi)涂覆滿足具體化學(xué)反應(yīng)的活性金屬,通過具有功能化的微催化反應(yīng)單元模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn),可以縮短設(shè)備的加工時間,降低反應(yīng)器生產(chǎn)成本。

本實(shí)用新型提供的微催化反應(yīng)單元結(jié)構(gòu)緊湊、活性金屬用量少、床層壓降小、無明顯放大效應(yīng)、單位體積反應(yīng)組件生產(chǎn)強(qiáng)度大,可通過組件的模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn),有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大利用效率,同時縮短反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、加工時間。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式,但是,本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié),在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi),可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型,這些簡單變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是,在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征,在不矛盾的情況下,可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù),本實(shí)用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外,本實(shí)用新型的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合,只要其不違背本實(shí)用新型的思想,其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型所公開的內(nèi)容。

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