[發明專利]一種具有三維通道結構的反應器及其應用

在審

• 申請號: 201610965579.4
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN107999016A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 徐潤;牛傳峰;胡志海;夏國富;侯朝鵬;田鵬程;孫霞
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24;C10G2/00
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本發明公開一種具有三維通道結構的反應器及其應用，該反應器由立體交錯的反應通道和流體通道組成，反應通道為直線型通道，流體通道為具有更好的流體分布和強化傳熱形狀，流體通道通過內部的流體對反應通道進行加熱或冷卻。本發明的反應器可以用于過程強化的催化反應過程，例如加氫反應、氧化反應、硝化反應等。本發明的反應器結構形式具有設計簡單，加工容易、模塊化結構的特點，可以解決現有技術中流體分布均勻度差、反應器溫度梯度大的缺點。

技術領域

本發明涉及一種反應器，更具體地說，是一種具有三維通道結構的反應器，適用于需要改善傳質、傳熱限制的反應過程。

背景技術

微米通道反應器是一種單元反應界面在微米級別的反應器結構，與常規反應器相比，微米通道反應器有以下特點：(1)比表面積大，可以縮短反應所需停留時間；(2)強化傳熱過程，使得化學或化工反應可以幾乎在等溫的條件下反應，避免了反應過程中的飛溫；(3)強化傳質過程，在微通道內流體以微米級厚度的薄層相互接觸，傳質過程主要是分子間擴散，傳質速率得到強化；(4)良好的安全性和可控性；(5)易于放大，由于微反應器結構的模塊化，可由數量疊加實現直接放大，推進實驗室成果的實用化進程。隨著近些年精密加工技術的進步，微米通道反應器已經成為化學工程的一個新方向和研究熱點。

在現有技術中，有關微米通道反應器設計有很多，基本結構為上下密封板和微通道板以及連接件。例如CN103418321B公開一種層疊型微通道反應器，反應器由上蓋板、第一反應板、第二反應板、下蓋板組成，兩塊反應板交替疊置可根據需要設置多組，并采用一個進口兩個出口的設計，具有較高的反應均勻性，反應效率高，流體壓力損失小的特點。其缺點是流體的分布特別是多層反應板之間的流體分布沒有考慮，容易產生流體偏流。

CN101733056B提出一種撞擊流微通道反應器，在微通道平板上刻制有條形用于物料對撞的縱向通道或微孔式通道，在縱向通道的兩側刻制有一條或者多條橫向微通道，通道與流體入口和出口相連，解決了微通道反應器流場分布不均的問題，實現了反應的高度均勻性。但不足之處是通道設計復雜，微孔會造成流體壓力損失。

CN100529020C公開了一種用于費托合成的微通道反應器，該反應器采用高度或寬度為10mm的處理微通道和熱交換通道組成，在含有催化劑的處理微通道中發生費托合成反應，將H2和CO轉化為烴類，其中處理微通道和熱交換通道形成熱交換區，反應產生的熱量由在熱交換區由熱交換通道內的介質吸收，處理微通道中催化劑負載于鰭狀結構上。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有三維通道結構的反應器，解決了現有技術中微米通道反應器采用固體催化劑時，使用困難的問題，以及解決了流體分布不均勻的問題。

本發明所提供的具有三維通道結構的反應器，包括反應通道、流體通道、流體入口分布腔和流體出口收集腔，所述反應通道為直線型通道，所述流體通道為非直線型通道，n個平行反應通道構成單個反應通道層，m個平行流體通道構成單個流體通道層，x個反應通道層和y個流體通道層組成交錯的三維通道結構，其中n為5-10000，m為5-10000，其中x為1-10000，y為2-10000，流體通道的入口與流體入口分布腔相連，流體通道的出口與流體出口收集腔相連，所述的三維通道結構的反應器中，單位體積內的所有通道面積之和為500m2/m3-10000m2/m3。

所述的三維通道結構的反應器中，優選單位體積內的所有通道面積之和為500m2/m3-5000m2/m3。