[發明專利]一種微通道反應板、氣固反應器及氣固反應系統

有效

• 申請號: 201810088194.3
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108311070B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 孫予罕;張曉丹;呂敏;唐志永
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院;中國科學院大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 高燕;許亦琳

本發明提供一種微通道反應板，所述微通道反應板（1）的其中一個表面上設有若干個蜂窩狀排列的凸塊（11），所述凸塊（11）的周邊形成了若干個凹陷微通道單元（12）；相鄰的凸塊（11）的周邊形成的若干個凹陷的微通道單元（12）之間流體連通形成貫穿所述微通道反應板（1）的微通道（2）。本發明專利主要結合自然界的分形蜂巢構型來設計微通道反應器的微通道反應板即反應板，由于特殊構型加劇了流道內的分流、合流效應，增加湍動，使流體混合更均勻，強化傳質傳熱,使催化劑和反應物的接觸時間增長，增大反應物轉化率和目標產物收率。

技術領域

本發明屬于化學工程反應裝置領域，特別是涉及一種微通道反應板、氣固反應器及反應系統。

背景技術

在能源化工領域，低碳烯烴是一類非常重要的高附加值基礎化工原料，合成纖維、合成橡膠、合成塑料、高級潤滑油、高碳醇和噴氣燃料等很多產品都以其為基礎原料，烯烴產業的發展水平和市場供需平衡情況直接影響著整個化學工業的發展水平和產業規模。傳統的低碳烯烴主要是通過石腦油的蒸汽裂解和石油精煉的副產物得到，考慮到全球石油資源的不可再生性，以非石油路線為主，即利用煤炭、天然氣資源直接或間接制備烯烴成為目前國內外研究的重點。

由于FTO(合成氣直接制備烯烴)反應為強放熱反應，且反應體系為氣固兩相，乃至氣液固三相，目前化工商業化應用的管式固定床、循環流化床和鼓泡漿態床等反應器都存在著嚴重的傳質和傳熱問題；并且對于FTO反應而言，過高的溫度會是加快催化劑的失活，促進甲烷的生成，降低碳效。微反應器技術由于其良好的溫控能力而為FTO反應的過程強化提供了一個新的機遇，尤其對于強吸熱和強放熱反應體系，可以減小傳質和傳熱限制，調控反應進程，增大反應物轉化率和目標產物的收率。并且，由于其輕便易攜，可模塊化組裝，用于海上生產，可為小型工業氣制油和大型海上氣制油過程提供解決方案。

自B.B.Mandelbrot提出分形概念以來，受大自然啟發而誕生的仿生分形理論受到了諸多行業的青睞。基于自然界的分形現象，Coppens等人提出了NICE(nature inspirechemical engineering)概念，指出依據自然啟發來設計適合的分形結構能夠有效的改善傳熱和傳質，從而實現對催化反應過程的強化；與自然系統相比，NICE設計的體系還可調節溫度、壓力等變量，人為調控，實現收益最大化。同樣的，大量研究表明，將分形結構應用于化學反應器以及化工裝備的設計中可以有效地提高系統傳熱傳質能力。自然界中的蜂巢是由一個個六邊形單元組成的結構，其具有節省材料、減少能量耗散的特征，由正六邊形拓撲而成的仿生結構具有數學上的分形特征，隨著分形層數的增加，蜂巢單元總數有規律地增加。幾何學中已經證明，可“均勻密鋪”任意幾何平面的正多邊形只有正三角形、正四邊形和正六邊形，并且在密鋪相同面積的前提下，正六邊形具有最小的網絡周長，即仿生管道網絡具有最短的流道總長，這一特點可有效地降低流體網絡系統阻力，強化輸運能力。

目前，國內外對于分形結構用于微反應器的強化方面，大多數僅停留在傳熱的數值模擬的研究，針對于非均相催化反應器的過程強化，幾乎沒有相關研究。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種微通道反應板、氣固反應器及反應系統，用于解決現有技術中的微通道反應板及反應器氣固非均相反應時傳熱傳質差以及反應物轉化率低和目標產物收率低的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明是通過以下技術方案獲得的。

一種微通道反應板，所述微通道反應板的其中一個表面上設有若干個蜂窩狀排列的凸塊，所述凸塊的周邊形成了若干個凹陷的微通道單元；相鄰的凸塊的周邊形成的若干個凹陷的微通道單元之間流體連通形成貫穿所述微通道反應板的微通道。

在一個優選的實施例中，所述凸塊的大小一致。

在一個優選的實施例中，所述凸塊的橫截面為正多邊形或矩形。

在一個優選的實施例中，所述凸塊的橫截面為正三角形、正四邊形和正六邊形中的一種。