[實用新型]一種用于氫氣催化燃燒的微通道膜反應器

有效

• 申請號: 202222079529.X
• 申請日: 2022-08-09
• 公開（公告）號: CN218178885U
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 趙子楚;余江龍;惠云澤;高悅
• 申請（專利權）人: 昆山北極氫一能源科技有限公司;蘇州工業園區蒙納士科學技術研究院
• 主分類號: F23D14/22
• 分類號: F23D14/22;B01J12/00;F23D14/46
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 陶新亞

本實用新型涉及一種用于氫氣催化燃燒的微通道膜反應器，包括反應器本體、反應器上蓋、反應器下蓋及密封結構；反應器本體置于由反應器上蓋及反應器下蓋扣合后組成的密閉空間內，反應器本體外圍的密閉空間內設密封結構；反應器本體由外殼、氫氣分離膜及微通道反應室組成。本實用新型是具有10～1000個通道、通道尺寸為微米至納米級的微通道膜反應器；其應用范圍大，通過改變通道尺寸、通道數量以及反應器數量可適用于不同規模的應用場合；氫氣在微通道反應室內進行催化燃燒，通過氫氣分離膜將氫氣和其他氣體分離，保證催化燃燒過程中只有氫氣參與反應，反應產物可以快速排出，能夠對催化劑活性起到良好的保護作用。

技術領域

本實用新型涉及氫能催化技術領域，尤其涉及一種用于氫氣催化燃燒的微通道膜反應器。

背景技術

微通道反應器是指內部結構主要由微米級(通常10～300μm)通道構成的微反應器。微通道反應器由于其通道尺寸小、實驗可控性強、安全系數高、易于放大實驗級別等優點受到廣泛關注。

膜反應器是膜過程和反應過程相結合的新技術。具有一系列優點：反應和分離組合成單一的單元過程，降低分離等過程的費用；對于可逆反應，突破熱力學平衡限制，通過膜擴散過程移走產物，使轉化率達到100％；調節反應過程參數，緩和反應條件，提高目的產物的選擇性和產率，減少副反應。膜反應器由于其同時可以實現分離和反應的雙過程也得到了廣泛關注。

天然氣等傳統化石能源在微反應器和膜反應器上的實驗和應用已經十分廣泛，應用膜反應器可以解決天然氣除雜和尾氣回收等問題，應用微通道反應器可以幫助實驗更加可控。然而，天然氣的副產物包含二氧化碳等溫室氣體，嚴重污染大氣環境和人體健康。

氫氣作為良好的清潔能源逐漸進入公眾視野，為探究氫氣燃燒的相關技術和應用，需要研發出具有多種優良性能的反應器。首先，氫氣屬于易燃易爆氣體，保障實驗安全和應用安全是利用氫能的基礎。其次，純氫氣燃燒會生成水蒸氣，水蒸氣會使催化劑失活致使實驗失敗；同時，氫氣燃燒溫度在1200℃，氮氣燃燒溫度為1000℃，在氫氣燃燒過程中，空氣中的氮氣會隨之燃燒生成大量氮氧化物和二氧化碳，嚴重危害環境。另外，工業用非純氫氣可能參雜含硫、含碳氣體，在催化燃燒過程中不僅會釋放大量溫室氣體還會致使催化劑失活。因此，一般需要采用負載催化劑的膜微通道反應器。

發明內容

本實用新型提供了一種用于氫氣催化燃燒的微通道膜反應器，是具有10～1000個通道、通道尺寸為微米至納米級的微通道膜反應器；其應用范圍大，通過改變通道尺寸、通道數量以及反應器數量可適用于不同規模的應用場合；氫氣在微通道反應室內進行催化燃燒，通過氫氣分離膜將氫氣和其他氣體分離，保證催化燃燒過程中只有氫氣參與反應，反應產物可以快速排出，能夠對催化劑活性起到良好的保護作用。

為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案實現：

一種用于氫氣催化燃燒的微通道膜反應器，包括反應器本體、反應器上蓋、反應器下蓋及密封結構；反應器本體置于由反應器上蓋及反應器下蓋扣合后組成的密閉空間內，反應器本體外圍的密閉空間內設密封結構；所述反應器本體由外殼、氫氣分離膜及微通道反應室組成；氫氣分離膜將外殼分隔為上、下2個獨立的空間，外殼的頂部一端設氫氣入口，對應的外殼上部空間為氫氣通道；同一端的外殼底部設空氣/氧氣入口，外殼的下部空間底部為空氣/氧氣通道；外殼的下部空間上部設多個通道，每個通道內均負載催化劑形成微通道反應室；微通道反應室的頂部通過氫氣分離膜與氫氣通道分隔，微通道反應室的底部與空氣/氧氣通道直接連通；外殼的頂部另一端設雜質氣體及水蒸氣出口；對應氫氣入口處的反應器上蓋設氫氣進氣口，對應空氣/氧氣入口處的反應器下蓋設空氣/氧氣進氣口；對應雜質氣體及水蒸氣出口處的反應器上蓋設雜質氣體及水蒸氣出氣口。

所述微通道反應室的數量為10～1000個，微通道反應室的寬度為微米級或納米級。

所述氫氣分離膜為PdO膜、Pd-Cu膜或Pd-Au膜。