[发明专利]一种微通道反应板、气固反应器及气固反应系统

说明书

本发明提供一种微通道反应板，所述微通道反应板（1）的其中一个表面上设有若干个蜂窝状排列的凸块（11），所述凸块（11）的周边形成了若干个凹陷微通道单元（12）；相邻的凸块（11）的周边形成的若干个凹陷的微通道单元（12）之间流体连通形成贯穿所述微通道反应板（1）的微通道（2）。本发明专利主要结合自然界的分形蜂巢构型来设计微通道反应器的微通道反应板即反应板，由于特殊构型加剧了流道内的分流、合流效应，增加湍动，使流体混合更均匀，强化传质传热,使催化剂和反应物的接触时间增长，增大反应物转化率和目标产物收率。

技术领域

本发明属于化学工程反应装置领域，特别是涉及一种微通道反应板、气固反应器及反应系统。

背景技术

在能源化工领域，低碳烯烃是一类非常重要的高附加值基础化工原料，合成纤维、合成橡胶、合成塑料、高级润滑油、高碳醇和喷气燃料等很多产品都以其为基础原料，烯烃产业的发展水平和市场供需平衡情况直接影响着整个化学工业的发展水平和产业规模。传统的低碳烯烃主要是通过石脑油的蒸汽裂解和石油精炼的副产物得到，考虑到全球石油资源的不可再生性，以非石油路线为主，即利用煤炭、天然气资源直接或间接制备烯烃成为目前国内外研究的重点。

由于FTO(合成气直接制备烯烃)反应为强放热反应，且反应体系为气固两相，乃至气液固三相，目前化工商业化应用的管式固定床、循环流化床和鼓泡浆态床等反应器都存在着严重的传质和传热问题；并且对于FTO反应而言，过高的温度会是加快催化剂的失活，促进甲烷的生成，降低碳效。微反应器技术由于其良好的温控能力而为FTO反应的过程强化提供了一个新的机遇，尤其对于强吸热和强放热反应体系，可以减小传质和传热限制，调控反应进程，增大反应物转化率和目标产物的收率。并且，由于其轻便易携，可模块化组装，用于海上生产，可为小型工业气制油和大型海上气制油过程提供解决方案。

自B.B.Mandelbrot提出分形概念以来，受大自然启发而诞生的仿生分形理论受到了诸多行业的青睐。基于自然界的分形现象，Coppens等人提出了NICE(nature inspirechemical engineering)概念，指出依据自然启发来设计适合的分形结构能够有效的改善传热和传质，从而实现对催化反应过程的强化；与自然系统相比，NICE设计的体系还可调节温度、压力等变量，人为调控，实现收益最大化。同样的，大量研究表明，将分形结构应用于化学反应器以及化工装备的设计中可以有效地提高系统传热传质能力。自然界中的蜂巢是由一个个六边形单元组成的结构，其具有节省材料、减少能量耗散的特征，由正六边形拓扑而成的仿生结构具有数学上的分形特征，随着分形层数的增加，蜂巢单元总数有规律地增加。几何学中已经证明，可“均匀密铺”任意几何平面的正多边形只有正三角形、正四边形和正六边形，并且在密铺相同面积的前提下，正六边形具有最小的网络周长，即仿生管道网络具有最短的流道总长，这一特点可有效地降低流体网络系统阻力，强化输运能力。

目前，国内外对于分形结构用于微反应器的强化方面，大多数仅停留在传热的数值模拟的研究，针对于非均相催化反应器的过程强化，几乎没有相关研究。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微通道反应板、气固反应器及反应系统，用于解决现有技术中的微通道反应板及反应器气固非均相反应时传热传质差以及反应物转化率低和目标产物收率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

一种微通道反应板，所述微通道反应板的其中一个表面上设有若干个蜂窝状排列的凸块，所述凸块的周边形成了若干个凹陷的微通道单元；相邻的凸块的周边形成的若干个凹陷的微通道单元之间流体连通形成贯穿所述微通道反应板的微通道。

在一个优选的实施例中，所述凸块的大小一致。

在一个优选的实施例中，所述凸块的横截面为正多边形或矩形。

在一个优选的实施例中，所述凸块的横截面为正三角形、正四边形和正六边形中的一种。