[发明专利]一种芯片式结构催化多相微反应器

说明书

本发明涉及一种芯片式结构催化多相微反应器，包含微反应芯片和结构催化剂，包括气液两相反应物分配，多相催化反应室，以及催化反应室两侧的换热通道及气液两相反应物分配通道两侧换热通道；利用树枝状分配形式，T形剪切混合，将气液或液液均匀分配到后端高精度结构催化剂的入口，催化反应室的上下两侧分别设置有流动换热区。本发明通过优化反应器结构设计，使得该反应器具有优异的传质、传热特性，反应物停留时间可控，停留时间分布窄，可根据反应体系进行催化剂结构的个性化设计，容易放大等优势，解决了均相催化剂或细粉催化剂与产物难分离的瓶颈问题，广泛适用于石化、化工、制药、环保、食品等领域。

技术领域

本发明涉及微反应器技术领域，具体的说，是一种芯片式结构催化多相微反应器。

背景技术

在各种微反应器形式中，芯片类微反应器凭借其大的传热面积，适用范围广，容易放大等优势，在微反应器的实际生产应用领域独树一帜。但对于含有固相催化剂的多相反应体系，现有芯片类微反应器存在较多固有缺陷。例如：这类芯片式微反应器催化剂主要使用均相催化或悬浮床流动床的催化形式，即催化剂颗粒小，在这种芯片类微反应器中边流动边反应，这样在实际应用生产中就多出了一个工艺环节——催化剂与产物的分离，微通道反应器要求微通道的尺寸尽量的小，以提供大的接触面积及小的扩散距离，催化剂粒径大容易团聚堵塞；同时为了使微反应器高效，需要尽可能小的催化剂粒径，以提供更大的比表面积，这就带来了很大的压降，且给后续的分离提出了很高的要求；同时这种芯片类型的微反应器为保证反应产物的均一性，对不同流速的反应物停留时间要求比较高，这就增加了设计的难度。

结构催化剂彻底消除传统固相催化剂存在的分离及流失问题，将催化剂活性组分涂敷于整体式催化剂载体上。到目前为止，催化剂载体的成型方面已经有很多的研究，包括各种方式制备的高精度结构催化剂载体层出不穷。这种结构催化剂载体材料包括，氧化铝，氧化锆，氧化钛，碳，分子筛，氧化硅等。3d打印作为一种新型增材制造方式，已广泛应用于高精度成型制造，可以适应于加工本身尺寸小，精度高(便于配合)，结构复杂(有利于高效传质传热)等特征的结构催化剂载体。一些通过3d成型方式制备的结构催化剂载体还具备普通催化剂载体不具备的优点，例如对催化金属锚固作用，减少其浸出，低的压降，高的比表面积等等。

对于结构催化剂，反应物分配的均匀度是限制其应用的关键，采用微流控分配形式可以很好的解决分配均匀度这个问题，将微流控的高效分配混合引入微反应器中，却鲜有人尝试。

本发明公开了一种芯片式结构催化多相微反应器。通过两相反应物的先树形分配再T形剪切混合，使其具备了良好的传质混合效果，实现反应物停留时间可控，停留时间分布窄，提高催化反应效率。同时在树形分配流道的两侧以及催化反应室部分引入换热层，使得该反应器具有大的传热面积，结构催化剂的单元结构设计保证其均一的停留时间，同时其高的孔隙率，可对应不同反应设计的催化剂结构，可以实现梯级孔设计，减小了两端的压降，避免了均相催化或悬浮床流动床的催化形式，因催化剂颗粒小，通道容易堵塞的难题，相对于其他微反应器，本发明更容易规模放大，因此具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构化芯片式催化微反应器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种芯片式结构催化多相微反应器，包括按从上往下顺序设置的上盖板；第一换热分配混合反应集成板；剪切混合及催化反应室板；第二换热分配混合反应集成板；下盖板；

上盖板，包括气/液入口；

第一换热分配混合反应集成板，该板分别分布着反应物分配流道和在分配流道两侧的换热通道及多相反应区域换热面；

剪切混合及催化反应室板，其两部分气液剪切混合通道，后端用密封板密封；

第二换热分配混合反应集成板，其功能与第一换热分配混合反应集成板相同，是另一反应物分配通道；