專利名稱：微通道反應(yīng)器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微通道反應(yīng)器系統(tǒng)，更具體而言，涉及一種用于 多級反應(yīng)的微通道反應(yīng)器系統(tǒng)，尤其是水煤氣變換反應(yīng)，該系統(tǒng)能夠 小型化并且具有可有效去熱的結(jié)構(gòu)變換。
背景技術(shù)：
近年來，由于對環(huán)保問題的關(guān)注不斷增加，對作為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和 化石燃料替代物的燃料電池的研究已經(jīng)在積極地開展。為了充分利用 燃料電池，應(yīng)該滿足制備和/或提供作為原材料的氫氣的多種要求。
氫氣是最輕的氣體并且在空氣中很容易爆炸。由于氫氣的上述性 質(zhì)，處理和存儲氫氣是十分困難的。因此，目前的技術(shù)水平是僅僅通 過使用高容量的氫氣存儲罐來提供氫氣，上述技術(shù)具有通過這樣的存 儲罐很難完全解決上述的問題的缺點(diǎn)。
此外，具有開發(fā)高容量的氫氣存儲罐和提供高容量的氫存儲設(shè)備 所需的初期設(shè)備投資費(fèi)用太大的問題。
因此，減少氫氣發(fā)生設(shè)備的體積和重量的方法可能是非常優(yōu)選的， 因?yàn)榭梢允褂脷錃庾鳛榍鍧嵞茉炊恍柚Ц毒薮蟮脑O(shè)備投資費(fèi)用。
此外，為了將在小型化氫氣發(fā)生設(shè)備中產(chǎn)生的氫氣直接提供給燃
料電池，妨礙燃料電池陰極電極活性的 一氧化碳(co)的含量應(yīng)該被最小化。也就是說，在水汽和碳?xì)浠衔锶剂系闹卣磻?yīng)產(chǎn)生的富氫氣體 中的 一氧化碳毒害用作質(zhì)子交換膜燃料電池的電極材料的鉑而使燃料 電池的性能急劇降低。
適于預(yù)防由一氧化碳導(dǎo)致的鉑中毒的容許濃度水平大約為50 ppm 或以下。為了產(chǎn)生合適濃度的一氧化碳，對富氫氣體進(jìn)行水煤氣變換 反應(yīng)過程和優(yōu)選的CO氧化反應(yīng)過程。
在執(zhí)行水煤氣變換反應(yīng)過程之后， 一氧化碳的濃度應(yīng)該減少至1% 或以下，而在優(yōu)選的CO氧化反應(yīng)過程后， 一氧化碳濃度應(yīng)該減少至 50ppm或以下。
商用的水煤氣變換反應(yīng)以兩步進(jìn)行的，即，高溫水煤氣變換反應(yīng) 階段和低溫水煤氣變換反應(yīng)階段，并且可以用下列反應(yīng)式表示
反應(yīng)式
CO + H20 = C02 + H2 AH;4UkJ/mo1
在350~450°C的溫度進(jìn)行的高溫水煤氣變換反應(yīng)中使用 Fe203/Cr203催化劑，而在200 300。C的溫度進(jìn)行的低溫水煤氣變換反 應(yīng)使用Cu/ZnO作為催化劑。
因此，用于進(jìn)行高溫水煤氣變換反應(yīng)的系統(tǒng)和用于進(jìn)行高溫水煤 氣變換反應(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)該分開設(shè)置。在兩個(gè)反應(yīng)器中需要復(fù)雜的熱交換 系統(tǒng)來維持合適的溫度，而增加用于控制溫度的裝置的數(shù)目就不足為 奇了。
上述條件引起系統(tǒng)的整個(gè)尺寸的增大和系統(tǒng)效率的降低。而且， 用于控制溫度的操作范圍受到限制而顯著降低系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。
6此外，水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)通常采用固定床反應(yīng)器。該固定床 反應(yīng)器不能有效地和完全地散去在進(jìn)行放熱反應(yīng)的水煤氣變換反應(yīng)時(shí) 產(chǎn)生的熱，因此固定床反應(yīng)器具有不能獲得均勻溫度分布的缺點(diǎn)。由
問題。因此，需要當(dāng)進(jìn)行反應(yīng)時(shí)能夠完全去熱的系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明旨在解決傳統(tǒng)水煤氣變換反應(yīng)器系統(tǒng)的上述問題，本發(fā)明 的一個(gè)目是提供一種用于水煤氣變換反應(yīng)的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，在該系
件彼此整體構(gòu)成以獲得優(yōu)異的去熱效果。 技術(shù)方案
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的通道反應(yīng)器系統(tǒng)包括至少兩 個(gè)分別引進(jìn)反應(yīng)氣體和冷卻流體的通道單元，每個(gè)通道單元包括引進(jìn) 反應(yīng)氣體的通道板組件和卩1進(jìn)冷卻流體的熱交換通道板組件；和至少 一個(gè)設(shè)置在上和下通道單元之間的中間板，該中間板分別向從上通道 單元流入的反應(yīng)氣體和冷卻流體提供新反應(yīng)物和冷卻流體以及向下通 道單元的反應(yīng)通道板組件和熱交換通道板組件提供反應(yīng)氣體和冷卻流 體。
根據(jù)本發(fā)明的通道反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在最上部通道單元
向上通道單元的熱交換通道板組件提供冷卻流體；和設(shè)置在最下部通 道單元下的下端板，設(shè)置該下端板用于排出從最下部通道單元的反應(yīng)通道板組件排出的反應(yīng)產(chǎn)物和排出從最下部通道單元的熱交換板組件 排出的冷卻流體。
這里，中間板包括引進(jìn)冷卻流體的第一入口；引進(jìn)反應(yīng)物的第二 入口；連接上通道單元的反應(yīng)通道板組件、第二入口和下通道單元的 反應(yīng)通道板組件的第二流體通道；以及連接上通道單元的熱交換通道 板組件、第一入口和下通道單元的熱交換通道板組件的第一流體通道。
此外，上端板、中間板和下端板具有安裝在其上的加熱裝置。
特別地，通道單元的反應(yīng)通道板組件和熱交換板組件各自包括第 一通道板和第二通道板，當(dāng)?shù)谝缓偷诙ǖ腊逑嗷ミB接時(shí)，每個(gè)通道 板具有形成在其內(nèi)表面上的凹槽和多個(gè)在凹槽中形成的細(xì)長棒，從而 通過細(xì)長棒在第一和第二通道板之間形成多個(gè)流體流動(dòng)通道。
同樣地，反應(yīng)通道板組件的第 一和第二通道板各自具有形成在凹 槽外圍用于通過冷卻流體的通孔和形成在凹槽處用于流入和排出反應(yīng) 氣體的通孔，而熱交換通道板組件的第 一和第二通道板各自具有形成 在凹槽外圍用于通過反應(yīng)氣體的通孔和形成在凹槽處用于流入和排出 冷卻流體的通孔。
根據(jù)本發(fā)明的通道反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在反應(yīng)通道板組件 的第 一通道板與第二通道板之間的墊圈和熱交換通道板組件的第 一通 道板與第二通道板之間的墊圈。
在根據(jù)本發(fā)明的通道反應(yīng)器系統(tǒng)中，反應(yīng)通道板組件的第 一和第 二通道板具有形成在其內(nèi)表面上的催化劑層。提供給反應(yīng)通道板組件 的反應(yīng)氣體是用于水煤氣變換反應(yīng)的轉(zhuǎn)化氣，以及催化劑層是水煤氣變換催化劑層并且由包含1~2 wt。/。的鉑和1~2 wt。/。的錸(Re)的鈰(Ce)-鋯 (Zr)氧化物催化劑形成。
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如上所述，由于水煤氣變換反應(yīng)是在根據(jù)本發(fā)明的通道反應(yīng)器系 統(tǒng)中進(jìn)行的，可以很容易地進(jìn)行熱交換和熱控制。并且，由于根據(jù)本 發(fā)明的通道反應(yīng)器系統(tǒng)具有熱交換通道板組件與反應(yīng)通道板組件相鄰 設(shè)置的結(jié)構(gòu)，因此沒有必要提供用于連接冷卻裝置到反應(yīng)器的額外構(gòu) 件(例如管)，從而顯著提高系統(tǒng)的熱效率。
特別地，熱交換板組件設(shè)置成熱交換板組件與反應(yīng)通道板組件接 觸，^v而在;j丈熱反應(yīng)中產(chǎn)生的熱可以;陂有效地除去。連同上述結(jié)構(gòu)， 通過以層疊方式設(shè)置上端板、第一通道單元、中間板、第二通道單元 和下端板，獲得系統(tǒng)尺寸(體積)顯著減小的效果是可能的。


結(jié)合附圖，從優(yōu)選實(shí)施方案的如下詳細(xì)說明中，本發(fā)明的上述以 及其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得顯而易見，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的反應(yīng)器系統(tǒng)的分解透視圖2為如圖1中所示的第一通道單元的分解透視圖3為如圖2中所示的一個(gè)通道板的平面圖4為設(shè)置在兩通道板之間的墊圈的平面圖；和
圖5為包括四個(gè)通道板和墊圈的通道單元的剖視圖，各墊圈設(shè)置 在兩通道^反之間。
具體實(shí)施例方式
下文中，將參照附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案。
另 一方面，根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器系統(tǒng)可以用于各種多級反應(yīng)過程，
例如水煤氣變換反應(yīng)過程、優(yōu)選的CO氧化反應(yīng)過程、用于制備醛的
反應(yīng)過程等。然而，將用于水煤氣變換反應(yīng)過程的反應(yīng)器系統(tǒng)作為例 子描述如下。
圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的通道反應(yīng)器系統(tǒng)的分解透視圖，根
據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的通道反應(yīng)器系統(tǒng)包括上端板100、中間板200、 下端板300、設(shè)置在上端板100與中間板200之間的第一通道單元110 和設(shè)置在中間板200與下端板300之間的第二通道單元210。
如圖1所示，上端板100、第一通道單元110、中間板200、第二 通道單元210、下端板300設(shè)置成層疊結(jié)構(gòu)。
下面，參照附圖描述構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的通道反應(yīng)器系統(tǒng) 上端4反100
作為通道反應(yīng)器系統(tǒng)上蓋的上端板100為板狀構(gòu)件，第一入口 101 和第二入口 102設(shè)置在上端板100的兩側(cè)上。將外部裝置供應(yīng)的冷卻 流體引入第一入口 101而將來自另一個(gè)外部裝置供應(yīng)的反應(yīng)氣體(即在 水煤氣變換反應(yīng)中使用的轉(zhuǎn)化氣。下文中，稱為"轉(zhuǎn)化氣")引入第二入 口 102。
第一入口 IOI和第二入口 102被連接到第一通道單元110。第一通道單元110
設(shè)置在上端板100下面的第一通道單元110包括反應(yīng)通道板組件 120和熱交換板組件130。反應(yīng)通道板組件120由第一通道板121A和 與第一通道板121A具有相同結(jié)構(gòu)的第二通道板121B組成。
圖2為第一通道單元110的反應(yīng)通道板組件120和熱交換板組件 130的分解透視圖，圖2顯示在構(gòu)成反應(yīng)通道板組件120的第一通道板 121A和第二通道板121B的內(nèi)表面上形成的結(jié)構(gòu)和在構(gòu)成熱交換板組 件130的第 一通道板131A和第二通道板13 IB的內(nèi)表面上形成的結(jié)構(gòu)。
另一方面，為了闡明第一通道板121A和131A和第二通道板121B 和131B的內(nèi)表面，圖2圖示了第一通道板121A和131A的仰視圖和 第二通道板121B和131B俯視圖。
此外，由于熱交換通道板組件130的第一和第二通道板131A和 131B的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)通道板組件120的第一和第二通道+反121A和121B 的結(jié)構(gòu)相同，所以下面僅僅描述反應(yīng)通道板組件120的第一和第二通 道板121A和121B的結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，其顯示圖1和圖2中的反應(yīng)通道板組件120的第一 通道板121A的平面圖，斜方形凹槽形成在矩形的第一通道板121A的 內(nèi)表面上，所以凹槽沒有延伸到設(shè)置在一條對角線方向的兩個(gè)角落處。
在第一通道板121A的四個(gè)角落處各自形成通孔。也就是說，第一 通孔125A-1和第二通孔125A-2形成在凹槽122A以對角線方向設(shè)置的 兩個(gè)角落處，而第三通孔125A-3和第四通孔125A-4形成在沒有形成 凹槽122A的區(qū)域的兩個(gè)角落處。這里，在形成在凹槽122A內(nèi)的第一通孔125A-1和第二通孔 125A-2的周圍形成多個(gè)分散片124A,并且每個(gè)分散片124A向凹槽 122A的中央部延伸。而且，在凹槽122A的中央部上形成多個(gè)細(xì)長棒 123A并沿第 一通道板121A的縱向延伸。分散片124A和細(xì)長棒123A 的高度與凹槽122A的深度相同。
另一方面，在反應(yīng)通道板組件120中，第二通道板121B具有與第 一通道板121A對稱的結(jié)構(gòu)。
如果具有上述結(jié)構(gòu)的第一通道板121A和第二通道板121B相互重 疊，則形成在第一通道板121A內(nèi)表面上的凹槽122A對應(yīng)于形成在第 二通道板121B內(nèi)表面上的凹槽122B,而因此形成一定的空間。
同樣地，形成在第一通道板121A的角落處的第一至第四通孔 125A-l、125A-2、125A-3和125A-4分別對應(yīng)于形成在第二通道板121B 的角落處的第一至第四通孔125B-1、 125B-2、 125B-3和125B-4。
特別地，形成在沒有形成凹槽的角落處的第二通孔125A-3和 125B-3與第四通孔125A-4和125B-4分別形成某一通道。
此外，形成在第一和第二通道板121A和121B的凹槽122A和122B 的中央部上的細(xì)長4奉123A和123B相互對應(yīng)并且相互4妻觸。因此，在 由第 一和第二通道板121A和121B的凹槽122A和122B形成的空間里， 細(xì)長棒123A和123B形成如圖5中附圖標(biāo)記"C"所指的多個(gè)通道。
熱交換通道板組件130被設(shè)置在具有如上結(jié)構(gòu)的反應(yīng)通道板組件 120的下面。如同反應(yīng)通道板組件，熱交換通道板組件130包括第一通 道板131A和第二通道板131B,第一通道板131A和第二通道板131B
12各自具有與構(gòu)成反應(yīng)通道板組件120的第 一通道板121A和第二通道板
121B相同的結(jié)構(gòu)。
然而，熱交換通道板組件130設(shè)置成這樣一種結(jié)構(gòu)熱交換通道 板組件與反應(yīng)通道板組件120顛倒，并因此形成在熱交換通道板組件 130的通道板131A和131B的凹槽132A和132B內(nèi)的第一和第二通孔 135A-1、 135B-1和135A-2、 135B-2對應(yīng)于形成在反應(yīng)通道板組件120 的通道板121A和121B的凹槽122A和122B外的第三和第四通孔 125A-3、 125B-3和125A陽4、 125B-4。
另一方面，如圖1所示，形成在反應(yīng)通道^1組件120的第一通道 板121A的凹槽122A的角落上的第一通孔125A-1連接上端板120的 第二入口 102，而形成在反應(yīng)通道板組件120的第一通道板121A上的 第三通孔125A-3連接上端板120的第一入口 101。
因此，引入至上端板100的第二入口 102的轉(zhuǎn)化氣經(jīng)由形成在反 應(yīng)通道板組件120的第一通道板121A的凹槽122A的角落處的第一通 孔125A-1而提供給第一通道板121A和第二通道板121B之間形成的 空間。
向該空間提供的轉(zhuǎn)化氣沿著由第一和第二通道板121A和121B的 細(xì)長棒123A和123B形成的通道(圖5中的"C，，)流動(dòng)，然后，通過形成 在第二通道板121B的凹槽122B的角落處的第二通孔125-B排出。
另一方面，催化劑層形成在反應(yīng)通道板組件120的第一和第二通 道板121A和121B各自的內(nèi)表面(即，各通道表面)上。在本發(fā)明中使 用的催化劑為包含1 2 wt。/。的鉑和1 2 wt。/。的錸(Re)的鈰(Ce)-鋯(Zr)氧 化物催化劑。同時(shí)，4吏引入至上端板100的第一入口 101的冷卻流體經(jīng)過反應(yīng)
通道板組件120的第三通孔125A-3和125B-3,然后，經(jīng)由形成在熱交 換通道板組件130的第一通道板131A的凹槽的角落處的第一通孔 135A-1流入形成在第 一通道板131A和第二通道板131B之間的空間。
然后，冷卻流體沿著由第一和第二通道板131A和131B的細(xì)長棒 133A和133B形成的通道流動(dòng)，然后經(jīng)過形成在第二通道板131B的凹 槽132B的角落處的第二通孔135B-2排出。
另一方面，熱交換通道板組件130的第一和第二通道板131A和 131B的第四通孔135A-4、 135B-4對應(yīng)于反應(yīng)通道板組件120的第二 通道板121B的第二通孔125B-2,因此，/人反應(yīng)通道^1組件120排出 的轉(zhuǎn)化氣經(jīng)由熱交換通道板組件130的第四通孔135A-4和135B-4排 出至外面。
中間^反200
設(shè)置在第一通道單元110下的中間板200具有形成在其側(cè)面處的 第一入口 201和第二入口 202。冷卻流體流入第一入口 201而水汽流入 第二入口 202。入口 201和202分別連接到穿過中間板200的第一和第 二流體通道201A和202A。
另一方面，第一流體通道201A連接構(gòu)成上部第一通道單元110的 熱交換通道板組件130的第二通孔135B-2和下部第二通道單元210的 熱交換通道板組件230的第一通道板231A的第二通孔235A-2。
此外，第二流體通道202A連接構(gòu)成上部第一通道單元110的反應(yīng) 通道板組件120的第二通孔125B-2和下部第二通道單元210的反應(yīng)板 組件220的第一通道板221A的第二通孔225A-2。這里，第二流體通道202A通過第一通道單元IIO的熱交換板組件 130的相應(yīng)通孔135A-4和135B-4連接反應(yīng)通道板組件120的第二通孔 125B-2。
第二通道單元210
設(shè)置在中間板200下的第二通道單元210包括反應(yīng)通道板組件 220和熱交換板組件230。這里，構(gòu)成第二通道單元210的反應(yīng)通道板 組件220和熱交換板組件230具有與構(gòu)成第一通道單元110的反應(yīng)通 道板組件120和熱交換板組件130相同的結(jié)構(gòu)。因此，省略對其詳細(xì) 的描述。
下端纟反300
設(shè)置在第二通道單元210下的下端板300具有設(shè)置在其兩側(cè)上的 第一出口 301和第二出口 302。冷卻流體從第一出口 301排出和反應(yīng)產(chǎn) 物從第二出口 302排出。第一和第二出口 301和302連接到構(gòu)成第二 通道單元210的熱交換板組件230的第二通道板231B的第一和第三通 孔(盡管在圖中沒有顯示，但是具有與圖2中的熱交換板組件130的第 二通道板131B的第一和第三通孔135B-1和135B-3相同的結(jié)構(gòu))。
參照附圖闡述轉(zhuǎn)化氣和冷卻流體在由如上所述組成的通道反應(yīng)器 系統(tǒng)中的流動(dòng)。另一方面，為了方便起見，在圖1中轉(zhuǎn)化氣的流動(dòng)由 粗實(shí)線表示，而冷卻流體用細(xì)實(shí)線表示。
多個(gè)通孔(未顯示)形成在上端板100、中間板200和下端板300上， 并且將加熱裝置(例如，加熱器)設(shè)置在每個(gè)通孔上。因此，將反應(yīng)所需 的熱量提供給上端板100,中間板200和下端板300。在這種情況下，引入至上端板100的第二入口 102的轉(zhuǎn)化氣經(jīng)由上述路徑流入第一通道單元110的反應(yīng)通道板組件120。
如上所述，形成在反應(yīng)通道板組件120的第一通道寺反121A和第二通道板121B之間的空間被分成多個(gè)通道(圖5中的"C")，因此轉(zhuǎn)化氣沿著第一通道板121A和第二通道板12IB的整個(gè)表面流動(dòng)。
在這個(gè)過程中，轉(zhuǎn)化氣和水汽在形成在第一和第二通道板121A和121B的內(nèi)表面上的催化劑層相互反應(yīng)，該反應(yīng)是在由上端板100提供的熱量的高溫條件下進(jìn)行的。
在催化劑層與水汽反應(yīng)的轉(zhuǎn)化氣從反應(yīng)通道板組件120排出，然后經(jīng)由形成在第一通道單元110的熱交換通道板組件130的第一通道板131A和第二通道板131B的角落處的第四通孔135A-4和135B-4流入中間板200的第二流體通道202A。這時(shí)，轉(zhuǎn)化氣與由中間板200的第二入口 202提供的水汽混合。
接著，將轉(zhuǎn)化氣引入第二通道單元210的反應(yīng)通道板組件220。轉(zhuǎn)化氣在第二通道單元210的反應(yīng)通道板組件220中的流動(dòng)與轉(zhuǎn)化氣在第一通道單元110的反應(yīng)通道板組件120中的流動(dòng)基本一樣。
轉(zhuǎn)化氣和水汽在形成在構(gòu)成第二通道單元210的反應(yīng)通道板組件220的第一和第二通道板221A和221B的內(nèi)表面上的催化劑層上相互反應(yīng)，上述反應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化氣的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過形成在第二通道單元210的熱交換通道板組件230的角落處的通孔，然后經(jīng)過下端板300的第二出口 302排出至外面。
隨著如上所述的轉(zhuǎn)化氣的流動(dòng)，引入至上端板100的第一入口 101的冷卻流體在第一通道單元110的熱交換板組件130中流動(dòng)。也就是說，冷卻流體經(jīng)由構(gòu)成反應(yīng)通道板組件120的第一和第二通道板121A
和121B的第三通孔125A-3和125B-3流入在熱交換4反組件130的第一通道板131A和第二通道板131B之間形成的空間。
如上所述，在熱交換板組件130的第一通道板131A和第二通道板131B之間形成的空間被分成多個(gè)通道(在圖5中用"C"表示)，所以冷卻流體沿著通道C流動(dòng)。在上述過程中，熱交換是在熱交換通道板組件130和反應(yīng)通道板組件120之間進(jìn)行的，其中，在反應(yīng)通道板組件120里發(fā)生轉(zhuǎn)換氣和水汽之間的催化反應(yīng)。
與反應(yīng)通道板組件熱交換的冷卻流體流入中間板200的第 一 流體通道201A。這時(shí)，冷卻流體與通過中間板200的第一入口 201供應(yīng)的新的冷卻流體混合。
此后，冷卻流體通過形成在第二通道單元210的反應(yīng)通道板組件220的第一和第二通道板221A和221B上的第三通孔，然后引入至形成在熱交換通道板組件230的第 一和第二通道板231A和231B之間的空間。
如同第一通道單元110的熱交換通道板組件130，在第二通道單元210的熱交換板組件230的第一通道板231A和第二通道板231B之間形成的空間被分成多個(gè)通道。由于冷卻流體是沿著這些通道流動(dòng)的，所以在熱交換通道板組件230和反應(yīng)通道板組件220之間進(jìn)行熱交換。
與反應(yīng)通道板組件熱交換的冷卻流體經(jīng)形成在下端板300上的第一出口 301最終排出至外面。
另一方面，圖4是設(shè)置在兩通道板(例如，圖1中的121A和121B,以及131A和131B)之間的墊圈G的平面圖，而圖5是包括各自四個(gè)通
17道板121A、 121B和131A、 131B和設(shè)置在兩通道板之間的兩個(gè)墊圈G的通道單元110的剖視圖。
這里，圖5是沿著墊圈G寬度方向(即，圖4中的線D-D)的剖視圖并顯示各墊圈G與由細(xì)長棒123A和123B在通道板121A和121B之間和由細(xì)長棒133A和133B在通道板131A和131B之間的形成的通道C的位置。
在第一通道單元110中，形成轉(zhuǎn)化氣流動(dòng)的空間的反應(yīng)通道板組件120的第一和第二通道板121A和121B和/或形成冷卻流體流動(dòng)的空間的熱交換通道板組件130的第一和第二通道板131A和13IB通過連接裝置(未顯示)相互連接，因此在第一和第二通道板121A和121B之間或/和在第 一和第二通道板131A和131B之間形成樣l間隙。
當(dāng)轉(zhuǎn)化氣和/或冷卻流體在第一和第二通道板121A和121B(和/或131A和131B)之間的空間中流動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)化氣和/或冷卻流體可能通過這個(gè)間隙泄漏。為了防止轉(zhuǎn)化氣和/或冷卻流體泄漏，優(yōu)選在反應(yīng)通道板組件120的第一和第二通道板121A和121B之間和/或在熱交換通道板組件130的第一和第二通道板131A和131B之間設(shè)置墊圏G。這時(shí)，各墊圏G應(yīng)該具有形成在其角落處并與通道板121A、 121B和131A、131B的通孔相對應(yīng)的多個(gè)通孔G1、 G2、 G3和G4。
下面，描述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案。下面的實(shí)施方案僅僅用來解釋，應(yīng)該理解本發(fā)明并不限于下面的實(shí)施方案。
實(shí)施例
用5g包含1.8 wt。/。的鉑和1.7 wt。/。的Re/CeZr02的催化劑作為水煤氣變換催化劑涂敷在反應(yīng)通道板組件120和220的各通道板121A、121B和221A、 221B的內(nèi)表面(如圖1)。
在通道板組件120和130的各自的內(nèi)部空間中形成10個(gè)(10)通道(圖5中的C)，并且在上端板100與中間板200之間設(shè)置5個(gè)(5)反應(yīng)通道板組件(圖1中的120)和6個(gè)(6)熱交換通道板組件(圖1中的130)。在中間板200和下端板300之間設(shè)置5個(gè)(5)反應(yīng)通道板組件(圖1中的230)和6個(gè)(6)熱交換通道板組件(圖1中的230)。
由上述組成的通道反應(yīng)器系統(tǒng)連接到熱自動(dòng)補(bǔ)償重整反應(yīng)器。將流速為100cc/min.的甲烷、流速為200cc/min.的空氣和流速為200cc/min.的水汽引入熱自動(dòng)補(bǔ)償重整反應(yīng)器中，并將作為上述材料的反應(yīng)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化氣引入通道反應(yīng)器系統(tǒng)中。
水汽和包含50wt。/。的氫氣、10wt。/。的二氧化碳、30wt。/。的氮?dú)夂?0wt。/o的一氧化碳的轉(zhuǎn)化氣以200 cc/min.的流速供給通道反應(yīng)器系統(tǒng)的上端板的第二入口而水汽以112 cc/min.的流速經(jīng)由中間板的第二入口另外供給。此外，作為冷卻流體的空氣以30 cc/min.的流速經(jīng)由上端板的第一入口供給。
在上述情況下，操作和控制通道反應(yīng)器系統(tǒng)使得通道反應(yīng)器系統(tǒng)的溫度維持在300攝氏度。
結(jié)果，經(jīng)由下端^1流出的反應(yīng)產(chǎn)物的氣體組成為57.99 wt。/。的氫氣、24.39 wt。/。的氮?dú)狻?6.06 wt。/。的二氧化碳、0.54 wt。/。的一氧化碳和1.02 wt。/。的曱烷。
盡管已經(jīng)參照其中多個(gè)例證性的實(shí)施方案描述優(yōu)選的實(shí)施方案，應(yīng)該理解本領(lǐng)域的技術(shù)人員在落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)能夠設(shè)計(jì)許多其它修改和實(shí)施方案。更具體而言，對本發(fā)明公開的內(nèi)容、附圖、所附權(quán)利要求書內(nèi)的部件和/或目標(biāo)組合排列的方式作出多種修改和變化是可能的。除了對部件和排列方式作出多種修改和變化之外，對本
例如，上面的說明和附圖闡明由反應(yīng)通道板組件和熱交換通道板組件組成的單個(gè)通道單元設(shè)置在兩板(上端板和中間板、以及中間板和下端板)之間，然而，可以設(shè)置兩個(gè)或更多個(gè)通道單元。
工業(yè)實(shí)用性
統(tǒng)進(jìn)行的，所以熱交換和熱控制能夠容易進(jìn)行。并且，由于根據(jù)本發(fā)
置的結(jié)構(gòu)，所以不必提供用于連接冷卻裝置到反應(yīng)器的額外構(gòu)件(例如管)從而可以顯著提高系統(tǒng)的熱效率。
權(quán)利要求
1、一種通道反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少兩個(gè)分別引進(jìn)反應(yīng)氣體和冷卻流體的通道單元，每個(gè)通道單元包括引進(jìn)反應(yīng)氣體的反應(yīng)通道板組件和引進(jìn)冷卻流體的熱交換通道板組件；和至少一個(gè)設(shè)置在上和下通道單元之間的中間板，該中間板分別向從所述上通道單元流入的反應(yīng)氣體和冷卻流體提供新反應(yīng)物和冷卻流體以及向所述下通道單元的反應(yīng)通道板組件和熱交換通道板組件提供反應(yīng)氣體和冷卻流體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在最上部通道單元上的上端板，其用于向所述上通道單元的 反應(yīng)通道板組件^是供反應(yīng)氣體和向所述上通道單元的熱交換通道板組 件提供冷卻流體；和設(shè)置在最下部通道單元下的下端板，設(shè)置該下端板用于排出從所下部通道單元的熱交換板組件中排出的冷卻流體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，所述中間板包括引進(jìn)冷卻流體的第 一入口 ； 引進(jìn)反應(yīng)物的第二入口；第二流體通道，該通道連接所述上通道單元的反應(yīng)通道板組件、 第二入口和下通道單元的反應(yīng)通道板組件；和第 一流體通道，該通道連接所述上通道單元的熱交換通道板組件、 第 一入口和下通道單元的熱交換通道板組件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，所述上端板、中間板和下端板具有安裝在其上的加熱裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，所述通道單元 的反應(yīng)通道板組件和熱交換板組件各自包括第一通道板和第二通道 板，當(dāng)?shù)谝缓偷诙ǖ腊逑嗷ミB接時(shí)，每個(gè)通道板具有形成在其內(nèi)表 面上的凹槽和多個(gè)在所述凹槽中形成的細(xì)長棒，從而通過該細(xì)長棒在 第一和第二通道板之間形成多個(gè)流體流動(dòng)通道。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，所述反應(yīng)通道 板組件的第一和第二通道板各自具有形成在所述凹槽外圍用于通過冷 卻流體的通孔和形成在所述凹槽處用于流入和排出反應(yīng)氣體的通孔。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，所述熱交換通 道板組件的第一和第二通道板各自具有形成在所述凹槽外圍用于通過 反應(yīng)氣體的通孔和形成在所述凹槽處用于流入和排出冷卻流體的通孔。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，進(jìn)一步包括設(shè)置在所 述反應(yīng)通道板組件的第 一通道板和第二通道板之間和所述熱交換通道 板組件的第 一通道板和第二通道板之間的墊圏。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，進(jìn)一步 包括設(shè)置在所述凹槽內(nèi)的各通孔周圍形成的多個(gè)分散片，該分散片指 向所述凹槽中央部。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，所述反應(yīng)通 道板組件的第 一和第二通道板具有形成在其內(nèi)表面上的催化劑層。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的通道反應(yīng)器系統(tǒng)，其中，供給所述反催化劑層是水煤氣變換催化劑層并且由包含1 2 wt。/。的鉑和1 2 wt% 的錸(Re)的鈰(Ce)-鋯(Zr)氧化物催化劑形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通道反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有在其中進(jìn)行放熱反應(yīng)的第一通道板組件和設(shè)置用于熱交換并與第一通道板組件整體構(gòu)成從而有效去熱的第二通道板組件，該通道反應(yīng)器系統(tǒng)包括至少兩個(gè)分別引進(jìn)反應(yīng)氣體和冷卻流體的通道單元，每個(gè)通道單元包括引進(jìn)反應(yīng)氣體的反應(yīng)通道板組件和引進(jìn)冷卻流體的熱交換通道板組件；和至少一個(gè)設(shè)置在上和下通道單元之間的中間板，該中間板分別向從上通道單元流入的反應(yīng)物和冷卻流體提供新反應(yīng)氣體和冷卻流體以及向下通道單元的反應(yīng)通道板組件和熱交換通道板組件提供反應(yīng)氣體和冷卻流體。
文檔編號C01B3/38GK101460395SQ200780020200
公開日2009年6月17日 申請日期2007年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月29日
發(fā)明者宋光浩, 崔在薰, 崔廷旭, 樸炚千, 李昌勛, 裴羨爀, 趙俊衍 申請人:Lg化學(xué)株式會(huì)社