[发明专利]具有分形结构的气液管式反应器、气液反应系统及其应用

说明书

本发明提供一种具有分形结构的气液管式反应器、气液反应系统及其应用，所述具有分形结构的气液管式反应器包括气液反应管路，所述气液反应管路呈hilbert分形曲线状分布。本发明的具有分形结构的气液管式反应器通过将气液反应管路设置为呈hilbert分形曲线状分布，可以通过利用多次弯折来增强湍动，从而有效地混合气液两相，加强传质；同时，所述气液反应管路呈hilbert分形曲线状分布，可以保证所述气液反应管路在相同的长度尺寸下，缩小具有分形结构的气液管式反应器的体积，可以实现最大化的对空间的利用。

技术领域

本发明属于化学工程催化领域，特别是涉及一种具有分形结构的气液管式反应器、气液反应系统及其应用。

背景技术

CO₂是造成温室效应以及全球气候变暖的最主要原因，在京都议定书框架下各国都在积极开展低碳绿色的发展路线研究。根据丁铎尔中心“全球碳计划”年度研究成果和最新研究数据，我国已经超过美国成为世界上碳排放量最大的国家。所以积极地开展CO₂减排与CO₂转化利用的研究是很有必要的。

目前，对CO₂减排的处理方式有CCS(CO₂捕获封存)和CCUS(CO₂捕获封存及利用)等等，对于后者(CCUS)，不仅可减少CO₂排放，而且能创造产值。由于CO₂自身的热力学稳定性，其参与的反应，尤其是价态改变(这里多指碳被还原)的反应，并不容易进行，需要较为苛刻的条件。

现在用于常温常压下的CO₂催化还原的催化剂较少，目前已知的有铜/N杂环卡宾(NHC)复合物、基于钴的催化剂体系等等，所生成的产物大多是甲酸，而由于反应条件的限制所以产率和选择性不高。目前，对催化体系进行创新和改性来提高CO₂的催化还原的反应的产率和选择性的研究较多。但是现有的管式反应器不能很好地进行气液混合，影响了气液之间的传质传热效果，降低反应效率。

目前，分形在新型反应器中的应用仍停留于简单的分叉结构，对分形图形的应用很少，因此，在对分形图形的应用研究是值得尝试的。

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具有分形结构的气液管式反应器、气液反应系统及其应用，用于解决现有技术中的管式反应器采用分叉结构而存在的气液混合不充分，从而影响了气液之间的传热效果，降低反应效率的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有分形结构的气液管式反应器，所述具有分形结构的气液管式反应器包括气液反应管路，所述气液反应管路呈hilbert分形曲线状分布。

作为本发明的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述气液反应管路呈N阶hilbert分形曲线状分布，其中，N为大于或等于2的整数。

作为本发明的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述气液反应管路的一端为进液口，另一端为排出口；所述具有分形结构的气液管式反应器还包括进气管，所述进气管与所述气液反应管路的内部相连通。

作为本发明的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述进气管位于靠近所述气液反应管路进液口的一侧。

作为本发明的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述进气管的长度方向与所述气液反应管路所在的平面相垂直。

作为本发明的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述进气管的长度方向位于所述气液反应管路所在的平面内。

作为本发明的具有分形结构的气液管式反应器的一种优选方案，所述具有分形结构的气液管式反应器为3D打印光敏树脂材料管式反应器。