[发明专利]具有多孔泡沫载体结构的扩散式气液固三相微反应器

说明书

本发明公开了一种具有多孔泡沫载体结构的扩散式气液固三相微反应器，包括上盖板、多孔泡沫板、左、右中间夹板和底板；其特征在于：上盖板、多孔泡沫板和底板按从上往下顺序设置；所述上盖板的底部沿水平方向设置有槽道一，底板的顶部沿水平方向设置有槽道二；槽道一、二的长度和宽度与分别多孔泡沫板的长度和厚度一致；多孔泡沫板的顶部和底部分别嵌入槽道一、二中；在多孔泡沫板的左、右侧分别放置左、右中间夹板；左、右中间夹板的中部开有凹槽，凹槽的长度与多孔泡沫板的长度一致，多孔泡沫板的左、右侧壁与左、右中间夹板之间均留有间隙，该间隙作为气体通道；该气体通道由上盖板和底板密封；可广泛适用于化工、环保等领域。

技术领域

本发明涉及微反应器领域，具体涉及一种具有多孔泡沫载体结构的扩散式气液固三相微反应器。

背景技术

21世纪以来，能源枯竭及环境恶化等一系列问题使传统化工行业面临前所未有的挑战，寻求更加绿色、安全的反应技术迫在眉睫。微反应器由于体积微小、比表面积大、传热传质性能好以及反应安全等诸多优点，吸引了科学界的广泛关注。学者们致力于利用微反应器进行催化剂的筛选、探索新的反应途径、优化反应过程从而使化工生产更加经济和环保。

作为最常见的微反应器类型，气液固三相微反应器因其突出的热质传递特性被认为是多相催化反应的理想反应器结构形式。在大多数情况下固相为催化剂并负载于微通道壁面，气体和液体为反应物或产物，反应物进入微通道后，由反应器主流区域传输至催化剂表面，并在催化剂活性位点处吸附并发生反应，随后反应生成的产物在活性位点处脱附，并由催化剂表面向反应器主流区域传输。这种催化剂负载于微通道壁面的方式保证了短的扩散距离和良好的相间接触，因此具有优异的传热传质性能。然而，催化剂的失活再生是一个难题，当催化剂失活时，可能导致整个微反应器无法再次使用，必须更换新的反应器，从而增加制造成本。因此，有学者提出了微型填充床的概念，将负载催化剂的纳米微球填充于微通道内并获得了优异的传质速率，但其缺点是压降较大，不利于工业应用。

多孔泡沫板是一类由固体骨架以及大量孔隙组成的新型功能材料，其主要特点是高比表面积、低密度。常见的多孔泡沫板包括石墨泡沫、金属泡沫、碳化硅泡沫等。Tourvieille等人首次将多孔泡沫作为催化剂载体用于边长为2mm的方形微小通道内，发现反应器的传质速率相较于无填充的微通道提升了50％，充分证明了多孔泡沫板作为微反应器内催化剂载体的可行性。然而，进一步研究发现，当气液两相为反应物进入多孔泡沫板内部时，会引起液体脉冲流动和气体毛细管指进现象。同时，Serres等认为气体会在多孔材料内部形成一条气体通道，这种现象无疑会降低气液两相反应物的接触面积、降低催化剂的使用效率，从而降低传质和影响反应器性能。除此之外，多孔结构内部流动的不稳定性也会造成微反应器内压力波动，不利于微反应器的正常运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有多孔泡沫载体结构的扩散式气液固三相微反应器。

为了解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是：一种具有多孔泡沫载体结构的扩散式气液固三相微反应器，包括上盖板、多孔泡沫板、左、右中间夹板和底板；所述多孔泡沫板上制备有催化剂；其特征在于：上盖板、多孔泡沫板和底板按从上往下顺序设置；所述上盖板的底部沿水平方向设置有槽道一，底板的顶部沿水平方向设置有槽道二；槽道一、二的长度和宽度与分别多孔泡沫板的长度和厚度一致；多孔泡沫板的顶部和底部分别嵌入槽道一、二中；在多孔泡沫板的左、右侧分别放置左、右中间夹板；左、右中间夹板的中部开有凹槽，凹槽的长度与多孔泡沫板的长度一致，使多孔泡沫板的左、右侧壁分别与左、右中间夹板之间留有间隙，该间隙作为气体通道，该气体通道由上盖板和底板密封；该气体通道被多孔泡沫板分隔为左、右气道；左、右中间夹板之间留有缝隙；该缝隙作为液体进入通道和液体流出通道；所述上盖板的一侧设置有第一、第二进气孔，上盖板的另一侧设置有第一、第二出气孔；第一进气孔和第一出气孔与左气道连通，第二进气孔和第二出气孔与右气道连通。