[发明专利]一种气液和气液固多相微通道反应器和反应系统

说明书

本发明公开了一种气液和气液固多相微通道反应器和反应系统。该反应器由下至上依次设置有进气腔、反应腔和出气腔；反应腔的进液口和出液口之间设有微通道，所述微通道的顶部设置开口，开口上罩设阻液透气膜，微通道的底部设有若干微孔，且底部的微孔与顶部的开口间形成微气泡的气体通道；微孔以阵列形式排布，尺寸为1～10μm且满足产生单个微气泡尺寸不大于微通道内径的高度。该反应器能够延长液相反应停留时间并使气液两相能够充分接触，提高反应转换率，同时，可最大限度的减小气相与液相之间的流速干涉，有效减小反应器的体积，通过串联或并联的组合方式形成反应系统，在气液和气液固多相催化反应中有很好的应用。

技术领域

本发明属于微流体反应器技术领域，具体涉及一种气液和气液固多相微通道反应器和反应系统。

背景技术

微通道反应器通常含有微小的通道尺寸和多样性的通道类型，具有大比表面积、高传质传热性能、质量轻、体积小、结构紧凑、易于集成等显著优势，可以实现物料的瞬间均匀混合和高效传热，已广泛应用于石油化工、航空航天、电子信息、汽车工业等领域。

气液或气液固多相催化反应是化工行业中最常见的反应类型，如催化加氢、催化氧化、费托合成等。气液/气液固微通道反应器因其突出的热、质传递性能被认为是反应过程复杂的多相催化反应理想的反应器结构形式。

在气液/气液固微通道反应器中，液相通常为连续相，气相通常为分散相，在微通道内形成两相流。气相与液相通常从不同的入口流入反应器中，在微通道内反应，而后从同一出口流出。这样的气液流路设计方式在气液流量比Q_g/Q_l较大，特别是Q_g/Q_l≥20时具有明显的缺陷：

(1)、较大的气相流速增加了两相流的整体流速，使得液相在反应区域内停留的时间大大缩短，部分反应物还来不及反应就被带离反应区域，导致转换率较低；

(2)、气弹长度远大于液弹长度，气弹中间部分的气相物质基本无法和液相反应物接触，导致微通道内大量空间未能得到充分的利用；

(3)、为了增加目标产物的产出速率，往往就需要增加入口液体的流量，进而必须通过增加微通道长度，以保证较高的反应物转换率，从而使得微反应器的体积增大，制造成本增加。

发明内容

本发明提供了一种气液和气液固多相微通道反应器和反应系统，针对传统的气液和气液固微通道反应器中，由于气液流量比较大Q_g/Q_l时，在气相与液相流速方向相同的情况下，较大的气相流速导致液相无法在微反应器内停留足够的时间、无法与气相充分接触进行反应的问题，通过改变气液流动方向的方法，使气相与液相在微反应器中的流速干涉现象大幅度减小，可以有效延长液相反应停留时间、气液两相能够充分接触，可应用于气液两相反应或气液固三相反应中。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种气液和气液固多相微通道反应器，由下至上依次设置有进气腔、反应腔和出气腔；

所述进气腔用于通入反应气体；

所述反应腔设有进液口和出液口，进液口和出液口之间设有微通道；所述微通道的顶部设置开口，开口上罩设阻液透气膜，微通道的底部设有若干微孔，且底部的微孔与顶部的开口间形成微气泡的气体通道；所述微孔以阵列形式排布，微孔的尺寸为1～10μm且满足产生单个微气泡尺寸不大于微通道内径的高度；

所述出气腔用于排出气体，出气腔与微通道的连接处设有阻液透气膜。