[发明专利]气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的反应器及方法

权利要求书

1.一种气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的反应器，其特征在于：底板(6)上设置有圆柱形的反应器主体(4)，反应器主体(4)底部设置有换热槽(j)，底板(6)上设置有与换热槽(j)相连通的入口和出口，反应器主体(4)中部设置有反应板(3)，位于反应板(3)上方反应器主体(4)上设置有透光片(2)，反应板(3)与透光片(2)之间形成反应腔体，反应器主体(4)上加工有与反应腔体相连通的进气通道(d)和出气通道(b)，位于透光片(2)上方反应器主体(4)上可拆卸连接有环形的盖板(1)；所述反应板(3)为反应板本体上表面上从一端到另一端依次加工有相连通的原料气混合槽(e)、气体分布槽(f)、反应通道(g)区、气体收集槽(h)，原料气混合槽(e)底部加工有与进气通道(d)相连通的第一通气孔(c)，气体收集槽(h)底部加工有与出气通道(b)相连通的第二通气孔(a)，原料气混合槽(e)和气体分布槽(f)及气体收集槽(h)的深度相同，反应通道(g)区由至少10条反应通道(g)组成，反应通道(g)的底低于原料气混合槽(e)的底形成催化剂装填区。

2.根据权利要求1所述气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的反应器，其特征在于：所述反应板(3)的原料气混合槽(e)是一长边为圆弧的长方形槽，所述气体分布槽(f)是等腰梯形槽，所述气体收集槽(h)是等腰三角形槽。

3.根据权利要求1所述气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的反应器，其特征在于：所述反应通道(g)的宽度为0.5～3mm、深度为0.5～3mm。

4.根据权利要求1所述气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的反应器，其特征在于：所述反应通道(g)的底比原料气混合槽(e)的底低0.1～1mm。

5.根据权利要求1或3或4所述气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的反应器，其特征在于：所述相邻两条反应通道(g)之间的距离为1～3mm。

6.根据权利要求1所述气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的反应器，其特征在于：所述透光片(2)分别与反应器主体(4)和盖板(1)之间均设置有密封圈(5)。

7.根据权利要求1所述气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的反应器，其特征在于：所述的反应板(3)用3D打印方法加工制成，材料为树脂或不锈钢或合金或聚合物材料。

8.根据权利要求1所述反应器用于气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的方法，其特征在于，包括以下步骤组成：

S1.将一定量催化剂粉末均匀地平铺于反应板(3)上的催化剂装填区，用原位压制模具(7)对催化剂粉末进行压制，将催化剂固定于催化剂装填区，压制后催化剂表面与原料气混合槽(e)底面平齐；

S2.将反应板(3)置于反应器主体(4)中，在其上依次放置密封圈(5)、透光片(2)和盖板(1)，并用螺栓进行紧固，保证反应腔体的密封性；

S3.将光源置于反应器上方，使光束垂直于透光片(2)入射；向反应器主体(4)中换热槽通入换热介质，控制反应体系的温度；

S4.在低温、常压的反应条件下，将甲烷和氧化气按照一定比例混合，由进气通道(d)进入反应腔体内，流经反应通道(g)区时，在光照下与催化剂接触并发生反应，反应后的混合气体由出气通道(b)流出，经冷凝分离出甲醇，未反应的气体组分可循环至进气通道(d)前，并与原料气混合后继续反应。

9.根据权利要求8所述反应器用于气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的方法，其特征在于：所述原位压制模具(7)为基座上加工与反应通道(g)相匹配的压条，压条的高度大于反应通道(g)的深度、长度大于反应通道(g)的长度。

10.根据权利要求8或9所述的所述反应器用于气固相连续光催化甲烷直接氧化制甲醇的方法，其特征在于：所述原位压制模具(7)用3D打印方法加工制成，材料为树脂或聚合物材料。