本發(fā)明涉及一種軸徑向微催化反應(yīng)單元及其用途。
背景技術(shù)：
：目前固定床反應(yīng)器主要有兩種類型，一種是軸向固定床反應(yīng)器，另一種是徑向固定床反應(yīng)器。軸向反應(yīng)器設(shè)計(jì)、加工過(guò)程相對(duì)容易、操作簡(jiǎn)單，但存在反應(yīng)器設(shè)備尺寸龐大、床層壓降大、容易出現(xiàn)局部飛溫、移熱緩慢、轉(zhuǎn)化率低、放大效應(yīng)明顯以及反應(yīng)器需要材質(zhì)等級(jí)高等問(wèn)題。徑向床反應(yīng)器高徑比較大、床層壓降小、反應(yīng)物在催化劑床層停留時(shí)間短，但很難實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物在徑向上的均勻分布、單位催化劑床層的生產(chǎn)強(qiáng)度較低。為了克服傳統(tǒng)化工中存在傳熱、傳質(zhì)效率低的問(wèn)題，二十世紀(jì)八九十年代興起了微化工技術(shù)。微反應(yīng)器作為微化工技術(shù)的核心組成部分，它是以毫米、微米為量級(jí)的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。一方面微反應(yīng)器具有微尺度化、較大的比表面、擴(kuò)散距離短、停留時(shí)間短、阻力小等特點(diǎn)，其傳質(zhì)、傳熱和反應(yīng)效果較普通反應(yīng)器高1-3數(shù)量級(jí)；另一方面，可以根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)能力要求，通過(guò)具有功能化的微反應(yīng)器模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大利用效率，同時(shí)縮短設(shè)備的加工時(shí)間。因此，提高單位體積催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度、減小反應(yīng)器的設(shè)備尺寸、縮短氣體在催化劑表面停留時(shí)間、降低反應(yīng)器壓降損失，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化效率，充分延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，通過(guò)具有功能化的微反應(yīng)器模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn)，滿足反應(yīng)器大型化的需求是目前亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種軸徑向微催化反應(yīng)單元及其用途，該軸徑向微催化反應(yīng)單元能夠用于反應(yīng)體積變化的反應(yīng)，并且催化劑使用量少，壓降低、停留時(shí)間短、空間利用率高、無(wú)氣體偏流和短路現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面：提供一種軸徑向微催化反應(yīng)單元，其特征在于，該微軸徑向催化反應(yīng)單元包括中心柱體和同軸套設(shè)在所述中心柱體外側(cè)的套筒；所述套筒的內(nèi)壁與所述中心柱體的外壁形成有集流道；所述集流道的上端密閉，所述集流道的下端設(shè)置有集流道開(kāi)口；所述中心柱體具有軸向穿過(guò)所述中心柱體的軸向微反應(yīng)通道，所述中心柱體的上下僅通過(guò)所述軸向微反應(yīng)通道流體連通；所述套筒的徑向具有徑向穿過(guò)所述套筒的徑向微反應(yīng)通道，所述套筒的內(nèi)外也僅通過(guò)所述徑向微反應(yīng)通道流體連通；所述軸向微反應(yīng)通道具有直徑不同的軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口和軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口；所述徑向微反應(yīng)通道具有直徑不同的徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口和徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口。優(yōu)選地，所述中心柱體為選自圓柱、三菱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱和八棱柱中的其中一種。優(yōu)選地，所述軸向微反應(yīng)通道的內(nèi)表面和徑向微反應(yīng)通道的內(nèi)表面負(fù)載有催化活性組分。優(yōu)選地，所述軸向微反應(yīng)通道的直徑從所述軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口向軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口的方向逐漸減??；所述徑向微反應(yīng)通道的直徑從所述徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口向徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口的方向逐漸減小。優(yōu)選地，所述軸向微反應(yīng)通道的直徑從所述軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口向軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口的方向逐漸增大；所述徑向微反應(yīng)通道的直徑從所述徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口向徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口的方向逐漸增大。優(yōu)選地，所述軸向微反應(yīng)通道的直徑和徑向微反應(yīng)通道的直徑在2-50 毫米之間。優(yōu)選地，所述軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口的直徑與所述軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口的直徑的比值為(1.1-25)：1；所述徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口的直徑與所述徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口的直徑的比值為(1.1-25)：1。優(yōu)選地，所述軸向微反應(yīng)通道的內(nèi)部空間的總體積為所述中心柱體的體積的30％-90％；所述徑向微反應(yīng)通道的內(nèi)部空間的總體積為所述套筒的體積的30％-90％。優(yōu)選地，所述軸向微反應(yīng)通道和徑向微反應(yīng)通道為選自錐形管、喇叭形管和Y形管中的其中一種。本發(fā)明第二方面：提供本發(fā)明第一方面所提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元的用途，該用途包括：將至少一個(gè)所述軸徑向微催化反應(yīng)單元用于催化反應(yīng)。優(yōu)選地，該用途還包括：將多個(gè)軸徑向微催化反應(yīng)單元并列和/或重疊地用于催化反應(yīng)。優(yōu)選地，當(dāng)所述催化反應(yīng)為體積增大的反應(yīng)時(shí)，所述軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口和軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口中直徑較小者為反應(yīng)氣體入口，所述徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口和徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口中直徑較小者為反應(yīng)氣體入口。優(yōu)選地，當(dāng)所述催化反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)時(shí)，所述軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口和軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口中直徑較大者為反應(yīng)氣體入口，所述徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口和徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口中直徑較大者為反應(yīng)氣體入口。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元及其用途，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、對(duì)于體積縮小的化學(xué)反應(yīng)，采用涂覆催化活性組分的微反應(yīng)通道，隨著反應(yīng)物從微反應(yīng)通道較大直徑端向小直徑端流動(dòng)，反應(yīng)通道越來(lái)越小， 增大了化學(xué)反應(yīng)向產(chǎn)物方向轉(zhuǎn)化的推動(dòng)力，同時(shí)氣體流速越來(lái)越大，使得氣體在微反應(yīng)通道中的停留時(shí)間較短；對(duì)于體積增大的化學(xué)反應(yīng)，隨著反應(yīng)物從微反應(yīng)通道較小直徑端向大直徑端流動(dòng)，反應(yīng)通道越來(lái)越大，增大了化學(xué)反應(yīng)向產(chǎn)物方向轉(zhuǎn)化的推動(dòng)力，促進(jìn)了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行；2、采用涂覆催化活性組分于微反應(yīng)通道表面，活性金屬使用量為同等處理能力常規(guī)固定床反應(yīng)器所用量的5％-25％，有效地降低了催化劑生產(chǎn)成本；3、由于反應(yīng)氣體在反應(yīng)器中停留時(shí)間較短，延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命(壽命可以提高15％-20％)，床層壓降較同處理量的軸、徑向反應(yīng)器低(50％-85％)；4、該催化反應(yīng)單元由若干大小相同的微反應(yīng)通道構(gòu)成的反應(yīng)區(qū)域，無(wú)反應(yīng)死區(qū)和氣體的偏流現(xiàn)象，床層的溫度較為均勻，不會(huì)出現(xiàn)熱點(diǎn)，充分保證了整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的平穩(wěn)運(yùn)行；5、該催化反應(yīng)單元綜合了軸向、徑向催化反應(yīng)單元的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于具有強(qiáng)烈的溫度變化的化學(xué)反應(yīng)，可以有效改善催化單元因溫度變化引起的熱脹冷縮應(yīng)力；6、可以根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)能力要求，通過(guò)具有功能化的軸徑向微催化反應(yīng)單元模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大利用效率，無(wú)明顯放大效應(yīng)，同時(shí)縮短設(shè)備的加工時(shí)間，進(jìn)一步降低反應(yīng)器生產(chǎn)成本。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。附圖說(shuō)明附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在 附圖中：圖1是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元的另一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元的具體實(shí)施方式的剖視圖(即圖1或圖2中A-A面的剖視圖，中心柱體為圓柱)；圖4是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元的具體實(shí)施方式的剖視圖(即圖1或圖2中A-A面的剖視圖，中心柱體為四棱柱)；圖5是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元的具體實(shí)施方式的剖視圖(即圖1或圖2中A-A面的剖視圖，中心柱體為六棱柱)；圖6是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元的用途所采用的軸徑向微催化反應(yīng)單元的第一種具體實(shí)施方式的剖面?zhèn)纫晥D(即并列放置)；圖7是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元的用途所采用的軸徑向微催化反應(yīng)單元的第二種具體實(shí)施方式的剖面俯視圖(即并列放置且中心柱體為四棱柱)；圖8是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元的用途所采用的軸徑向微催化反應(yīng)單元的第三種具體實(shí)施方式的剖面?zhèn)纫晥D(即重疊與并列放置)；圖9是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元所采用的軸/徑向微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施方式(錐形管)的示意圖；圖10是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元所采用的軸/徑向微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施方式(喇叭形管)的示意圖；圖11是本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元所采用的軸/徑向微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施方式(Y形管)的示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1中心柱體2套筒3集流道4集流道開(kāi)口5軸向微反應(yīng)通道6徑向微反應(yīng)通道7軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口8軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口9徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口10徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明第一方面：提供一種軸徑向微催化反應(yīng)單元，該微軸徑向催化反應(yīng)單元包括中心柱體1和同軸套設(shè)在中心柱體1外側(cè)的套筒2；套筒2的內(nèi)壁與中心柱體1的外壁形成有集流道3；集流道3的上端密閉，集流道3的下端設(shè)置有集流道開(kāi)口4；中心柱體1具有軸向穿過(guò)中心柱體1的軸向微反應(yīng)通道5，中心柱體1的上下僅通過(guò)軸向微反應(yīng)通道5流體連通；套筒2的徑向具有徑向穿過(guò)套筒2的徑向微反應(yīng)通道6，套筒2的內(nèi)外也僅通過(guò)徑向微反應(yīng)通道6流體連通；軸向微反應(yīng)通道5具有直徑不同的軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口8和軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口7；徑向微反應(yīng)通道6具有直徑不同的徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口9和徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口10。根據(jù)本發(fā)明第一方面的一種具體實(shí)施方式，中心柱體1和套筒2可以由密封連接的頂部密封板、底部密封板和側(cè)壁構(gòu)成，其內(nèi)可以空心，可以實(shí)心，只要能夠容納微反應(yīng)通道(包括軸向微反應(yīng)通道和徑向微反應(yīng)通道，下同)即可。中心柱體1可以為選自圓柱(圖3)、三菱柱、四棱柱(圖4)、五棱柱、六棱柱(圖5)和八棱柱中的其中一種，套筒2只需能夠套設(shè)在中心柱體1的外側(cè)即可，具體形狀并沒(méi)有限制。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，為了使軸徑向微催化反應(yīng)單元能夠用于反應(yīng)，軸向微反應(yīng)通道5的內(nèi)表面和徑向微反應(yīng)通道6的內(nèi)表面可以負(fù)載有催化活性組分。催化活性組分可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的催化活性組分，例如將軸徑向微催化反應(yīng)單元用于甲烷化反應(yīng)時(shí)，可以負(fù)載具有甲烷化反應(yīng)活性的鎳、釕和銠等金屬；負(fù)載是指可以通過(guò)浸漬、離子濺射、涂覆或裝填等方法將含有活性組分的催化劑或直接將活性組分負(fù)載到微反應(yīng)通道內(nèi)。其中，活性金屬組分涂覆負(fù)載過(guò)程可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的包括金屬基體的預(yù)處理和催化劑沉積兩個(gè)階段的涂覆方法。許多氣相化學(xué)反應(yīng)伴隨體積的變化，即體積增大或體積減小，為了增加這些反應(yīng)的速率，微反應(yīng)通道的直徑可以變化，例如逐漸增大或逐漸減小。根據(jù)本發(fā)明第一方面的一種具體實(shí)施方式，軸向微反應(yīng)通道5的直徑從軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口8向軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口7的方向可以逐漸減小；徑向微反應(yīng)通道6的直徑從徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口9向徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口10的方向也可以逐漸減小，軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口8的直徑與軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口7的直徑的可以比值為(1.1-25)：1；徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口9的直徑與徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口10的直徑的比值也可以為(1.1-25)：1，如圖1所示。相反地，如圖2所示，軸向微反應(yīng)通道5的直徑從軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口8向軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口7的方向可以逐漸增大；徑向微反應(yīng)通道6的直徑從徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口9向徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口10的方向也可以逐漸增大，軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口8的直徑與軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口7的直徑的比值可以為1：(1.1-25)；徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口9的直徑與徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口10的直徑的比值也可以為1：(1.1-25)。軸向微反應(yīng)通道5的直徑和徑向微反應(yīng)通道6的直徑可以在2-50毫米之間。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，由于化學(xué)反應(yīng)大都具有放熱或吸熱效應(yīng)，為了 兼顧反應(yīng)效率和軸徑向微催化反應(yīng)單元的溫度控制，軸向微反應(yīng)通道5的內(nèi)部空間的總體積可以為中心柱體1的體積的30％-90％；徑向微反應(yīng)通道6的內(nèi)部空間的總體積可以為套筒2的體積的30％-90％。根據(jù)本發(fā)明第一方面的一種具體實(shí)施方式，軸向微反應(yīng)通道5和徑向微反應(yīng)通道6可以為選自錐形管、喇叭形管和Y形管中的其中一種(分別如圖9、圖10和圖11所示)；錐形管、喇叭形管和Y形管可以采用金屬材質(zhì)管、陶瓷材質(zhì)管，優(yōu)選采用不與反應(yīng)系統(tǒng)中的氣體發(fā)生反應(yīng)的金屬管。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員常規(guī)使用的錐形管是指兩端開(kāi)口的圓臺(tái)形中空型材，而非軸向截面為錐形的型材。本發(fā)明第二方面：提供一種本發(fā)明第一方面所提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元的用途，該用途包括：將至少一個(gè)軸徑向微催化反應(yīng)單元用于催化反應(yīng)。更優(yōu)選地是，本發(fā)明可以將多個(gè)軸徑向微催化反應(yīng)單元并列和/或重疊地用于催化反應(yīng)。需要說(shuō)明的是，當(dāng)多個(gè)軸徑向微催化反應(yīng)單元并列用于反應(yīng)時(shí)，它們的入口之間直接流體連通，出口之間直接流體連通，但是入口與出口之間僅僅通過(guò)微反應(yīng)通道流體連通(如圖6所示)；而當(dāng)多個(gè)軸徑向微催化反應(yīng)單元重疊地用于催化反應(yīng)時(shí)，相鄰的上層軸徑向微催化反應(yīng)單元的出口與相鄰的下層軸徑向催化反應(yīng)單元的軸向微反應(yīng)通道入口(軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口或軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口)直接流體連通，而所有徑向微反應(yīng)通道的外側(cè)開(kāi)口均直接流體連通(如圖8所示)。根據(jù)本發(fā)明第二方面，當(dāng)催化反應(yīng)為體積增大的反應(yīng)時(shí)，軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口8和軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口7中直徑較小者可以為反應(yīng)氣體入口，徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口9和徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口10中直徑較小者可以為反應(yīng)氣體入口。如圖2所示，反應(yīng)氣體可以從軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口8和徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口9進(jìn)入微反應(yīng)通道進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物從軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口7和徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口10以及集流道開(kāi)口4 離開(kāi)軸徑向微催化反應(yīng)單元。根據(jù)本發(fā)明第二方面，當(dāng)催化反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)時(shí)，軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口8和軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口7中直徑較大者可以為反應(yīng)氣體入口，徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口9和徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口10中直徑較大者可以為反應(yīng)氣體入口。如圖1所示，反應(yīng)氣體可以從軸向微反應(yīng)通道上方開(kāi)口8和徑向微反應(yīng)通道外側(cè)開(kāi)口9進(jìn)入微反應(yīng)通道進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物從軸向微反應(yīng)通道下方開(kāi)口7和徑向微反應(yīng)通道內(nèi)側(cè)開(kāi)口10以及集流道開(kāi)口4離開(kāi)軸徑向微催化反應(yīng)單元。下面將結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不因此而受到任何限制。實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例所采用的軸徑向微催化反應(yīng)單元包括由頂部密封板、底部密封板和側(cè)面構(gòu)成的中心柱體1以及套筒2，中心柱體1為圓柱。中心柱體1的上下通過(guò)軸向微反應(yīng)通道5流體連通，套筒2的內(nèi)外通過(guò)徑向微反應(yīng)通道6流體連通。如圖9所示，錐形管結(jié)構(gòu)的軸向微反應(yīng)通道5和徑向微反應(yīng)通道6，管壁涂覆有甲烷化活性組分，兩端分別與中心柱體1的頂部密封板和底部密封板密封連接以及兩端分別與套筒2的側(cè)面密封連接。軸徑向微催化反應(yīng)單元高度120mm，直徑為405mm，套筒的厚度為50mm，集流道的寬度為15mm，所采用的錐形管軸向微反應(yīng)通道長(zhǎng)度為120mm，錐形管入口處直徑10mm，出口處直徑4mm，所采用的錐形管徑向微反應(yīng)通道長(zhǎng)度為50mm，錐形管入口直徑為6mm，出口直徑為4mm，所有錐形管軸向微反應(yīng)通道的總體積占中心柱體體積的比例為41.6％，所有錐形管徑向微反應(yīng)通道的總體積占套筒體積的比例為60.2％。該軸徑向微催化反應(yīng)單元可以用于甲烷化反應(yīng)，合成氣甲烷化反應(yīng)是一 個(gè)體積縮小的快速放熱反應(yīng)，一部分合成氣在套筒中從外向內(nèi)流動(dòng)，另一部分合成氣在中心柱體從上向下流動(dòng)，反應(yīng)通道逐漸變小，氣體的流速變大，縮短了產(chǎn)物在催化反應(yīng)區(qū)的停留時(shí)間，能迅速移走產(chǎn)生的大量反應(yīng)熱，增加了甲烷合成的推動(dòng)力，提高了原料氣的轉(zhuǎn)化率。同時(shí)反應(yīng)器可以采用冷壁形式，降低反應(yīng)器材質(zhì)等級(jí)。合成氣從涂覆有Ni基催化劑微反應(yīng)通道入口進(jìn)入，在Ni基活性金屬表面發(fā)生甲烷化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物從微通道出口以及集流道開(kāi)口離開(kāi)軸徑向微通道反應(yīng)單元。實(shí)施例2如圖2所示，實(shí)施例2與實(shí)施例1的區(qū)別在于，所采用的錐形管軸向微反應(yīng)通道長(zhǎng)度為120mm，錐形管入口處直徑4mm，出口處直徑10mm，所采用的錐形管徑向微反應(yīng)通道長(zhǎng)度為50mm，錐形管入口直徑為4mm，出口直徑為6mm。該類反應(yīng)器適用于反應(yīng)體積增加的化學(xué)反應(yīng)，如環(huán)己烷脫氫、乙苯脫氫以及氨分解等反應(yīng)。將該軸徑向微催化反應(yīng)單元用于環(huán)己烷脫氫反應(yīng)。環(huán)己烷脫氫反應(yīng)是一個(gè)體積增加的吸熱反應(yīng)，環(huán)己烷從錐形管的側(cè)面和頂部開(kāi)口端均勻進(jìn)入內(nèi)表面涂覆有鉑金屬的錐形管，在鉑金屬催化劑表面發(fā)生脫氫反應(yīng)，從產(chǎn)物出口離開(kāi)錐形管。環(huán)己烷從內(nèi)向外流動(dòng)，反應(yīng)通道逐漸變大，增加了環(huán)己烷脫氫的推動(dòng)力，提高了原料轉(zhuǎn)化率。實(shí)施例3如圖7和圖8所示，實(shí)施例3所采用集成化的軸徑向微催化反應(yīng)單元數(shù)量為18個(gè)，采用3×2×3的長(zhǎng)方體排列，中心柱體1為四棱柱，上下相鄰的軸徑向微催化反應(yīng)單元的側(cè)面密封，最下層的催化微反應(yīng)單元的底部密封板之間密封連接。該集成化模塊中的錐形管微反應(yīng)通道內(nèi)涂覆有Ni基活性金屬組分，該模塊可以用于甲烷化反應(yīng)。合成氣從上方的進(jìn)料口進(jìn)入軸徑向微催化反應(yīng)單元之間，合成氣均勻地進(jìn)入每一個(gè)徑向微催化反應(yīng)通道和通過(guò)最上方的軸向微催化反應(yīng)通道，在Ni基活性金屬表面發(fā)生甲烷化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物從集流道開(kāi)口或軸向微反應(yīng)單元下方開(kāi)口進(jìn)入軸徑向微催化反應(yīng)單元之間的空隙或離開(kāi)集成化的軸徑向微催化反應(yīng)單元。表1中給出的是本發(fā)明采用的集成化的軸徑向微催化反應(yīng)單元與本領(lǐng)域常規(guī)的徑向反應(yīng)器對(duì)比情況。兩種反應(yīng)器催化反應(yīng)單元具有相同尺寸，從目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性、使用壽命、床層壓降以及活性金屬Ni的用量四個(gè)指標(biāo)可以看出，微通道反應(yīng)器都表現(xiàn)出了較為優(yōu)異的性能。表1微通道模塊化反應(yīng)器與徑向反應(yīng)器對(duì)比表反應(yīng)器類型CH4選擇性/(％)使用壽命/(年)壓降/(bar)Ni用量/(kg)徑向反應(yīng)器≥9020.2590微通道反應(yīng)器≥972.30.0811根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)能力要求，在微反應(yīng)通道內(nèi)涂覆滿足具體化學(xué)反應(yīng)的活性金屬，通過(guò)具有功能化的軸徑向微催化反應(yīng)單元模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn)，可以縮短設(shè)備的加工時(shí)間，降低反應(yīng)器生產(chǎn)成本。本發(fā)明提供的軸徑向微催化反應(yīng)單元結(jié)構(gòu)緊湊、活性金屬用量少、床層壓降小、無(wú)明顯放大效應(yīng)、單位體積催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度大，可通過(guò)微反應(yīng)單元的模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大利用效率，同時(shí)縮短反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、加工時(shí)間。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3