具有内嵌通流式金属催化剂的微通道水-气转化反应设备的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及一种用于水-气转化（WGS）的微通道水-气转化（WGS）反应设备，用于将煤气化产生氢和燃烧前碳捕获和存储（CCS），所述设备使用微通道加热器和贯通式金属催化剂，所述金属催化剂能够快速驱散热量，此热量产生于高温空间内对高浓度CO的第一次处理（单阶段WGS反应器）期间。
【专利说明】具有内嵌通流式金属催化剂的微通道水-气转化反应设备
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种包含嵌入其中的贯通式(through-type )金属催化剂的微通道WGS反应设备。更明确地，本发明涉及一种使用贯通式金属催化剂和馈通式(feed-through)金属催化剂的微通道WGS反应设备，由此可将产生的热快速去除，对于在燃烧前来自煤气化的碳捕获和存储(CCS)以及氢产生，所述热在水-气转化(WGS)反应中的高温下发生于单阶段WGS反应设备中。
【背景技术】
[0002]各种技术档案致力于减少温室气体从而阻止全球变暖，但近日，作为一种可控的大体积温室气体处理技术，用于捕获和存储CO2的CCS (碳捕获和存储)技术开始出现。应用于发电站的所述捕获技术(依此技术，在被从大体积CO2排放源捕获后，CO2被运输至储存库并被单独存储)主要可分为燃烧后CO2捕获技术、燃烧前CO2捕获技术和氧气燃烧CO2捕获技术。在这些技术中，燃烧前CO2捕获技术是这样一种技术:如图1所示，各种化石燃料发生不完全氧化从而生成混合气体(H2+co)，而后，通过水气转化反应将其转化为氢气和二氧化碳，然后氢气或二氧化碳被分离，以便在二氧化碳作为废气排放之前将其捕获。此技术不仅捕获了二氧化碳而且制造了氢气，因此被评为迈向未来氢能经济社会的核心技术。因为煤、生物质和有机废弃物(而不是石油)被用作原材料，所以这是对石油消耗和高油价做好准备的未来的发展技术。燃烧前捕获技术发展的工厂技术主要分为气化后去除杂质的提纯领域、将混合气体转化为氢和二氧化碳的水-气转化和反应领域，以及将产生的氢气和二氧化碳彼此分离的h2/co2分离领域。
[0003]因此，对于由煤 气化产生燃烧前二氧化碳捕获(CCS)和氢气产物，水-气转化(WGS)是必不可少的。如反应式I所示,这种WGS反应是放热反应,通常会进行高温(400到450°C)和低温(200到250°C)两个阶段的反应。
[0004]CCHH2O —— H2+C02 反应热:_41.lKJ/mol (反应式 I)
[0005]由煤气化产生的混合气体包括高温、高压、高浓度的CO。例如，由康诺克-飞利浦E-Gas产生的混合气体包括42atm、927°C下37mol%的CO。在像这样高浓度CO的实例中，双阶段WGS反应器是必不可少的。但是由于这种高温高压的气体环境，因此热交换器对于每个阶段都是必要的，并且由于参与反应的CO浓度较高，因此很难通过消耗反应期间产生的大量的反应热来维持反应器内温度的恒定。
[0006]另外，虽然WGS是不受压力影响的反应，但WGS中至关重要的水蒸发很难在高压条件下发生。尤其是如果混合气体的温度通过热交换而降低，则更加如此。因此，为了对由煤气化获得的混合气体进行WGS处理，优选地尽可能在高温区域内进行WGS反应。然而，由于WGS反应中的热力学均衡，一氧化碳转换率不高的不利情况会在高温时发生。
[0007]此外，因为由煤气化产生的混合气体在成分上不同于经过传统SR反应(一种自然的气体转变反应)获得的混合气体，通过WGS反应产生的反应热量非常高(因为WGS反应中需要处理大量的CO)。除非将此反应热量有效去除，否则，热点将在反应器中的催化剂层产生。这种温度的升高不仅会导致催化剂减活化的问题，而且由于热力学平衡，CO的转化率也会降低。
【发明内容】
[0008]技术问题
[0009]鉴于上述情况，本发明的目标是提供一种使用贯通式金属催化剂和馈通式金属催化剂的微通道WGS反应设备，由此可将产生的热快速去除，对于在燃烧前来自煤气化的碳捕获和存储(CCS)以及氢产生，所述热在水-气转化(WGS)反应中的高温下发生于单阶段WGS反应设备中。在处理高浓度CO时产生的反应热可通过应用微通道反应器而快速去除，所述微通道反应器具有远高于传统陶瓷催化剂的热传输率和卓越的热传输区域。
[0010]技术方案
[0011]为了完成前述目标，依据本发明的实施例，在此提供了一种微通道水-气转化(WGS)反应设备，其包括:上部板、下部板、上部热传输单元、下部热传输单元和至少一个反应单元。所述上部板包括:热传输气体供给管，所述热传输气体供给管与热传输气体供给源相连以便提供热传输气体；以及产物气体排放管，所述产物气体排放管用于排放产物气体。所述下部板包括:反应气体供给管，所述反应气体供给管与反应气体供给源相连以便提供反应气体；以及热传输气体排放管，所述热传输气体排放管用于排放热传输气体。所述上部热传输单元位于上部板的下方，并且包括:上部热传输气体流动路径，所述上部热传输气体流动路径与所述热传输气体供给管相连以便使热传输气体流动；以及上部产物气体流动路径，所述上部产物气体流动路径形成为与所述上部热传输气体流动路径相接触以便允许其间的热传输，并且所述上部产物气体流动路径与所述产物气体排放管相连。所述下部热传输单元位于下部板上 并且包括:下部热传输气体流动路径，所述下部热传输气体流动路径与所述热传输气体排放管相连以便使热传输气体流动；以及下部反应气体流动路径，所述下部反应气体流动路径形成为与所述下部热传输气体流动路径相接触以便允许其间的热传输，并且所述下部反应气体流动路径与所述产物气体供给管相连。所述反应单元层压在所述上部热传输单元和所述下部热传输单元之间，其中，为了层压为一层或多层，反应单元包括:气体供给板，仅与所述下部反应气体流动路径连通的气体供给通道安装于所述气体供给板上；金属催化剂板，所述金属催化剂板层压于气体供给板上、并且所述金属催化剂板具有至少一个安装于其上的金属催化剂，以及至少一个置于其下方的多孔金属定位器；气体传输单元，所述气体传输单元层压于金属催化剂板上以便将与金属催化剂完成反应的气体传输至所述上部产物气体流动路径；吸热板，所述吸热板位于所述气体供给板的下方或位于所述气体传输单元的上侧上，并且具有用于将上部热传输气体流动路径与下部热传输气体流动路径连通的吸热通道，其中，气体供给板、金属催化剂板、气体传输单元和吸热板各自均包括与上部产物气体流动路径连通的第一反应通孔，与上部热传输气体流动路径连通的第二反应通孔，与下部反应气体流动路径连通的第三反应通孔，与下部热传输气体流动路径连通的第四反应通孔。
[0012]在此，当金属定位器包括多个金属催化剂和多个金属定位器时，这些金属催化剂与金属定位器彼此间交替层压。
[0013]此外，所述上部热传输单兀包括:至少一个上部热传输板，所述上部热传输板具有与热传输气体供给管相连通的上部热传输通道，以便形成上部热传输气体流动路径；至少一个上部反应气体板，所述上部反应气体板具有与所述产物气体排放管相连通的上部反应通道，以便形成上部产物气体流动路径，且所述上部反应气体板与所述上部热传输板交替层压，其中，所述上部热传输板和所述上部反应气体板包括第一上部通孔至第四上部通孔，所述第一上部通孔至第四上部通孔的位置与所述反应单元的第一反应通孔至第四反应通孔的位置相对应，并且具有形成在其中的第一上部通孔和第二上部通孔的上部防护板位于上部热传输单元的最下侧。
[0014]此外，所述下部热传输单元包括:至少一个下部热传输板，所述下部热传输板具有与所述热传输气体供给管相连通的下部热传输通道，以便形成下部热传输气体流动路径；以及至少一个下部反应气体板，所述下部反应气体板具有与所述反应气体供给管相连通的下部反应通道，以便形成下部反应气体流动路径，所述下部反应气体板与所述下部热传输板交替层压，其中，所述下部热传输板与所述下部反应气体板包括第一下部通孔至第四下部通孔，所述第一下部通孔至第四下部通孔的位置与反应单元的第一反应通孔至第四反应通孔的位置相对应，以及具有形成在其中的第三下部通孔和第四下部通孔的下部防护板位于下部热传输单元的最上侧。
[0015]此外，所述气体传输单元包括:气体收集板，所述气体收集板位于所述金属催化剂板之上，并且与第一反应通孔至第四反应通孔隔离；以及气体传输板，所述气体传输板位于所述气体收集板之上，并且包括仅与第一反应通孔相连通的气体传输通道。
[0016]此外，所述气体传输单元是位于所述金属催化剂板上的收集和传输板，并且具有与第二反应通孔至第四反应通孔隔离的多孔收集孔，其中，所述多孔收集孔与第一反应通孔通过连接通道相连。
[0017]此外，O形环位于所述金属催化剂板的下侧，所述金属定位器位于O形环上。
[0018]此外，所述多孔收集孔的横截面区域小于金属催化剂的横截面区域。技术效果
[0019]根据本发明，可将产生的热快速去除，对于在燃烧前来自煤气化的碳捕获和存储(CCS)及氢产生，所述热在水-气转化(WGS)反应中的高温下发生于单阶段WGS反应设备中。
[0020]因为本发明可以替代相关技术中需要进行双阶段处理的WGS反应设备，所以可以提供一种WGS反应设备，此设备既可减小安装空间和安装成本，又可获得高效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是示出了燃烧前CO2捕获和氢气分离过程的框图。
[0022]图2是依照本发明第一实施例的微通道WGS反应设备分解立体图。
[0023]图3是图2中的上部热传输单元的分解立体图。
[0024]图4是图2中的反应单元的分解立体图。
[0025]图5是图2中的WGS反应板的横截面图，其中安装了金属催化剂和金属定位器。
[0026]图6是图2中的下部热传输单元的分解立体图。
[0027]图7是示出了图2所示的微通道WGS反应设备结合后的外观的立体图。
[0028]图8是图2所示的微通道WGS反应设备的上部热传输板的立体图。
[0029]图9是图2所示的微通道WGS反应设备的上部反应气体板的立体图。[0030]图10是图2所示的微通道WGS反应设备的上部防护板的立体图。
[0031]图11是图2所示的微通道WGS反应设备的下部防护板的立体图。
[0032]图12是图2所示的微通道WGS反应设备的金属定位器的立体图。
[0033]图13是图2所示的微通道WGS反应设备的收集和传输板的立体图。
[0034]图14是图2所示的微通道WGS反应设备的金属催化剂板的立体图。
[0035]图15是图2所示的微通道WGS反应设备的气体供给板的立体图。
[0036]图16是图2所示的微通道WGS反应设备的修改例的分解立体图。
[0037]图17是图2所示的微通道WGS反应设备的另一修改例的分解立体图。
[0038]图18是依照本发明第二实施例的微通道WGS反应设备的分解立体图。
[0039]图19是图18中的反应单元的分解立体图。
[0040]图20是图18所示的金属催化剂板的横截面图，其中安装了金属催化剂和O形环。
[0041]图21是图4所示的反应单元的修改例的分解立体图。
[0042]图22是成品的照片，其中结合了图2所示的微通道WGS反应设备。
[0043]图23是图22所示的微通道WGS反应设备中使用的多孔金属催化剂的放大照片。
[0044]图24是示出了使用依照本发明第一实施例的微通道WGS反应设备的实验例的图表。`
【具体实施方式】
[0045]下文中，将参照相应附图描述本发明的优选实施例。参照附图，相同的附图标记在通篇附图中指示了相同或相当的部分。在本发明的实施例中，将省略对公知的功能和构型的详细描述，因为这些功能和构型会不必要地使本发明的目的变得模糊。
[0046]如图2所示，依照本发明的第一实施例，使用了馈通式金属催化剂的微通道WGS反应设备1000包括多个层压板，所述层压板通过扩散结合、电焊、电弧焊或类似的方法被结合在一起，形成了如图7所示的紧凑形状。
[0047]微通道WGS反应设备1000包括上部板110和下部板120，两者分别位于所述微通道WGS反应设备的最上侧和最下侧。
[0048]此外，上部热传输单元200、反应单元300和下部热传输单元400位于上部板110和下部板120之间。上部热传输单元200通过与热传输气体的热差从反应气体中吸热；WGS反应在反应单元300中有效地发生；下部热传输单元400通过使用排放的热传输气体将反应气体加热到对于WGS反应来说足够的温度。
[0049]特别地，如图17所示，本发明公开了一种堆叠多个反应单元300的独特结构，这将在下文中加以描述。
[0050]上部板110设有热传输气体供给管112和114以及产物气体排放管113，热传输气体供给管112和114与热传输气体供给源相连(未示出)以便在设备中提供热传输气体，产物气体排放管113用于将产物气体排出设备。热传输气体供给管112和114可被配置为两根热传输气体供给管112和114，通过此两根供给管分别供应热传输气体和空气，也可通过省略其中任一根而被配置为单根热传输气体供给管。
[0051]在此处,大气或惰性气体可被用作热传输气体。
[0052]下部板120设有反应气体供给管121和热传输气体排放管122，反应气体供给管121与反应气体供给源(未示出)相连以便在设备中提供反应气体，热传输气体排放管122用于将热传输气体排出设备。
[0053]位于上部板110下方的上部热传输单元200包括:上部热传输气体流动路径，此路径与热传输气体供给管112和114相连以便使热传输气体流动；上部产物气体流动路径，此路径形成为与上部热传输气体流动路径接触以便允许其间的热传输，并且上部产物气体流动路径与产物气体排放管113连接。
[0054]上部热传输单元200包括:至少一个上部热传输板210和230，所述上部热传输板具有与热传输气体供给管112和114相连通的上部热传输通道215和235，从而形成了上部热传输气体流动路径；至少一个上部反应气体板220和240，所述上部反应气体板具有与产物气体排放管113相连通的上部反应通道225和245，从而形成了上部产物气体流动路径，并且所述上部反应气体板220和240与所述上部热传输板210和230交替层压。此外，上部防护板250位于所述上部热传输单元200的最下侧。
[0055]如图3所示，上部热传输板210和230以及上部反应气体板220和240包括形成于其内的第一至第四上部通孔。第一上部通孔211、221、231和241，第二上部通孔212、222、232和242，第三上部通孔213、223、233和243，以及第四上部通孔214、224、234和244彼此隔离，并且在微通道WGS反应设备1000具有矩形横截面的实例中(如图2所示)，就热传输效率方面来说，优选的是这些上部通孔分布于矩形结构的顶点附近。因此，当上部热传输板210和230与上部反应气体板220和240层压时，第一至第四上部通孔被置于上下同样的位置以形成管状。 [0056]相应地，上部热传输通道215和235与第二上部通孔212和232以及第四上部通孔214和234相连通，而与第一上部通孔211和231以及第三上部通孔213和233隔离。另外，上部反应通道225和245与第一上部通孔221和241以及第三上部通孔223和243相连通，而与第二上部通孔222和242以及第四上部通孔224和244隔离。
[0057]上部防护板250仅包括第一上部通孔251和第二上部通孔252。
[0058]由此，上部热传输气体流动路径由下述部分组成:热传输气体供给管112和114，第二上部通孔212、222、232和242，第四上部通孔214、224、234和244，上部热传输通道215和235，以及上部防护板250的第二上部通孔252。此外，上部产物气体流动路径由下述部分组成:产物气体排放管113，第一上部通孔211、221、231和241，第三上部通孔213、223、233和243，上部反应通道225和245，以及上部防护板250的第一上部通孔251。
[0059]位于下部板120上的下部热传输单元400包括:下部热传输气体流动路径，此路径与热传输气体排放管122相连以便使热传输气体流动；下部反应气体流动路径，此路径形成为与下部热传输气体流动路径接触以便允许其间的热传输，并且下部反应气体流动路径与反应气体供给管121相连。
[0060]下部热传输单元400包括:至少一个下部热传输板420和440，所述下部热传输板具有与热传输气体排放管122相连通的下部热传输通道425和445,从而形成了下部热传输气体流动路径；至少一个下部反应气体板430和450，所述下部反应气体板具有与反应气体供给管121相连通的下部反应通道435和455，从而形成了下部反应气体流动路径，所述下部反应气体板430和450与所述下部热传输板420和440交替层压。另外，下部防护板410位于下部热传输单元400的最上侧。[0061]如图6所示，下部热传输板420和440和下部反应气体板430和450包括形成于其内的第一至第四下部通孔。第一下部通孔421、431、441和451，第二下部通孔422、432、442和452，第三下部通孔423、433、443和453，以及第四下部通孔424、434、444和454彼此隔离，并且在微通道WGS反应设备1000具有矩形横截面的实例中(如图6所示)，就热传输效率方面来说，优选的是这些下部通孔分布于矩形结构的顶点附近。因此，当下部热传输板420和440与下部反应气体板430和450层压时，第一至第四下部通孔被置于上下同样的位置以便形成管状。
[0062]相应地，下部热传输通道425和445与第二下部通孔422和442以及第四下部通孔424和444相连通，而与第一下部通孔421和441以及第三下部通孔423和443隔离。另外，下部反应通道435和455与第一下部通孔431和451以及第三下部通孔433和453相连通，而与第二下部通孔432和452以及第四下部通孔434和454隔离。
[0063]下部防护板410仅包括第三下部通孔413和第四下部通孔414。
[0064]由此，下部热传输气体流动路径由下述部分组成:热传输气体排放管122，第二下部通孔422、432、442和452，第四下部通孔424、434、444和454，下部热传输通道215和235，以及下部防护板410的第四下部通孔414。此外，下部产物气体流动路径由下述部分组成:反应气体供给管121，第一下部通孔421、431、441和451，第三下部通孔423、433、443和453，下部反应通道435和455，以及下部防护板410的第三下部通孔413。
[0065]如图4所示，反应单元300具有可由两层或更多层层压的结构。为此，反应单元300包括:气体供给板360，仅与下部反应气体流动路径连通的气体供给通道365安装于气体供给板360上；金属催化剂板350，其层压于气体供给板360上，并且金属催化剂330安装于金属催化剂板350上；气体传输单兀,其层压于金属催化剂板350上，以便在与金属催化剂330的WGS反应完成后将反应气体传输至上部产物气体流动路径；吸热板310，其位于气体供给板360的下方或下部`气体传输单元上，并且具有用于将上部热传输气体流动通道与下部热传输气体流动通道相连接的吸热通道315。
[0066]气体供给板360、金属催化剂板350、气体传输单元和吸热板310分别包括与上部产物气体流动路径相连通的第一反应通孔311，321，351和361，与上部热传输气体流动路径相连通的第二反应通孔312，322，352和362，与下部反应气体流动路径相连通的第三反应通孔313，323，353和363，以及与下部热传输气体流动路径相连通的第四反应通孔314，324，354和364。因此，当结合反应单元300时，第一至第四反应通孔被置于上下相同的位置以形成管状。
[0067]相应地，第一至第四反应通孔、第一至第四上部通孔和第一至第四下部通孔中的所有均可以被置于相同的位置。
[0068]在吸热板310中，吸热通道315与第二反应通孔312和第四反应通孔314相连通，而与第一反应通孔311和第三反应通孔313隔离。
[0069]在气体供给板360中，气体供给通道365仅与第三反应通孔363相连通，而与第一反应通孔361、第二反应通孔362和第四反应通孔364隔离。
[0070]此外，多孔金属定位器340被置于催化剂孔355内，催化剂孔355形成在金属催化剂板350的中心，金属催化剂板350位于金属催化剂330之下。如图12所示，金属定位器340可形成为上层格栅和下层格栅彼此垂直交叉的结构。金属定位器340可通过在金属盘顶部或底部附着遮罩并且刻蚀所述遮罩的方式来制作。优选地，金属定位器340和金属催化剂330在结合前从金属催化剂板350突出，并且在结合过程中通过按压而具有与金属催化剂板350的上表面相同的高度，由此来提高金属催化剂330的接触有效性。
[0071]可使用厚度为0.3到3.0mm的金属催化剂330，此厚度在100至800kgf/cm2环境下通过按压镍粉(平均颗粒直径为2.0 μ m)而成型。此成型体在氢气环境中，在500至900°C下烧结I至5小时，以提供预期的强度。如图23所示，金属催化剂330优选地具有多孔结构。
[0072]此外，如图2和4所示，取决于流入的混合气体的流动速度和CO的浓度，多个金属催化剂330和多个金属定位器340交替层压。也就是说,金属定位器340位于最下侧,金属催化剂330位于最上侧。WGS反应完成后，通过将金属催化剂330和金属定位器340交替层压，CO的浓度可降低至1%或更低。此外，金属催化剂板350的厚度随层压的金属催化剂330和金属定位器340的数量成比例地增加。如图16所示，关于金属催化剂330和金属定位器340的构型，可以仅使用一个金属催化剂330和一个金属定位器340。
[0073]也就是说，层压的金属催化剂330和金属定位器340的数量可随着用于反应的必要的热传输量、流动速率，压力和反应气体的组成或类似因素而变化。
[0074]此外，气体传输单兀包括:气体收集和传输板320,所述气体收集和传输板位于金属催化剂板350上，并且具有与第二至第四反应通孔322，323和324隔离的多孔收集孔325。所述多孔收集孔325通过连接通道326与第一反应通孔321相连。如上所述，多孔收集孔325和连接通道326可通过使用遮罩的部分蚀刻而制出。
[0075]多孔收集孔325的横截面区域优选地小于金属催化剂330的横截面区域，以此来防止未经过金属催化剂330的反应气体流出。
[0076]依照本发明的第一实施例，微通道WGS反应设备1000基本上由如上所述地进行配置。具有如上构型的微通道WGS反应设备1000可以通过结合而具有图7所示的形状。此外，图22示出了实际制造的微通道WGS反应设备1000的照片图。
[0077]图17示出了一种微通道WGS反应设备1002，该设备是依照本发明第一实施例所述的微通道WGS反应设备1000的修改例，该修改例具有多个反应单元300。
[0078]如上所述，当结合反应单元300时，第一至第四反应通孔位于上下相同的位置以便在反应单元300中形成管状。相应地，即使反应单元300被层压，也可形成连续相连的管状。最后，因为热传输气体仅流过吸热板310 (由于上部热传输单兀200的上部防护板250位于多个反应单元300的上侧上，下部热传输单元400的下部防护板410位于多个反应单元300的下侧上)，反应气体仅流过金属催化剂330，这使层压反应单元300成为可能。
[0079]相应地，即使吸热板310位于气体供给板360的下侧或者收集和传输板320的上侧中的任一个处，通过连续层压反应单元300也可获得完全相同的效果。
[0080]图18至21示出了依照本发明第二实施例的微通道WGS反应设备2000。对应于第一实施例的微通道WGS反应设备1000，第二实施例的微通道WGS反应设备2000的构型部分具有相同的附图标记，因此省略关于此的细节描述。
[0081]从金属催化 剂530的安装方式来说，第二实施例的微通道WGS反应设备2000不同于第一实施例的微通道WGS反应设备1000。也就是说，在第二实施例的微通道WGS反应设备2000中，O形环540被置于金属催化剂530之下以便提供按压力，用于密封反应气体以及使金属催化剂530与收集和传输板520的下侧紧密接触。O形环540由金属材料制成，并且在设备的装配阶段被按压和塑形以便与金属孔555的内壁紧密接触，由此阻止反应气体在金属催化剂530和收集和传输板520间发生泄漏，所述金属孔555形成于金属催化剂板550之内，所述金属催化剂板安装于气体供给板560之上。O形环540的横截面形状不受限制，可形成本发明第二实施例中的圆环形。相应地，在装配前，O形环540和金属催化剂530的总厚度大于金属孔555的厚度，在装配期间，所述总厚度与金属孔555的厚度相等，因此，O形环540可提供足够的紧密性。
[0082]图21示出了反应单元600,所述反应单元600是依照本发明第一实施例所述的微通道WGS反应设备1000中的反应单元300的修改例。对应于第一实施例的微通道WGS反应设备1000，反应单元600的构型部分具有相同的附图标记，因此省略关于此的详细描述。
[0083]反应单元600包括用于为气体传输单元提供气体收集功能的气体收集板630和具有气体传输功能的气体传输板620。这些是第一实施例中收集和传输板320的两个独立功倉泛。
[0084]气体收集板630包括多孔收集孔635，所述多孔收集孔位于气体收集板的中间位置，并且与第一至第四反应通孔631、632、633和634隔离。此外，气体传输板620的形状与气体供给板670的形状相反，且包括形成于其上的气体传输通道625。气体传输通道625仅与第一反应通孔621相连通，而与第二至第四反应通孔622、623和624隔离。气体传输通道625具有收集由多孔收集孔635提供的气体和将收集的反应气体传输至第一反应通孔621的功能。
[0085]接下来，将描述衡量微通道WGS反应设备1000性能的实验例。
[0086]为促进反应，反应前将金属催化剂330置于450°C的氢气环境下30分钟以将其激活。反应中使用由60%C0，36%H2和4%Ar (流动速率/C:3.0)组成的气体。
`[0087]实验环境设置为标准大气压下200001^的气体时空速度。实验结果如图24所示。图24中，亮灰条代表CO转化率，暗灰条代表甲烷(CH4)选择性。
[0088]在380°C、400°C和450°C下的CO平衡转化率分别为95.2%,94.2%和91.4%,所有情
况下的甲烷选择性小于1%。
[0089]确定的是，通过使用依照本发明第一实施例所述的微通道WGS反应设备1000，可将反应期间产生的反应热有效去除，因此，每种温度下CO的转化率均可达到WGS反应的平均转化率。
[0090]虽然结合附图所示的示例性实施例对本发明进行了描述，但这仅是说明性的。本领域的技术人员可以理解的是，可对本发明做出各种修改物和等价物。所以，所附权利要求限定了本发明的真正技术范畴。
[0091]〈对附图中附图标记的描述〉
[0092]10:气化反应器，20:脱硫设备
[0093]30:高温水气转化反应器
[0094]40:低温水气转化反应器
[0095]50:氢/ 二氧化碳分离板
[0096]110:上部板，112，114:热传输气体供给管
[0097]113:产物气体排放管，120:下部板[0098]121:反应气体供给管，122:热传输气体排放管
[0099]200:上部热传输单元，210, 230:上部热传输板
[0100]211，221，231，241:第一上部通孔，212，222，232，242:第二上部通孔
[0101]213，223，233，243:第三上部通孔，214，224，234，244:第四上部通孔
[0102]215，235:上部热传输通道，220，240:上部反应气体板
[0103]225，245:上部反应通道，250:上部防护板
[0104]300，500，600:反应单元，310，510，610:吸热板
[0105]311，321，351，361，511，521，551，561，611，621，631，661，671:第一反应通孔
[0106]312，322，352，362，512，522，552，562，612，622，632，662，672:第二反应通孔
[0107]313，323，353，363，513，523，553，563，613，623，633，663，673:第三反应通孔
[0108]314，324，354，364，514，524，554，564，614，624，634，664，674:第四反应通孔
[0109]315，515，615:吸热通道，320，520:收集和传输板
[0110]325，525，635:多孔收集孔，326，526:连接通道
[0111]330, 530, 640:金属催化剂，340，532，650:金属定位器
[0112]350，50，660:金属催化板，355，555，665:催化剂孔
`[0113]360，560，670:气体供给板，365，565:气体供给通道
[0114]400:下部热传输单元，410:下部防护板
[0115]420,440:下部热传输板，421，431，441，451:第一下部通孔
[0116]422，432，442，452:第二下部通孔，423，433，443，453:第三下部通孔
[0117]424，434，444，454:第四下部通孔，425，445:下部热传输通道
[0118]430,450:下部反应气体板，435，455:下部反应通道
[0119]540:0形环，625:气体传输通道
[0120]1000，1001，1002，2000:微通道 WGS 反应设备
【权利要求】
1.一种微通道水-气转化(WGS)反应设备，其包括: 上部板，所述上部板包括:热传输气体供给管，所述热传输气体供给管与热传输气体供给源相连以便提供热传输气体；以及产物气体排放管，所述产物气体排放管用于排放产物气体； 下部板，所述下部板包括:反应气体供给管，所述反应气体供给管与反应气体供给源相连以便提供反应气体；以及热传输气体排放管，所述热传输气体排放管用于排放热传输气体； 上部热传输单元，所述上部热传输单元位于上部板的下方并且包括:上部热传输气体流动路径，所述上部热传输气体流动路径与所述热传输气体供给管相连以便使热传输气体流动；以及上部产物气体流动路径，所述上部产物气体流动路径形成为与所述上部热传输气体流动路径相接触以便允许其间的热传输，并且所述上部产物气体流动路径与所述产物气体排放管相连； 下部热传输单元，所述下部热传输单元位于下部板上并且包括:下部热传输气体流动路径，所述下部热传输气体流动路径与所述热传输气体排放管相连以便使热传输气体流动；以及下部反应气体流动路径，所述下部反应气体流动路径形成为与所述下部热传输气体流动路径相接触以便允许其间的热传输，并且所述下部反应气体流动路径与所述产物气体供给管相连；以及 层压在所述上部热传输单元和所述下部热传输单元间的至少一个反应单元， 其中，为了层压为一层或多层，反应单元包括: 气体供给板，仅与所述下部反应气体流动路径连通的气体供给通道安装于所述气体供给板上； 金属催化剂板，所述金属催化剂板层压于所述气体供给板上，并且所述金属催化剂板具有至少一个安装于其上的金属催化剂，以及至少一个置于其下方的多孔金属定位器； 气体传输单元，所述气体传输单元层压于金属催化剂板上以便将与金属催化剂完成反应的气体传输至所述上部产物气体流动路径；以及 吸热板，所述吸热板位于所述气体供给板的下方或位于所述上部气体传输单元上，并且具有用于将上部热传输气体流动路径与下部热传输气体流动路径连通的吸热通道，并且 其中，气体供给板、金属催化剂板、气体传输单元和吸热板各自均包括与上部产物气体流动路径连通的第一反应通孔，与上部热传输气体流动路径连通的第二反应通孔，与下部反应气体流动路径连通的第三反应通孔，与下部热传输气体流动路径连通的第四反应通孔。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，当所述金属催化剂板包括多个金属催化剂和多个金属定位器时，这些金属催化剂和金属定位器彼此间交替层压。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述上部热传输单元包括: 至少一个上部热传输板，所述上部热传输板具有与热传输气体供给管相连通的上部热传输通道，以便形成所述上部热传输气体流动路径；以及 至少一个上部反应气体板，所述上部反应气体板具有与所述产物气体排放管相连通的上部反应通道，以便形成所述上部 产物气体流动路径，且所述上部反应气体板与所述上部热传输板交替层压，其中，所述上部热传输板和所述上部反应气体板包括第一上部通孔至第四上部通孔，所述第一上部通孔至第四上部通孔的位置与所述反应单元的第一反应通孔至第四反应通孔的位置相对应，以及 具有形成在其中的第一上部通孔和第二上部通孔的上部防护板位于上部热传输单元的最下侧。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述下部热传输单元包括: 至少一个下部热传输板，所述下部热传输板具有与所述热传输气体供给管相连通的下部热传输通道，以便形成所述下部热传输气体流动路径；以及 至少一个下部反应气体板，所述下部反应气体板具有与所述反应气体供给管相连通的下部反应通道，以便形成所述下部反应气体流动路径，所述下部反应气体板与所述下部热传输板交替层压， 其中，所述下部热传输板和所述下部反应气体板包括第一下部通孔至第四下部通孔，所述第一下部通孔至第四下部通孔的位置与所述反应单元的第一反应通孔至第四反应通孔的位置相对应，以及 具有形成在其中的第三下部通孔和第四下部通孔的下部防护板位于下部热传输单元的最上侧。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气体传输单元包括: 气体收集板，所述气体收集板位于所述金属催化剂板之上，并且与第一反应通孔至第四反应通孔隔离；以及 气体传输板，所述气体传输板位于所述气体收集板上，并且包括仅与第一反应通孔相连通的气体传输通道。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气体传输单元是位于所述金属催化剂板上的收集和传输板，并且具有与第二反应通孔至第四反应通孔隔离的多孔收集孔，其中所述多孔收集孔与第一反应通孔通过连接通道相连。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，O形环位于所述金属催化剂板的下侧，所述金属定位器位于O形环上。
8.根据权利要求4或5所述的设备，其中，所述多孔收集孔的横截面区域小于金属催化剂的横截面区域。
【文档编号】B01J19/00GK103813976SQ201280039029
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年8月8日 优先权日:2011年8月11日
【发明者】黄敬兰, 朴种洙, 李信根, 李震石, 李春枎, 李晟旭 申请人:韩国能源技术研究院