[发明专利]由层构成且具有至少3个内部空间以及缓冲区的陶瓷微型反应器

说明书

本发明涉及一种由惰性陶瓷材料组成的微型反应器。该陶瓷微型反应器具有多层结构和最少三个内部空间。本发明还涉及在本发明的微型反应器中进行具有较大反应热的反应的方法，尤其是非均相催化气相反应，以及其用途。

本发明的陶瓷微型反应器具有至少七个层，并且用于具有较大反应热的反应，尤其是非均相催化气相反应。由于反应器中内部空间的特别排布，能够良好地热交换，这些反应在较窄的温度窗口内进行(即，等温地)，因此选择性地和高产率地进行。

例如，所述的微型反应器用于在燃料电池技术中制氢和氢气提纯，由于其紧凑的尺寸，能容易集成进入燃料电池体系。然而，其它应用领域如在微技术、医药或化工中的用途，也是可想到的。

陶瓷微型反应器在技术文献中是已知的。与金属反应器相比，它们具有成本低、重量较低和对腐蚀性介质具有较好耐性的优点。另外，在陶质反应器上的催化涂层显示出较好的粘合性能。

D.Goehring和R.Knitter发表了一种生产陶瓷微型反应器的方法，其中可以实现反应器的构造，例如具有通道的气态扩散结构，所述通道具有约500微米的宽度(D.Goehring，R.Knitter，″RapidManufacturing keramischer Mikroreaktoren″，KeramischeZeitschrift53，2001，(6)，480-484页)。所使用的模块化系统不提供借助于传热介质的同时加热/冷却的机会。由于结构不是整体陶瓷，因此存在系统的密封问题。由于所用陶瓷的不同收缩率，模块必须经受最后的加工处理，使其彼此相配。它们仅可以以特定的组合使用。

夹层结构组件、由烧结氧化铝陶瓷制成的功能性部件和作为中间层的特定的生陶瓷片同样可由文献得知，参见.M.Neuhaeuser，S.Spauszus，G.Koehler和U.Stoeβel，″Fuegen von TechnischenKeramiken mittels Keramik-Gruenfolien″，Ceramic Forum International cfi/Ber.DKG 72(1995)，1-2期，17-20页。该文公开了多层的陶瓷换热器，包含由金属氧化物和金属氧化物组合物组成的生陶瓷片。这样的组合物对于非均相气相反应可能具有相当大的反作用，因此不适合用于陶瓷反应器。

槽形的层状陶瓷微型反应器由Pacific Northwest NationalLaboratory(PNNL)公开；参见P.M.Martin，D.W.Matson，W.D.Bennett，D.C.，Stewart和C.C.Bouham，″Laminated ceramicmicrofluidic components for microreactor applications″，Proceedings IMRET 4 Conference，亚特兰大，5-9，3月，2000。在该研究中，具有简单结构的微型反应器，例如具有蜿蜒的通道的微型反应器，是由生陶瓷片的叠合实现的。

由汽车尾气催化可知具有许多通道并且利用挤出工艺生产的整体式陶瓷蜂窝(参见Degussa Edelmetalltaschenbuch，第2版，Hüthig-Verlag，Heidelberg，1995，p.361以下页码)。然而，这样的整体在两端都是打开的，不具有分离的内部空间(反应或加热/冷却空间)。

WO03/088390 A2公开了一种用作燃烧或重整反应器的陶瓷反应器。它具有可以用催化剂涂布的单个反应空间。

因此本发明的目的是提供一种陶瓷微型反应器，其具有多个分离内部空间，适合于进行具有较大反应热的反应，尤其是非均相催化气相反应。各种加热/冷却和反应空间应当彼此直接接触，从而通过快速热传递使反应可以等温进行。内部空间应当根据流体动力学进行优化，以确保反应介质或传热介质均相、均匀流过该空间。

该目的由本发明的权利要求1-10的陶瓷微型反应器来实现。在进一步的权利要求11-13中，公开了一种通过本发明的微型反应器进行具有较大反应热的反应的方法，在权利要求14和15中公开了其用途。

本发明提供一种用于进行具有较大反应热的反应的陶瓷微型反应器，包括至少三个内部空间，其中至少一个内部空间具有内部缓冲区，所述内部缓冲区的形状、数目和定位能确保均匀流动。