[发明专利]一种用于合成氨的铁基微反应器及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于合成氨的铁基微反应器，其特征在于：所述铁基微反应器以铁基合金粉末为材料进行3D打印成形，铁基微反应器包括设有下端进气口和上端出气口的催化主体，所述催化主体包含外壳和设置在外壳内部的隔热层、催化床层以及预热通道，所述隔热层位于催化床层和外壳之间，所述催化床层的上、下两端分别设有便于气体流通的上端空隙和下端空隙；所述预热通道围绕在催化床层的外侧，预热通道的进口与下端进气口相连接，预热通道的出口从催化床层的下端空隙处通入催化床层的内部。

2.根据权利要求1所述的一种用于合成氨的铁基微反应器，其特征在于：所述预热通道设有四组，每组预热通道均呈上凸形抛物线状。

3.根据权利要求1所述的一种用于合成氨的铁基微反应器，其特征在于：所述催化床层的截面呈圆形状，催化床层包括多块竖直平行排列的直板，相邻两块直板之间具有空隙。

4.根据权利要求1所述的一种用于合成氨的铁基微反应器，其特征在于：所述催化床层的截面呈圆形状，催化床层包括多块由中心向外辐射状排列的直板，相邻两块直板之间具有空隙。

5.根据权利要求1所述的一种用于合成氨的铁基微反应器，其特征在于：所述催化床层的截面呈圆形状，催化床层呈蜂窝状结构，催化床层的孔洞呈正方形。

6.一种制备如权利要求1～5中任意一项所述的用于合成氨的铁基微反应器的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：

步骤S1：利用计算机辅助软件设计铁基微反应器的三维模型，将三维模型数据通过计算机进行数字化处理；

步骤S2：以铁基合金粉末为打印材料，利用选择性激光熔化3D打印机打印成形得到铁基微反应器；

步骤S3：将步骤S2打印得到的铁基微反应器进行切割、打磨和抛光，获得具有光滑平整外壁的铁基微反应器。

7.根据权利要求6所述的一种用于合成氨的铁基微反应器的制备方法其特征在于：在步骤S3中对制得的铁基微反应器进行高温焙烧，焙烧处理的温度为600～1000℃，焙烧时间为30～48h。

8.一种如权利要求1～5中任意一项所述的用于合成氨的铁基微反应器的应用，其特征在于：所述铁基微反应器用于热化学合成氨的反应。

9.根据权利要求8所述的一种用于合成氨的铁基微反应器的应用，其特征在于：将铁基微反应器固定于氨合成装置加热炉内，通入体积比为1:3的氮气和氢气混合气，调节加热炉内压力为1～5 MPa，温度为400～500℃，进行热催化合成氨。