一种微波气体高温反应装置的制作方法

1.本实用新型属于微波反应装置技术领域，具体为一种微波气体高温反应装置。利用膨胀石墨的高度疏松透气特性和微波激发膨胀石墨产生高温环境进行气体的催化反应。


背景技术：

2.本实用新型的微波气体高温反应装置主要应用于催化气体高温反应，如甲烷裂解、甲烷-二氧化碳重整、vocs气体分解等反应中。在现有的生产工艺设备中，甲烷裂解、甲烷-二氧化碳重整等反应往往需要在高温、高压、使用贵金属催化剂等较为苛刻的条件下才能发生。贵金属催化剂多附着在固体材料上，与反应气体的接触面积有限，而且反应生成的固体产物还会沉积在固体材料表面，导致贵金属催化剂无法长时间使用。
3.膨胀石墨是一种高度疏松的碳素材料，膨胀石墨吸收微波能量后可以快速升温产生高温环境，而且在膨胀石墨的局部位置还会产生温度更高的热点，膨胀石墨的高温环境和高温热点可以在常压下催化甲烷、二氧化碳等气体发生裂解、重整等反应。本装置利用微波激发膨胀石墨产生的高温环境催化气体反应不仅反应条件的营造更加简单，而且反应过程不需要使用贵金属催化剂，可以明显降低生产成本。另外，膨胀石墨具有质轻、疏松、比表面积大等特点，气流通过时更加顺畅、反应速度更快，而且反应生成的碳粉也可以吸收微波升温继续产生催化作用，保证反应持续高效进行。


技术实现要素：

4.为了解决当前有机气体裂解、重整等反应所需条件较为苛刻，而且贵金属催化剂易失活等问题，本实用新型提供了一种微波气体高温反应装置，微波气体高温反应装置利用微波激发膨胀石墨产生的高温催化环境，可以在常压、不用催化剂的条件下实现甲烷裂解、甲烷-二氧化碳重整、vocs气体分解等反应，明显降低气体反应过程的生产成本。
5.为实现上述目的，本实用新型提供的一种微波气体高温反应装置，其特征在于包括以下结构：金属外壳（1）和炉管（3），金属外壳（1）和炉管（3）之间填充有保温材料（2），炉管（3）内部有填充材料（4），炉管开口两端设有筛网（5），所述金属外壳（1）四周安装有微波磁控管和激励腔（6），金属外壳（1）两端设有气体出入口（7）；受微波激发后，填充材料（4）转化为高温膨松状态，利用其高温和大比表面积的特性催化气体分子发生裂解、重整反应。
6.进一步地，所述炉管（3）的材质为石英或陶瓷，所述炉管两端开口，一端进气，一端出气；
7.进一步地，所述填充材料（4）为膨胀石墨、可膨胀石墨、负载有催化剂的膨胀石墨、负载有催化剂的可膨胀石墨中的一种；
8.进一步地，所述微波磁控管和激励腔（6）中磁控的工作频率为915mhz或2450mhz。
9.与现有设备相比，本实用新型的有益效果是：
10.1. 明显降低气体裂解、重整等反应发生所需的条件，降低生产成本。在现有生产工艺中，甲烷裂解、甲烷-二氧化碳重整、vocs气体分解处理等反应往往需要在高温、高压、
使用贵金属催化剂等较为苛刻的条件下才能发生。本装置利用微波激发膨胀石墨产生的高温及催化环境可以在常压、不使用贵金属催化剂的条件下实现甲烷裂解、甲烷-二氧化碳重整、vocs气体处理等反应，可以明显降低生产成本；
11.2. 增大了气体接触面积，提高反应速率和效率。膨胀石墨是一种质轻、高度疏松的碳素材料，其堆密度为2～5mg/cm3，具有较大的比较面积，膨胀石墨填充到容器中时，气体可以不受阻力地自由通过，气体可以迅速扩散并于膨胀石墨接触，膨胀石墨受微波激发后自身升温产生高温环境，膨胀石墨表面还能产生众多高温热点，高温环境和高温热点可以快速催化气体反应裂解、重整等反应，单位质量膨胀石墨的催化效率远远高于传统的贵金属催化剂；
12.3. 明显改善积碳现象对反应的影响。在现有工艺设备中，甲烷裂解、甲烷-二氧化碳重整等反应不仅需要高温、高压、贵金属催化剂等较为苛刻的反应条件，而且反应生成的碳会沉积在贵金属催化剂的表面导致催化剂失活，导致催化效果大幅降低甚至丧失。本实用新型装置的催化原理是膨胀石墨能够在微波场中升温和产生高温热点的现象，膨胀石墨表面碳沉积不会影响微波对膨胀石墨的加热效果，而且微波激发膨胀石墨产生高温热点的位置并不是固定的，而是会随着膨胀石墨结构变化而变化的，所以积碳现象对膨胀石墨高温催化作用的影响不大。另外，气体裂解反应产生的积碳在微波场中同样会吸收微波升温，产生类似膨胀石墨的催化效果，继续催化后续的反应。
13.附图说明：
14.图1为本实用新型装置的结构示意图
15.图中：1、金属外壳；2、保温材料；3、炉管；4、填充材料；5、筛网；6、微波磁控管和激励腔；7、气体出入口。
16.具体实施方式：
17.下面结合具体应用实施例来更加清楚地说明实用新型装置的用途，显然，说描述的实施例仅仅是本实用新型装置用途的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
18.实施例1：利用本装置催化甲烷裂解制氢
19.1）将本实用新型装置通电并开启微波电源，炉管中填充的膨胀石墨吸收微波辐射产生高温环境，并在膨胀石墨表面产生高温热点；
20.2）将甲烷气体以一定流量通过本装置，甲烷在膨胀石墨产生的高温环境和高温热点的催化作用下发生催化裂解反应，裂解产物为碳和氢气。
21.实施例2：利用本装置催化甲烷-二氧化碳重整
22.1）将本实用新型装置通电并开启微波电源，炉管中填充的膨胀石墨吸收微波辐射产生高温环境，并在膨胀石墨表面产生高温热点；
23.2）将甲烷和二氧化碳气体以一定比例一定流量通过本装置，甲烷和二氧化碳气体在膨胀石墨产生的高温环境和高温热点的催化作用下发生催化重整反应，重整反应产物为一氧化碳和氢气。
24.实施例3：利用本装置催化vocs气体分解处理
25.1）将本实用新型装置通电并开启微波电源，炉管中填充的膨胀石墨吸收微波辐射
产生高温环境，并在膨胀石墨表面产生高温热点；
26.2）将vocs气体以一定流量通过本装置，vocs气体在膨胀石墨产生的高温环境和高温热点的催化作用下发生催化分解反应，分解产物为二氧化碳、水等小分子无机物。


技术特征：
1.一种微波气体高温反应装置，其特征在于，包括以下结构：金属外壳（1）和炉管（3），金属外壳（1）和炉管（3）之间填充有保温材料（2），炉管（3）内部有填充材料（4），炉管开口两端设有筛网（5），所述金属外壳（1）四周安装有微波磁控管和激励腔（6），金属外壳（1）两端设有气体出入口（7）；受微波激发后，填充材料（4）转化为高温膨松状态，利用其高温和大比表面积的特性催化气体分子发生裂解、重整反应。2.根据权利要求1所述的一种微波气体高温反应装置，其特征在于，所述炉管（3）的材质为石英或陶瓷，所述炉管两端开口，一端进气，一端出气。3.根据权利要求1所述的一种微波气体高温反应装置，其特征在于，所述填充材料（4）为膨胀石墨、可膨胀石墨、负载有催化剂的膨胀石墨、负载有催化剂的可膨胀石墨中的一种。4.根据权利要求1所述的一种微波气体高温反应装置，其特征在于，所述微波磁控管和激励腔（6）中磁控管的工作频率为915mhz或2450mhz。

技术总结
本发明公开了一种微波气体高温反应装置，包括金属外壳和内部的炉管，金属外壳和炉管之间填充保温材料，炉管材质为石英或陶瓷，炉管内部填充有膨胀石墨或膨胀石墨复合材料，炉管两端设置有筛网，金属外壳四周安装有微波磁控管和激励腔，微波磁控管的工作频率为915MHz或2450MHz。利用本发明装置可以在常压、不使用贵金属催化剂的条件下进行甲烷裂解、甲烷二氧化碳重整、VOCs气体处理等反应。VOCs气体处理等反应。VOCs气体处理等反应。


技术研发人员：邓贱牛 余伟斌 马剑超
受保护的技术使用者：深圳市弘玮微波技术有限公司
技术研发日：2022.03.08
技术公布日：2022/6/30