本發(fā)明屬于可再生能源領(lǐng)域的過程強(qiáng)化和系統(tǒng)集成，具體涉及一種用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

發(fā)展可再生能源尤其是太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等是世界各國的研究重點(diǎn)。然而，可再生能源一般具有低能量密度、間歇性和不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，如何將其轉(zhuǎn)化為能量密度高、連續(xù)性輸出的“高級能源”是可再生能源真正走向?qū)嵱没M(jìn)程中亟待解決的關(guān)鍵問題。

天然氣是一種清潔、便捷、安全的優(yōu)質(zhì)能源，其主要成分為甲烷。一方面，預(yù)計(jì)到2020年，我國天然氣年消費(fèi)量將達(dá)3000億方，對外依存度將達(dá)到50％；另一方面，利用風(fēng)能或太陽能電解水制H₂，H₂與CO₂在甲烷化裝置內(nèi)生產(chǎn)出甲烷，而甲烷可以進(jìn)入天然氣管網(wǎng)、為汽車加氣或作為LNG儲存運(yùn)輸?shù)?，CO₂則來自于沼氣廠產(chǎn)生的廢氣，這是一個(gè)典型的“閉環(huán)”CO₂零排放理念?？芍撨^程的核心技術(shù)是CO₂甲烷化，故提高甲烷化技術(shù)的能源利用效率則尤為關(guān)鍵。

CO₂甲烷化反應(yīng)如下：

CO₂+4H₂←—→2H₂O+CH₄ ΔH＝-165kJ/mol

可見該反應(yīng)為強(qiáng)放熱可逆反應(yīng)，與合成氣甲烷化具有一定相似性。目前，現(xiàn)有的合成氣甲烷化反應(yīng)器主要有多級串聯(lián)絕熱固定床反應(yīng)器、流化床甲烷化反應(yīng)器、漿態(tài)床甲烷化反應(yīng)器等三類，這些反應(yīng)器在優(yōu)缺點(diǎn)上各有千秋，但其傳熱問題均較突出，難以做到系統(tǒng)的高效傳熱，且通常適用于大產(chǎn)能場合，不適于小規(guī)模、分散化的可再生能源領(lǐng)域的CO₂甲烷化。

中國發(fā)明專利(CN102151531A)公開了一種屬于煤制天然氣技術(shù)領(lǐng)域的微通道反應(yīng)器及其合成氣完全甲烷化的方法，反應(yīng)器由反應(yīng)通道、移熱通道、基板和耐壓器壁構(gòu)成，其主要用途為一氧化碳加氫甲烷化，且不涉及原料氣的預(yù)熱及反應(yīng)裝置的室溫啟動模塊。

而針對可再生能源的利用問題，整個(gè)過程的能源綜合有效利用則顯得尤為重要。從原理上看，利用注重過程強(qiáng)化、系統(tǒng)微型化、模塊化、高度集成，可實(shí)現(xiàn)就地、按需生產(chǎn)與供貨的微化工技術(shù)，有望大幅度提高系統(tǒng)的能源利用效率，使分散式能源得到充分合理利用，增加其市場競爭能力與盈利空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置及方法，在第一次CO₂甲烷化反應(yīng)區(qū)域內(nèi)采用微反應(yīng)板和微換熱板的交替層層疊加、加 熱板置于微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2之間等措施，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)啟動更快、第一次CO₂甲烷化反應(yīng)區(qū)域的溫度更均勻等效果，隔熱板、微反應(yīng)器(CO₂甲烷化)、微換熱器等模塊的耦合，優(yōu)化第二次CO₂甲烷化反應(yīng)區(qū)域內(nèi)反應(yīng)性能，從而實(shí)現(xiàn)可再生能源利用過程中能量的梯級利用及系統(tǒng)的過程強(qiáng)化、微型化及高度集成化，極大程度上提高系統(tǒng)的能源利用效率，充分利用分散式可再生能源。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置，所述微反應(yīng)裝置包括上蓋板、下蓋板以及依次密封安裝在上蓋板、下蓋板之間的微反應(yīng)區(qū)域-1、加熱板、微反應(yīng)區(qū)域-2、隔熱板、微反應(yīng)器、微換熱器；所述微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2分別由一個(gè)或兩個(gè)以上微反應(yīng)板、一個(gè)或兩個(gè)以上微換熱板層層疊加組成，微反應(yīng)板與微換熱板從上至下依次交替疊加，且數(shù)量相同，一一匹配組合；所述上蓋板上設(shè)置有冷空氣入口通孔、經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔、經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔；所述微反應(yīng)區(qū)域-1所含微反應(yīng)板-1上設(shè)置有與上蓋板對應(yīng)的冷空氣入口通孔、與上蓋板對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔、與上蓋板對應(yīng)的經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔、經(jīng)微反應(yīng)板-1反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔，微反應(yīng)板-1上設(shè)有微反應(yīng)通道，微反應(yīng)通道的兩端分別與經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔和經(jīng)微反應(yīng)板-1反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔相連通；所述微反應(yīng)區(qū)域-1所含微換熱板-1上設(shè)置有與微反應(yīng)板-1對應(yīng)的冷空氣入口通孔、與微反應(yīng)板-1對應(yīng)的經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔、與微反應(yīng)板-1對應(yīng)的經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔、與微反應(yīng)板-1對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔，微換熱板-1上設(shè)有微換熱通道，微換熱通道的兩端分別與微換熱板-1上的冷空氣入口通孔和經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔相連通；所述加熱板上設(shè)置有與微換熱板-1對應(yīng)的冷空氣入口通孔、與微換熱板-1對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔、與微換熱板-1對應(yīng)的經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔、與微換熱板-1對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔；所述加熱板的一個(gè)側(cè)面設(shè)置有一個(gè)或兩個(gè)以上的電加熱孔，電加熱孔內(nèi)插有電加熱棒；所述微反應(yīng)區(qū)域-2所含微反應(yīng)板-2上設(shè)置有與加熱板對應(yīng)的冷空氣入口通孔、與加熱板對應(yīng)的經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔、與加熱板對應(yīng)的經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔、與加熱板對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔，微反應(yīng)板-2上設(shè)有微反應(yīng)通道，微反應(yīng)通道的兩端分別與微反應(yīng)板-2上經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔和微反應(yīng)板-2上經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng) 產(chǎn)物出口通孔相連通；所述微反應(yīng)區(qū)域-2所含微換熱板-2上設(shè)置有與微反應(yīng)板-2對應(yīng)的冷空氣入口通孔、與微反應(yīng)板-2對應(yīng)的經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔、與微反應(yīng)板-2對應(yīng)的經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔、與微反應(yīng)板-2對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔，微換熱板-2上設(shè)有微換熱通道，微換熱通道的兩端分別與微換熱板-2上的冷空氣入口通孔和微換熱板-2上經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔相連通；所述隔熱板上設(shè)置有與微換熱板-2對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔；所述微反應(yīng)器由一片或兩片以上的微反應(yīng)板疊加組成，微反應(yīng)板上設(shè)置有與隔熱板對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口孔、經(jīng)微反應(yīng)器反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口孔，除靠近微換熱器的最底層微反應(yīng)板上經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口孔為盲孔外，其余均為通孔；微反應(yīng)板上設(shè)有微反應(yīng)通道，微反應(yīng)通道的兩端分別與微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口孔和經(jīng)微反應(yīng)器反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口孔相連通；所述微換熱器由兩片或三片以上的微換熱板疊加組成，微換熱板上設(shè)置有CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔、經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔、與微反應(yīng)器對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)器反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口通孔、經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔；微換熱板上設(shè)有微換熱通道，相鄰微換熱板上的微換熱通道一個(gè)的兩端分別與經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔和CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔相連通，另一個(gè)的兩端分別與經(jīng)微反應(yīng)器反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口通孔和經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔相連通；所述下蓋板上設(shè)置有與微換熱器對應(yīng)的CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔、與微換熱器對應(yīng)的經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔、與微換熱器對應(yīng)的經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔。

本發(fā)明提供的CO₂甲烷化高效微反應(yīng)裝置中，所述微反應(yīng)區(qū)域-1所含微反應(yīng)板-1上設(shè)置有由并行微通道組成的原料反應(yīng)腔，CO₂甲烷化催化劑以壁載或填充方式置于原料反應(yīng)腔內(nèi)，反應(yīng)腔兩側(cè)分別連接有反應(yīng)原料入口分布腔和反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔，兩個(gè)腔內(nèi)均填充有泡沫金屬板，原料入口分布腔內(nèi)設(shè)置有微反應(yīng)板-1的反應(yīng)原料入口通孔，反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔內(nèi)設(shè)置有微反應(yīng)板-1的反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔。

本發(fā)明提供的CO₂甲烷化高效微反應(yīng)裝置中，所述微反應(yīng)區(qū)域-1所含微換熱板-1上設(shè)置有由并行微通道組成的換熱腔，換熱腔兩側(cè)分別連接有冷空氣的入口分布腔和經(jīng)微換熱板-1換熱后的冷空氣出口集流腔，該入口分布腔和出口集流腔內(nèi)分別設(shè)置有冷空氣入口通孔、經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔。

本發(fā)明提供的CO₂甲烷化高效微反應(yīng)裝置中，所述微反應(yīng)區(qū)域-2所含微 反應(yīng)板-2上設(shè)置有由并行微通道組成的反應(yīng)腔，CO₂甲烷化催化劑以壁載或填充方式置于原料反應(yīng)腔內(nèi)，反應(yīng)腔兩側(cè)分別連接有反應(yīng)原料入口分布腔和反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔，兩個(gè)腔內(nèi)均填充有泡沫金屬板，原料入口分布腔內(nèi)設(shè)置有經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔，反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔內(nèi)設(shè)置有經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔。

本發(fā)明提供的CO₂甲烷化高效微反應(yīng)裝置中，所述微反應(yīng)區(qū)域-2所含微換熱板-2上設(shè)置有由并行微通道組成的換熱腔，換熱腔兩側(cè)分別連接有冷空氣的入口分布腔和經(jīng)微換熱板-2換熱后的冷空氣出口集流腔，該入口分布腔和出口集流腔內(nèi)分別設(shè)置有冷空氣入口通孔、經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔。

本發(fā)明提供的CO₂甲烷化高效微反應(yīng)裝置中，所述隔熱板是指中間鏤空的環(huán)狀框板，中間鏤空部分的面積和位置與微反應(yīng)區(qū)域-2所含微換熱板-2的換熱腔相同，鏤空部分填充有珍珠巖或石英棉等隔熱材料。

本發(fā)明提供的CO₂甲烷化高效微反應(yīng)裝置中，所述微反應(yīng)器的微反應(yīng)板上設(shè)置有由并行微通道組成的反應(yīng)腔，反應(yīng)腔兩側(cè)分別連接有微反應(yīng)器的反應(yīng)原料入口分布腔和反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔，兩個(gè)腔內(nèi)均填充有泡沫金屬板，入口分布腔內(nèi)設(shè)置有微反應(yīng)器的反應(yīng)原料入口孔，反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔內(nèi)設(shè)置有微反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔。

本發(fā)明提供的CO₂甲烷化高效微反應(yīng)裝置中，所述微換熱器的換熱板包括冷卻板和加熱板，冷卻板與加熱板交替疊加；冷卻板上設(shè)置有由并行微通道組成的換熱腔，換熱腔兩側(cè)分別連接有微換熱器的CO₂與H₂原料混合氣入口分布腔和出口集流腔，該入口分布腔和出口集流腔內(nèi)分別設(shè)置有微換熱器的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔和出口通孔；加熱板上設(shè)置有由并行微通道組成的換熱腔，換熱腔兩側(cè)分別連接有經(jīng)微反應(yīng)器流出的CO₂甲烷化產(chǎn)物入口分布腔和出口集流腔，該入口分布腔和出口集流腔內(nèi)分別設(shè)置有經(jīng)微反應(yīng)器流出的CO₂甲烷化產(chǎn)物入口通孔與經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂甲烷化產(chǎn)物出口通孔。

本發(fā)明提供的CO₂甲烷化高效微反應(yīng)裝置中，所述上蓋板、微反應(yīng)區(qū)域-1、加熱板、微反應(yīng)區(qū)域-2、隔熱板、微反應(yīng)器、微換熱器及下蓋板的材質(zhì)相同，可為不銹鋼、銅、鈦等金屬材質(zhì)中的任意一種，所述相鄰兩個(gè)模塊間的密封連接均采用真空擴(kuò)散焊接方式；所述相鄰兩個(gè)模塊間的密封連接具體指模塊上除微通道、通孔所占面積之外的其余部分均進(jìn)行焊接密封。

本發(fā)明提供的CO₂甲烷化高效微反應(yīng)裝置中，所述并行微通道的當(dāng)量直徑為50～3000μm、截面形狀為圓形或長方形或正方形，入口分布腔和出口集流腔的形狀為三角形，入口通孔及出口通孔的當(dāng)量直徑為2～6mm。

本發(fā)明提供的高效微反應(yīng)裝置用于CO₂甲烷化的方法中，利用電加熱棒將緊鄰加熱板的微反應(yīng)板-1和微反應(yīng)板-2的內(nèi)部溫度提高至190～200℃，停止加熱，同時(shí)開啟冷空氣閥門；將CO₂和H₂的原料混合氣依次經(jīng)下蓋板上 的CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔、微換熱器上的CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔進(jìn)入微換熱器，在微換熱器內(nèi)與經(jīng)微反應(yīng)器反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行換熱，換熱后依次經(jīng)微換熱器上的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔、下蓋板上的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔、上蓋板上的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔進(jìn)入微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2；CO₂與H₂原料混合氣分別在微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2內(nèi)完成第一次CO₂甲烷化反應(yīng)、與冷空氣的換熱，反應(yīng)、換熱后的第一次CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1、加熱板、微反應(yīng)區(qū)域-2和隔熱板上的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔進(jìn)入微反應(yīng)器，在微反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行第二次CO₂甲烷化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)微反應(yīng)器上的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔進(jìn)入微換熱器，在微換熱器內(nèi)與CO₂與H₂原料混合氣進(jìn)行換熱，換熱后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物依次經(jīng)微換熱器上的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔、下蓋板上的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔流出微反應(yīng)裝置。

本發(fā)明提供的高效微反應(yīng)裝置用于CO₂甲烷化的方法中，所述原料混合氣中H₂/CO₂摩爾比為3～4，微反應(yīng)器區(qū)域-1和微反應(yīng)器區(qū)域-2的反應(yīng)溫度均為250～260℃，第二次CO₂甲烷化的反應(yīng)溫度為210～240℃，反應(yīng)過程為自供熱運(yùn)行。

本發(fā)明的目的是提供一種用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置及方法，該裝置所涉及的CO₂甲烷化催化劑，在所公知的各類催化體系中的催化劑均可應(yīng)用于本發(fā)明；該裝置所涉及的電加熱棒，在所公知的各種材質(zhì)的電加熱棒均可應(yīng)用于本發(fā)明。

鑒于本發(fā)明的以上特點(diǎn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下技術(shù)效果：

(1)系統(tǒng)集成度更高，系統(tǒng)體積縮減1～2個(gè)數(shù)量級，更加緊湊，第一次CO₂甲烷化反應(yīng)區(qū)域的反應(yīng)溫度更均勻，更易于控制，微反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的反應(yīng)物料瞬時(shí)持有量小，過程安全性高。

(2)系統(tǒng)啟動為電加熱啟動，可同時(shí)加熱微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2，啟動時(shí)間更短，啟動速度更快，操作更方便、快捷，易于實(shí)現(xiàn)自動化操作。

(3)鑒于微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2內(nèi)換熱單元與反應(yīng)單元等層層疊加，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)熱的原位移出、原料氣的原位預(yù)熱，有利于反應(yīng)的快速啟動和轉(zhuǎn)化，易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的能源梯級利用效率和高度集成。

(4)該系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊均為平板式結(jié)構(gòu)，且各板間的密封方式為真空擴(kuò)散焊接，易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的并行放大。

本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)可再生能源領(lǐng)域CO₂甲烷化反應(yīng)過程的室溫啟動和反應(yīng)熱的梯級利用，反應(yīng)啟動時(shí)間小于20分鐘，在H₂/CO₂為4的條件下，H₂轉(zhuǎn)化率均大于98％。

附圖說明

圖1為高效微反應(yīng)裝置中上蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖；

1-1為冷空氣的入口通孔；1-2為經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔；1-3為經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔。

圖2為高效微反應(yīng)裝置中微反應(yīng)區(qū)域-1所含微反應(yīng)板-1的結(jié)構(gòu)示意圖；

2-1為微反應(yīng)板-1上的冷空氣入口通孔；2-2為經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔；2-3為經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔；2-4為經(jīng)微反應(yīng)板-1反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔；2-5為微反應(yīng)區(qū)域-1所含微反應(yīng)板-1的反應(yīng)原料入口分布腔；2-6為微反應(yīng)區(qū)域-1所含微反應(yīng)板-1的原料反應(yīng)腔；2-7為微反應(yīng)區(qū)域-1所含微反應(yīng)板-1的反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔。

圖3為高效微反應(yīng)裝置中微反應(yīng)區(qū)域-1所含微換熱板-1的結(jié)構(gòu)示意圖；

3-1為微換熱板-1上的冷空氣入口通孔；3-2為經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔；3-3為經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔；3-4為經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔；3-5為微換熱板-1上的冷空氣入口分布腔；3-6為微換熱板-1上的換熱腔；3-7為經(jīng)微換熱板-1換熱后的冷空氣出口集流腔。

圖4為高效微反應(yīng)裝置中加熱板的結(jié)構(gòu)示意圖；

4-1為加熱板上的冷空氣入口通孔；4-2為加熱板上經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔；4-3為加熱板上經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔；4-4為加熱板上經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔。

圖5為高效微反應(yīng)裝置中微反應(yīng)區(qū)域-2所含微反應(yīng)板-2的結(jié)構(gòu)示意圖；

5-1為微反應(yīng)板-2上的冷空氣入口通孔；5-2為微反應(yīng)板-2上經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔；5-3為微反應(yīng)板-2上經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔；5-4為微反應(yīng)板-2上經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔；5-5為微反應(yīng)板-2上的反應(yīng)原料入口分布腔；5-6為微反應(yīng)板-2上的反應(yīng)腔；5-7為微反應(yīng)板-2上的反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔。

圖6為高效微反應(yīng)裝置中微反應(yīng)區(qū)域-2所含微換熱板-2的結(jié)構(gòu)示意圖；

6-1為微換熱板-2上的冷空氣入口通孔；6-2為微換熱板-2上經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔；6-3為微換熱板-2上經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔；6-4為微換熱板-2上經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域 -2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔；6-5為微換熱板-2上的冷空氣入口分布腔；6-6為微換熱板-2上的換熱腔；6-7為微換熱板-2上的冷空氣出口集流腔。

圖7為高效微反應(yīng)裝置中隔熱板的結(jié)構(gòu)示意圖；

7-1為隔熱板上經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔。

圖8為高效微反應(yīng)裝置中微反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

8-1為經(jīng)微反應(yīng)器反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口孔；8-2為經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口孔；8-3為微反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔；8-4為微反應(yīng)器的反應(yīng)腔；8-5為微反應(yīng)器的反應(yīng)原料入口分布腔。

圖9為高效微反應(yīng)裝置中微換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

9-1為經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔；9-2為經(jīng)微反應(yīng)器反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口通孔；9-3為CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔；9-4為經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔；9-5-1為經(jīng)微反應(yīng)器流出的CO₂甲烷化產(chǎn)物入口分布腔；9-6-1為微換熱器的換熱腔；9-7-1為經(jīng)微反應(yīng)器流出的CO₂甲烷化產(chǎn)物出口集流腔；9-5-2為微換熱器的CO₂與H₂原料混合氣出口集流腔；9-6-2為微換熱器的換熱腔；9-7-2為微換熱器的CO₂與H₂原料混合氣入口分布腔。

圖10為高效微反應(yīng)裝置中下蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖；

10-1為經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔；10-2為下蓋板上CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔；10-3為經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔。

圖11為用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明對于微反應(yīng)器或微化工領(lǐng)域和合成氣甲烷化領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是較為熟悉的，本發(fā)明涉及的是CO₂甲烷化反應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)明設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)是利用加熱板、隔熱板、微換熱器及微反應(yīng)器的高度集成，以最終實(shí)現(xiàn)CO₂甲烷化反應(yīng)的快速啟動、反應(yīng)自熱運(yùn)行和反應(yīng)過程強(qiáng)化，是針對可再生能源高效利用的系列技術(shù)之一。

圖11所示為用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖的一個(gè)例子，該微反應(yīng)裝置由上蓋板(圖1)、下蓋板(圖10)以及依次密封安裝在上蓋板(圖1)、下蓋板(圖10)之間的微反應(yīng)區(qū)域-1(圖2，圖3)、加熱板(圖4)、微反應(yīng)區(qū)域-2(圖5，圖6)、隔熱板(圖7)、微反應(yīng)器(圖8)、微換熱器(圖9)等構(gòu)成；所述微反應(yīng)區(qū)域-1(圖2，圖3)和微反應(yīng)區(qū)域-2(圖5，圖6)分別由一個(gè)或兩個(gè)以上微反應(yīng)板、一個(gè)或兩個(gè)以上微換熱板層層 疊加組成，微反應(yīng)板與微換熱板從上至下依次交替疊加，且數(shù)量相同，一一匹配組合。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述上蓋板(圖1)上設(shè)置有冷空氣入口通孔(圖1，1-1)、經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔(圖1，1-3)、經(jīng)微換熱器(圖9)換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔(圖1，1-2)。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述微反應(yīng)區(qū)域-1所含微反應(yīng)板-1(圖2)上設(shè)置有與上蓋板對應(yīng)的冷空氣入口通孔(圖2，2-1)、與上蓋板對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔(圖2，2-3)、與上蓋板對應(yīng)的經(jīng)微換熱器(圖9)換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔(圖2，2-2)、經(jīng)微反應(yīng)板-1(圖2)反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖2，2-4)，微反應(yīng)板-1上設(shè)有微反應(yīng)通道，微反應(yīng)通道的兩端分別與經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔和經(jīng)微反應(yīng)板-1反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔相連通；所述微反應(yīng)板-1(圖2)上還設(shè)置有由并行微通道組成的原料反應(yīng)腔(圖2，2-6)，CO₂甲烷化催化劑以壁載或填充方式置于原料反應(yīng)腔內(nèi)，反應(yīng)腔兩側(cè)分別連接有反應(yīng)原料入口分布腔(圖2，2-5)和反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔(圖2，2-7)，兩個(gè)腔內(nèi)均填充有泡沫金屬板，原料入口分布腔內(nèi)設(shè)置有微反應(yīng)板-1的反應(yīng)原料入口通孔(圖2，2-2)，反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔內(nèi)設(shè)置有微反應(yīng)板-1的反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖2，2-4)。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述微反應(yīng)區(qū)域-1所含微換熱板-1(圖3)上設(shè)置有與微反應(yīng)板-1對應(yīng)的冷空氣入口通孔(圖3，3-1)、與微反應(yīng)板-1對應(yīng)的經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔(圖3，3-3)、與微反應(yīng)板-1對應(yīng)的經(jīng)微換熱器(圖9)換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔(圖3，3-2)、與微反應(yīng)板-1對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖3，3-4)，微換熱板-1上設(shè)有微換熱通道，微換熱通道的兩端分別與微換熱板-1上的冷空氣入口通孔和經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔相連通；所述微換熱板-1(圖3)上還設(shè)置有由并行微通道組成的換熱腔(圖3，3-6)，換熱腔兩側(cè)分別連接有冷空氣的入口分布腔(圖3，3-5)和經(jīng)微換熱板-1換熱后的冷空氣出口集流腔(圖3，3-7)，該入口分布腔和出口集流腔內(nèi)分別設(shè)置有冷空氣入口通孔(圖3，3-1)、經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔(圖3，3-3)。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述加熱板(圖4)上設(shè)置有與微換熱板-1對應(yīng)的冷空氣入口通孔(圖4，4-1)、與微換熱板-1對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔(圖4，4-3)、與微換熱板-1對應(yīng)的經(jīng)微換熱器(圖9)換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔(圖4，4-2)、與微換熱板-1對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn) 物出口通孔(圖4，4-4)；所述加熱板(4)的一個(gè)側(cè)面還設(shè)置有一個(gè)或兩個(gè)以上的電加熱孔，電加熱孔內(nèi)插有電加熱棒。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述微反應(yīng)區(qū)域-2所含微反應(yīng)板-2(圖5)上設(shè)置有與加熱板對應(yīng)的冷空氣入口通孔(圖5，5-1)、與加熱板對應(yīng)的經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔(圖5，5-3)、與加熱板對應(yīng)的經(jīng)微換熱器(圖9)換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔(圖5，5-2)、與加熱板對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖5，5-4)，微反應(yīng)板-2上設(shè)有微反應(yīng)通道，微反應(yīng)通道的兩端分別與微反應(yīng)板-2上經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔和微反應(yīng)板-2上經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔相連通；所述微反應(yīng)板-2(圖5)上還設(shè)置有由并行微通道組成的反應(yīng)腔(圖5，5-6)，CO₂甲烷化催化劑以壁載或填充方式置于原料反應(yīng)腔內(nèi)，反應(yīng)腔兩側(cè)分別連接有反應(yīng)原料入口分布腔(圖5，5-5)和反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔(圖5，5-7)，兩個(gè)腔內(nèi)均填充有泡沫金屬板，原料入口分布腔內(nèi)設(shè)置有經(jīng)微換熱器(圖9)換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔(圖5，5-2)，反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔內(nèi)設(shè)置有經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖5，5-4)。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述微反應(yīng)區(qū)域-2所含微換熱板-2(圖6)上設(shè)置有與微反應(yīng)板-2對應(yīng)的冷空氣入口通孔(圖6，6-1)、與微反應(yīng)板-2對應(yīng)的經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔(圖6，6-3)、與微反應(yīng)板-2對應(yīng)的經(jīng)微換熱器(圖9)換熱后的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔(圖6，6-2)、與微反應(yīng)板-2對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖6，6-4)，微換熱板-2上設(shè)有微換熱通道，微換熱通道的兩端分別與微換熱板-2上的冷空氣入口通孔和微換熱板-2上經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔相連通；所述微換熱板-2(圖6)上還設(shè)置有由并行微通道組成的換熱腔(圖6，6-6)，換熱腔兩側(cè)分別連接有冷空氣的入口分布腔(圖6，6-5)和經(jīng)微換熱板-2換熱后的冷空氣出口集流腔(圖6，6-7)，該入口分布腔和出口集流腔內(nèi)分別設(shè)置有冷空氣入口通孔(圖6，6-1)、經(jīng)部分微反應(yīng)區(qū)域-2換熱后的冷空氣出口通孔(圖6，6-3)。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述隔熱板(圖7)上設(shè)置有與微換熱板-2對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖7，7-1)；所述隔熱板(圖7)為中間鏤空的環(huán)狀框板，中間鏤空部分的面積和位置與微反應(yīng)區(qū)域-2所含微換熱板-2的換熱腔相同，鏤空部分填充有珍珠巖或石英棉等隔熱材料。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述微反應(yīng)器(圖8)由一片或兩片以上的微反應(yīng)板疊加組成，微反應(yīng)板上設(shè)置有與隔熱板對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口孔 (圖8，8-2)、經(jīng)微反應(yīng)器(圖8)反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口孔(圖8，8-1)，除靠近微換熱器的最底層微反應(yīng)板上經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口孔(圖8，8-1)為盲孔外，其余均為通孔；微反應(yīng)板上設(shè)有微反應(yīng)通道，微反應(yīng)通道的兩端分別與微反應(yīng)區(qū)域-1和微反應(yīng)區(qū)域-2反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口孔和經(jīng)微反應(yīng)器反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口孔相連通；所述微反應(yīng)板上還設(shè)置有由并行微通道組成的反應(yīng)腔(圖8，8-4)，反應(yīng)腔兩側(cè)分別連接有微反應(yīng)器的反應(yīng)原料入口分布腔(圖8，8-5)和反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔(圖8，8-3)，兩個(gè)腔內(nèi)均填充有泡沫金屬板，入口分布腔內(nèi)設(shè)置有微反應(yīng)器的反應(yīng)原料入口孔(圖8，8-2)，反應(yīng)產(chǎn)物出口集流腔內(nèi)設(shè)置有微反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖8，8-1)。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述微換熱器(圖9)由兩片或三片以上的微換熱板疊加組成，微換熱板上設(shè)置有CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔(圖9，9-3)、經(jīng)微換熱器(圖9)換熱后的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔(圖9，9-1)、與微反應(yīng)器對應(yīng)的經(jīng)微反應(yīng)器(圖8)反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口通孔(圖9，9-2)、經(jīng)微換熱器(9)換熱后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖9，9-4)；微換熱板上設(shè)有微換熱通道，相鄰微換熱板上的微換熱通道一個(gè)的兩端分別與經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔和CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔相連通，另一個(gè)的兩端分別與經(jīng)微反應(yīng)器反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物入口通孔和經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔相連通；所述換熱板包括冷卻板和加熱板，冷卻板與加熱板交替疊加；冷卻板上設(shè)置有由并行微通道組成的換熱腔(圖9，9-6-2)，換熱腔兩側(cè)分別連接有微換熱器的CO₂與H₂原料混合氣入口分布腔(圖9，9-7-2)和出口集流腔(圖9，9-5-2)，該入口分布腔和出口集流腔內(nèi)分別設(shè)置有微換熱器的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔(圖9，9-3)和出口通孔(圖9，9-1)；加熱板上設(shè)置有由并行微通道組成的換熱腔(圖9，9-6-1)，換熱腔兩側(cè)分別連接有經(jīng)微反應(yīng)器流出的CO₂甲烷化產(chǎn)物入口分布腔(圖9，9-5-1)和出口集流腔(圖9，9-7-1)，該入口分布腔和出口集流腔內(nèi)分別設(shè)置有經(jīng)微反應(yīng)器流出的CO₂甲烷化產(chǎn)物入口通孔(圖9，9-2)與經(jīng)微換熱器換熱后的CO₂甲烷化產(chǎn)物出口通孔(圖9，9-4)。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述下蓋板(圖10)上設(shè)置有與微換熱器對應(yīng)的CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔(圖10，10-2)、與微換熱器對應(yīng)的經(jīng)微換熱器(圖9)換熱后的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔(圖10，10-1)、與微換熱器對應(yīng)的經(jīng)微換熱器(圖9)換熱后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖10，10-3)。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述上蓋板(圖1)、微反應(yīng)區(qū)域-1(圖2，圖3)、加熱板(圖4)、微反應(yīng)區(qū)域-2(圖5，圖6)、 隔熱板(圖7)、微反應(yīng)器(圖8)、微換熱器(圖9)及下蓋板(圖10)的材質(zhì)相同，可為不銹鋼、銅、鈦等金屬材質(zhì)中的任意一種，所述相鄰兩個(gè)模塊間的密封連接均采用真空擴(kuò)散焊接方式；所述相鄰兩個(gè)模塊間的密封連接具體指模塊上除微通道、通孔所占面積之外的其余部分均進(jìn)行焊接密封。

本發(fā)明提供的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置中，所述并行微通道的當(dāng)量直徑為50～3000μm，優(yōu)選為150～2000μm；截面形狀為圓形或長方形或正方形，優(yōu)選為長方形；入口分布腔和出口集流腔的形狀為三角形；入口通孔及出口通孔的當(dāng)量直徑為2～6mm，優(yōu)選為4～6mm。

本發(fā)明提供的高效微反應(yīng)裝置用于CO₂甲烷化的方法中，所述原料混合氣中H₂/CO₂摩爾比為3～4，優(yōu)選為3.5～4；微反應(yīng)器區(qū)域-1和微反應(yīng)器區(qū)域-2的反應(yīng)溫度均為250～260℃，優(yōu)選為255～260℃；第二次CO₂甲烷化的反應(yīng)溫度為210～240℃，優(yōu)選為220～230℃；反應(yīng)過程為自供熱運(yùn)行。

圖2為本發(fā)明中用于第一次CO₂甲烷化反應(yīng)所需的微反應(yīng)區(qū)域-1所含微反應(yīng)板-1的整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見模式，在具體實(shí)施過程中并不限于這種模式，可在以圖2為基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行其它優(yōu)化改進(jìn)。

圖3為本發(fā)明中用于第一次CO₂甲烷化反應(yīng)過程換熱所需的微反應(yīng)區(qū)域-1所含微換熱板-1的整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見模式，在具體實(shí)施過程中并不限于這種模式，可在以圖3為基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行其它優(yōu)化改進(jìn)。

圖4為本發(fā)明中用于高效微反應(yīng)裝置電加熱啟動的整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見模式，在具體實(shí)施過程中并不限于這種模式，可在以圖4為基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行其它優(yōu)化改進(jìn)。

圖5為本發(fā)明中用于第一次CO₂甲烷化反應(yīng)所需的微反應(yīng)區(qū)域-2所含微反應(yīng)板-2的整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見模式，在具體實(shí)施過程中并不限于這種模式，可在以圖5為基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行其它優(yōu)化改進(jìn)。

圖6為本發(fā)明中用于第一次CO₂甲烷化反應(yīng)過程換熱所需的微反應(yīng)區(qū)域-2所含微換熱板-2的整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見模式，在具體實(shí)施過程中并不限于這種模式，可在以圖6為基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行其它優(yōu)化改進(jìn)。

圖7為本發(fā)明中用于降低第一次CO₂甲烷化反應(yīng)和第二次CO₂甲烷化反應(yīng)區(qū)域間傳熱速率、形成較高溫度梯度的隔熱板的整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見模式，在具體實(shí)施過程中并不限于這種模式，可在以圖7為基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行其它優(yōu)化改進(jìn)。

圖8為用于第二次CO₂甲烷化反應(yīng)所需微反應(yīng)器的整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見模式，在具體實(shí)施過程中并不限于這種模式，可在以圖8為基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行其它優(yōu)化改進(jìn)。

圖9為用于原料氣預(yù)熱和第二次CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物換熱所需微換熱器的整體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見模式，在具體實(shí)施過程中并不限于這種模式，可在以圖9為基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行其它優(yōu)化改進(jìn)。

一個(gè)具體實(shí)施過程為：利用電加熱棒將緊鄰加熱板(圖4)的微反應(yīng)板-1(圖2)和微反應(yīng)板-2(圖5)的內(nèi)部溫度提高至190～200℃，停止加熱，同時(shí)開啟冷空氣閥門；將CO₂和H₂的原料混合氣依次經(jīng)下蓋板(圖10)上的CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔(圖10，10-2)、微換熱器(圖9)上的CO₂與H₂原料混合氣的入口通孔(圖9，9-3)進(jìn)入微換熱器(圖9)，在微換熱器(圖9)內(nèi)與經(jīng)微反應(yīng)器(圖8)反應(yīng)后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行換熱，換熱后依次經(jīng)微換熱器(圖9)上的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔(圖9，9-1)、下蓋板(圖10)上的CO₂與H₂原料混合氣出口通孔(圖10，10-1)、上蓋板(圖1)上的CO₂與H₂原料混合氣入口通孔(圖1，1-2)進(jìn)入微反應(yīng)區(qū)域-1(圖2，圖3)和微反應(yīng)區(qū)域-2(圖5，圖6)；CO₂與H₂原料混合氣分別在微反應(yīng)區(qū)域-1(圖2，圖3)和微反應(yīng)區(qū)域-2(圖5，圖6)內(nèi)完成第一次CO₂甲烷化反應(yīng)、與冷空氣的換熱，反應(yīng)、換熱后的第一次CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)微反應(yīng)區(qū)域-1(圖2，圖3)、加熱板(圖4)、微反應(yīng)區(qū)域-2(圖5，圖6)和隔熱板(圖7)上的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖2，2-4；圖3，3-4；圖4，4-4；圖5，5-4；圖6，6-4)進(jìn)入微反應(yīng)器(圖8)，在微反應(yīng)器(圖8)內(nèi)進(jìn)行第二次CO₂甲烷化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)微反應(yīng)器(圖8)上的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖8，8-1)進(jìn)入微換熱器(圖9)，在微換熱器(圖9)內(nèi)與CO₂與H₂原料混合氣進(jìn)行換熱，換熱后的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物依次經(jīng)微換熱器(圖9)上的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖9，9-4)、下蓋板(圖10)上的CO₂甲烷化反應(yīng)產(chǎn)物出口通孔(圖10，10-3)流出微反應(yīng)裝置，結(jié)果如表1所示。

表1.高效微反應(yīng)裝置內(nèi)CO₂甲烷化的反應(yīng)結(jié)果

由此可見，本發(fā)明的用于CO₂甲烷化的高效微反應(yīng)裝置及方法，通過加熱板、隔熱板、微換熱器、微反應(yīng)器等多功能模塊的匹配組合，可實(shí)現(xiàn)可再生能源領(lǐng)域的CO₂甲烷化反應(yīng)的過程強(qiáng)化和設(shè)備小型化，極大程度上提高系統(tǒng)的能源利用效率。