TWI522171B

TWI522171B - Reflective reaction of the heat of the film reaction device

Info

Publication number: TWI522171B
Application number: TW102139368A
Authority: TW
Inventors: Yao-Ping Qiu; Yan-Zhou Chen; Bo-Zhuang Chen; Rui-Yu Jian; Wen-Zhen Xu; Yu-Shao Lin
Original assignee: Atomic Energy Council
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2016-02-21
Also published as: US9440215B2; TW201515709A; US20150118118A1

Description

可回收反應熱之薄膜反應裝置

本發明係有關於一種薄膜反應裝置，其尤指一種利用吹掃氣體攜出生成氣體與反應熱並將攜出之生成氣體或熱能投入裝置中其他反應或吸熱程序之可回收反應熱之薄膜反應裝置。

用於化學反應的薄膜反應器主要利用結合了觸媒催化與薄膜分離的技術以促進反應器之效率，而兼具催化反應與分離產物的功能，相較於傳統的固定床反應器，薄膜反應器的產率與純度皆大幅提升。

薄膜反應器的特點包含：一、薄膜可透過選擇性擴散或吸附等方式將產物移出，依照勒沙特列原理(Le Chatelier’s principle)可知，化學平衡將因此向產物端移動，而提高反應的轉化率，尤其是傳統反應器無法突破的平衡限制反應，如氨合成反應(N₂+3H₂→2NH₃)或水煤氣轉換反應(CO+H₂O→CO₂+H₂)等；二、由於反應產物迅速離開反應系統，可避免副反應的發生與副產物的產生，而提高反應的選擇性；三、由於薄膜選擇性地移出產物，提高產物的純度，並且可以利用薄膜進行產物濃縮，提高產物的濃度；四、化學反應與產物分離等操作都可以在同一個薄膜反應器中進行，工藝簡化，而可降低成本以及設置空間；五、薄膜反應器中的催化劑可提高化學反應的轉化率，使反應較容易發生，而可以降低反應溫度、降低反應壓力等來改善反應的選擇性，並同時降低耗能。

將水煤氣轉換反應的觸媒反應器與氫選擇性通透或吸附薄膜結合，可作為催化水煤氣轉換反應的薄膜反應器，適合用於製造高純度之氫氣，除了作為其他化學反應的原料之外，氫氣燃料作為一種乾淨低污染的永續能源已逐漸受到世界各國重視，因此利用薄膜反應器催化水煤氣轉換反應得到氫氣的前端技術對發展氫燃料電池等後端應用相當重要，然而，習知技術中多以氮氣作為吹掃氣體以帶離通過氫選擇性通透或吸附薄膜的氫氣，而將氫氣與氮氣分離的程序較為複雜，且使氫氣的純度不易提升，此外，由於水煤氣轉換反應為一放熱反應，反應熱大量蓄積後會對氫選擇性通透或吸附薄膜以及催化水煤氣轉換反應的觸媒造成傷害，而有改善的必要。

有鑑於此，本發明之發明人提出一種利用凝結點較高之氣體作為吹掃氣體之方式，使吹掃氣體可透過冷凝為冷凝液之方式與生成氣體分離，吹掃氣體之選用應考慮生成氣體於冷凝液中之溶解度，此外可選用比熱較大之吹掃氣體，可攜帶較高之反應熱，加強對薄膜之均溫效果，不僅可提升整體反應效率，並可延長薄膜之使用時限，同時也可回收更多反應熱以供再次利用，而節約整體裝置耗用的能量。

因此，本發明提出的可回收反應熱之薄膜反應裝置所包含的薄膜反應器具有吹掃管路，使得吹掃氣體可進入吹掃管路並攜出放熱反應生成的生成氣體，並可進一步將薄膜反應器結合熱交換器等機構，使得吹掃氣體攜帶生成氣體時一併從薄膜等元件吸收的熱能可以被運送至薄膜的較低溫處，藉此達成使薄膜均溫的效果，或者進一步將吸收的熱能重新投入其他吸熱流程。

本發明中更可透過選擇適合的吹掃氣體，利用在整體裝置各元件的溫度範圍內可重複進行冷凝與汽化的物質作為吹掃氣體，使吹掃氣體可循環利用，並考慮比熱以及生成物質的溶解度等特性，而可提升生成氣體的純度與產率、提高回收的反應熱以及加強保護薄膜反應器的效果。

本發明之主要目的，係提供一種可回收反應熱之薄膜反應裝置，其利用吹掃氣體將薄膜外側之生成氣體攜出之同時，可一併吸收因反應空間內發生放熱反應而累積於薄膜之熱能，避免薄膜之溫度過高，並使薄膜溫度均勻化，提升反應器之性能並延長薄膜之使用年限。

本發明之次要目的，係提供一種可回收反應熱之薄膜反應裝置，其透過將吹掃氣體冷卻而凝結為冷凝液之方式，將吹掃氣體與生成氣體分離，以回收純度較高之生成氣體，與生成氣體分離之冷凝液可再次被加熱汽化以作為吹掃氣體，而可循環利用吹掃氣體與冷凝液。

本發明之另一目的，係提供一種可回收反應熱之薄膜反應裝置，其將由吹掃氣體攜帶之反應熱於吹掃氣體放熱或冷凝過程中重新釋出，而可經由熱交換之方式將熱量投入裝置中其他需要能量之步驟。

為了達到上述所指稱之各目的與功效，本發明係揭示了一種可回收反應熱之薄膜反應裝置，其包含一薄膜反應器，該薄膜反應器包含：一反應管路，其內包含一反應空間；一薄膜，設置於該反應空間之外側；一吹掃管路，設置於該薄膜之外側。該反應空間內可進一步包含一催化層。

一放熱反應發生於該反應空間並生成一生成氣體與一反應熱，該催化層可催化該放熱反應，該生成氣體可選擇性地通過該薄膜而進入該吹掃管路，該反應熱可被該薄膜吸收或進入該吹掃管路，一吹掃氣體進入該吹掃管路並帶出該生成氣體與該反應熱，同時可透過該吹掃氣體接觸該薄膜而使該薄膜較高溫處降溫並使該薄膜較低溫處升溫，而使該薄膜之溫度均勻化。

該吹掃氣體與該生成氣體可直接投入後續反應，或進一步將該生成氣體與該吹掃氣體分離，選用凝結點溫度較高之該吹掃氣體，可透過冷凝該吹掃氣體為一冷凝液之方式分離該生成氣體與該吹掃氣體。

故，本發明可進一步包含一熱交換器與一液體槽，該熱交換器並包含：一放熱管路，與該吹掃管路之末端相連；一吸熱管路，與該放熱管路接觸設置；該液體槽則與該放熱管路之末端相連。

該吹掃氣體攜帶該生成氣體進入該放熱管路後，可釋放所攜帶之該反應熱，該吹掃氣體與該生成氣體逐漸放熱並向該液體槽移動，該吹掃氣體於過程中冷凝為一冷凝液並與該生成氣體分離，而可簡單地收集該生成氣體。該液體槽內之該冷凝液可重複加熱汽化為該吹掃氣體，而可循環利用。於該放熱管路中釋放之該反應熱可用以加熱該吸熱管路中之物質，以將該放熱反應之反應熱回收並再利用於其他吸熱之流程，例如用於將該冷凝液加熱汽化為該吹掃氣體之一加熱裝置中，藉此可減少整體裝置所需消耗之能量，同時可對該薄膜與該催化層達到均溫之效果，以提升該反應空間之整體反應速率，並延長該催化層與該薄膜之使用年限。

1‧‧‧薄膜反應器

10‧‧‧反應管路

100‧‧‧反應進氣口

101‧‧‧前段

102‧‧‧反應出氣口

103‧‧‧後段

104‧‧‧反應空間

106‧‧‧連接管路

12‧‧‧吹掃管路

120‧‧‧吹掃進氣口

122‧‧‧吹掃出氣口

14‧‧‧薄膜

16‧‧‧催化層

2‧‧‧熱交換器

20‧‧‧放熱管路

22‧‧‧吸熱管路

3‧‧‧液體槽

30‧‧‧液體槽出口

32‧‧‧液體槽入口

34‧‧‧泵浦

36‧‧‧氣體出口

4‧‧‧加熱裝置

G0‧‧‧原料氣體

G0’‧‧‧原料氣體

G1‧‧‧吹掃氣體

G2‧‧‧生成氣體

G2’‧‧‧生成氣體

H‧‧‧反應熱

H’‧‧‧剩餘熱

L1‧‧‧冷凝液

第一圖：其係為本發明第一實施例之薄膜反應器之剖面結構示意圖；第二圖：其係為本發明第二實施例之薄膜反應器之立體結構示意圖；第三圖：其係為本發明第三實施例之薄膜反應器之立體結構示意圖；第四圖：其係為本發明第四實施例之薄膜反應器之剖面結構示意圖；及第五圖：其係為本發明第五實施例之薄膜反應裝置之元件連接關係示意圖。

為使貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：本發明之可回收反應熱之薄膜反應裝置之特色在於：利用吹掃氣體攜帶進入吹掃管路之生成氣體以及經由薄膜傳遞之熱能，使薄膜溫度均勻化之同時並回收放熱反應生成之反應熱與生成氣體，以利後續之利用，本發明中可於吹掃氣體與生成氣體降溫之過程中使吹掃氣體冷凝為冷凝液而將冷凝液與生成氣體分離，同時將吹掃氣體與生成氣體攜帶之熱能釋出，以將熱能利用於入薄膜反應裝置或其他相連裝置中需要投入熱能之步驟。

請參閱第一圖，其係本發明第一實施例之薄膜反應器之剖面結構示意圖；如圖所示，本發明之可回收反應熱之薄膜反應裝置包含一薄膜反應器1，該薄膜反應器1包含一反應管路10、一薄膜14以及一吹掃管路12，該反應管路10包含一反應空間104，該薄膜14設置於反應空間104外側且兩端與該反應管路100相連接，該吹掃管路12設置於該薄膜14外側。本實施例中，該反應空間104內進一步包含一催化層16(圖中標示網點處)。

該反應管路10之前端進一步設有一反應進氣口100，且該反應管路10之尾端設有一反應出氣口102，該反應空間104則設置於該反應進氣口100與該反應出氣口102之間，該吹掃管路12之前端進一步設有一吹掃進氣口120，且該吹掃管路12之尾端設有一吹掃出氣口122，另，如圖中所示，本實施例中該反應空間104後方之該反應管路10進一步延伸設置，而反折包覆於該吹掃管路12之外側。

本發明中，該薄膜反應器1之該反應空間104內發生一放熱反應，並生成一生成氣體G2與一反應熱H，本實施例中，該放熱反應為一水煤氣轉換反應：一氧化碳+水蒸氣→二氧化碳+氫氣+反應熱

即，該生成氣體G2為氫氣，另一生成氣體G2’為二氧化碳，此外，本實施例中使用之一原料氣體G0為一氧化碳，另一原料氣體G0’為水蒸氣。

該催化層16可配合該放熱反應，選用具有孔隙之至少一觸媒，例如一鐵-鉻基觸媒、一銅-鋅基觸媒、一鈷-鉬基觸媒、一銅-鈰(鑭)基觸媒、一鎳-鈰(鑭)基觸媒、一鑪/氧化鋯觸媒、一金/氧化鈰觸媒或一銅-鈀/氧化鈰觸媒，以催化本實施例中該水煤氣轉換反應之進行，同時該薄膜14可依該生成氣體G2選用，本實施例中使用對氫氣具有選擇性擴散或吸附能力之薄膜，例如一鈀金屬膜，可使該反應空間104中生成之氫氣通過薄膜而進入該吹掃管路12。

使用本發明時，作為該原料氣體G0與G0’之一氧化碳與水蒸氣經由該反應進氣口100進入該反應管路10內，於該反應空間104中接觸該催化層16，並於該催化層16之催化下進行水煤氣轉換反應，而生成該生成氣體G2與G2’之氫氣與二氧化碳。此外，實際狀況下，可能有一雜氣G0”混於該原料氣體G0與G0’內進入該反應管路10，該雜氣G0”並有可能與部分之該原料氣體G0或G0’或者該生成氣體G2或G2’反應，而生成至少一另一雜氣G2”(該雜氣G0”或G2”並非本發明之主要技術內容，故不標示於圖中)。

該生成氣體G2氫氣可繼續作為燃料使用，因此須與無法燃燒之該生成氣體G2’二氧化碳(及該雜氣G0”或G2”)分開收集，由於該薄膜14可選擇性地使氫氣擴散通過，該生成氣體G2氫氣生成後可通過該薄膜14進入該吹掃管路12，由於該水煤氣轉換反應之效率係受生成物(該生成氣體G2或G2’)之濃度限制，因此透過該薄膜14使該生成氣體G2氫氣擴散離開該反應空間104有助於該水煤氣轉換反應向產物端進行，而繼續生成更多該生成氣體G2氫氣，然而該生成氣體G2氫氣進入該吹掃管路12後若無法及時離開，累積於該吹掃管路12內之該生成氣體G2氫氣濃度升高，也會影響該生成氣體G2氫氣由該反應空間104通過該薄膜14擴散進入該吹掃管路12之速率，而使得該生成氣體G2氫氣累積於該反應空間內104，造成該水煤氣轉換反應之反應速率下降，因此，本發明中透過一吹掃氣體G1將該生成氣體G2氫氣帶出，以避免該生成氣體G2氫氣於該吹掃管路12或該反應空間104內累積，而減緩該水煤氣轉換反應之反應速率。

本實施例中選用水蒸氣作為該吹掃氣體G1，理想之該吹掃氣體G1應具備易與該生成氣體G2分開之特性，且由於本發明中該吹掃氣體G1同時用於回收該反應熱H，故應選用比熱較大之該吹掃氣體G1，而可攜帶較大量之該反應熱H，水蒸氣可透過冷凝為水之方式與該生成氣體G2氫氣分開，且為自然界中比熱大之物質，故可作為理想之該吹掃氣體G1。

作為該吹掃氣體G1之水蒸氣由該吹掃進氣口120進入該吹掃管路12，將擴散進入該吹掃管路12之該生成氣體G2氫氣吹出，同時該吹掃氣體G1水蒸氣接觸該薄膜14時，可吸收該薄膜14上因該水煤氣轉換反應中放熱而累積之該反應熱H，使該薄膜14上溫度較高處降溫且使該薄膜14上溫度較低處升溫，而可調節該薄膜14之溫度使之均勻化，以增進該薄膜14之穩定性，並避免高溫破壞該薄膜14或該催化層16，且如圖中該反應管路10末端延伸設置而包覆該吹掃管路12外側之結構，該吹掃氣體G1水蒸氣可進一步吸收該生成氣體G2’二氧化碳(以及該雜氣G0”或G2”)攜帶之該剩餘熱H’，該吹掃氣體G1水蒸氣攜帶該生成氣體G2氫氣與該反應熱H(與該剩餘熱H’)而由該吹掃出氣口122離開。

該吹掃氣體G1水蒸氣與該生成氣體G2氫氣之混合氣體可用以投入其他反應，或進一步將該生成氣體G2氫氣與該吹掃氣體G1水蒸氣分離後，將該生成氣體G2投入其他反應，並回收該吹掃氣體G1與該生成氣體G2於該吹掃管路12中由該薄膜14與該反應管路10吸收之該反應熱H(與該剩餘熱H’)。

透過本實施例中各元件之設置，本發明之可回收反應熱之薄膜反應裝置係透過一薄膜反應器1之一催化層16催化一放熱反應進行，並使於一反應管路10生成之一生成氣體G2經由一薄膜14擴散至一吹掃管路12，並透過一吹掃氣體G1將該生成氣體G2以及累積於該薄膜14之該反應熱H(與該剩餘熱H’)帶出，而可維持較高之反應速率並使溫度均勻以保護該薄膜14與該催化層16。此外，將該吹掃進氣口120與該吹掃出氣口122交換設置，使該吹掃氣體G1之送氣方向相反，也可達到本發明之回收反應熱與使反應環境均溫之效果。

請配合第一圖繼續參閱第二圖，其係本發明第二實施例之薄膜反應器之立體結構示意圖；如圖所示，本實施例中本發明之可回收反應熱之薄膜反應裝置同樣包含該薄膜反應器1，且該薄膜反應器1亦包含該反應管路10並於該反應管路10之該反應空間104設置該催化層16(圖中以網點標示處)、設置於該反應空間104外側之該薄膜14以及設置於該薄膜14外側之該吹掃管路12。

本實施例之特色在於該反應管路10之一前段101(包含該反應空間104)、該吹掃管路12以及該反應管路10之一後段103為同心之圓管結構，圖中最內側之圓管結構為該反應管路10之該前段101，並包含一反應進氣口100；該反應管路10之該前段101外側之圓管結構為該吹掃管路12，並於該吹掃管路12前端包含一吹掃進氣口120，且於該吹掃管路12尾端包含一吹掃出氣口122；該吹掃管路12外側之圓管結構為該反應管路10之該後段103，並包含一反應出氣口102；另，該反應管路10之該前段101與該後段103於圖中標示斜線處分別封閉，另於該反應管路10之該前段101與該後段103間進一步以至少一連接管路106相連，使該生成氣體G2’可由該反應管路10之該前段101進入該後段103，並由該後段103之開口離開。

如前所述，該反應氣體G0與G0’(或該雜氣G0”)由該反應進氣口100進入該反應空間104，並於該反應空間104內接觸該催化層16而發生該放熱反應並生成該生成氣體G2與G2’(或該雜氣G2”)，該生成氣體G2選擇性地通過該薄膜14進入該吹掃管路12，該吹掃氣體G1由該吹掃進氣口120進入該吹掃管路12並攜出該生成氣體G2，同時均勻化該薄膜14之溫度並攜帶該反應熱H，該生成氣體G2’(或該雜氣G0”或G2”)與未被吸收之該剩餘熱H’經過該連接管路106進入該反應管路10之該後段103，該剩餘熱H’可由該吹掃氣體G1進一步吸收，最後該生成氣體G2’(或該雜氣G0”或G2”)由該反應出氣口102離開該反應管路10，該吹掃氣體G1攜帶該生成氣體G2與該反應熱H(以及該剩餘熱H’)由該吹掃出氣口122離開該吹掃管路12，而可進一步利用該吹掃氣體G1與該生成氣體G2之混合氣體、或分離純化之該生成氣體G2、或回收之該吹掃氣體G1或該反應熱H(以及該剩餘熱H’)。

請配合第一圖繼續參閱第三圖，其係本發明第三實施例之薄膜反應器之立體結構示意圖；如圖所示，本實施例中本發明之可回收反應熱之薄膜反應裝置同樣包含該薄膜反應器1，且該薄膜反應器1亦包含該反應管路10並於該反應管路10之該反應空間104設置該催化層16(圖中以網點標示處)、設置於該反應空間104外側之該薄膜14以及設置於該薄膜14外側之該吹掃管路12。

本實施例之特色在於該反應管路10之該前段101(包含該反應空間104)、該吹掃管路12以及該反應管路10之該後段103為平行之層板結構，圖中最內側之層板結構為該反應管路10之該前段101，並包含一反應進氣口100；該反應管路10之該前段101上下兩側之層板結構為該吹掃管路12，並於該吹掃管路12之前後兩端分別包含一吹掃進氣口120與一吹掃出氣口122；該吹掃管路12上下兩側之層板結構為該反應管路10之該後段103，並包含一反應出氣口102，該反應管路10之該前段101與該後段103中進一步以至少一連接管路106相連。

如前所述，該反應氣體G0與G0’(或該雜氣G0”)由該反應進氣口100進入該反應空間104，並於該反應空間104內接觸該催化層16而發生該放熱反應並生成該生成氣體G2與G2’(或該雜氣G2”)，該生成氣體G2選擇性地通過該薄膜14進入該吹掃管路12，該吹掃氣體G1由該吹掃進氣口120進入該吹掃管路12攜出該生成氣體G2，同時均勻該薄膜14之溫度並攜帶該反應熱H，該生成氣體G2’(或該雜氣G0”或G2”)與未被吸收之該剩餘熱H’經過該連接管路106進入該反應管路10之該後段103，該剩餘熱H’可再由該吹掃氣體G1進一步吸收，最後該生成氣體G2’(或該雜氣G0”或G2”)由該反應出氣口102離開該反應管路10，該吹掃氣體G1攜帶該生成氣體G2與該反應熱H(以及該剩餘熱H’)由該吹掃出氣口122離開該吹掃管路12，而可進一步利用該吹掃氣體G1與該生成氣體G2之混合氣體、或分離純化之該生成氣體G2、或回收之該吹掃氣體G1或該反應熱H(以及該剩餘熱H’)。

本實施例中該吹掃氣體G1與該原料氣體G0與G0’或者該生成氣體G2與G2’之氣流方向為垂直，使該吹掃氣體G1之氣流不會受到該連接管路106之管壁干擾。

請配合第一圖繼續參閱第四圖，其係本發明第四實施例之薄膜反應器之剖面結構示意圖；如圖所示，本實施例中本發明之可回收反應熱之薄膜反應裝置同樣包含該薄膜反應器1，且該薄膜反應器1亦包含該反應管路10並於該反應管路10之該反應空間104設置該催化層16(圖中以網點標示處)、設置於該反應空間104外側之該薄膜14以及設置於該薄膜14外側之該吹掃管路12，該反應空間104後方之該反應管路10同樣延伸設置，而反折包覆於該吹掃管路12外側。

本實施例之特色在於，該吹掃管路12沿該反應管路10之外側設置並於該反應管路10反折處之前方反折，使得該吹掃管路12之前後段分別與該反應管路10之該前段101(包含該反應空間104)與該後段103(該反應空間104後方)接觸，而可更完整地吸收該反應管路10內產生之熱能。

圖中顯示該吹掃氣體G1由該吹掃進氣口120進入該吹掃管路12後，先接觸該反應管路10之該後段103，吸收由該生成氣體G2’攜帶之該剩餘熱H’，經過該吹掃管路12反折處後接觸該薄膜14，並攜帶該生成氣體G2與該反應熱H而由該吹掃出氣口122離開。此外，本實施例之該吹掃進氣口120與該吹掃出氣口122可交換設置，使該該吹掃氣體G1進入該吹掃管路12後先接觸該薄膜14，而攜帶該生成氣體G2與該反應熱H，經過該吹掃管路12反折處後再接觸該反應管路10之該後段103，吸收由該生成氣體G2’攜帶之該剩餘熱H’。

本實施例中，透過將該吹掃管路12反折設置，可增加該吹掃管路12與該反應管路10接觸之面積，且延長該吹掃氣體G1吸收該反應熱H與該剩餘熱H’之時間，而達到較佳之熱能回收之效果。

請參閱第五圖，其係本發明第五實施例之薄膜反應裝置之元件連接關係示意圖；如圖所示，本發明於該薄膜反應器1外進一步設置一熱交換器2與一液體槽3，該熱交換器2包含一放熱管路20與一吸熱管路22，該吸熱管路22與該放熱管路20接觸設置，該液體槽3之一液體槽出口30經過該熱交換器2與一加熱裝置4後連接至該吹掃管路12前端之該吹掃進氣口120，該吹掃管路12末端之該吹掃出氣口122連接至該放熱管路20，該放熱管路20末端連接至該液體槽3之一液體槽入口32，本實施例中回收之反應熱係投入將一冷凝液L1加熱汽化作為一吹掃氣體G1之過程，該液體槽出口30經一泵浦34後連接至該吸熱管路22，以利用該放熱管路20釋放之熱能協助該加熱裝置4加熱該冷凝液L1或該吹掃氣體G1。

如前述該吹掃氣體G1攜帶該生成氣體G2與該反應熱而由該吹掃出氣口122離開該吹掃管路12後，進入該熱交換器2內之該放熱管路20，並於該放熱管路20中將該反應熱放出，並逐漸冷卻凝結為該冷凝液L1，該冷凝液L1與該生成氣體G2離開該放熱管路20後經由一液體槽入口32進入該液體槽3，選用與該生成氣體G2不互溶之該冷凝液L1，可輕易地分離該冷凝液L1與該生成氣體G2，並使該生成氣體G2由該液體槽3之一氣體出口36離開，而得到高純度之該生成氣體G2。

本實施例中，該液體槽3內之該冷凝液L1經該泵浦34抽出後，經該吸熱管路22與該加熱裝置4加熱汽化而成為一吹掃氣體G1，該吹掃氣體G1進入該吹掃管路12而攜帶該生成氣體G2與該反應熱後，於該放熱管路20中放出該反應熱並冷凝為該冷凝液L1，由此可知本發明之該冷凝液L1與該吹掃氣體G1可重複循環使用，同時可利用該吹掃氣體G1冷凝與該冷凝液L1汽化之過程，進行熱能整合。因此，本發明中可選用凝結點較高之該吹掃氣體G1，將該吹掃氣體G1之溫度下降至其凝結點時即可使該吹掃氣體G1凝結為該冷凝液L1，而與該生成氣體G2分離，並可選用比熱較大之該吹掃氣體G1，可攜帶較高之熱能，對該薄膜14之冷卻與調溫之效果良好，且便於攜帶該反應熱並經由熱交換轉移至其他吸熱流程。

本實施例中將該吹掃氣體G1於該放熱管路20中釋放之該反應熱用於加熱該冷凝液L1，使其重複汽化為該吹掃氣體G1，此外，經由該吹掃氣體G1回收之該反應熱亦可投入其他吸熱流程，例如，加熱反應物如該原料氣體G0與G0’以使其上升至反應溫度範圍，或進一步投入該原料氣體G0與G0’之製作程序，以本實施例中之水煤氣轉換反應而言，做為該原料氣體G0與G0’之一氧化碳與水蒸氣可透過烷類之蒸氣重組或含碳原料與氧化劑或水蒸汽反應產生，前述之反應皆為一吸熱反應，所需之部分熱量亦可透過本發明中該吹掃氣體G1回收之該反應熱提供。

透過於本發明中進一步提供該熱交換器2與該液體槽3，該吹掃氣體G1與該生成氣體G2離開該吹掃管路20後進入其內之一放熱管路20，並於該放熱管路20放出該反應熱而使該吹掃氣體G1冷凝為一冷凝液L1，該冷凝液L1與該生成氣體G2回到一液體槽3中並相互分離而得到高純度之該生成氣體G2，於該放熱管路20中釋出之該反應熱可加熱一吸熱管路22內之物質，而達到回收該反應熱並再加以利用之效果。

透過本發明回收之該反應熱可再投入其他吸熱流程，且該吹掃氣體G1與該生成氣體G2之混合氣體可用於其他反應，該生成氣體G2可進一步與該吹掃氣體G1分離而得到純化之該生成氣體G2，該生成氣體G2若為氫氣等燃料氣體，可回收並作為燃料使用，甚至應用於一燃料電池內，故本發明可與一燃料電池結構進行組裝整合，而產生該燃料電池陽極所需之燃料氣體，並透過氧化燃料氣體之方式進行發電。

綜上所述，本發明係提供一種可回收反應熱之薄膜反應裝置，其包含一薄膜反應器，該薄膜反應器包含一反應管路、一薄膜以及一吹掃管路，該反應管路包含之一反應空間內發生一放熱反應並產生一生成氣體與一反應熱，該生成氣體穿透設置於該反應空間外圍之該薄膜並進入該吹掃管路，一吹掃氣體進入該吹掃管路帶出該生成氣體與該反應熱。該吹掃氣體攜帶之該反應熱可進一步於一熱交換器中釋出以將該反應熱回收並再利用於其他吸熱流程，並分離該生成氣體，或直接利用該吹掃氣體與/或該生成氣體投入其他反應。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。