带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载体的制氢微重整器制造技术

本发明专利技术公开了一种带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载体的制氢微重整器。包括上盖板、下盖板以及自上而下依次放置的蒸发板、多块重整板和反应载体薄板，相邻的两块重整板之间均设有加热板，并在相邻两块之间的安装面均设有柔性石墨垫；反应载体薄板安装在重整板上表面的重整反应腔中，上表面带有表面多孔化的微凸台阵列结构；每块重整板的下表面开有两道上条形凹槽，加热板上表面开有两道下条形凹槽，两个条形凹槽中间放置陶瓷加热片。本发明专利技术能显著增大反应载体薄板的比表面积，并改善催化剂的附着，提高重整器内部传热传质的速度，从而提高醇类转化率和制氢速度；可有效降低反应压降和能耗，可提高能量密度，适合于可移动氢源的重整制氢。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制氢微重整器，尤其是一种带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载体的制氢微重整器。
技术介绍
能源是人类赖以生存和发展的基石，但随着社会经济的发展和人口数量的提高，能源正以越来越快的速度被消耗。氢能作为一种可再生能源，由于其高效、零污染等优势，是一种极为优越的新能源，并被广泛地应用于各种场合。在众多制氢的方法中，水汽重整制氢具有氢气产量高、长期稳定性好等优势。氢气可以由水或醇类等制取，而水是地球上最为丰富的资源，而乙醇等可以生物发酵等方式制成，都演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。采用微反应器进行重整制氢，是一种现场供氢的有效方式，并引起了众多研究者的兴趣与关注。中国专利技术专利(申请号200610124078.X)公开了一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡及其制造方法，制造铜纤维，并将其按照一定规律缠绕在不锈钢板凹槽中，压紧后用氧化铝粉末覆盖，随后在高温下烧结，得到定向铜纤维烧结毡。该方法制造出的催化剂载体热导性不好，压降较大，不利于催化剂载体的层叠扩展。其他现有制氢反应器中，存在几种带微凸台阵列结构的微通道反应器，比如反应流体通过圆周排列的多个进口流入环形阵列的微凸台结构，从圆心流出，虽然具有一定比表面积和较好的传热传质性能，但是微凸台阵列结构催化剂载体的表面较为光滑，不利于催化剂的涂覆，同时限制了催化反应的面积。此外，现有的制氢反应器，也存在表面多孔化的微通道结构，但是多孔结构为开式孔隙结构，仅分布在微通道表面，无法显著增大反应载体薄板的比表面积。从上述分析可以看出，目前的微重整器在催化剂载体比表面积、重整器压降、传热传质速度等方面还有待提高，有必要设计一种具备传热传质效率更高、比表面积更大、压降更低等优势的制氢微重整器。
技术实现思路
为了进一步提高催化剂载体比表面积和传热传质速度，降低反应压降，本专利技术提出了一种带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载体的制氢微重整器，具备传热传质效率更高、比表面积更大、压降更低的优势。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括上盖板、下盖板以及密封安装在上盖板与下盖板之间自上而下依次放置的一块蒸发板、多块重整板和多块反应载体薄板，相邻的两块重整板之间均设有一块加热板，上盖板、下盖板、蒸发板、重整板和加热板中相邻两块之间的安装面均设有柔性石墨垫；重整板上表面的重整反应腔均设有反应载体薄板，反应载体薄板整体为矩形板，上表面带有微凸台的阵列结构，反应载体薄板的上表面均设有一层多孔涂层；每个重整板的下表面中部一侧开有两道平行的上条形凹槽，加热板上表面中部一侧开有两道与重整板上条形凹槽相对应的下条形凹槽，下条形凹槽与上条形凹槽形成空间内放置陶瓷加热片，重整器采用陶瓷加热片进行加热，并通过热电偶进行重整板的温度测量。所述微凸台为矩形柱状结构，所有微凸台间隔均布并沿气流流动方向均分为前半部分和后半部分，后半部分微凸台的宽度小于前半部分微凸台宽度。所述的微凸台的阵列结构上表面与柔性石墨垫之间具有间隙。所述的上条形凹槽和下条形凹槽槽方向垂直于微凸台的阵列结构上反应气体流动方向。相邻两个所述重整板的上条形凹槽开槽侧相反。所述的上盖板顶面设有进口管，下盖板底面设有出口管；所述的蒸发板上表面开有蒸发腔，蒸发腔与进口管相通，蒸发腔两侧对称分布有三角形的蒸发入口引流腔和蒸发出口引流腔，蒸发出口引流腔处设有蒸发出口通孔；所述的重整板上表面开有重整反应腔，重整反应腔两侧对称分布有三角形的重整入口引流腔和重整出口引流腔，重整出口引流腔处设有重整出口通孔；所述的加热板两侧分别设有加热入口通孔和加热出口通孔。所述的重整板和加热板为层叠放置，除最下层以外其余重整板的重整入口引流腔处均设有重整入口通孔，各层重整板的重整入口通孔、加热板的加热入口通孔和蒸发板的蒸发出口通孔上下对应相通，重整板的重整出口通孔、加热板的加热出口通孔和出口管上下对应相通。所述的微凸台阵列结构，其截面为矩形，长与宽的尺寸为0.5-2mm，高度尺寸为0.5-3mm，微凸台之间的间距为0.2-2mm，微凸台结构表面与微通道底面多孔涂层的厚度为100-300μm，孔隙率为25-60％，沿流动方向后半部分微凸台结构的宽度为前半部分微凸台宽度的1/3-2/3，微凸台的阵列结构上表面与柔性石墨垫之间具有0.1-0.3mm的间隙。所述的反应载体薄板首先采用微细铣削或线切割等方法在铜片上加工出带有微凸台的阵列结构，并采用火焰喷涂法或粉末烧结法等工艺加工出表面多孔涂层。本专利技术的制氢微重整器，通过多孔微凸台阵列结构反应载体薄板的设计，可以有效提高反应载体薄板的比表面积，提高催化剂与反应载体薄板的附着力，从而增大醇类转化率与反应的稳定性，更加高效地实现醇类重整制氢，同时可以有效降低反应压降从而降低泵入反应物所需的能耗。此外，反应载体薄板的层叠装配可实现重整器的功率扩大，并应用在汽车等大功率的场合。本专利技术通过多孔微凸台阵列结构反应载体薄板的设计，多孔涂层与微凸台阵列结构可以有效提高反应载体薄板的比表面积，提高催化剂与反应载体薄板的附着力，从而增大醇类转化率与反应的稳定性。本专利技术的多孔微凸台阵列结构反应载体薄板，与多孔材料反应载体薄板相比，热导性好，压降较低，温度分布更均匀，显著降低重整器所需能耗。本专利技术的核心部件为多孔微凸台阵列结构反应载体薄板，可以首先采用微细铣削或线切割等方法在铜片上加工出微凸台阵列结构，并采用火焰喷涂法或粉末烧结法等工艺加工出表面多孔涂层，加工成本低，可实现该类型反应载体薄板的大批量生产。本专利技术具有的有益效果是：1)本专利技术的多孔微凸台阵列结构反应载体薄板，沿流动方向后半部分微凸台的宽度小于前半部分微凸台宽度，可以有效改善反应过程中气体体积增大而导致气阻增加的问题，因而能显著降低反应的压降，从而降低泵入反应物所需的能量；同时，可以减少催化剂的使用量，降低成本；2)本专利技术的多孔微凸台阵列结构反应载体薄板，与表面多孔化的微通道反应载体薄板相比，微通道结构表面的多孔涂层可以进一步提高反应载体薄板的比表面积，提高催化剂与反应载体薄板的附着力，并改善微重整器内部的传热传质，从而有利于提高重整制氢过程中的醇类转化率和制氢速率；3)本专利技术的层叠型多孔微凸台阵列结构制氢微重整器，采用陶瓷加热片进行加热，可有效减小重整器的体积，从而提高其能量密度。附图说明图1是本专利技术的整体三维爆炸示意图。图2是本专利技术反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载体的制氢微重整器，其特征在于：包括上盖板(6)、下盖板(2)以及密封安装在上盖板(6)与下盖板(2)之间自上而下依次放置的一块蒸发板(5)、多块重整板(4)和多块反应载体薄板(3)，相邻的两块重整板(4)之间均设有一块加热板(9)，上盖板(6)、下盖板(2)、蒸发板(5)、重整板(4)和加热板(9)中相邻两块之间的安装面均设有柔性石墨垫(8)；反应载体薄板(3)安装在重整板(4)上表面的重整反应腔(23)中，反应载体薄板(3)整体为矩形板，上表面带有微凸台(27)的阵列结构，反应载体薄板(3)的上表面均设有一层多孔涂层(12)；每个重整板(4)的下表面中部一侧开有两道平行的上条形凹槽(26)，加热板(9)上表面中部一侧开有两道与重整板(4)上条形凹槽(26)相对应的下条形凹槽(18)，下条形凹槽(18)与上条形凹槽(26)形成空间内放置陶瓷加热片(10)。

【技术特征摘要】
1.一种带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载体的制氢微重整器，其特征
在于：包括上盖板(6)、下盖板(2)以及密封安装在上盖板(6)与下盖板(2)
之间自上而下依次放置的一块蒸发板(5)、多块重整板(4)和多块反应载体
薄板(3)，相邻的两块重整板(4)之间均设有一块加热板(9)，上盖板(6)、
下盖板(2)、蒸发板(5)、重整板(4)和加热板(9)中相邻两块之间的安
装面均设有柔性石墨垫(8)；反应载体薄板(3)安装在重整板(4)上表面的
重整反应腔(23)中，反应载体薄板(3)整体为矩形板，上表面带有微凸台(27)
的阵列结构，反应载体薄板(3)的上表面均设有一层多孔涂层(12)；每个重
整板(4)的下表面中部一侧开有两道平行的上条形凹槽(26)，加热板(9)
上表面中部一侧开有两道与重整板(4)上条形凹槽(26)相对应的下条形凹槽
(18)，下条形凹槽(18)与上条形凹槽(26)形成空间内放置陶瓷加热片(10)。
2.根据权利要求1所述的一种带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载体的
制氢微重整器，其特征在于：所述微凸台(27)为矩形柱状结构，所有微凸台
(27)间隔均布并沿气流流动方向均分为前半部分和后半部分，后半部分微凸
台(27)的宽度小于前半部分微凸台(27)宽度。
3.根据权利要求1或2所述的一种带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载
体的制氢微重整器，其特征在于：所述的微凸台(27)的阵列结构上表面与柔
性石墨垫(8)之间具有间隙。
4.根据权利要求1所述的一种带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载体的
制氢微重整器，其特征在于：所述的上条形凹槽(26)和下条形凹槽(18)槽
方向垂直于微凸台(27)的阵列结构上反应气体流动方向。
5.根据权利要求1所述的一种带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载体的
制氢微重整器，其特征在于：相邻两个所述重整板(4)的上条形凹槽(26)开
槽侧相反。
6.根据权利要求1所述的一种带表面多孔化微凸台阵列结构催化剂载体的
制氢微重整器，其特征在于：所述的上盖板(6)顶面设有进口管(7)，下盖
板(2)底...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅德庆，冯艳冰，钱淼，贺行，易邹东一，陈子辰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33