一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器。包括顶面设有进口管的上盖板、底面设有出口管的下盖板，以及密封在上、下盖板之间自上而下依次有蒸发板、多块上重整板和下重整板；在上、下重整板的反应腔中均安装有矩形的反应载体板，其上表面为等孔径孔隙率分段渐变的多孔化的微通道，微通道截面为梯形，底面和侧面分布有直径相同的微孔，沿气流流动方向孔隙率逐渐变小；相邻两块板间的安装面上均安装有柔性石墨垫。它能提高反应器的流动和传热特性，增大反应载体板的比表面积，改善催化剂附着，增强重整器的传热传质效率；可减小重整制氢单元入口气体的流量脉动，提高反应腔内流速分布均匀度，降低反应压降，提高反应效率。

A hydrogen production microreactor with equal pore size porosity catalyst carrier

【技术实现步骤摘要】
一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器
本技术涉及一种醇类制氢微反应器，尤其是涉及一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器。
技术介绍
当今世界，人类所处生活环境的变化越来越引起人们的关注。大量化石能源的燃烧带来的污染问题使得人类的生活环境逐步恶化，与此同时，化石能源的逐渐枯竭，迫使人类不得不寻找一种高效、清洁的可再生资源。氢能作为一种理想的清洁可再生资源，被广泛的应用于各种场合。在众多制氢方法中，通过微反应器，利用醇类重整现场制氢，受到众多研究者的广泛关注。中国专利技术专利（申请号201210448874.4）公开了一种层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器，可用于中、小流量的醇类重整制氢场合。但其反应载体板上分布的微凸台结构，表面较为光滑，不利于催化剂附着，且比表面积较小。此外，其蒸发腔和重整腔的引流腔均为三角形结构，使得重整制氢单元入口气体的流量脉动较大，不利于反应腔内流速分布均匀。中国专利技术专利（申请号201410821472.3）公开了一种反应载体表面多孔化的自热型醇类制氢微反应器。其反应载体板上分布有均匀的微孔结构，具有较大的比表面积，但均匀分布的微孔结构使得反应器的流动和传热特性较差。此外，该专利技术的蒸发腔和重整腔的引流腔均为三角形结构，不利于反应腔内流速分布均匀。虽然各国研究者对微反应器的研究已经取得不小的进展，但目前的微反应器在催化剂载体比表面积、反应器压降、流动和传热特性等方面还有待提高，有必要设计一种具备流动和传热效率更高、比表面积更大、压降更低等优势的制氢微反应器。
技术实现思路
为了进一步提高反应器的流动和传热效率，提高催化剂载体比表面积，降低反应压降，本技术的目的在于提供一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器，具备传热传质效率更高、比表面积更大、压降更低的优势。本技术采用的技术方案是：本技术包括顶面设有进口管的上盖板、底面设有出口管的下盖板，以及密封安装在上盖板与下盖板之间自上而下依次安装的蒸发板、多块上重整板和下重整板；在多块上重整板和下重整板中部的重整反应腔内均安装有矩形的反应载体板，反应载体板上表面为等孔径孔隙率分段渐变的多孔化的微通道，微通道截面为梯形，底面和侧面分布有微孔，所有微孔直径相同，沿气流流动方向孔隙率分段逐渐变小；上盖板、蒸发板、多块上重整板、下重整板和下盖板相邻两块板间的安装面上均安装有柔性石墨垫。所述蒸发板上表面中部开有蒸发腔，蒸发腔通过蒸发入口引流腔与进口管相通，蒸发腔沿长度方向两侧对称分布有树枝状的蒸发入口引流腔和树枝状的蒸发出口引流腔，蒸发出口引流腔处设有蒸发出口通孔，蒸发板侧面开有用于插装加热棒的两个加热棒孔。所述上重整板和下重整板上表面中部均开有重整反应腔，重整反应腔沿长度方向两侧对称分布有树枝状的重整入口引流腔和树枝状的重整出口引流腔；上重整板树枝状的重整出口引流腔处设有重整出口通孔，上重整板树枝状的重整入口引流腔处设有重整入口通孔；下重整板树枝状的重整出口引流腔处设有重整出口通孔；上重整板和下重整板侧面均开有用于插装加热棒的两个加热棒孔。所述上重整板树枝状的重整入口引流腔处设有重整入口通孔，上重整板的重整入口通孔和蒸发板的蒸发出口通孔上下对应相通，上重整板和下重整板的重整出口通孔和出口管上下对应相通。所述重整反应腔沿长度方向两侧对称分布有重整入口引流台阶和重整出口引流台阶；所述重整入口引流台阶和重整出口引流台阶高度与反应载体板3截面梯形短边距离底面的厚度相同。所述微通道底面和侧面的微孔为半球形，每个微孔直径大小相同，直径为75-200μm。所述反应载体板由半固态烧结溶解法制成。本技术具有的有益效果是：1)本技术的等孔径孔隙率渐变催化剂载体板，沿流动方向孔隙率逐渐降低，即微孔的分布逐渐变的稀疏，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，因而可以显著降低反应的压降，从而降低泵入反应物所需的能量；2)本技术的等孔径孔隙率渐变催化剂载体板，与多孔材料反应载体板相比，反应载体的温度分布更加均匀，且具有更小压降的优势；3)本技术的等孔径孔隙率渐变催化剂载体板，与传统的微通道和微凸台反应载体板相比，具有更大的比表面积，可有效改善催化剂附着，并且增加了反映气体的停留时间，从而有利于提高醇类重整制氢的反应速率和醇类的转化率；4)本技术的树枝状引流腔，可有效减小重整制氢单元入口气体的流量脉动，提高反应腔内流速分布均匀度，降低反应压降，提高反应效率。附图说明图1是本技术的整体三维爆炸示意图。图2是本技术反应载体板的三维结构示意图。图3是本技术反应载体板的俯视图。图4是本技术上盖板的三维结构示意图。图5是本技术蒸发板的三维结构示意图。图6是本技术上重整板的三维结构示意图。图7是本技术下重整板的三维结构示意图。图8是本技术反应载体板上的气体流动简图。图9是本技术的整体气体流动路径示意图。图中：1、上盖板，2、蒸发板，3、反应载体板，4、上重整板，5、下重整板，6、出口管，7、下盖板，8、柔性石墨垫，9、入口管，10、微通道，11、微孔，12、蒸发入口引流腔，13、蒸发腔，14、蒸发出口通孔，15、蒸发出口引流腔，16、加热通孔，17、重整出口通孔，18、重整出口引流腔，19、重整出口引流台阶，20、重整反应腔，21、重整入口通孔，22、重整入口引流腔，23、重整入口引流台阶。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术作进一步的说明。如图1、图2、图3、图4所示，本技术包括顶面设有进口管9的上盖板1、底面设有出口管6的下盖板7，以及密封安装在上盖板1与下盖板7之间自上而下依次安装的蒸发板2、多块上重整板4和下重整板5；在多块上重整板4和下重整板5中部的重整反应腔20内均安装有矩形的反应载体板3，反应载体板3上表面为等孔径孔隙率分段(图2中为3段)渐变的多孔化的微通道10，微通道10截面为梯形，底面和侧面分布有微孔11，所有微孔11直径相同，沿气流流动方向孔隙率分段逐渐变小；上盖板1、蒸发板2、多块上重整板4、下重整板5和下盖板7相邻两块板间的安装面上均安装有柔性石墨垫8。如图1、图5所示，所述蒸发板2上表面中部开有蒸发腔13，蒸发腔13通过蒸发入口引流腔12与进口管9相通，蒸发腔13沿长度方向两侧对称分布有树枝状的蒸发入口引流腔12和树枝状的蒸发出口引流腔15，蒸发出口引流腔15处设有蒸发出口通孔14，蒸发板2侧面开有用于插装加热棒的两个加热棒孔16。如图6、图7所示，所述上重整板4和下重整板5上表面中部均开有重整反应腔20，重整反应腔20沿长度方向两侧对称分布有树枝状的重整入口引流腔22和树枝状的重整出口引流腔18；上重整板4树枝状的重整出口引流腔18处设有重整出口通孔17，上重整板4树枝状的重整入口引流腔22处设有重整入口通孔21；下重整板5树枝状的重整出口引流腔18处设有重整出口通孔17；上重整板4和下重整板5侧面均开有用于插装加热棒的两个加热棒孔16。如图6、图7所示，所述上重整板4树枝状的重整入口引流腔22处设有重整入口通孔21，上重整板4的重整入口通孔21和蒸发板2的蒸发出口通孔14上下对应相通，上重整板4和下重整板5的重整出口通孔17和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器，其特征在于：包括顶面设有进口管（9）的上盖板（1）、底面设有出口管（6）的下盖板（7），以及密封安装在上盖板（1）与下盖板（7）之间自上而下依次安装的蒸发板（2）、多块上重整板（4）和下重整板（5）；在多块上重整板（4）和下重整板（5）中部的重整反应腔（20）内均安装有矩形的反应载体板（3），反应载体板（3）上表面为等孔径孔隙率分段渐变的多孔化的微通道（10），微通道（10）截面为梯形，底面和侧面分布有微孔（11），所有微孔（11）直径相同，沿气流流动方向孔隙率分段逐渐变小；上盖板（1）、蒸发板（2）、多块上重整板（4）、下重整板（5）和下盖板（7）相邻两块板间的安装面上均安装有柔性石墨垫（8）。

【技术特征摘要】
1.一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器，其特征在于：包括顶面设有进口管（9）的上盖板（1）、底面设有出口管（6）的下盖板（7），以及密封安装在上盖板（1）与下盖板（7）之间自上而下依次安装的蒸发板（2）、多块上重整板（4）和下重整板（5）；在多块上重整板（4）和下重整板（5）中部的重整反应腔（20）内均安装有矩形的反应载体板（3），反应载体板（3）上表面为等孔径孔隙率分段渐变的多孔化的微通道（10），微通道（10）截面为梯形，底面和侧面分布有微孔（11），所有微孔（11）直径相同，沿气流流动方向孔隙率分段逐渐变小；上盖板（1）、蒸发板（2）、多块上重整板（4）、下重整板（5）和下盖板（7）相邻两块板间的安装面上均安装有柔性石墨垫（8）。2.根据权利要求1所述的一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器，其特征在于：所述蒸发板（2）上表面中部开有蒸发腔（13），蒸发腔（13）通过蒸发入口引流腔（12）与进口管（9）相通，蒸发腔（13）沿长度方向两侧对称分布有树枝状的蒸发入口引流腔（12）和树枝状的蒸发出口引流腔（15），蒸发出口引流腔（15）处设有蒸发出口通孔（14），蒸发板（2）侧面开有用于插装加热棒的两个加热棒孔（16）。3.根据权利要求1所述的一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器，其特征在于：所述上重整板（4）和下重整板（5）上表面中部均开有重整反应腔（20），重整反应腔（20）沿长度方向两侧对称分布有树枝状的重整入口引流...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄林新，梅德庆，冯艳冰，钱淼，易邹东一，汪翼东，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33