板式反应器制造技术

本发明专利技术公开一种板式反应器，涉及工业设备技术领域，所述板式反应器，包括：预处理器，包含三个阶段，分别为：预热阶段、沸腾阶段以及过热阶段，用于接收通过甲醇水溶液进口与甲醇空气进口输送的甲醇溶液；催化燃烧器，所述催化燃烧器分别为所述预处理器与重整器提供热量，在所述预处理三个阶段分别对应不同的催化燃烧器的表面传热系数，且在不同阶段内所述催化燃烧器的数量不同，用于对所述甲醇溶液进行催化燃烧；重整器，用于对甲醇水蒸气进行重整。

【技术实现步骤摘要】
板式反应器
本专利技术实施例涉及工业设备
，特别是涉及一种板式反应器。
技术介绍
自工业革命以来，人类社会开始了化石能源的大规模开采和应用，极大地解放了生产力，推动了社会的发展。然而，化石燃料的大量使用为人类社会带来了诸多难题。首先，化石燃料属于不可再生资源，能源危机问题日益严峻。根据2018年BP集团发布的《BP世界能源统计年鉴》统计，目前的主要化石燃料中，石油和天然气分别只能满足人类50.2年和52.6年的开采需求。2018年，中国石油对外依存度达72％，为近五十年来最高；天然气对外依存度为43％，对能源安全风险的担忧继续上升。同时，化石燃料在使用过程中，排放了大量的温室气体和大气污染物。温室气体造成的温室效应，造成了全球海平面上升和极端气候加剧等环境问题。石油、煤等化石燃料的燃烧所产生的NOx、SOx、PM2.5等排放物，造成了严重的大气污染。世界银行的统计数据显示，2013年在亚太地区，有223万人死于大气污染，约占总死亡人数的14.4％。能源需求的增长、能源短缺的加剧和节能减排的多重压力，迫使人类寻找和开发清洁可再生的新能源。现有的新能源中，氢能具有燃烧热值高、污染低、可再生等优势，有望成为化石燃料的理想替代能源。2017年，在达沃斯世界经济论坛上，宝马、戴姆勒、本田、现代、川崎和丰田公司等商业巨头签署协议，成立了国际氢能委员会(HydrogenCouncil)。该组织估计，燃料电池汽车大规模商业化应用将于2020年加速，至2050年，全球燃料电池汽车将达到小型乘用车4亿辆(～25％)，货车500万辆(～30％)，客车1500万辆(～25％)的市场规模。届时，氢能经济将达到2.5万亿美元，提供3000万个就业岗位。我国政府也十分重视氢能经济的发展，在近几年发布了相关的规划指南。2016年3月，发改委公布《能源技术革命创新行动计划》，计划在2030年前建立完备的燃料电池材料、部件、系统的制备与生产产业链，实现燃料电池和氢能的大规模推广应用。2017年11月，中国汽车工业学会发布《氢燃料电池汽车技术路线图》，预测中国的燃料电池汽车保有量将在2025年达到5万辆，2030年达到100万辆。氢燃料电池具有诸多优势，但是其商业化进程，特别是在新能源汽车、无人机等移动场合的应用推广却受制于当前移动供氢技术的发展水平。氢气在标准状况下，密度仅为0.0899g/L，体积能量密度很低。同时，氢气沸点为-253℃，液化难度大。现有的移动储氢技术的主要瓶颈是体积能量密度不足或者质量能量密度不足。高压气态储氢是在氢气的临界温度上，通过增大压力来提高氢气的体积能量密度。某汽车公司的燃料电池汽车上应用的70MPa全复合轻质纤维缠绕储氢罐，其氢气的质量分数达到了5.7％。向储氢罐充注70MPa的气体过程会发热，因此必须以88MPa的压力输送并预冷到-40℃，因此整个加氢过程功耗大。高压气态储氢是目前商用化程度最高的储氢技术，其优点是冲放氢速度快、工作温度宽。缺点是储氢罐的安全性和失效机理有待深入研究；加氢过程氢气压缩功耗大；全复合轻质纤维缠绕储罐成本高；氢气的质量密度有待进一步提高；不能长期储存。低温液态储氢是在-253℃下的低温环境中，以液态的形式储存。液态储氧具有能量密度高的优点，氢气液态氢的密度约是70MPa氢气的两倍。但是在实际应用中，液态储氢对温度要求十分苛刻；储氢系统成本过高；氢气液化过程能耗大。物理吸附储氢利用活性炭、碳纳米管、沸石等材料的高比表面积与多孔结构，通过物理吸附的方式储存氢气。这类材料在低温下的储氢性能较好，但是常温下的储氢能力不足，限制了它的应用。甲醇具有易制得、便于运输、低毒性、产物对环境无害等优势，每单位体积的氢含量比液态氢高40％，同时没有液化氢的能量损耗问题，是一种优秀的氢载体。甲醇作为氢源载体具有以下优点：来源广泛、价格低廉；氢碳比高；体积储氢密度高；储运方便，加注站建设成本低。因此，如何对甲醇进行再利用是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种板式反应器，主要目的在于通过板式反应器与其在金属薄板两侧分别装载甲醇催化燃烧催化剂与甲醇水蒸气重整催化剂，通过间接传热实现强吸热反应与强放热反应之间的热耦合。板式反应器的优点是传热性能好、结构紧凑、体积小，可以通过增加反应器的层数，放大反应器的功率，以实现甲醇的最大转化。为了解决上述问题，本专利技术实施例主要提供如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种板式反应器，包括：预处理器，包含三个阶段，分别为：预热阶段、沸腾阶段以及过热阶段，用于接收通过甲醇水溶液进口与甲醇空气进口输送的甲醇溶液；催化燃烧器，所述催化燃烧器分别为所述预处理器与重整器提供热量，在所述预处理三个阶段分别对应不同的催化燃烧器的表面传热系数，且在不同阶段内所述催化燃烧器的数量不同，用于对所述甲醇溶液进行催化燃烧；重整器，用于对甲醇水蒸气进行重整。可选的，还包括：气路分配器，使用圆台式气路。可选的，重整器内为平行通道结构，所述平行通道结构包括若干翅片。可选的，重整反应段的催燃反应器，采用进口通道标砖偏差和板压降最小的圆角树形进气歧管。可选的，通过以下公式估算甲醇转化率：液时空速(LHSV)通过下式计算：其中，Vin为甲醇水溶液流量，ml/min；ρmix为甲醇水溶液密度，g/ml；Vout为出口气体产物流量，ml/min；δ为S/C比；MCH3OH为甲醇摩尔质量，g/mol；MH2O为水摩尔质量，g/mol；mc为催化剂质量，g；ρc为催化剂堆密度，g/ml。可选的，所述预热阶段，被加热流体为20℃甲醇水溶液(S/C比1.3)加热到饱和液相温度74.7℃；所述沸腾阶段，甲醇水溶液的饱和气相温度为87.5℃；所述过热阶段，87.5℃甲醇水蒸气加热到275℃。可选的，催燃侧表面传热系数23.22W/(m2·K)，预热侧表面传热系数403.68W/(m2·K)，沸腾侧表面传热系数6142.12W/(m2·K)，过热侧表面传热系数35.77W/(m2K)。可选的，催燃侧换热面积0.1536m2；预热侧换热面积0.019m2，对应催燃反应器一块，装填催燃催化剂18.37g，壁面温度约125℃；沸腾侧换热面积0.019m2，需要两块板，对应催燃反应器两块，单板装填催燃催化剂82.09g，壁面温度约100℃；过热侧换热面积0.16m2，需要两块板；对应催燃反应器两块，单板装填催燃催化剂42.00g，壁面温度约150℃。借由上述技术方案，本专利技术实施例提供的技术方案至少具有下列优点：本专利技术实施例提供的板式反应器，包括：预处理器，包含三个阶段，分别为：预热阶段、沸腾阶段以及过热阶段，用于接收通过甲醇水溶液进口与甲醇空气进口输送的甲醇溶液；催化燃烧器，所述催化燃烧器分别为所述预处理器与重整器提供热量，在所述预处理三个阶段分别对应不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种板式反应器，其特征在于，包括：/n预处理器，包含三个阶段，分别为：预热阶段、沸腾阶段以及过热阶段，用于接收通过甲醇水溶液进口与甲醇空气进口输送的甲醇溶液；/n催化燃烧器，所述催化燃烧器分别为所述预处理器与重整器提供热量，在所述预处理三个阶段分别对应不同的催化燃烧器的表面传热系数，且在不同阶段内所述催化燃烧器的数量不同，用于对所述甲醇溶液进行催化燃烧；/n重整器，用于对甲醇水蒸气进行重整。/n

【技术特征摘要】
1.一种板式反应器，其特征在于，包括：
预处理器，包含三个阶段，分别为：预热阶段、沸腾阶段以及过热阶段，用于接收通过甲醇水溶液进口与甲醇空气进口输送的甲醇溶液；
催化燃烧器，所述催化燃烧器分别为所述预处理器与重整器提供热量，在所述预处理三个阶段分别对应不同的催化燃烧器的表面传热系数，且在不同阶段内所述催化燃烧器的数量不同，用于对所述甲醇溶液进行催化燃烧；
重整器，用于对甲醇水蒸气进行重整。


2.根据权利要求1所述的板式反应器，其特征在于，还包括：
气路分配器，使用圆台式气路。


3.根据权利要求1所述的板式反应器，其特征在于，重整器内为平行通道结构，所述平行通道结构包括若干翅片。


4.根据权利要求1所述的板式反应器，其特征在于，
重整反应段的催燃反应器，采用进口通道标砖偏差和板压降最小的圆角树形进气歧管。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的板式反应器，其特征在于，
通过以下公式估算甲醇转化率：



液时空速(LHSV)通过下式计算：



其中，Vin为甲醇水溶液流量，ml/min；ρmix为甲醇水溶液密度，g/ml；Vout为出口气体产物流量，ml/min；δ为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周传刚，
申请(专利权)人：广东蓝玖新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44