一种醇类重整微反应器及制氢方法技术

本发明专利技术公开了一种醇类重整微反应器及制氢方法，旨在不影响反应器流动能力的前提下提升反应器的换热能力。为此，本发明专利技术实施例提供的醇类重整微反应器，包括从上到下依次叠合设置的蒸发板、中隔板和重整板，蒸发板与中隔板之间形成有蒸发室，中隔板与所述重整板之间形成有重整室，蒸发室的出口与重整室的入口连通，重整室上负载有制氢催化剂，蒸发板、中隔板和/或重整板上还设有加热元件，蒸发室由蛇形直微流道或蛇形波纹微流道构成，重整室由蛇形直微流道或蛇形波纹微流道构成，蛇形直微流道由若干首尾顺次相接且相互平行的直线流道段组成；蛇形波纹微流道由若干首尾顺次相接且相互平行的正弦波纹段组成，直线流道段上设有丁胞。胞。胞。

【技术实现步骤摘要】
一种醇类重整微反应器及制氢方法


[0001]本专利技术属于能源与动力
，尤其涉及一种醇类重整微反应器及制氢方法。

技术介绍

[0002]氢气是氢能的主要载体，同时也是PEMFC的消耗的直接原料，氢气具有绿色清洁、零碳排放、可再生且制备途径广泛等突出优势，但由于氢气的储运问题限制了氢气的广泛应用。为了解决氢气的储运难题，一种切实有效的解决方案即为用其他的液态氢能载体(如，甲醇、乙醇和丙三醇等醇类)取代氢气以避免其储运难题。醇类具有高能量密度、高能量转化率，同时醇类在常温常压下均为液态，更易于运输和储存，且又可通过醇类重整反应制取氢气供给PEMFC，因此也具有很广泛的应用前景。
[0003]醇类重整实时制氢技术目前存在反应器性能不佳的限制，而近来新兴的微反应器由于具有微流道结构而广受关注。但是传统微流道的换热能力与流动能力在一定程度上相互限制，进而限制了微反应器中醇类重整制氢性能，有待进一步设计优化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种醇类重整微反应器及制氢方法，旨在不影响反应器流动能力的前提下提升反应器的换热能力。
[0005]为此，本专利技术实施例提供的醇类重整微反应器，包括从上到下依次叠合设置的蒸发板、中隔板和重整板，所述蒸发板与中隔板之间形成有蒸发室，所述中隔板与所述重整板之间形成有重整室；
[0006]所述蒸发室的出口与所述重整室的入口连通，所述重整室上负载有制氢催化剂，所述蒸发板、中隔板和/或重整板上还设有加热元件；
[0007]所述蒸发室由蛇形直微流道或蛇形波纹微流道构成，所述重整室由蛇形直微流道或蛇形波纹微流道构成；其中，
[0008]所述蛇形直微流道由若干首尾顺次相接且相互平行的直线流道段组成；
[0009]所述蛇形波纹微流道由若干首尾顺次相接且相互平行的正弦波纹段组成所述直线流道段上设有丁胞。
[0010]具体的，每条所述正弦波纹段上均匀设有若干丁胞。
[0011]具体的，所述丁胞在每条所述直线流道段上均匀设置多个。
[0012]具体的，所述蒸发板、中隔板和/或重整板上还设有测温热电偶。
[0013]具体的，所述制氢催化剂涂覆在所述微流道上。
[0014]具体的，所述制氢催化剂采用铜基催化剂或铜基氧载体。
[0015]一种利用上述醇类重整微反应器的制氢方法，首先，将醇类物质通入蒸发室，并在加热元件提供的热源作用下在蒸发室中汽化获得混合蒸汽；随后，混合蒸汽进入重整室；最后，在催化剂作用下发生醇类水蒸气重整反应，实现现场制氢。
[0016]具体的，所述醇类物质为甲醇、乙醇或丙三醇
[0017]本专利技术在研究醇类水蒸气催化重整反应的基础上，总结了其反应特点与影响因素，以“增大换热面积、增强流体扰动”两个方面为目的，基于传统蛇形直微流道(DM)，引入正弦波纹与丁胞结构，设计出了三种新型微流道微流道，分别为带丁胞的蛇形直微流道(DMD)、蛇形波纹微流道(SM)和带丁胞的蛇形波纹微流道(SMD)，与现有技术相比，本专利技术至少一个实施例具有如下有益效果：
[0018]1、在蛇形直微流道的基础上，增加设计了正弦波纹：正弦波纹设计将直微流道转变为波纹微流道，与直微流道相比，正弦微流道中冷热流体具有极强的混合效应，其内部流体伴随着分离流和振荡流形成存在流动不稳定现象；总而言之，特殊的正弦波纹结构可以极大地提高微流道换热能力，而阻力系数增加很少，强化微流道热质输运过程，进而提高微流道反应器的制氢性能(氢原子利用率、氢气相对浓度和氢气产率)；
[0019]2、在蛇形直微流道的基础上，增加设计了丁胞结构，丁胞结构是设计在流道内的规则或不规则的排布和大小的凸起和凹陷，与直微流道相比，丁胞增大了换热面积，伴随着涡流和二次流的形成造成了流体的局部边界层不稳定现象，在蛇形波纹型微流道中添加丁胞结构甚至会发生丁胞减阻效应。总而言之，特殊的丁胞结构也能提高换热能力，阻力系数有小幅度增加甚至是减少，强化微流道热质输运过程，进而提高微流道反应器的制氢性能。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本专利技术实施例提供的醇类重整微反应器原理示意图；
[0022]图2是本专利技术实施例提供的醇类重整微反应器结构示意图；
[0023]图3是本专利技术实施例涉及的一种微流道结构示意图；
[0024]图4是本专利技术实施例涉及的另一种微流道结构示意图；
[0025]图5是本专利技术实施例涉及的不同类型微流道换热能力与流动能力仿真示意图；
[0026]图6是本专利技术实施例涉及的波纹微流道截面密度及温度分布仿真云图；
[0027]图7是本专利技术实施例涉及的微流道主要涡核分布仿真示意图；
[0028]图8是本专利技术实施例涉及的蛇形直微流道进口段速度矢量仿真示意图；
[0029]图9是本专利技术实施例涉及的带丁胞的蛇形直微流道出口段速度矢量仿真示意图；
[0030]图10是本专利技术实施例涉及的波纹微流道转角处速度矢量仿真示意图；
[0031]图11是本专利技术实施例涉及的带丁胞的波纹微流道丁胞处速度矢量仿真示意图；
[0032]图12是本专利技术实施例涉及不同类似醇类重整微反应器产氢性能关系图；
[0033]其中：1、蒸发板；2、中隔板；3、重整板；4、蒸发室；5、重整室；6、蛇形直微流道；601、直线流道段；7、加热元件；8、测温热电偶；9、丁胞；10、蛇形波纹微流道；101、正弦波纹段。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0036]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种醇类重整微反应器，其特征在于：包括从上到下依次叠合设置的蒸发板(1)、中隔板(2)和重整板(3)，所述蒸发板(1)与中隔板(2)之间形成有蒸发室(4)，所述中隔板(2)与所述重整板(3)之间形成有重整室(5)；所述蒸发室(4)的出口与所述重整室(5)的入口连通，所述重整室(5)上负载有制氢催化剂，所述蒸发板(1)、中隔板(2)和/或重整板(3)上还设有加热元件(7)，所述蒸发室(4)由蛇形直微流道(6)或蛇形波纹微流道(10)构成，所述重整室(5)由蛇形直微流道(6)或蛇形波纹微流道(10)构成；其中，所述蛇形直微流道(6)由若干首尾顺次相接且相互平行的直线流道段(601)组成，所述蛇形波纹微流道(10)由若干首尾顺次相接且相互平行的正弦波纹段(101)组成，所述直线流道段(601)上设有丁胞(9)。2.根据权利要求1所述的醇类重整微反应器，其特征在于：每条所述正弦波纹段(101)上均匀设有若干丁胞(9)。3.根据权利要求1所述的醇类重整微反应器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙朝，孙志强，卢炜钦，徐然，徐升，周正若，张璇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：