自热式重整制氢反应器制造技术

本发明专利技术涉及甲醇重整制氢反应器，尤其是一种自热式重整制氢反应器，其包括依次设置的前盖板、催化燃烧单元、重整制氢单元和后盖板，在催化燃烧单元的上方设置有一汽化单元，前盖板的后侧面凹陷形成有容纳腔，催化燃烧单元具有催化燃烧腔本体，催化燃烧腔本体的前侧面上设有内凹形成的容置腔，容置腔的中间开设有通孔，通孔内填充有催化燃烧催化剂，容置腔与容纳腔相对设置形成环状的预混腔，重整制氢单元包括若干块间隔排列并连接在一起的制氢反应板A和制氢反应板B，制氢反应板A的中段具有呈连续S型波浪的波浪结构，制氢反应板B的板面与制氢反应板A的板面相反，两者相同的板面相对设置形成间隔分布的螺旋形的制氢通道和螺旋形的导热通道。形的导热通道。形的导热通道。

【技术实现步骤摘要】
自热式重整制氢反应器


[0001]本专利技术涉及甲醇重整制氢反应器，尤其是一种自热式重整制氢反应器。

技术介绍

[0002]随着社会的进步，使用化石能源导致的环境问题越来越受到人们关注，各种替代化石能源的新能源开始推广和普及。其中，氢能及质子交换膜燃料电池技术，由于其环保性和能量高转化效率，有望成为理想的替代化石能源的新能源。
[0003]质子交换膜燃料电池技术日趋商业化，但制约氢能发展的瓶颈是氢作为分子量最小的气体，其具有较低的体积能量密度。在运输等移动应用领域，氢气的存储和运输难、成本高，且属于危险品压缩气体，存在安全性问题，阻碍了氢能的发展。
[0004]液态燃料由于储运的可靠性、便利性以及成熟的加注体系，在运输工具端重整制氢成为解决方案之一。其中，甲醇和乙醇等醇类作为氢的优良载体，以含氢量高、原料易得、制氢体系成熟和碳排放可循环回收利用等优点受到重点关注。尤其以甲醇水蒸汽重整为代表，其单位质量氢气产量比率高、反应温度低（200度～300度）及可小型化等优点，有望得到率先推广。
[0005]中国专利（申请号 201910323092 .X）公开了一种波纹基板
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多孔金属自热型甲醇重整制氢反应器，提出了使用波纹板列阵和甲醇催化燃烧腔和甲醇水汽重整腔层叠设计，通过燃烧腔与重整腔的差异性设计，提高反应器结构的紧凑性与功率密度；其中，波纹基板改善反应物分布的均匀性，多孔金属增大催化剂负载量与涂覆面积；使用轻质的波纹基板与多孔金属结构，实现轻量化，提高反应器的动态响应速度。/>[0006]但目前已公开的自热型甲醇重整制氢反应器存在使用两种或以上不同种类燃料问题，不利于应用推广，尤其在移动运输领域。此外，使用预先混合的甲醇和空气混合物有自爆自燃风险，且存放加注都需要做好对应安全措施。
[0007]使用外部燃料或能量维持制氢吸热反应，燃料消耗大，能量利用效率低。醇类重整制氢后反应产物为富氢气体（含氢量60%～70%），在进入高温质子交换膜燃料电池氢体发电后及进入低温质子交换膜燃料电池发电前，需分离纯化成纯氢气，其反应或提纯尾气均为含有少量氢气的可燃性气体，不可直接排放，不如用作自热重整放热燃料的来源。
[0008]自热重整反应中由于催化燃料反应速率远快于重整制氢反应，很难实现吸热、放热反应在每个单独区域同时耦合，进而产生热点和冷点，而热点会导致催化剂烧结、失活等问题，冷点的存在会使得催化剂利用率降低；而同时对各个单独反应区域进行监测和控制流量，又会导致系统及结构冗余。
[0009]现有的层叠式设计反应器使制氢吸热反应和燃烧供热的热交换仅存在于层与层之间，换热效率仍显不足；直通道设计使得催化剂接触表面积不足，蛇形通道设计的流速压力损失很大。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种自热式重整制氢反应器。
[0011]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自热式重整制氢反应器，包括依次设置的前盖板、催化燃烧单元、重整制氢单元和后盖板，在所述催化燃烧单元的上方设置有一汽化单元，所述前盖板的后侧面凹陷形成有容纳腔，所述催化燃烧单元具有与前盖板连接固定的催化燃烧腔本体，所述催化燃烧腔本体的前侧面上设有内凹形成的容置腔，所述容置腔的中间开设有通孔，所述通孔内填充有催化燃烧催化剂，容置腔与容纳腔相对设置形成环状的预混腔，所述重整制氢单元包括若干块间隔排列并连接在一起的制氢反应板A和制氢反应板B，所述制氢反应板A的中段具有呈连续S型波浪的波浪结构，该波浪结构的一面形成对角相通的流道A1，其另一面形成对角相通的流道A2，所述制氢反应板B的板面与制氢反应板A的板面相反，两者相同的板面相对设置形成间隔分布的螺旋形的制氢通道和螺旋形的导热通道。
[0012]进一步地，所述制氢反应板A上部开设有第一通孔和第二通孔，其下部开设有第三通孔和第四通孔，所述第一通孔和第三通孔的结构相同且呈对角线分布，所述流道A1的两端分别与第一通孔和第三通孔连通，第二通孔和第四通孔的结构相同且呈对角线分布，所述流道A2的两端分别与第二通孔和第四通孔连通；第一通孔的宽度小于第二通孔的宽度。即制氢反应板A的单面形成了对角想通的流道A1，其另一面形成了对角相同的流道A2。
[0013]进一步地，相对设置的制氢反应板A和制氢反应板B上波浪结构的波峰与波峰相对，且两者的波峰延通道行径的方向错开半个波峰设置，以形成螺旋前进的制氢通道和导热通道。
[0014]进一步地，所述制氢反应板A和制氢反应板B层叠后真空钎焊连接，且制氢反应板A和制氢反应板B上涂覆有制氢催化剂。如此设置，保证汽化后的制氢甲醇水与制氢催化剂的充分接触。
[0015]进一步地，所述前盖板的前侧面中间设有空气进气口，其下部边沿设有气体燃料进口，所述容纳腔的中间固定一分流引导件。通过分流引导件，可以使空气均匀进入预混腔。
[0016]更进一步地，所述分流引导件包括若干引导板和连接板，所述引导板沿空气进气口呈辐射状排列，引导板的一端固定在容纳腔壁上，其另一端固定在连接板上。如此设置，保证分流引导件的安装牢固性。
[0017]更进一步地，靠近所述通孔边沿朝向容纳腔凸出形成有凸缘，所述催化燃烧催化剂填充在凸缘围成的柱状结构中，所述凸缘的端面与连接板配合固定。设置凸缘，便于放置催化燃烧催化剂，也便于设置预混腔腔体。
[0018]更进一步地，所述凸缘的端面上均匀分布有若干导流孔。设置导流孔，便于混合后燃料均匀的从预混腔进入催化燃烧催化剂腔室中。
[0019]进一步地，所述催化燃烧腔本体侧壁的上下部各开设有一加热棒孔位。如此设置，提供燃烧催化反应的起燃温度。
[0020]进一步地，还包括过渡单元，所述过渡单元设置在催化燃烧单元和重整制氢单元之间，过渡单元具有过渡框，所述过渡框的前侧面上设有向内凹陷形成的引导弧面，所述引导弧面的下方开设有与导热通道连通的燃烧尾气引导口。设置过渡单元，将燃烧尾气的热量快速引导带入后续的重整制氢单元。
[0021]更进一步地，所述过渡框的侧壁上设有伸入燃烧尾气引导口的第一测温探头。设置第一测温探头，用于检测重整制氢单元进口处的反应温度。
[0022]进一步地，所述汽化单元包括两个并排连接在一起的第一汽化盒和第二汽化盒，所述第一汽化盒固定在催化燃烧腔本体的顶部，其内部设有催化燃烧燃料汽化腔，所述催化燃烧燃料汽化腔具有蛇形流道，所述蛇形流道的一端设有催化燃烧进液口，其另一端设有与预混腔联通的燃料气体出口，所述第二汽化盒的内部设有制氢燃料汽化腔，所述制氢燃料汽化腔具有与催化燃烧燃料汽化腔的蛇形流道结构相同的蛇形流道，该蛇形流道的一端设有制氢燃料进液口，其另一端设有与制氢通道联通的制氢气体出口。
[0023]催化燃烧甲醇水经催化燃烧燃料汽化腔汽化后与进入预混腔混合，实现气体之间的混合，确保热量传递；制氢甲醇水经制氢燃料汽化腔汽化后进入制氢通道。
[0024]更进一步地，所述催化燃烧进液口设置在第一汽化盒的一端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自热式重整制氢反应器，其特征在于：包括依次设置的前盖板（2）、催化燃烧单元、重整制氢单元和后盖板（15），在所述催化燃烧单元的上方设置有一汽化单元（6），所述前盖板（2）的后侧面凹陷形成有容纳腔（21），所述催化燃烧单元具有与前盖板（2）连接固定的催化燃烧腔本体（11），所述催化燃烧腔本体（11）的前侧面上设有内凹形成的容置腔（111），所述容置腔（111）的中间开设有通孔，所述通孔内填充有催化燃烧催化剂（1），容置腔（111）与容纳腔（21）相对设置形成环状的预混腔（112），所述重整制氢单元包括若干块间隔排列并连接在一起的制氢反应板A（13）和制氢反应板B（14），所述制氢反应板A（13）的中段具有呈连续S型波浪的波浪结构，该波浪结构的一面形成对角相通的流道A1（131），其另一面形成对角相通的流道A2（132），所述制氢反应板B（14）的板面与制氢反应板A（13）的板面相反，两者相同的板面相对设置形成间隔分布的螺旋形的制氢通道（20）和螺旋形的导热通道（21）。2.根据权利要求1所述的自热式重整制氢反应器，其特征在于：所述制氢反应板A（13）上部开设有第一通孔（133）和第二通孔（134），其下部开设有第三通孔（135）和第四通孔（136），所述第一通孔（133）和第三通孔（135）的结构相同且呈对角线分布，所述流道A1（131）的两端分别与第一通孔（133）和第三通孔（135）连通，第二通孔（134）和第四通孔（136）的结构相同且呈对角线分布，所述流道A2（132）的两端分别与第二通孔（134）和第四通孔（136）连通；第一通孔（133）的宽度小于第二通孔（134）的宽度。3.根据权利要求1所述的自热式重整制氢反应器，其特征在于：相对设置的制氢反应板A（13）和制氢反应板B（14）上波浪结构的波峰与波峰相对，且两者的波峰沿通道行径的方向错开半个波峰设置，以形成螺旋前进的制氢通道（20）和导热通道（21）。4.根据权利要求1所述的自热式重整制氢反应器，其特征在于：所述制氢反应板A（13）和制氢反应板B（14）层叠后真空钎焊连接，且制氢反应板A（13）和制氢反应板B（14）上涂覆有制氢催化剂。5.根据权利要求1所述的自热式重整制氢反应器，其特征在于：所述前盖板（2）的前侧面中间设有空气进气口（4），其下部边沿设有气体燃料进口（3），所述容纳腔（21）的中间固定一分流引导件（22）。6.根据权利要求5所述的自热式重整制氢反应器，其特征在于：所述分流引导件（22）包括若干引导板（221）和连接板（222），所述引导板（221）沿空气进气口（4）呈辐射状排列，引导板（221）的一端固定在容纳腔（21）壁上，其另一端固定在连接板（222）上。7.根据权利要求5所述的自热式重整制氢反应器，其特征在于：靠近所述通孔边沿朝向容纳腔（21）凸出形成有凸缘（113），所述催化燃烧催化剂（1）填充在凸缘（113）围成的柱状结构中，所述凸...

【专利技术属性】
技术研发人员：康新，潘尧尧，刘逦，
申请(专利权)人：常州创氢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：