一种带微凸台阵列结构的自热型醇类重整制氢微通道反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种带微凸台阵列结构的自热型醇类重整制氢微通道反应器。三层板状反应载体上均带有微凸台阵列结构，上下层为单面微凸台阵列，中层为双面微凸台阵列，微凸台采用平行阵列排布。三层叠合形成入口成９０°的反应通道，通道两端分别设置有连接接头，气体入口处装有可拆卸式接头，出口处装有固定式接头。上层通道为催化重整制氢通道，下层通道为燃烧通道。两层通道结构均采用利于催化剂涂层沉积的开式结构形式。氢气等燃料气体在燃烧通道内燃烧产生大量热量，通过反应器中间层传递给催化重整制氢通道以满足水蒸气重整制氢反应的需要，反应器能自热运行制氢。本实用新型专利技术增大了反应器的比体积，提高了醇类重整制氢反应的产率。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种醇类重整制氢微通道反应器，尤其是一种带微凸台阵列 结构的自热型醇类重整制氢微通道反应器。 技术背景能源和资源是人类赖以生存和发展的源泉，随着社会经济的发展，已有的 能源和资源正在以越来越快的速度消耗。随着石油等常规资源日益枯竭和环境 污染的日益严重，开发和利用清洁、廉价的燃料资源受到各国的普遍关注。其 中氢能由于具有资源丰富、热值高、无污染等优点而得到了各国的普遍关注， 应用日益广泛。车载燃料电池是氢能应用的一个重要途径。直接把氢气作为燃料电池电动 车的燃料，它的体积能量密度较低，不便于携带和添加，而且使用高压容器或 储氢材料储氢也还存在许多有待克服的安全和技术问题。液态的烃类或醇类用 "化学"方法储备氢，具有较高的能量密度，烃类或醇类还具有宜于携带运输、可 以像汽油一样加注等优点，因而它们的重整制氢研究对于氢燃料电池等耗氢设 备很有价值。于是，液态技术及其反应装置的研究将具有广阔的应用前景。醇类重整制氢反应机理研究和高效醇类重整制氢催化剂制造是醇类重整制 氢技术研究的一个重要方面。国内外相关单位都对其进行了细致的研究，并研 制出了适合甲醇、乙醇等不同醇类重整制氢的催化剂。醇类重整制氢反应器的 设计开发是醇类重整技术研究的另一个重要方面。重整制氢反应器根据反应器 结构不同可分为管式和板式两种不同形式的制氢反应器。其中，隶属于板式制 氢反应器的微通道制氢反应器具有以下特点在传质、传热、恒温等性能方面 的表现都明显优于传统反应器；尺寸小、比体积较大、微通道规整，便于运输 又安全快捷；通道较小使得反应器可在爆炸范围内操作而无需任何特殊保护措 施(火焰在微通道反应器中受到抑制而无法扩展)；通过增加反应器尺寸或增 加反应器单元即可扩大反应规模。由于上述诸多优点使得醇类重整制氢微通道 反应器技术到了各国的广泛关注。近些年来，世界各国的不少相关单位开展了对微通道制氢反应机理的研究 并已制造出不同的重整制氢微通道反应器，可用于军事、航空航天、交通等不 同领域。但一方面微通道反应器的催化剂附着程度和实际化学反应面积是影响反应器性能的基本条件，仍需提高这两个基本条件从而不断地设计性能更佳的 微通道反应器；另一方面，反应器的小型化使通道的制造需采用特殊的加工方 法，这些方法包括硅体微加工(湿法刻蚀和干法刻蚀)，超精密加工和LIGA技 术等。而这些技术由于成本较高等因素不利于微通道反应器的大规模制造，影 响着微通道反应器的应用范围。因此，设计易于加工、成本较低和易于催化剂 涂层的微通道反应器结构和制造工艺方法是氢微反应器技术的重要发展方向。美国专利技术专利(专利号US6， 190, 624B1)曾公开了一种板式反应器，它 主要一侧用于发生化学反应，另一侧用于利用低温流体带走反应释放的热量或 用于利用高温流体带来反应所需的热量。同时，这种板式反应器还加入了板翅 结构，提高了反应器整体传热效率，但此反应器催化剂装填较困难。中国专利技术专利(申请号200310122344.1)公开了一种微通道板翅式水蒸气 重整制氢反应器。该微通道反应器由两个燃烧腔， 一个重整腔和两个汽化腔组 成，腔与腔之间通过导热板传热。在燃烧腔实现燃料燃烧反应，在重整腔实现 燃料重整反应。燃烧腔反应产生热量通过中间导热板向燃烧腔提供热量。反应 器反应稳定后可实现自热运行，无需外供热。反应温度较低，运行稳定，可得 到较高氢浓度的重整混合气，但该反应器的加工方法较为复杂，成本相对较高。中国专利技术专利(申请号200610073173.1)公开了一种微型重整制氢反应器。 此反应器集成了燃烧尾气换热腔、重整尾气换热腔、燃烧腔和重整腔。反应器 对尾气进行了热利用，提高了整体热效率。这种反应器催化燃烧反应和重整反 应温度易于控制，运行稳定，适用于500W以下的燃料电池微型电源的氢源系统， 具有较大的应用范围，但该反应器在扩大规模方面存在局限性。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种带微凸台阵列结构的自热型醇类重整制氢 微通道反应器，结构紧凑，传热效率高，可配合其它反应部件而应用于小功率 制氢场合。本技术采用的技术方案是包括三层板状反应载体，在Z方向截面为凹型的上层板状反应载体内的X 方向为设置有等中心间距阵列分布的微凸台，Y方向为等中心间距阵列分布的 微凸台，X方向微凸台与Y方向微凸台中心间距之比为1:2，微凸台高度低于上 层板状反应载体下端面；中层板状反应载体上端面在X方向为等中心间距阵列 分布的微凸台，Y方向为等中心间距阵列分布的微凸台，X方向微凸台与Y方 向微凸台中心间距之比为1:2，在Y方向上的微凸台与上层板状反应载体微凸台错开半个中心距，中层板状反应载体下端面在x方向为等中心间距阵列分布的微凸台，Y方向为等中心间距阵列分布的微凸台，X方向微凸台与Y方向微凸 台中心间距为2:1，中层板状反应载体下端面在X方向和在Y方向上的微凸台 与上端面在X方向和在Y方向上的微凸台不错开；在Z方向截面为凹型的下层 板状反应载体上端面在X方向为等中心间距阵列分布的微凸台，Y方向为等中 心间距阵列分布的微凸台，X方向微凸台与Y方向微凸台中心间距之比为2:1， 在X方向上的微凸台与中层板状反应载体下端面微凸台错开半个中心距；三层 板状反应载体叠合形成入口成90。的反应通道，通道两端分别设置有连接接头， 气体入口处装有可拆卸式接头，出口处装有固定式接头。所述反应通道入口处布置有气体均匀分布网板。所述板状反应载体的材料为铝合金或铝镁合金。本技术具有的有益效果是(1) 本微通道反应器采用开式结构，利于沉积催化剂，易于控制粘结效果， 可使催化剂沉积均匀，防止催化剂脱落而导致反应器失效，从而提高微通道反 应器的使用寿命。(2) 各层通道采用带微凸台阵列结构的板状反应载体构成，与通道反应器相 比，在保证了一定的传热效率的前提下降低了反应器的质量。(3) 微通道反应器采用带微凸台阵列结构的板状反应载体上下叠合并采用真 空扩散焊接后构成微通道。通道上下层均带有微凸台阵列结构，并且每个微凸 台上均涂层催化剂，从而增大了反应接触面积，有利于醇类的转化，提高氢气 的生产率。(4) 微通道反应器采用微凸台阵列结构，结构的复杂使流体在通道内滞留时 间相对较长，从而有利于重整反应，进一步提高氢气产率。(5) 该类微通道反应器结构简单、紧凑，并且易于扩大规模，只需增加反应 器单元数量或板状反应载体叠合层数。(6) 带微凸台阵列结构的制氢微通道反应器可采用半固态微触变成形技术制 造，生产效率较高且成本较低，适合于大批量生产。附图说明图1是本技术去除连接接头的结构拆分立体图。 图2是本技术去除连接接头的外形装配图。 图3是本技术去除连接接头的结构拆分平面图。 图4是图3的A-A剖视图。图5是本技术外形装配剖视图。图6是本技术下层板状反应载体结构示意图。 图7是本技术中层板状反应载体结构示意图。 图8是本技术上层板状反应载体结构示意图。 图9是整个醇类重整制氢反应系统工作过程示意图。图中1、上层板状反应载体，2、中层板状反应载体，3、下层板状反应载 体，4、催化重整制氢通道，5、燃烧通道，6、微凸台阵列，7、气体均匀分布 网板，8、可拆卸式接头，9、固定式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带微凸台阵列结构的自热型醇类重整制氢微通道反应器，其特征在于：包括三层板状反应载体（１、２、３），在Ｚ方向截面为凹型的上层板状反应载体（１）内的Ｘ方向为设置有等中心间距阵列分布的微凸台，Ｙ方向为等中心间距阵列分布的微凸台，Ｘ方向微凸台与Ｙ方向微凸台中心间距之比为１∶２，微凸台高度低于上层板状反应载体（１）下端面；中层板状反应载体（２）上端面在Ｘ方向为等中心间距阵列分布的微凸台，Ｙ方向为等中心间距阵列分布的微凸台，Ｘ方向微凸台与Ｙ方向微凸台中心间距之比为１∶２，在Ｙ方向上的微凸台与上层板状反应载体（１）微凸台错开半个中心距，中层板状反应载体（２）下端面在Ｘ方向为等中心间距阵列分布的微凸台，Ｙ方向为等中心间距阵列分布的微凸台，Ｘ方向微凸台与Ｙ方向微凸台中心间距为２∶１，中层板状反应载体下端面在Ｘ方向和在Ｙ方向上的微凸台与上端面在Ｘ方向和在Ｙ方向上的微凸台不错开；在Ｚ方向截面为凹型的下层板状反应载体（３）上端面在Ｘ方向为等中心间距阵列分布的微凸台，Ｙ方向为等中心间距阵列分布的微凸台，Ｘ方向微凸台与Ｙ方向微凸台中心间距之比为２∶１，在Ｘ方向上的微凸台与中层板状反应载体（２）下端面微凸台错开半个中心距；三层板状反应载体（１、２、３）叠合形成入口成９０°的反应通道，通道两端分别设置有连接接头，气体入口处装有可拆卸式接头（８），出口处装有固定式接头（９）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱淼，梅德庆，姚喆赫，陈子辰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]