專利名稱：層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醇類重整制氫微反應(yīng)器，尤其是一種層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，汽車已逐步融入人們的生活當(dāng)中。然而，日益增多的汽車在改善人們生活的同時，也消耗著大量的石油等化石燃料，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。據(jù)世界能源組織統(tǒng)計按目前需求速率增長，世界所有已探明的石油蘊(yùn)藏量將在2054年左右枯竭，到時汽車靠什么動力驅(qū)動將是人類面臨的一個重大難題。因此，為了保證汽車工業(yè)、人類生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，非化石燃料驅(qū)動的新能源汽車的研發(fā)與推廣勢不可擋。我國“九五”、“十五”、“十一五”科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃都將新能源汽車的發(fā)展作為重要的科技攻關(guān)項目，這加速了我國對新能源汽車及其相關(guān)領(lǐng)域的研究與開發(fā)。新能源汽車主要包括三類純電動汽車、混合動力汽車及燃料電池汽車。純電動汽車電池能量效率較低，蓄電池還有充放電循環(huán)壽命、一次充放運(yùn)行距離等技術(shù)限制尚未突破，同時，電池壽命終止時將造成環(huán)境污染，這些都限制了純電動汽車的普及；混合動力汽車仍需依賴化石燃料，同時還受到卡諾循環(huán)的限制，只能作為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車與電動汽車的過渡產(chǎn)品；燃料電池汽車由于其具有低排放、高效與高性能而受到了研究者的廣泛關(guān)注。尤其是氫燃料電池動力汽車，其采用氫氣作為燃料，基本實(shí)現(xiàn)了“零排放”(氫氣燃燒產(chǎn)物為水)，成為新能源汽車?yán)硐氲陌l(fā)展方向。然而，為了實(shí)現(xiàn)氫燃料電池動力汽車的大量推廣，必須解決汽車的供氫問題。采用醇類燃料現(xiàn)場重整產(chǎn)生氫氣，為車用燃料電池提供氫能是解決上述問題的有效辦法。實(shí)現(xiàn)醇類現(xiàn)場重整制氫的核心部件為反應(yīng)器。近些年來，世界各國的不少相關(guān)單位開展了對重整制氫反應(yīng)機(jī)理的研究并已制造出不同的重整制氫反應(yīng)器，可用于軍事、航空航天、交通等不同領(lǐng)域。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00510033759. O)公開了一種電啟動疊板式自動熱重整器。重整器集水蒸氣重整反應(yīng)和部分氧化重整反應(yīng)于一體，部分氧化重整反應(yīng)釋放出的能量用于水蒸氣重整反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器自熱運(yùn)行。同時，通過電加熱方式啟動重整器，減少重整器的啟動時間。該重整器結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00610073173. 1)公開了一種集成式微型重整制氫反應(yīng)器。此反應(yīng)器在集成燃燒與重整的同時，設(shè)置了燃燒尾氣換熱與重整尾氣換熱裝置，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器對尾氣的熱回收利用，提高了整體熱效率。這種反應(yīng)器的催化燃燒反應(yīng)和重整反應(yīng)溫度易于控制，運(yùn)行穩(wěn)定，適用于500W以下的燃料電池微型電源的氫源系統(tǒng)，具有較大的應(yīng)用范圍。該反應(yīng)器采用管式結(jié)構(gòu)，在擴(kuò)大規(guī)模方面存在局限性。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00820079472.0)公開了一種層疊式自熱微制氫反應(yīng)器。該反應(yīng)器集成了吸熱反應(yīng)芯片和放熱反應(yīng)芯片，采用半定位銷孔定位。該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，結(jié)構(gòu)形式易于擴(kuò)大，便于安裝。然而，在微通道芯片制造成本與效率方面存在局限性。
中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00910100100. O)公開了一種微凸臺陣列結(jié)構(gòu)的自熱型醇
類重整制氫微通道反應(yīng)器。該反應(yīng)器包含催化重整制氫通道和燃燒通道，重整制氫所需的熱量由燃燒通道提供，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的自熱運(yùn)行。通過采用微凸臺陣列結(jié)構(gòu)作為反應(yīng)載體，進(jìn)一步提高了反應(yīng)器能量效率。然而，該反應(yīng)器只設(shè)計了兩層微通道反應(yīng)器，尚未進(jìn)行反應(yīng)器的層疊設(shè)計。綜上所述，現(xiàn)有的傳統(tǒng)制氫反應(yīng)器體積較為龐大，燃料設(shè)備中儲存大量能量，具有很大危險性。而且，重整制氫反應(yīng)受到傳熱傳質(zhì)效率的限制，無法獲得最優(yōu)反應(yīng)器性能。而微型層疊式制氫反應(yīng)器雖然具有比表面積大，傳熱傳質(zhì)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但在微通道反應(yīng)載體制備與設(shè)計方面仍存在問題。因此，有必要設(shè)計一種高效，低成本的重整制氫微反應(yīng)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器，該反應(yīng)器采用微凸臺陣列結(jié)構(gòu)金屬板作為反應(yīng)載體，較微通道反應(yīng)載體板具有更高的表面積體積比，可獲得較大的體積能量效率；通過層疊設(shè)計，提高了反應(yīng)器催化劑的負(fù)載量，可有效地增加氫氣產(chǎn)率。同時，反應(yīng)載體采用適合大批量生產(chǎn)的效率高、成本低的半固態(tài)微觸變成形技術(shù)加工，有效降低制造成本。與中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00910100100. O)相比，該反應(yīng)器引入層疊結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了流道出入口布置形式，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)更加緊湊，傳熱傳質(zhì)效率更高，可用于中、小功率制氫場合。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明從上至下依次包括上蓋板組件，蒸發(fā)單元，第一加熱板，重整反應(yīng)制氫部件，第·二加熱板和下蓋板組件；其中
1)上蓋板組件包括矩形結(jié)構(gòu)的四周開有螺紋孔的上蓋板和入口不銹鋼管；入口不銹鋼管與上蓋板一側(cè)的流體進(jìn)口孔相連；
2)下蓋板組件包括矩形結(jié)構(gòu)的四周開有螺紋孔的下蓋板和出口不銹鋼管；出口不銹鋼管與下蓋板的流體出口孔相連，出口不銹鋼管與上蓋板的入口不銹鋼管相對應(yīng)；
3)蒸發(fā)單元包括兩塊結(jié)構(gòu)相同的蒸發(fā)板，每塊蒸發(fā)板為內(nèi)開有平行四邊形凹槽的矩形體，蒸發(fā)板的平行四邊形凹槽、上蓋板下表面、第一加熱板上表面構(gòu)成了蒸發(fā)單元的蒸發(fā)腔；
4)重整反應(yīng)制氫部件包括3 5個結(jié)構(gòu)相同的重整反應(yīng)制氫單元，呈上下層疊布置；每個重整反應(yīng)制氫單元包括底板、中間輔助平板、引流板和反應(yīng)載體；底板斜對角兩側(cè)開有作為工質(zhì)流體流通的流道孔，中間輔助平板為中間有正方形凹槽的矩形板；正方形凹槽中安裝有反應(yīng)載體，引流板為中間開有與蒸發(fā)板一致的平行四邊形凹槽的矩形板，引流板的平行四邊形凹槽、微凸臺陣列結(jié)構(gòu)和第一加熱板下表面構(gòu)成反應(yīng)腔；工質(zhì)流體通過底板一側(cè)遠(yuǎn)離入口不銹鋼管的流道孔流入重整反應(yīng)制氫單元的反應(yīng)腔，從另一側(cè)靠近入口不銹鋼管的流道孔流出重整反應(yīng)制氫單元的反應(yīng)腔；第一加熱板與第二加熱板結(jié)構(gòu)相同，在兩側(cè)面對角線處均開有加熱棒孔，在加熱板側(cè)面設(shè)有熱電偶，第一加熱板上表面一側(cè)開有流道孔，流道孔軸線與加熱棒孔軸線垂直，第一加熱板的流道孔與上蓋板的流體進(jìn)口孔同軸布置并相通，第二加熱板上表面加工有流道孔，第二加熱板的流道孔與重整反應(yīng)制氫單元的底板一側(cè)的流道孔、下蓋板一側(cè)的流體出口孔同軸布置并相通；層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器由上蓋板，兩塊蒸發(fā)板，第一加熱板，3 5個重整反應(yīng)制氫單元，第二加熱板，下蓋板層疊而成。所述反應(yīng)載體為上表面設(shè)有微凸臺陣列結(jié)構(gòu)的矩形板；反應(yīng)載體上的圓柱狀微凸臺結(jié)構(gòu)一致，平行排布，橫縱方向上微凸臺數(shù)量相同。
所述上蓋板、下蓋板材料為不銹鋼，反應(yīng)載體材料為半固態(tài)A356鋁合金，其余板的材料為普通鋁合金。本發(fā)明具有的有益效果是
I)該層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器采用帶微凸臺陣列結(jié)構(gòu)反應(yīng)載體，增大了微反應(yīng)器的表面積體積比，改善了微反應(yīng)器的傳熱傳質(zhì)性能，從而提高了微反應(yīng)器的能量效率。2)該微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊、小巧，通過優(yōu)化微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)尺寸，可用于小流量制氫場合。3)該層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器采用層疊形式，拆裝與催化劑負(fù)載容易；同時，通過簡單地增加重整反應(yīng)制氫單元，就可提高微反應(yīng)器的催化劑負(fù)載量，增加
氫氣產(chǎn)率。4)該微反應(yīng)器的反應(yīng)載體采用半固態(tài)微觸變成形技術(shù)加工而成，制造效率高，力口工成本低，適合大批量生產(chǎn)。本發(fā)明可作為中、小型氫源應(yīng)用于移動式氫燃料電池等耗氫設(shè)備。


圖I是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明上蓋板組件的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明下蓋板組件的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明蒸發(fā)單元所用的矩形體結(jié)構(gòu)蒸發(fā)板平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明重整反應(yīng)制氫部件中底板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明重整反應(yīng)制氫部件中中間輔助平板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明重整反應(yīng)制氫部件中引流板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明重整反應(yīng)制氫部件中反應(yīng)載體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明加熱板I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明加熱板2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為該微反應(yīng)器的流體流動路徑簡圖。圖中1、上蓋板組件，2、蒸發(fā)單元，3、第一加熱板，4、重整反應(yīng)制氫部件，5、第二加熱板，6、下蓋板組件,7、上蓋板,8、入口不銹鋼管,9、下蓋板，10、出口不銹鋼管，11、重整反應(yīng)制氫單元，12、底板，13、中間輔助平板，14、引流板，15、反應(yīng)載體，16、蒸發(fā)板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖I所示，本發(fā)明從上至下依次包括上蓋板組件I，蒸發(fā)單元2，第一加熱板3，重整反應(yīng)制氫部件4，第二加熱板5和下蓋板組件6 ;其中I)上蓋板組件1，如圖2所示包括矩形結(jié)構(gòu)的四周開有螺紋孔的上蓋板7和入口不銹鋼管8 ;入口不銹鋼管8與上蓋板7 —側(cè)的流體進(jìn)口孔相連。2)下蓋板組件6，如圖3所示包括矩形結(jié)構(gòu)的四周開有螺紋孔的下蓋板9和出口不銹鋼管10 ;出口不銹鋼管10與下蓋板9的流體出口孔相連，出口不銹鋼管10與上蓋板7的入口不銹鋼管8相對應(yīng)。3)蒸發(fā)單元2，如圖4所示包括兩塊結(jié)構(gòu)相同的蒸發(fā)板16，每塊蒸發(fā)板為內(nèi)開有平行四邊形凹槽的矩形體，蒸發(fā)板的平行四邊形凹槽、上蓋板7下表面、第一加熱板3上表面構(gòu)成了蒸發(fā)單元2的蒸發(fā)腔，實(shí)現(xiàn)了工質(zhì)流體如醇類燃料的蒸發(fā)與過熱。4)如圖5，圖6，圖7，圖8，圖9，圖10所示，重整反應(yīng)制氫部件4 :包括3 5個結(jié)構(gòu)相同的重整反應(yīng)制氫單元11，呈上下層疊布置；每個重整反應(yīng)制氫單元11包括底板12、 中間輔助平板13、引流板14和反應(yīng)載體15 ;底板12斜對角兩側(cè)開有作為工質(zhì)流體流通的流道孔，對于重整制氫反應(yīng)器，工質(zhì)流體可為甲醇和水混合液體，中間輔助平板13為中間有正方形凹槽的矩形板；正方形凹槽中安裝有反應(yīng)載體15，引流板14為中間開有與蒸發(fā)板16—致的平行四邊形凹槽的矩形板，引流板的平行四邊形凹槽的兩側(cè)三角形部分用于引流，使工質(zhì)流體較勻速的流入反應(yīng)通道，進(jìn)行重整制氫反應(yīng)。引流板14的平行四邊形凹槽、微凸臺陣列結(jié)構(gòu)和第一加熱板3下表面構(gòu)成反應(yīng)腔；工質(zhì)流體通過底板12 —側(cè)遠(yuǎn)離入口不銹鋼管8的流道孔流入重整反應(yīng)制氫單元11的反應(yīng)腔，從另一側(cè)靠近入口不銹鋼管8的流道孔流出重整反應(yīng)制氫單元11的反應(yīng)腔；第一加熱板3與第二加熱板5結(jié)構(gòu)相同，在兩側(cè)面對角線處均開有加熱棒孔，在加熱板側(cè)面設(shè)有熱電偶，第一加熱板3上表面一側(cè)開有流道孔，流道孔軸線與加熱棒孔軸線垂直，第一加熱板3的流道孔與上蓋板7的流體進(jìn)口孔同軸布置并相通，第二加熱板5上表面加工有流道孔，第二加熱板5的流道孔與重整反應(yīng)制氫單元11的底板12 —側(cè)的流道孔、下蓋板9 一側(cè)的流體出口孔同軸布置并相通。層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器由上蓋板7,兩塊蒸發(fā)板16,第一加熱板3，3 5個重整反應(yīng)制氫單元11，第二加熱板5，下蓋板9層疊而成。所述反應(yīng)載體15為上表面設(shè)有微凸臺陣列結(jié)構(gòu)的矩形板；反應(yīng)載體15上的圓柱狀微凸臺結(jié)構(gòu)一致，平行排布，橫縱方向上微凸臺數(shù)量相同。所述上蓋板7、下蓋板9材料為不銹鋼，反應(yīng)載體15材料為半固態(tài)A356鋁合金，其余板的材料為普通鋁合金。所述的反應(yīng)載體15為上表面制造有微凸臺陣列結(jié)構(gòu)的矩形板；反應(yīng)載體15上的微凸臺陣列結(jié)構(gòu)呈平行排布，相鄰微凸臺之間的中心間距為1.8 mm，橫縱方向上微凸臺數(shù)量相等。所有微凸臺結(jié)構(gòu)均為圓柱體，直徑為I mm，高為O. 5 mm。所述的層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器，上、下蓋板材料采用不銹鋼，反應(yīng)載體15材料采用半固態(tài)A356鋁合金，其余板材料采用普通鋁合金。所述的層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器采用柔性石墨墊與緊固螺栓相結(jié)合的方式進(jìn)行密封。不同板層之間均安置有柔性石墨墊，用于微反應(yīng)器的密封。上、下蓋板與入、出不銹鋼管采用氬弧焊方式連接與密封。微反應(yīng)器層疊裝配后用螺栓擰緊密封。所述的層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器的反應(yīng)載體15由半固態(tài)微觸變成形技術(shù)加工而成，其余部分由普通機(jī)械加工方式加工而成。反應(yīng)載體15的具體加工方法如下a.制造帶有微孔陣列的模具，并將其安裝在壓機(jī)上。由于模具溫度越高，工件成形效果更好，因此，在模具中設(shè)計加熱棒孔，通過電阻加熱棒和溫控儀將模具控制在設(shè)定溫度。b.將半固態(tài)A356鋁合金制成工件坯料，在感應(yīng)加熱爐內(nèi)加熱到半固態(tài)溫度(大約為580°C)，然后將其移至上述模具內(nèi)。c.壓機(jī)按照程序控制緩緩下壓，在坯料上成形出微凸臺陣列結(jié)構(gòu)。d.通過普通的銑削等機(jī)械加工，制造出反應(yīng)載體。所述的層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器，采用甲醇水蒸氣重整方式制氫，在制氫反應(yīng)通道中進(jìn)行的水蒸氣重整過程包括三個反應(yīng)，如下所示
甲醇重整(SR)
< 3< *H+H^
水汽逆變換(rWGS)
co2+h2^co+h2o ,
甲醇分解(DE)所述的反應(yīng)載體上負(fù)載有銅基催化劑Cu/Zn0/Al203，用于甲醇水蒸氣重整制氫。催化劑的負(fù)載方法如下
反應(yīng)載體在經(jīng)過成形加工、線切割過程后表面受到污染，留有污垢。為了腐蝕反應(yīng)載體表面氧化層，去除污垢，同時使其表面形成一定微結(jié)構(gòu)，增大反應(yīng)載體的表面積，提高催化劑與反應(yīng)載體的粘著力，須首先對反應(yīng)載體進(jìn)行催化劑負(fù)載前的預(yù)處理。具體過程為將反應(yīng)載體放入濃度為20 wt%的NaOH溶液中，室溫下腐蝕2 min左右，清洗后自然晾干。在完成預(yù)處理后，開始在反應(yīng)載體上負(fù)載催化劑。催化劑的涂覆主要分為兩步，第一步為在反應(yīng)載體上先涂覆一層Al2O3薄層，因為反應(yīng)載體為鋁合金材質(zhì),Al2O3薄層很大程度上增強(qiáng)了催化劑與反應(yīng)載體的粘著力；第二步為催化劑的涂覆及燒結(jié)。反應(yīng)載體上Al2O3薄層的涂覆實(shí)現(xiàn)Al2O3薄層的涂覆與燒結(jié)需制備鋁溶膠。采用硝酸鋁溶液和氨水混合攪拌制備鋁溶膠稱取硝酸鋁21. 3 g制成60被％的水溶液，用分液漏斗將硝酸鋁溶液緩慢滴入14. 5 ml的氨水中，并始終劇烈攪拌，持續(xù)I h。隨后繼續(xù)在恒溫30°C下攪拌2 h，得到鋁溶膠。將腐蝕過的反應(yīng)載體浸入鋁溶膠中，過一段時間后垂直勻速提拉出來，去除多余液體后在室溫中干燥若干小時。此后，將干燥好的反應(yīng)載體在爐中煅燒，I h升溫到400 °C并保溫2 h，隨爐冷卻。催化劑的涂覆及燒結(jié)將銅基催化劑粉末研細(xì)，與PVA溶液按I: I比例混合均勻，制成銅基催化劑漿體(這里的PVA溶液為聚乙烯醇顆粒在80-90 1的去離子水中溶解的飽和溶液)。把銅基催化劑漿體均勻涂覆在載有Al2O3薄層的反應(yīng)載體表面(這里不用去除多余液體，因為催化劑漿體相對鋁溶膠來說粘度要大得多)，在室溫中自然干燥一天。干燥后在爐中以5 °C/min的速度程序升溫至300 °C煅燒2 h后隨爐冷卻，最終在反應(yīng)載體表面成功負(fù)載一層有一定附著力的催化劑。本發(fā)明的甲醇重整制氫反應(yīng)的工作原理如下
圖11為該微反應(yīng)器的流體流動路徑簡圖。制氫反應(yīng)開始前，向微反應(yīng)器中通入保護(hù)氣氮?dú)?，一是為了預(yù)熱通道，二是為了清除通道內(nèi)的殘余空氣。氮?dú)獾牧髁坑少|(zhì)量流量計控制。接著，電阻加熱棒通電加熱微反應(yīng)器，使微反應(yīng)器按照5°c /min的速度程序升溫至2500C。于此同時，向微反應(yīng)器中通過含H2體積分?jǐn)?shù)5%的N2/H2混合氣體，對銅基催化劑進(jìn)行還原。等微反應(yīng)器還原完成后，將反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)至重整制氫反應(yīng)溫度后，工質(zhì)流體(如甲醇水的混合溶液)在注射泵等動力源的驅(qū)動下流入微反應(yīng)器的蒸發(fā)單元，經(jīng)過蒸發(fā)后獲得過熱的甲醇水混合蒸氣。接著，工質(zhì)氣體經(jīng)過加熱板一側(cè)的流道孔流入重整反應(yīng)制氫單元并聯(lián)排布的重整反應(yīng)制氫部件，進(jìn)行甲醇重整制氫過程，制得的高含量氫氣通過加熱板一側(cè)的通道孔、下蓋板組件流出微反應(yīng)器。在制氫過程中，微反應(yīng)器的溫度由熱電偶和溫控儀控制，工質(zhì)液體的流量由流量泵或液體流量計控制，制氫過程的壓力由壓力變送器監(jiān)控。
權(quán)利要求
1.一種層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器，其特征在于從上至下依次包括上蓋板組件(I)，蒸發(fā)單元(2)，第一加熱板(3)，重整反應(yīng)制氫部件(4)，第二加熱板(5)和下蓋板組件(6);其中:1)上蓋板組件(I):包括矩形結(jié)構(gòu)的四周開有螺紋孔的上蓋板(7)和入口不銹鋼管(8);入口不銹鋼管(8)與上蓋板(7) —側(cè)的流體進(jìn)口孔相連；2)下蓋板組件(6):包括矩形結(jié)構(gòu)的四周開有螺紋孔的下蓋板(9)和出口不銹鋼管(10);出口不銹鋼管(10)與下蓋板(9)的流體出口孔相連，出口不銹鋼管(10)與上蓋板(7)的入口不銹鋼管(8)相對應(yīng)；3)蒸發(fā)單元(2):包括兩塊結(jié)構(gòu)相同的蒸發(fā)板(16)，每塊蒸發(fā)板為內(nèi)開有平行四邊形凹槽的矩形體，蒸發(fā)板的平行四邊形凹槽、上蓋板(7)下表面、第一加熱板(3)上表面構(gòu)成了蒸發(fā)單元(2)的蒸發(fā)腔；4)重整反應(yīng)制氫部件(4):包括3 5個結(jié)構(gòu)相同的重整反應(yīng)制氫單元(11)，呈上下層疊布置；每個重整反應(yīng)制氫單元(11)包括底板(12)、中間輔助平板(13)、引流板(14)和反應(yīng)載體(15);底板(12)斜對角兩側(cè)開有作為工質(zhì)流體流通的流道孔，中間輔助平板(13)為中間有正方形凹槽的矩形板；正方形凹槽中安裝有反應(yīng)載體(15)，引流板(14)為中間開有與蒸發(fā)板(16) —致的平行四邊形凹槽的矩形板，引流板(14)的平行四邊形凹槽、微凸臺陣列結(jié)構(gòu)和第一加熱板(3)下表面構(gòu)成反應(yīng)腔；工質(zhì)流體通過底板(12) —側(cè)遠(yuǎn)離入口不銹鋼管(8)的流道孔流入重整反應(yīng)制氫單元(11)的反應(yīng)腔，從另一側(cè)靠近入口不銹鋼管(8)的流道孔流出重整反應(yīng)制氫單元(11)的反應(yīng)腔；第一加熱板(3)與第二加熱板(5)結(jié)構(gòu)相同，在兩側(cè)面對角線處均開有加熱棒孔，在加熱板側(cè)面設(shè)有熱電偶，第一加熱板(3)上表面一側(cè)開有流道孔，流道孔軸線與加熱棒孔軸線垂直，第一加熱板(3)的流道孔與上蓋板(7)的流體進(jìn)口孔同軸布置并相通，第二加熱板(5)上表面加工有流道孔，第二加熱板(5)的流道孔與重整反應(yīng)制氫單元(11)的底板(12) —側(cè)的流道孔、下蓋板(9) 一側(cè)的流體出口孔同軸布置并相通；層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器由上蓋板(7)，兩塊蒸發(fā)板(16)，第一加熱板(3)，3 5個重整反應(yīng)制氫單元(11)，第二加熱板(5)，下蓋板(9)層疊而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器，其特征在于所述反應(yīng)載體(15)為上表面設(shè)有微凸臺陣列結(jié)構(gòu)的矩形板；反應(yīng)載體(15)上的圓柱狀微凸臺結(jié)構(gòu)一致，平行排布，橫縱方向上微凸臺數(shù)量相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器，其特征在于所述上蓋板(7)、下蓋板(9)材料為不銹鋼，反應(yīng)載體(15)材料為半固態(tài)A356鋁合金，其余板的材料為普通鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器。反應(yīng)器由上蓋板、蒸發(fā)單元、第一加熱板、3~5個重整反應(yīng)制氫單元、第二加熱板、下蓋板層疊而成。其中，重整制氫單元包括底板、中間輔助平板、引流板和反應(yīng)載體。反應(yīng)載體上負(fù)載的催化劑，用于重整制氫反應(yīng)。反應(yīng)器重整所需的能量由安裝有加熱棒的加熱板提供。制氫時，重整燃料(如甲醇和水)通過上蓋板的流道孔進(jìn)入蒸發(fā)腔，吸熱升溫至過熱氣體后流入重整制氫單元進(jìn)行重整制氫反應(yīng)制得氫氣。本發(fā)明比表面積大，催化劑裝填、更換方便，整體結(jié)構(gòu)裝配容易，規(guī)模擴(kuò)大簡單，制造成本低、效率高，可用于中、小流量醇類重整制氫場合。
文檔編號C01B3/32GK102923656SQ20121044887
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者梅德慶, 錢淼, 姚喆赫, 婁心洋, 陳子辰 申請人:浙江大學(xué)