帶環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)的重整制氫反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)的重整制氫反應(yīng)器。從上至下依次由進口蓋板、蒸發(fā)單元、反應(yīng)載體單元、加熱單元和出口蓋板疊加而成。反應(yīng)流體通過圓周排列的多個進口流入環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)，從圓心流出，提高了反應(yīng)流體在反應(yīng)載體中的分布均勻性，有利于提高反應(yīng)器的反應(yīng)效率；該重整制氫反應(yīng)器采用環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)作為反應(yīng)載體，增大了反應(yīng)器的比表面積，同時提高了反應(yīng)的傳熱傳質(zhì)性能；本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、成本較低，可廣泛用于烴類以及甲醇、酒精等各種醇類重整制氫領(lǐng)域。
【專利說明】帶環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)的重整制氫反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種重整制氫反應(yīng)器，尤其是涉及一種帶環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)的重整制氫反應(yīng)器。
技術(shù)背景
[0002]在工業(yè)經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，能源緊缺和環(huán)境污染已成為人類面臨的重大挑戰(zhàn)。一方面，石油、煤炭資源日益枯竭，人類未來的生存和發(fā)展亟需高效可靠的能源；另一方面，由于石油、煤炭等傳統(tǒng)資源的使用導(dǎo)致的環(huán)境污染也亟需改善。因此，開發(fā)清潔、高效的能源日益受到世界各國的關(guān)注。氫能由于其燃燒熱值高，沒有污染產(chǎn)物，來源廣泛等優(yōu)點，成為新能源的焦點，大力發(fā)展氫能源將有益于減緩能源短缺和環(huán)境污染的問題。
[0003]氫氣的儲存和運輸問題一直限制著氫能的推廣應(yīng)用，為實現(xiàn)氫能利用的商業(yè)化推廣，采用碳氫原料進行現(xiàn)場重整制氫是解決上述問題的有效方法。至今國內(nèi)外許多研究機構(gòu)都進行了重整制氫的研究，并制造出了各種重整制氫的反應(yīng)器。當前用于重整制氫的反應(yīng)器普遍是微通道式的反應(yīng)器，這種反應(yīng)器以平行陣列的微通道為反應(yīng)載體，氣體從一個流體進口流入各微通道，在微通道內(nèi)進行重整反應(yīng)，產(chǎn)物從另一側(cè)的流體出口流出。這種反應(yīng)器制作簡單，有較高的比表面積，反應(yīng)安全，但反應(yīng)流體在各微通道的分布不均勻，導(dǎo)致其反應(yīng)效率不高，降低了反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率、氫氣的選擇性。
[0004]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00910100100.0)介紹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，這種反應(yīng)器把平行陣列的微通道進一步優(yōu)化為平行陣列的微凸臺，提高了載體的比表面積，有利于提高反應(yīng)的效率。但是這種反應(yīng)器反應(yīng)流體從一個進口流入，從另一側(cè)的一個出口流出，反應(yīng)流體在反應(yīng)載體的分布仍然會有較高的不均勻性。
[0005]綜上，現(xiàn)有的重整制氫反應(yīng)器普遍存在流速分布均勻度不高的缺點。因此，有必要設(shè)計一種具有較高流速分布均勻度，較`高傳質(zhì)傳熱效率的重整制氫反應(yīng)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種帶環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)的重整制氫反應(yīng)器，采用環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)作為反應(yīng)載體，反應(yīng)流體通過圓周排列的多個進口流入環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)，從圓心流出，提高了反應(yīng)流體在反應(yīng)載體中的分布均勻性，從而能有效提高反應(yīng)器的反應(yīng)效率。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明包括從上至下依次由進口蓋板、蒸發(fā)單元、反應(yīng)載體單元、加熱單元和出口蓋板同軸疊加而成；其中:
1)進口蓋板為圓形板，進口蓋板同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔，進口蓋板中心有貫穿的流體進口孔；
2)出口蓋板為圓形板，出口蓋板同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔，出口蓋板中心有貫穿的流體出口孔，進口蓋板和出口蓋板的所有螺栓定位孔位置相對應(yīng)；3)蒸發(fā)單元為圓形板，蒸發(fā)單元的一面開有圓形凹槽，另一面為平面，圓形凹槽和進口蓋板下表面構(gòu)成了蒸發(fā)單元的蒸發(fā)腔，圓形凹槽的同一圓周上等距分布有貫穿的流體流通的流道孔；
4)反應(yīng)載體單元為圓形板，反應(yīng)載體單元的一面為平面，反應(yīng)載體單元的另一面開有圓形凹槽，反應(yīng)載體單元的圓形凹槽的直徑和蒸發(fā)單元的圓形凹槽一致，反應(yīng)載體單元的圓形凹槽上有環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)，在凹槽中心開有貫穿的流體流通的流道孔，反應(yīng)載體單元的圓形凹槽、環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)和蒸發(fā)單元的平面構(gòu)成反應(yīng)通道；
5)加熱單元為圓形板，加熱單元中心開有貫穿的流體流通的流道孔，在加熱單元(4)的圓周面朝圓心方向等距開有四個加熱棒孔和一個熱電偶孔；
6)進口蓋板、反應(yīng)載體單元、加熱單元和出口蓋板中心孔直徑均相同，進口蓋板、蒸發(fā)單元、反應(yīng)載體單元、加熱單元和出口蓋板每層之間加有密封墊片，通過在進口蓋板和出口蓋板用螺栓加壓緊固進行密封。
[0008]所述環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)為由內(nèi)而外環(huán)形排列的微凸臺組成，每一圓環(huán)上微凸臺等距布置，每一外環(huán)的微凸臺數(shù)目為其相鄰的內(nèi)環(huán)的微凸臺數(shù)目的I~1.5倍，微凸臺的高度低于反應(yīng)載體單元的圓形凹槽的深度。
[0009]本發(fā)明具有的有益效果是:
(I)反應(yīng)流體通過圓周排列的多個進口流入環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)，從圓心流出，提高了反應(yīng)流體在反應(yīng)載體中的分布均勻性，有利于提高反應(yīng)器的反應(yīng)效率。
[0010](2)該重整制氫反 應(yīng)器采用環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)作為反應(yīng)載體，增大了反應(yīng)器的比表面積，同時提高了反應(yīng)的傳熱傳質(zhì)性能。
[0011](3)該重整制氫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、成本較低，可廣泛用于烴類以及甲醇、酒精等各種醇類重整制氫領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0013]圖2是本發(fā)明進口蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明蒸發(fā)單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明反應(yīng)載體單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明加熱單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖6是本發(fā)明出口蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖7是本發(fā)明的流體流動路徑示意圖。
[0019]圖中:1、進口蓋板,2、蒸發(fā)單元,3、反應(yīng)載體單元,4、加熱單元,5、出口蓋板?！揪唧w實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0021]如圖1所示,本發(fā)明從上至下依次由進口蓋板1、蒸發(fā)單元2、反應(yīng)載體單元3、加熱單元4和出口蓋板5同軸疊加而成。
[0022]如圖2所示，進口蓋板I為圓形板，進口蓋板I同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔，進口蓋板I中心有貫穿的流體進口孔。[0023]如圖6所示，出口蓋板5為圓形板，出口蓋板5同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔，出口蓋板5中心有貫穿的流體出口孔，進口蓋板I和出口蓋板(5)的所有螺栓定位孔位置相對應(yīng)。
[0024]如圖3所示，蒸發(fā)單元2為圓形板，蒸發(fā)單元2的一面開有圓形凹槽，另一面為平面，圓形凹槽和進口蓋板I下表面構(gòu)成了蒸發(fā)單元2的蒸發(fā)腔，圓形凹槽的同一圓周上等距分布有貫穿的流體流通的流道孔，流體從圓心流入四周流出，實現(xiàn)流體的加熱與蒸發(fā)。
[0025]如圖4所示,反應(yīng)載體單元3為圓形板,反應(yīng)載體單元3的一面為平面結(jié)構(gòu),反應(yīng)載體單元3的另一面開有圓形凹槽，反應(yīng)載體單元3的圓形凹槽的直徑和蒸發(fā)單元2的圓形凹槽一致，反應(yīng)載體單元3的圓形凹槽上有環(huán)形陣列的微凸臺，在凹槽中心開有貫穿的流體流通的流道孔，反應(yīng)載體單元3的圓形凹槽、環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)和蒸發(fā)單元2的平面構(gòu)成反應(yīng)通道，流體從四周流進環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)，進行重整制氫反應(yīng)，產(chǎn)物從圓心流出。
[0026]如圖5所示，加熱單元4為圓形板，加熱單元4中心開有貫穿的流體流通的流道孔，在加熱單元4的圓周面朝圓心方向等距開有四個加熱棒孔和一個熱電偶孔；，四個加熱棒均為單頭電加熱管或者模具加熱棒，熱電偶為K型熱電偶 。
[0027]如圖1所示，進口蓋板1、反應(yīng)載體單元3、加熱單元4和出口蓋板5中心孔直徑均相同，進口蓋板1、蒸發(fā)單元2、反應(yīng)載體單元3、加熱單元4和出口蓋板5每層之間加有密封墊片，通過在進口蓋板I和出口蓋板5用螺栓加壓緊固進行密封。
[0028]如圖4所示，所述環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)為由內(nèi)而外環(huán)形排列的微凸臺組成，每一圓環(huán)上微凸臺等距布置，每一外環(huán)的微凸臺數(shù)目為其相鄰的內(nèi)環(huán)的微凸臺數(shù)目的I~
1.5倍，微凸臺的高度低于反應(yīng)載體單元3的圓形凹槽的深度。
[0029]進口蓋板1、蒸發(fā)單元2、加熱單元4和出口蓋板5是一圓形的不銹鋼板；反應(yīng)載體單元3是圓形的鑄鋁合金板。
[0030]微凸臺結(jié)構(gòu)由半固態(tài)微觸變成形技術(shù)加工而成，通過制造微凸臺結(jié)構(gòu)的模具進行半固態(tài)壓制成形，微凸臺上負載有銅基催化劑Cu/ZnOAl2O3。
[0031]本發(fā)明的重整反應(yīng)器制氫原理如下:
如圖7所示，是本發(fā)明的流體流動路徑示意圖，向進口蓋板I的圓心進口通入甲醇和水混合液體，液體進入蒸發(fā)單元2的蒸發(fā)腔進行加熱與蒸發(fā)，再進一步從四周的通道口進入反應(yīng)載體單元3的環(huán)形微凸臺陣列進行重整制氫反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物從圓心出口流出，并經(jīng)出口蓋板5最終流出。反應(yīng)所需的熱量由加熱單元4提供，并由置于其中的熱電偶測量反應(yīng)的溫度。
[0032]重整制氫時，通過加熱單元4將該反應(yīng)器預(yù)熱到250°C，先將氮氣通入該反應(yīng)器，以去除該反應(yīng)器的空氣，再將n2/h2混合氣體通入反應(yīng)器，對反應(yīng)載體單元的微凸臺上負載的銅基催化劑進行2小時還原，然后把甲醇和水混合液體按1:1.2的比例通入反應(yīng)器進行重整反應(yīng)，生成氫氣從出口蓋板5流出，實現(xiàn)重整制氫。
[0033]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種帶環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)的重整制氫反應(yīng)器，其特征在于:從上至下依次由進口蓋板(I)、蒸發(fā)單元(2)、反應(yīng)載體單元(3)、加熱單元(4)和出口蓋板(5)同軸疊加而成；其中: 1)進口蓋板(I)為圓形板，進口蓋板(I)同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔，進口蓋板⑴中心有貫穿的流體進口孔； 2)出口蓋板(5)為圓形板，出口蓋板(5)同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔，出口蓋板(5)中心有貫穿的流體出口孔，進口蓋板(I)和出口蓋板(5)的所有螺栓定位孔位置相對應(yīng)； 3)蒸發(fā)單元(2)為圓形板，蒸發(fā)單元(2)的一面開有圓形凹槽，另一面為平面，圓形凹槽和進口蓋板(I)下表面構(gòu)成了蒸發(fā)單元(2)的蒸發(fā)腔，圓形凹槽的同一圓周上等距分布有貫穿的流體流通的流道孔； 4)反應(yīng)載體單元(3)為圓形板，反應(yīng)載體單元(3)的一面為平面，反應(yīng)載體單元(3)的另一面開有圓形凹槽，反應(yīng)載體單元(3)的圓形凹槽的直徑和蒸發(fā)單元(2)的圓形凹槽一致，反應(yīng)載體單元(3)的圓、形凹槽上有環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)，在凹槽中心開有貫穿的流體流通的流道孔，反應(yīng)載體單元(3)的圓形凹槽、環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)和蒸發(fā)單元(2)的平面構(gòu)成反應(yīng)通道； 5)加熱單元(4)為圓形板，加熱單元(4)中心開有貫穿的流體流通的流道孔，在加熱單元(4)的圓周面朝圓心方向等距開有四個加熱棒孔和一個熱電偶孔； 6)進口蓋板⑴、反應(yīng)載體單元(3)、加熱單元⑷和出口蓋板(5)中心孔直徑均相同，進口蓋板(I)、蒸發(fā)單元(2)、反應(yīng)載體單元(3)、加熱單元(4)和出口蓋板(5)每層之間加有密封墊片，通過在進口蓋板(I)和出口蓋板(5)用螺栓加壓緊固進行密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)的重整制氫反應(yīng)器，其特征在于:所述環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)為由內(nèi)而外環(huán)形排列的微凸臺組成，每一圓環(huán)上微凸臺等距布置，每一外環(huán)的微凸臺數(shù)目為其相鄰的內(nèi)環(huán)的微凸臺數(shù)目的I~1.5倍，微凸臺的高度低于反應(yīng)載體單元(3)的圓形凹槽的深度。
【文檔編號】C01B3/38GK103569966SQ201310558909
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】梅德慶, 梁靈威, 錢淼, 婁心洋, 陳子辰 申請人:浙江大學(xué)