帶超聲輔助汽化的重整制氫微反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醇類重整制氫微反應(yīng)器，尤其是涉及一種帶超聲輔助汽化的重整制氫微反應(yīng)器。
技術(shù)背景
[0002]隨著現(xiàn)代社會工業(yè)經(jīng)濟的高速發(fā)展，尤其是汽車工業(yè)的發(fā)展，能源緊缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為新世紀(jì)時代人類面臨的兩大重大生存挑戰(zhàn)。一方面，日益壯大的汽車工業(yè)正快速消耗著石油資源，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藏量將在2054年枯竭，到時侯汽車靠什么動力驅(qū)動將是人類面臨的一個重大難題。另一方面，日益增多的汽車排出的大量尾氣中含有上百種不同的化合物，其中的污染物如固體懸浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔?、鉛及硫氧化合物等已造成嚴(yán)重的大氣污染。
[0003]在此能源短缺與環(huán)境污染的大背景下，高效、清潔能源的研發(fā)與推廣勢不可擋。氫能由于其燃燒熱值高、沒有污染物、來源廣泛等優(yōu)點，成為新能源的焦點，大力發(fā)展氫能源將有益于緩解能源短缺和環(huán)境污染的問題。
[0004]為了實現(xiàn)氫能的推廣應(yīng)用，必須解決氫氣的儲存和運輸問題。采用醇類燃料現(xiàn)場重整產(chǎn)生氫氣是解決上述問題的一種有效辦法。
[0005]制氫反應(yīng)器是實現(xiàn)醇類現(xiàn)場重整制氫的核心部件。近年來，世界各國不少相關(guān)單位開展了對重整制氫反應(yīng)機理的研究，并已制造出重整制氫反應(yīng)器。當(dāng)前的重整制氫微反應(yīng)器包括微通道式和微凸臺式等，這些微反應(yīng)器一般包含蒸發(fā)腔、重整反應(yīng)腔、加熱單元等結(jié)構(gòu)，重整反應(yīng)開始時液態(tài)的醇水混合物進入蒸發(fā)腔，吸收熱量后變成氣體，之后進入反應(yīng)腔進行重整反應(yīng)。這種反應(yīng)器制作簡單，容易裝配，但是反應(yīng)物由液態(tài)形式進入蒸發(fā)腔然后吸熱迅速膨脹為氣體，使得重整反應(yīng)腔入口流量不穩(wěn)定、脈動劇烈，會嚴(yán)重地影響重整制氫反應(yīng)的反應(yīng)效率，降低反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率、氫氣的選擇性。
[0006]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01210448874.4)公開了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)金屬薄板作為反應(yīng)載體，具有較高表面積體積比，可實現(xiàn)較大的體積能量密度。
[0007]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01310558909.4)公開了一種帶環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)的重整制氫微反應(yīng)器。該反應(yīng)器將環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)作為重整制氫的反應(yīng)載體，反應(yīng)物從圓周進入，產(chǎn)物從圓心流出，提高了反應(yīng)流體在反應(yīng)載體中的分布均勻性，增大了反應(yīng)器的比表面積，有利于提高反應(yīng)器的反應(yīng)效率。
[0008]綜上，現(xiàn)有的微型醇類重整制氫反應(yīng)器都是通過優(yōu)化重整反應(yīng)腔中反應(yīng)載體的結(jié)構(gòu)，以提高反應(yīng)腔內(nèi)流速分布均勻度。盡管現(xiàn)有的優(yōu)化結(jié)構(gòu)能在制氫效率方面有出色表現(xiàn)，但未能解決重整反應(yīng)腔入口流量脈動劇烈的問題，反應(yīng)物由液體形式進入蒸發(fā)腔，與加熱單元的接觸面積小，接觸到加熱單元的液體受熱突然汽化，未接觸加熱單元的液體則仍保持液狀，流量脈動大，不能從根本上保證反應(yīng)腔中流速的穩(wěn)定均勻分布，從而不能得到較高的傳質(zhì)傳熱效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種帶超聲輔助汽化的重整制氫微反應(yīng)器，能使反應(yīng)物混合均勻、蒸發(fā)迅速，能減小所需入口壓力；能解決重整反應(yīng)腔入口流量脈動劇烈的問題，保證反應(yīng)腔中流速穩(wěn)定均勻分布，提高整體反應(yīng)效率。
[0010]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0011]本發(fā)明從下至上依次包括下蓋板、蒸發(fā)單元、預(yù)熱單元、重整制氫微反應(yīng)單元和上蓋板；從下至上依次組成霧化蒸發(fā)腔、預(yù)熱腔、重整制氫反應(yīng)腔和產(chǎn)物氣體緩沖腔。
[0012]所述下蓋板是一塊凸?fàn)顖A形板，凸?fàn)顖A形板的凹槽底面上裝有超聲波換能器，凸緣左、右兩側(cè)各開有一個進料孔，重整制氫反應(yīng)開始前，還原氣體從一側(cè)進料孔通入，重整制氫反應(yīng)物由另一側(cè)進料孔通入；下蓋板臺肩同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔。
[0013]所述蒸發(fā)單元是一塊圓形結(jié)構(gòu)的加熱板，上表面為平面，下表面開有凹槽，凹槽內(nèi)分布有用于增大對霧化液滴的加熱面積的圓形陣列的凸臺；蒸發(fā)單元上開有放射狀分布的、用于氣體流通的扇形孔；下蓋板上表面和蒸發(fā)單元下表面構(gòu)成微反應(yīng)器的霧化蒸發(fā)腔。
[0014]所述預(yù)熱單元是一塊圓形結(jié)構(gòu)的加熱板，上表面為平面，下表面開有凹槽，凹槽內(nèi)分布有用于增大對氣體預(yù)熱面積的圓形陣列的凸臺；預(yù)熱單元中心處開有貫通的流道孔，蒸發(fā)單元上表面和預(yù)熱單元下表面構(gòu)成微反應(yīng)器的預(yù)熱腔。
[0015]所述重整制氫單元是一塊圓形板，上表面為平面，下表面開有凹槽，凹槽內(nèi)分布有圓形陣列的凸臺，微凸臺表面涂覆有作為重整制氫的反應(yīng)載體催化劑，微凸臺的高度與凹槽高度相等，裝配時微凸臺與預(yù)熱單元的上表面相接觸；重整制氫單元上開有用于放置熱電偶的孔，重整制氫單元的微凸臺外圍處開有等距分布的弧形流道，預(yù)熱單元上表面和重整制氫單元下表面構(gòu)成微反應(yīng)器的重整制氫反應(yīng)腔。
[0016]所述上蓋板是一塊凸?fàn)顖A形板，板中心處有一圓形流道孔，上蓋板臺肩同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔，該螺栓孔的直徑與數(shù)量均與下蓋板臺肩的螺栓直徑和數(shù)量相等，重整反應(yīng)單元的上表面和上蓋板的下表面組成產(chǎn)物氣體緩沖腔。
[0017]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0018]1、反應(yīng)物液體通過進料孔進入霧化腔后在超聲換能器的作用下霧化成飄逸氣霧，霧化液滴接觸蒸發(fā)單元后迅速吸熱蒸發(fā)成氣體，即霧化之后立即汽化，這種霧化蒸發(fā)方式使反應(yīng)物液體混合均勻，大大提高工質(zhì)液體的蒸發(fā)效率。
[0019]2、反應(yīng)物液體霧化蒸發(fā)是一個連續(xù)過程，該過程中氣體體積膨脹，壓強增大，能減小反應(yīng)器所需入口壓力。
[0020]3、可以通過調(diào)節(jié)超聲換能器的功率達到調(diào)節(jié)重整反應(yīng)腔入口氣體流量的目的。
[0021]4、通過超聲波換能器的霧化作用，反應(yīng)物液化蒸發(fā)過程連續(xù)，能顯著減小重整制氫單元入口氣體的流量脈動，提高反應(yīng)腔內(nèi)流速分布均勻度，提高反應(yīng)效率。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明整體的平面結(jié)構(gòu)主視圖。
[0023]圖2是本發(fā)明整體的平面結(jié)構(gòu)左視圖。
[0024]圖3是本發(fā)明整體的平面結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0025]圖4是本發(fā)明三維結(jié)構(gòu)向上爆炸圖。
[0026]圖5是本發(fā)明三維結(jié)構(gòu)向下爆炸圖。
[0027]圖6是本發(fā)明上蓋板的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0028]圖7是本發(fā)明重整反應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0029]圖8是本發(fā)明預(yù)熱單元的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0030]圖9是本發(fā)明蒸發(fā)單元的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0031]圖10是本發(fā)明下蓋板的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0032]圖11是本發(fā)明的流體流動路徑簡圖。
[0033]圖中:1、下蓋板，2、蒸發(fā)單元，3、預(yù)熱單元，4、重整反應(yīng)單元，5、上蓋板，6、超聲波換能器，7、進料孔，8、產(chǎn)物出口，9、熱電偶孔。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0035]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本發(fā)明從下至上依次包括下蓋板1、蒸發(fā)單元2、預(yù)熱單元3、重整制氫微反應(yīng)單元4和上蓋板5 ;從下至上依次組成霧化蒸發(fā)腔、預(yù)熱腔、重整制氫反應(yīng)腔和產(chǎn)物氣體緩沖腔。這些結(jié)構(gòu)之間均加有石墨墊片密封。所述下蓋板1底部安裝有超聲換能器6，左右兩側(cè)各開有一進料孔，蒸發(fā)單元2的下表面有圓形陣列的凸臺，可大大增大加熱面積。重整制氫的液體反應(yīng)物通過進料孔7進入霧化腔，在超聲換能器的振動作用下發(fā)生霧化，霧化液滴接觸蒸發(fā)單元后迅速蒸發(fā)，在增大的壓強的推動下進入后續(xù)結(jié)構(gòu)繼續(xù)參與后續(xù)反應(yīng)。
[0036]如圖10所示，所述下蓋板1是一塊凸?fàn)顖A形板，凸?fàn)顖A形板的凹槽底面上裝有超聲波換能器6，凸緣左、右兩側(cè)各開有一個進料孔7，重整制氫反應(yīng)開始前，還原氣體從一側(cè)進料孔通入，重整制氫反應(yīng)物由另一側(cè)進料孔通入；下蓋板1臺肩同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔。
[0037]如圖9所示，所述蒸發(fā)單元2是一塊圓形結(jié)構(gòu)的加熱板，上表面為平面，下表面開有凹槽，凹槽內(nèi)分布有用于增大對霧化液滴的加熱面積的圓形陣列的凸臺；蒸發(fā)單元2上開有放射狀分布的