[發明專利]一種自熱型層疊式微通道重整制氫反應器

有效

• 申請號: 201210411706.8
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102910584A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 吳汝素;邱孝新;劉小康;周偉;吳凡;廖建龍;單錦華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及甲醇重整制氫反應器，特別涉及一種自熱型層疊式微通道重整制氫反應器。

背景技術

能源危機和環境污染的日漸加劇迫使人們尋找新的環保能源，氫能源因其燃燒熱值高并且清潔環保等優點而受到廣泛關注。但是，直接供/儲氫存在著存儲能量密度低、危險性大、體積大且耗能、投資龐大等缺陷。因此，通過相關化學反應現場制得氫氣是解決上述問題的發展方向。

碳氫燃料的重整制氫是目前國內外常用的氫氣制取方法;特別是甲醇、乙醇等醇類物質可從可再生資源制得，把它們作為原料重整制氫，受到了人們更多地重視。蒸汽重整是目前使用最廣泛的制氫方式，目前全世界一半以上的氫氣是由蒸汽重整制得的;甲醇-水蒸汽重整(MSR)制氫因反應溫度低、產物氫氣含量高等優勢成為解決質子交換膜燃料電池(PEMFC)氫源的有效途徑。而目前蒸汽重整制氫反應器的結構形式呈現多元化的格局。與其他類型反應器相比，微反應器由于具有體積小，傳熱效率高、響應時間短、溫度分布均勻等特點而充分顯示廣闊的應用前景。但是常用的微反應器多以泡沫金屬多孔材料為反應載體，多孔材料雖然具有高滲透性、高比表面積以及高孔隙的特性，但是由于孔的分布方向為隨機分布，難以實現反應物體的高效快速反應。另外由于甲醇水蒸汽重整反應需要加熱才能啟動，加熱模塊成為該反應器的重要組成部分。同時，由于反應產物中存在較多CO氣體，直接排出反應器外，會對環境造成較大的污染。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種自熱型層疊式微通道重整制氫反應器，本反應器把部分氧化重整制氫反應、水蒸氣重整制氫反應與催化燃燒反應耦合起來，不僅可以使整個微反應器能夠自熱啟動與運作，不需要外界提供熱源，而且可以大大提高甲醇水蒸氣重整制氫反應效率，同時顯著減少了CO的排放，從而減輕了對環境的污染；同時，該反應器還實現了對燃燒反應產物余熱的回收，減少了熱量的流失。

本發明通過下述技術方案實現：

一種自熱型層疊式微通道重整制氫反應器，包括自上而下依次層疊設置的上蓋板、吸熱反應基板、放熱反應基板和下蓋板；

所述上蓋板開設有水蒸氣重整反應物入口、水蒸氣重整產物出口、部分氧化重整反應中碳氫化合物入口、部分氧化重整反應中氧氣入口；

所述吸熱反應基板包括汽化腔、水蒸氣重整反應腔、水蒸氣導流通道和位于吸熱反應基板兩側的熱循環通道，熱循環通道的通道內開設有催化燃燒反應產物流道，熱循環通道的一端設置有催化燃燒反應產物流道出口；其中汽化腔、水蒸氣重整反應腔均為沉槽結構，并且在該沉槽結構的底部均勻分布有通道；所述汽化腔、水蒸氣重整反應腔通過水蒸氣導流通道相互連通；所述汽化腔的一側開設有水蒸氣重整反應物流道，所述水蒸氣重整反應腔的一側開設有水蒸氣重整反應產物流道；在吸熱反應基板的一側開設有部分氧化重整反應中碳氫化合物流道和氧氣噴射口；

所述放熱反應基板包括催化燃燒反應腔、部分氧化重整反應腔；催化燃燒反應腔與部分氧化重整反應腔通過設置在放熱反應基板中部的流道相互連通；所述催化燃燒反應腔和部分氧化重整反應腔均為沉槽結構，并且在該沉槽結構的底部均勻分布有通道；在催化燃燒反應腔的兩側分別開設有催化燃燒反應產物流道，在催化燃燒反應腔的一端開設有催化燃燒反應物流道，該催化燃燒反應物流道貫穿放熱反應基板；在部分氧化重整反應腔的一側開設有部分氧化重整反應物流道，在部分氧化重整反應腔的另一側開設有部分氧化重整反應產物流道，該部分氧化重整反應產物流道貫穿放熱反應基板；

所述下蓋板上開設有催化燃燒反應物入口、部分氧化重整反應產物出口；

所述催化燃燒反應物入口通過催化燃燒反應物流道與催化燃燒反應腔連通；所述部分氧化重整反應產物出口通過部分氧化重整反應產物流道與部分氧化重整反應腔連通；所述催化燃燒反應腔經過催化燃燒反應產物流道，再與催化燃燒反應產物流道與熱循環通道連通，所述部分氧化重整反應腔通過部分氧化重整反應物流道與部分氧化重整反應中碳氫化合物流道及氧氣噴射口連通；所述汽化腔通過水蒸氣重整反應物流道與水蒸氣重整反應物入口連通，所述水蒸氣重整反應腔通過水蒸氣重整反應產物流道與水蒸氣重整產物出口連通，所述部分氧化重整反應中碳氫化合物流道和氧氣噴射口分別與部分氧化重整反應中碳氫化合物入口及部分氧化重整反應中氧氣入口連通。

所述氧氣噴射口的內部包括氧氣分布腔和氧氣噴孔，氧氣噴孔由多條陣列分布的通道構成。

所述水蒸氣導流通道內由多條相互間隔、傾斜的溝槽構成，該溝槽位于汽化腔的這一端低于水蒸氣重整反應腔的那一端。