[發明專利]微通道重整制氫與催化放熱反應器及制氫系統、方法

在審

• 申請號: 201911014037.9
• 申請日: 2019-10-23
• 公開（公告）號: CN110835092A
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發明（設計）人: 向華;黃嚴慶;裴普成;劉永峰;王麗君;高文志;楊振中
• 申請（專利權）人: 廣東合即得能源科技有限公司
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32
• 代理公司: 東莞眾業知識產權代理事務所(普通合伙) 44371
• 代理人: 何恒韜

1.微通道重整制氫與催化放熱反應器，其特征在于：包括上部板、下部板及緊密層疊于上部板和下部板之間的若干片雙面凹凸板；所述雙面凹凸板的兩側面分別設有進料槽、微型反應槽及出料槽；相鄰兩片雙面凹凸板之間的進料槽互成鏡像并相互貼合，形成進料通道；相鄰兩片雙面凹凸板之間的微型反應槽互成鏡像并相互貼合，形成微型反應通道；相鄰兩片雙面凹凸板之間的出料槽互成鏡像并相互貼合，形成出料通道；在任意一片雙面凹凸板一側，進料通道為甲醇水進料通道，微型反應通道為甲醇水重整制氫反應微通道，其內涂覆有甲醇水重整制氫催化劑，出料通道為富氫氣體出料通道；在上述雙面凹凸板另一側，進料通道為甲醇空氣進料通道，微型反應通道為甲醇催化氧化放熱微通道，其內涂覆有甲醇催化氧化放熱催化劑，出料通道為反應余氣出料通道。

2.根據權利要求1所述微通道重整制氫與催化放熱反應器，其特征在于：所述反應器還設有貫穿所述若干片雙面凹凸板的總甲醇水進料孔、總甲醇空氣進料孔、總富氫氣體出料孔和總反應余氣出料孔；其中，所述總甲醇水進料孔與所有雙面凹凸板之間的甲醇水進料通道均相連通，所述總甲醇空氣進料孔與所有雙面凹凸板之間的甲醇空氣進料通道均相連通，所述總富氫氣體出料孔與所有雙面凹凸板之間的富氫氣體出料通道均相連通，所述總反應余氣出料孔與所有雙面凹凸板之間的反應余氣出料通道均相連通。

3.根據權利要求1所述微通道重整制氫與催化放熱反應器，其特征在于：所述雙面凹凸板兩側面的微型反應槽為呈直條狀平行排布的微型反應槽，或者為呈螺旋狀排布的微型反應槽，或者為交叉排布的微型反應槽；所述微型反應槽的寬度為10μm-1mm。

4.根據權利要求1所述微通道重整制氫與催化放熱反應器，其特征在于：所述雙面凹凸板的數量為10片以上，每片雙面凹凸板的厚度為0.1mm-1.0mm。

5.根據權利要求1所述微通道重整制氫與催化放熱反應器，其特征在于：所述上部板為鋁合金上部板，所述下部板為鋁合金下部板，所述雙面凹凸板為鋁合金雙面凹凸板。

6.根據權利要求1所述微通道重整制氫與催化放熱反應器，其特征在于：所述反應器外側套有密封殼體，所述殼體的一端設有進料口，另一端設有出料口，在靠近進料口一端的密封殼體內設有用于對甲醇水原理進行過濾的過濾機構。

7.根據權利要求1所述微通道重整制氫與催化放熱反應器，其特征在于：所述雙面凹凸板的進料槽、微型反應槽和出料槽采用激光雕刻法或者化學蝕刻法或者液壓機液壓法制造而成。

8.利用權利要求1-7中任意一項所述微通道重整制氫與催化放熱反應器的制氫系統，其特征在于：包括甲醇水儲存容器、甲醇儲存容器、甲醇水輸送泵、甲醇輸送泵、換熱器、空氣泵、微通道重整制氫與催化放熱反應器，其中：

甲醇水儲存容器，其內儲存有液態的甲醇水原料；

甲醇水輸送泵，用于將甲醇水儲存容器中的甲醇水原料通過輸送管道泵送至微通道重整制氫反應器；

換熱器，安裝于甲醇水原料的輸送管道上，甲醇水原料在換熱器中，與微通道重整制氫反應器輸出的高溫富氫氣體進行換熱，甲醇水原料溫度升高，富氫氣體溫度降低；

甲醇儲存容器，其內儲存有液態的甲醇原料；

甲醇輸送泵，用于將甲醇儲存容器中的甲醇原料通過輸送管道泵送至催化放熱反應器，甲醇原料的輸送管道中設有空氣接口；

空氣泵，用于將外界空氣經空氣接口泵入甲醇原料的輸送管道中；

微通道重整制氫與催化放熱反應器，其中各層雙面凹凸板的甲醇水進料通道、甲醇水重整制氫反應微通道和富氫氣體出料通道依次連通，組成微通道重整制氫反應器，在微通道重整制氫反應器內，甲醇水原料發生甲醇和水的重整制氫反應，制得高溫富氫氣體；其中各層雙面凹凸板的所述甲醇空氣進料通道、甲醇催化氧化放熱微通道、反應余氣出料通道依次連通，組成微通道催化放熱反應器，在微通道催化放熱反應器內，甲醇與空氣中的氧氣發生催化氧化放熱反應，為微通道重整制氫反應器提供熱量。

9.權利要求8所述制氫系統的制氫方法，其特征在于，包括以下方法步驟：

Ⅰ.原料輸送步驟，包括甲醇水輸送步驟和甲醇輸送步驟，具體如下：

ⅰ.甲醇水輸送步驟:甲醇水儲存容器中的甲醇水原料在甲醇水輸送泵的泵送作用力下，經換熱器，泵送至微通道重整制氫反應器；甲醇水原料在通過換熱器的過程中，與高溫富氫氣體進行換熱，甲醇水原料溫度提升，富氫氣體溫度下降；

ⅱ.甲醇輸送步驟:甲醇儲存容器中的甲醇原料在甲醇輸送泵的泵送作用力下，泵送至微通道催化放熱反應器；與此同時，空氣泵將外界空氣經空氣接口泵入甲醇原料的輸送管道中，再隨著甲醇原料一起輸送至微通道催化放熱反應器；

Ⅱ.微通道重整制氫反應步驟和甲醇催化放熱反應步驟，具體如下：

ⅰ.微通道重整制氫反應步驟：在各層雙面凹凸板之間，甲醇水原料從甲醇水進料通道進入甲醇水重整制氫反應微通道，在甲醇水重整制氫反應微通道之內，甲醇水原料受熱汽化，汽化的甲醇和水在催化劑作用下，發生甲醇和水的重整制氫反應，制得高溫富氫氣體，該高溫富氫氣體經富氫氣體出料通道輸出；

ⅱ.甲醇催化放熱反應步驟: 在各層雙面凹凸板之間，甲醇原料及空氣從甲醇空氣進料通道進入甲醇催化氧化放熱微通道，在甲醇催化氧化放熱微通道之內，甲醇與空氣中的氧氣在催化劑作用下，發生甲醇與氧氣的氧化放熱反應，為微通道重整制氫反應提供熱量，生成的反應余氣從反應余氣出料通道輸出。

Ⅲ.富氫氣體輸出換熱步驟，具體為：從富氫氣體出料通道輸出的富氫氣體進入換熱器，在換熱器中，富氫氣體與甲醇水原料換熱，富氫氣體換熱之后輸出。