[發明專利]一種微通道反應板

在審

• 申請號: 202211468470.1
• 申請日: 2022-11-22
• 公開（公告）號: CN115845761A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 沈秋婉;李世安;孔維強;楊國剛;黃乃寶
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;C01B3/32
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 張闖;李洪福

本發明提供一種微通道反應板，包括板體，所述板體的前端設置有流體入口，后端設置有流體出口；所述流體入口與所述流體出口之間設置有主體流道區；所述流體入口的兩側分別設置有與其連通的分型流道，所述分型流道與前自由擴散腔室連通，所述前自由擴散腔室與所述主體流道區連通；所述前自由擴散腔室由前至后其流道尺寸逐漸增大；所述流體出口的兩側和前側分別設置有出口流道，所述出口流道與后自由擴散腔室連通，所述后自由擴散腔室與所述主體流道區連通；所述后自由擴散腔室由前至后其流道尺寸逐漸減小。本發明兼顧分型流道及A型流道的結構特點，可使流體充分的流動和擴散，使流體的流速分布更加均勻，進而提高了流體的化學反應效率。

技術領域

本發明涉及反應板技術領域，具體而言是一種微通道反應板。

背景技術

隨著社會經濟的發展，環境問題日益突出，傳統能源的替代問題亟待解決。氫能作為熱門的新型能源，具有燃燒熱值高、資源豐富、可持續發展等特點，被視為二十一世紀最具發展潛力的清潔能源，在工業生產、動力發電等領域有著廣泛應用前景。

現有的制氫方式種類繁多，新型能源制氫成為當今研究的重點。甲醇重整制氫是將甲醇水蒸氣處于200℃～300℃的溫度，在催化劑的作用下生成氫氣和其它氣體產物。甲醇重整制氫有眾多優點，原料低廉，制氫效率高，且過程控制簡單。甲醇重整制氫微通道反應器是甲醇重整制氫的發生場所，具有體積小、易于裝配、疊加便利等特點。甲醇通過微通道反應器能夠實現氫氣的及時供給，做到氫氣的隨用隨制，更適用于移動式現場制氫場景。

甲醇重整制氫微通道反應器以板式微通道反應器為主。板式微通道反應器主要有上蓋板、下蓋板、蒸發板、反應板、石墨墊片、各種加熱裝置及傳感裝置組成，構成微通道反應器的差異點主要在于反應板的不同。反應板上存在反應流道，由于流道分布方式不同的，對甲醇重整反應傳熱傳質及流體分布也會不同，氫氣選擇性及制氫性能有著較大的差異。因此，開發優良的反應板對于制氫性能十分重要。

現有的反應板的反應流道主要有平行流道、蛇形流道、微凸臺陣列流道、Z型流道、A型流道及分型流道。平行流道加工簡單，同時具有較低的壓降，但由于流場內流體分布均勻性較差，流速分布不均勻，導致甲醇轉化率較低。蛇形流道有著較長的流動路徑及較高的甲醇轉化率，但由于分布排列較為緊湊，存在較高的壓降以及較大的濃度梯度。微凸臺陣列流道有著較低的壓降、較高的比表面積，甲醇轉化效率高，但內部結構較為復雜，加工成本較高。Z型流道是較為傳統的流道，有著較為廣泛的應用，但流體分布均勻性以及甲醇轉化率等關鍵性問題上仍有優化空間。A型流道即是在Z型流道的基礎上改進而來，與Z型流道相比，A型流道有著更為良好的傳熱傳質性能，流量分配更加均勻，壓降更低，同時有著較高的甲醇轉化率，但Z型流道與A型流道的尺寸以及比表面積有限，制氫量較低，不能滿足用氫設備的功率需求，仍有較大的優化空間。分型流道將流體逐層分級，增大了比表面積，有著良好的流體流動均勻性及傳熱傳質特性，但復雜的結構增加了制造成本，對反應板的空間利用率較低，使得微反應器的體積增大，仍有優化空間。

發明內容

根據上述技術問題，而提供一種微通道反應板。本發明主要結合分型流道及A型流道的結構特點，對傳統流道進行優化與改進，從而可使流體充分的流動和擴散，使流體的流速分布更加均勻，進而提高了流體的化學反應效率。

本發明采用的技術手段如下：

一種微通道反應板，包括板體，所述板體的前端設置有流體入口，后端設置有流體出口；所述流體入口與所述流體出口之間設置有主體流道區，所述主體流道區內設置有多條主體流道；

所述流體入口的兩側分別設置有與其連通的分型流道，所述分型流道的出口與前自由擴散腔室的前端入口連通，所述前自由擴散腔室的后端出口正對所述主體流道區的前端，并與其連通；所述前自由擴散腔室由前至后其流道尺寸逐漸增大，將所述分型流道流入的流體進行擴散；