[发明专利]带微凸台阵列结构的自热型醇类重整制氢微通道反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种醇类重整制氢微通道反应器，尤其是一种带微凸台阵列结构的自热型醇类重整制氢微通道反应器。

技术背景

能源和资源是人类赖以生存和发展的源泉，随着社会经济的发展，已有的能源和资源正在以越来越快的速度消耗。随着石油等常规资源日益枯竭和环境污染的日益严重，开发和利用清洁、廉价的燃料资源受到各国的普遍关注。其中氢能由于具有资源丰富、热值高、无污染等优点而得到了各国的普遍关注，应用日益广泛。

车载燃料电池是氢能应用的一个重要途径。直接把氢气作为燃料电池电动车的燃料，它的体积能量密度较低，不便于携带和添加，而且使用高压容器或储氢材料储氢也还存在许多有待克服的安全和技术问题。液态的烃类或醇类用“化学”方法储备氢，具有较高的能量密度，烃类或醇类还具有宜于携带运输、可以像汽油一样加注等优点，因而它们的重整制氢研究对于氢燃料电池等耗氢设备很有价值。于是，液态技术及其反应装置的研究将具有广阔的应用前景。

醇类重整制氢反应机理研究和高效醇类重整制氢催化剂制造是醇类重整制氢技术研究的一个重要方面。国内外相关单位都对其进行了细致的研究，并研制出了适合甲醇、乙醇等不同醇类重整制氢的催化剂。醇类重整制氢反应器的设计开发是醇类重整技术研究的另一个重要方面。重整制氢反应器根据反应器结构不同可分为管式和板式两种不同形式的制氢反应器。其中，隶属于板式制氢反应器的微通道制氢反应器具有以下特点：在传质、传热、恒温等性能方面的表现都明显优于传统反应器；尺寸小、比体积较大、微通道规整，便于运输又安全快捷；通道较小使得反应器可在爆炸范围内操作而无需任何特殊保护措施(火焰在微通道反应器中受到抑制而无法扩展)；通过增加反应器尺寸或增加反应器单元即可扩大反应规模。由于上述诸多优点使得醇类重整制氢微通道反应器技术到了各国的广泛关注。

近些年来，世界各国的不少相关单位开展了对微通道制氢反应机理的研究并已制造出不同的重整制氢微通道反应器，可用于军事、航空航天、交通等不同领域。但一方面微通道反应器的催化剂附着程度和实际化学反应面积是影响反应器性能的基本条件，仍需提高这两个基本条件从而不断地设计性能更佳的微通道反应器；另一方面，反应器的小型化使通道的制造需采用特殊的加工方法，这些方法包括硅体微加工(湿法刻蚀和干法刻蚀)，超精密加工和LIGA技术等。而这些技术由于成本较高等因素不利于微通道反应器的大规模制造，影响着微通道反应器的应用范围。因此，设计易于加工、成本较低和易于催化剂涂层的微通道反应器结构和制造工艺方法是氢微反应器技术的重要发展方向。

美国发明专利(专利号US 6,190,624B1)曾公开了一种板式反应器，它主要一侧用于发生化学反应，另一侧用于利用低温流体带走反应释放的热量或用于利用高温流体带来反应所需的热量。同时，这种板式反应器还加入了板翅结构，提高了反应器整体传热效率，但此反应器催化剂装填较困难。

中国发明专利(申请号200310122344.1)公开了一种微通道板翅式水蒸气重整制氢反应器。该微通道反应器由两个燃烧腔，一个重整腔和两个汽化腔组成，腔与腔之间通过导热板传热。在燃烧腔实现燃料燃烧反应，在重整腔实现燃料重整反应。燃烧腔反应产生热量通过中间导热板向燃烧腔提供热量。反应器反应稳定后可实现自热运行，无需外供热。反应温度较低，运行稳定，可得到较高氢浓度的重整混合气，但该反应器的加工方法较为复杂，成本相对较高。

中国发明专利(申请号200610073173.1)公开了一种微型重整制氢反应器。此反应器集成了燃烧尾气换热腔、重整尾气换热腔、燃烧腔和重整腔。反应器对尾气进行了热利用，提高了整体热效率。这种反应器催化燃烧反应和重整反应温度易于控制，运行稳定，适用于500W以下的燃料电池微型电源的氢源系统，具有较大的应用范围，但该反应器在扩大规模方面存在局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带微凸台阵列结构的自热型醇类重整制氢微通道反应器，结构紧凑，传热效率高，可配合其它反应部件而应用于小功率制氢场合。

本发明采用的技术方案是：