[发明专利]一种自热型层叠式微通道重整制氢反应器

说明书

技术领域

本发明涉及甲醇重整制氢反应器，特别涉及一种自热型层叠式微通道重整制氢反应器。

背景技术

能源危机和环境污染的日渐加剧迫使人们寻找新的环保能源，氢能源因其燃烧热值高并且清洁环保等优点而受到广泛关注。但是，直接供/储氢存在着存储能量密度低、危险性大、体积大且耗能、投资庞大等缺陷。因此，通过相关化学反应现场制得氢气是解决上述问题的发展方向。

碳氢燃料的重整制氢是目前国内外常用的氢气制取方法;特别是甲醇、乙醇等醇类物质可从可再生资源制得，把它们作为原料重整制氢，受到了人们更多地重视。蒸汽重整是目前使用最广泛的制氢方式，目前全世界一半以上的氢气是由蒸汽重整制得的;甲醇-水蒸汽重整(MSR)制氢因反应温度低、产物氢气含量高等优势成为解决质子交换膜燃料电池(PEMFC)氢源的有效途径。而目前蒸汽重整制氢反应器的结构形式呈现多元化的格局。与其他类型反应器相比，微反应器由于具有体积小，传热效率高、响应时间短、温度分布均匀等特点而充分显示广阔的应用前景。但是常用的微反应器多以泡沫金属多孔材料为反应载体，多孔材料虽然具有高渗透性、高比表面积以及高孔隙的特性，但是由于孔的分布方向为随机分布，难以实现反应物体的高效快速反应。另外由于甲醇水蒸汽重整反应需要加热才能启动，加热模块成为该反应器的重要组成部分。同时，由于反应产物中存在较多CO气体，直接排出反应器外，会对环境造成较大的污染。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种自热型层叠式微通道重整制氢反应器，本反应器把部分氧化重整制氢反应、水蒸气重整制氢反应与催化燃烧反应耦合起来，不仅可以使整个微反应器能够自热启动与运作，不需要外界提供热源，而且可以大大提高甲醇水蒸气重整制氢反应效率，同时显著减少了CO的排放，从而减轻了对环境的污染；同时，该反应器还实现了对燃烧反应产物余热的回收，减少了热量的流失。

本发明通过下述技术方案实现：

一种自热型层叠式微通道重整制氢反应器，包括自上而下依次层叠设置的上盖板、吸热反应基板、放热反应基板和下盖板；

所述上盖板开设有水蒸气重整反应物入口、水蒸气重整产物出口、部分氧化重整反应中碳氢化合物入口、部分氧化重整反应中氧气入口；

所述吸热反应基板包括汽化腔、水蒸气重整反应腔、水蒸气导流通道和位于吸热反应基板两侧的热循环通道，热循环通道的通道内开设有催化燃烧反应产物流道，热循环通道的一端设置有催化燃烧反应产物流道出口；其中汽化腔、水蒸气重整反应腔均为沉槽结构，并且在该沉槽结构的底部均匀分布有通道；所述汽化腔、水蒸气重整反应腔通过水蒸气导流通道相互连通；所述汽化腔的一侧开设有水蒸气重整反应物流道，所述水蒸气重整反应腔的一侧开设有水蒸气重整反应产物流道；在吸热反应基板的一侧开设有部分氧化重整反应中碳氢化合物流道和氧气喷射口；

所述放热反应基板包括催化燃烧反应腔、部分氧化重整反应腔；催化燃烧反应腔与部分氧化重整反应腔通过设置在放热反应基板中部的流道相互连通；所述催化燃烧反应腔和部分氧化重整反应腔均为沉槽结构，并且在该沉槽结构的底部均匀分布有通道；在催化燃烧反应腔的两侧分别开设有催化燃烧反应产物流道，在催化燃烧反应腔的一端开设有催化燃烧反应物流道，该催化燃烧反应物流道贯穿放热反应基板；在部分氧化重整反应腔的一侧开设有部分氧化重整反应物流道，在部分氧化重整反应腔的另一侧开设有部分氧化重整反应产物流道，该部分氧化重整反应产物流道贯穿放热反应基板；

所述下盖板上开设有催化燃烧反应物入口、部分氧化重整反应产物出口；

所述催化燃烧反应物入口通过催化燃烧反应物流道与催化燃烧反应腔连通；所述部分氧化重整反应产物出口通过部分氧化重整反应产物流道与部分氧化重整反应腔连通；所述催化燃烧反应腔经过催化燃烧反应产物流道，再与催化燃烧反应产物流道与热循环通道连通，所述部分氧化重整反应腔通过部分氧化重整反应物流道与部分氧化重整反应中碳氢化合物流道及氧气喷射口连通；所述汽化腔通过水蒸气重整反应物流道与水蒸气重整反应物入口连通，所述水蒸气重整反应腔通过水蒸气重整反应产物流道与水蒸气重整产物出口连通，所述部分氧化重整反应中碳氢化合物流道和氧气喷射口分别与部分氧化重整反应中碳氢化合物入口及部分氧化重整反应中氧气入口连通。

所述氧气喷射口的内部包括氧气分布腔和氧气喷孔，氧气喷孔由多条阵列分布的通道构成。

所述水蒸气导流通道内由多条相互间隔、倾斜的沟槽构成，该沟槽位于汽化腔的这一端低于水蒸气重整反应腔的那一端。