[实用新型]一种带超声辅助汽化的重整制氢微反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及醇类重整制氢微反应器，尤其是涉及一种带超声辅助汽化的重整制氢微反应器。

背景技术

随着现代社会工业经济的高速发展，尤其是汽车工业的发展，能源紧缺和环境污染已经成为新世纪时代人类面临的两大重大生存挑战。一方面，日益壮大的汽车工业正快速消耗着石油资源，据世界能源组织统计：按目前需求速率增长，世界所有已探明的石油蕴藏量将在2054年枯竭，到时侯汽车靠什么动力驱动将是人类面临的一个重大难题。另一方面，日益增多的汽车排出的大量尾气中含有上百种不同的化合物，其中的污染物如固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等已造成严重的大气污染。

在此能源短缺与环境污染的大背景下，高效、清洁能源的研发与推广势不可挡。氢能由于其燃烧热值高、没有污染物、来源广泛等优点，成为新能源的焦点，大力发展氢能源将有益于缓解能源短缺和环境污染的问题。

为了实现氢能的推广应用，必须解决氢气的储存和运输问题。采用醇类燃料现场重整产生氢气是解决上述问题的一种有效办法。

制氢反应器是实现醇类现场重整制氢的核心部件。近年来，世界各国不少相关单位开展了对重整制氢反应机理的研究，并已制造出重整制氢反应器。当前的重整制氢微反应器包括微通道式和微凸台式等，这些微反应器一般包含蒸发腔、重整反应腔、加热单元等结构，重整反应开始时液态的醇水混合物进入蒸发腔，吸收热量后变成气体，之后进入反应腔进行重整反应。这种反应器制作简单，容易装配，但是反应物由液态形式进入蒸发腔然后吸热迅速膨胀为气体，使得重整反应腔入口流量不稳定、脉动剧烈，会严重地影响重整制氢反应的反应效率，降低反应物的转化率、氢气的选择性。

中国发明专利(申请号201210448874.4)公开了一种层叠式微凸台阵列型重整制氢微反应器。该反应器采用微凸台阵列结构金属薄板作为反应载体，具有较高表面积体积比，可实现较大的体积能量密度。

中国发明专利(申请号201310558909.4)公开了一种带环形阵列的微凸台结构的重整制氢微反应器。该反应器将环形阵列的微凸台结构作为重整制氢的反应载体，反应物从圆周进入，产物从圆心流出，提高了反应流体在反应载体中的分布均匀性，增大了反应器的比表面积，有利于提高反应器的反应效率。

综上，现有的微型醇类重整制氢反应器都是通过优化重整反应腔中反应载体的结构，以提高反应腔内流速分布均匀度。尽管现有的优化结构能在制氢效率方面有出色表现，但未能解决重整反应腔入口流量脉动剧烈的问题，反应物由液体形式进入蒸发腔，与加热单元的接触面积小，接触到加热单元的液体受热突然汽化，未接触加热单元的液体则仍保持液状，流量脉动大，不能从根本上保证反应腔中流速的稳定均匀分布，从而不能得到较高的传质传热效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种带超声辅助汽化的重整制氢微反应器，能使反应物混合均匀、蒸发迅速，能减小所需入口压力；能解决重整反应腔入口流量脉动剧烈的问题，保证反应腔中流速稳定均匀分布，提高整体反应效率。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型从下至上依次包括下盖板、蒸发单元、预热单元、重整制氢反应单元和上盖板；从下至上依次组成雾化蒸发腔、预热腔、重整制氢反应腔和产物气体缓冲腔。

所述下盖板是一块凸状圆形板，凸状圆形板的凹槽底面上装有超声波换能器，凸缘左、右两侧各开有一个进料孔，重整制氢反应开始前，还原气体从一侧进料孔通入，重整制氢反应物由另一侧进料孔通入；下盖板台肩同一圆周上等距分布有贯穿的螺栓定位孔。

所述蒸发单元是一块圆形结构的加热板，上表面为平面，下表面开有凹槽，凹槽内分布有用于增大对雾化液滴的加热面积的圆形阵列的凸台；蒸发单元上开有放射状分布的、用于气体流通的扇形孔；下盖板上表面和蒸发单元下表面构成微反应器的雾化蒸发腔。

所述预热单元是一块圆形结构的加热板，上表面为平面，下表面开有凹槽，凹槽内分布有用于增大对气体预热面积的圆形阵列的凸台；预热单元中心处开有贯通的流道孔，蒸发单元上表面和预热单元下表面构成微反应器的预热腔。

所述重整制氢反应单元是一块圆形板，上表面为平面，下表面开有凹槽，凹槽内分布有圆形阵列的凸台，微凸台表面涂覆有作为重整制氢的反应载体催化剂，微凸台的高度与凹槽高度相等，装配时微凸台与预热单元的上表面相接触；重整制氢反应单元上开有用于放置热电偶的孔，重整制氢反应单元的微凸台外围处开有等距分布的弧形流道，预热单元上表面和重整制氢反应单元下表面构成微反应器的重整制氢反应腔。