[发明专利]带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器

说明书

本发明公开了一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器。包括顶面设有进口管的上盖板、底面设有出口管的下盖板，以及密封在上、下盖板之间自上而下依次有蒸发板、多块上重整板和下重整板；在上、下重整板的反应腔中均安装有矩形的反应载体板，其上表面为等孔径孔隙率分段渐变的多孔化的微通道，微通道截面为梯形，底面和侧面分布有直径相同的微孔，沿气流流动方向孔隙率逐渐变小；相邻两块板间的安装面上均安装有柔性石墨垫。本发明能提高反应器的流动和传热特性，增大反应载体板的比表面积，改善催化剂附着，增强重整器的传热传质效率；可减小重整制氢单元入口气体的流量脉动，提高反应腔内流速分布均匀度，降低反应压降，提高反应效率。

技术领域

本发明涉及一种醇类制氢微反应器，尤其是涉及一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器。

背景技术

当今世界，人类所处生活环境的变化越来越引起人们的关注。大量化石能源的燃烧带来的污染问题使得人类的生活环境逐步恶化，与此同时，化石能源的逐渐枯竭，迫使人类不得不寻找一种高效、清洁的可再生资源。氢能作为一种理想的清洁可再生资源，被广泛的应用于各种场合。在众多制氢方法中，通过微反应器，利用醇类重整现场制氢，受到众多研究者的广泛关注。

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，可用于中、小流量的醇类重整制氢场合。但其反应载体板上分布的微凸台结构，表面较为光滑，不利于催化剂附着，且比表面积较小。此外，其蒸发腔和重整腔的引流腔均为三角形结构，使得重整制氢单元入口气体的流量脉动较大，不利于反应腔内流速分布均匀。

中国发明专利（申请号 201410821472.3）公开了一种反应载体表面多孔化的自热型醇类制氢微反应器。其反应载体板上分布有均匀的微孔结构，具有较大的比表面积，但均匀分布的微孔结构使得反应器的流动和传热特性较差。此外，该发明的蒸发腔和重整腔的引流腔均为三角形结构，不利于反应腔内流速分布均匀。

虽然各国研究者对微反应器的研究已经取得不小的进展，但目前的微反应器在催化剂载体比表面积、反应器压降、流动和传热特性等方面还有待提高，有必要设计一种具备流动和传热效率更高、比表面积更大、压降更低等优势的制氢微反应器。

发明内容

为了进一步提高反应器的流动和传热效率，提高催化剂载体比表面积，降低反应压降，本发明的目的在于提供一种带等孔径孔隙率渐变催化剂载体的制氢微反应器，具备传热传质效率更高、比表面积更大、压降更低的优势。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括顶面设有进口管的上盖板、底面设有出口管的下盖板，以及密封安装在上盖板与下盖板之间自上而下依次安装的蒸发板、多块上重整板和下重整板；在多块上重整板和下重整板中部的重整反应腔内均安装有矩形的反应载体板，反应载体板上表面为等孔径孔隙率分段渐变的多孔化的微通道，微通道截面为梯形，底面和侧面分布有微孔，所有微孔直径相同，沿气流流动方向孔隙率分段逐渐变小；上盖板、蒸发板、多块上重整板、下重整板和下盖板相邻两块板间的安装面上均安装有柔性石墨垫。

所述蒸发板上表面中部开有蒸发腔，蒸发腔通过蒸发入口引流腔与进口管相通，蒸发腔沿长度方向两侧对称分布有树枝状的蒸发入口引流腔和树枝状的蒸发出口引流腔，蒸发出口引流腔处设有蒸发出口通孔，蒸发板侧面开有用于插装加热棒的两个加热棒孔。

所述上重整板和下重整板上表面中部均开有重整反应腔，重整反应腔沿长度方向两侧对称分布有树枝状的重整入口引流腔和树枝状的重整出口引流腔；上重整板树枝状的重整出口引流腔处设有重整出口通孔，上重整板树枝状的重整入口引流腔处设有重整入口通孔；下重整板树枝状的重整出口引流腔处设有重整出口通孔；上重整板和下重整板侧面均开有用于插装加热棒的两个加热棒孔。

所述上重整板树枝状的重整入口引流腔处设有重整入口通孔，上重整板的重整入口通孔和蒸发板的蒸发出口通孔上下对应相通，上重整板和下重整板的重整出口通孔和出口管上下对应相通。