用于烃重整的使用微通道加热器的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于烃重整的使用微通道加热器的装置，所述装置能够将燃料的燃烧热作为重整烃所需的能量源来使用。具有微通道的金属薄膜可以层压在多层结构中，以制造小型到中型的紧凑型氢气制造装置。特别地，重整部分可被设计成具有多层结构，以将重整装置的能力提高到使用者所希望的水平。
【专利说明】用于烃重整的使用微通道加热器的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于烃重整的使用微通道加热器的装置。更特别地，本发明涉及用于烃重整的使用微通道加热器的装置，其中，具有微通道的薄金属板层压组成热传导单元和重整单元，重整单元被设计成具有二层结构，从而使使用者能够将重整能力扩展至所需的数值。
【背景技术】
[0002]随着不同工业领域的发展，对现场或机载的小型氢气生产装置的需求可能会有所增长。图1示出了商业化大规模氢气生产方法。具体而言，在重整装置10中将烃转化为含有氢气和一氧化碳的合成气，水气转换(WGS)在一氧化碳水气转换反应器20中进行,而后，在氢气分离器30中用催化剂或分离膜将一氧化碳从重整气中分离来生产氢气。在这点上，在燃烧炉40中燃烧一部分从氢气分离器30中产生的氢气，燃烧产生的热量(燃烧热)被用作重整装置10中所需要的反应的热量(反应热)。
[0003]如反应式1-3所示，用烃来生成氢气的反应可以用很多方法来进行。
[0004][反应式I]
[0005]CH4+H20 — C0+3H2，反应热:+206kJ/mo I
[0006][反应式2]
[0007]C02+CH4 — 2C0+ 2H2,反应热:+247k J/mo I
[0008][反应式3]
[0009]CH4+l/202 — C0+2H2,反应热:_36kJ/mol
[0010]在这些反应式中，根据反应式I的蒸汽重整其产物中氢气浓度最高，因而受到关注。
[0011]如反应式I所示，此方法中的一个难点是提供反应所需的热很关键。由于在蒸汽重整的情况下，在750°c或更高的温度下，可以获得95%或更高的烃(甲烷)转化率，因此需要付出很多努力来提供反应热并保持高温。
[0012]上面的反应式I所需的反应热是通过燃烧(催化氧化或燃烧)烃获得的，如反应式4所示。
[0013][反应式4]
[0014]CH4+202 — C02+2H20,反应热:_801kJ/mol
[0015]为保证在反应式4的方法中有效地热传导，需要一种具有大温差(AT)、大接触面积(A)和高导热系数(k)的物质。
[0016]但是，不可能无限地提高加热所需的火焰温度以取得所需的温差，还有构成材料的问题，构成材料具有固有的、独立确定的导热系数，这也成为限制因素。
[0017]因此，在反应器的构造中，关键的可控因素可以被归结为导热面积(A)的增大。
[0018]作为用于上述目的的反应器，有使用在薄金属板上具有微通道的反应器的尝试。特别地，本发明的 申请人:已开发了韩国专利第10-0719486号(微型燃烧/重整反应器)和韩国专利申请第10-2009-1024091号(使用微通道加热器的烃重整装置)中的装置。上述专利披露了涉及具有特定的模块构造的微型燃烧/重整反应器的发明，其中，可通过将多个处理过的薄金属板层压为多层结构来保证单位体积下得到大的接触面积。
[0019]为产生反应热所需要进行的烃(天然气，液化石油气和醇类)的燃烧反应是剧烈反应，会产生可观的高热值，可通过催化燃烧或非催化燃烧来进行。
[0020]上述催化氧化中存在的问题在于，催化床应该被预热至可以进行氧化反应的特定的温度范围，并且，当在涂覆微通道内部过程中长时间暴露时，耐久性应该被考虑。即，当氧化催化剂在燃烧装置运作的过程中暴露于高热时，该氧化催化剂的氧化活性很难保持，因此，在将此系统用于实际运用时，这个困难成为了一个限制因素。而且，因为非催化燃烧需要空间来延展燃烧火焰，所以，非催化燃烧不能够应用于紧凑型微通道反应器。
[0021]多种形式的烃重整催化剂已经被用于实际应用中，而且，在很多专利和文献中公开了多种涂覆催化剂的方法。但是，为了在如本发明中所述微通道反应器中使用烃重整催化剂，反应器必须被构造得与催化剂的特征相容。
[0022]特别地，因为所述微通道反应器被用于小空间内，重整气能够可靠地接触的面积优选在有限的空间内尽可能地大，以获得最高的重整效率。相应地，仍然需要能够克服上述问题的解决方案。
【发明内容】
[0023][技术问题]
[0024]因此，为解决上面所提到的问题，本发明的一个目标是提供一种用于烃重整的使用微通道加热器的装置，所述装置中，具有微通道的薄金属板被层压以形成热传导单元和重整单元，并且，重整单元被设计成 具有二层结构，从而使使用者能够将重整能力扩展至所需的数值。
[0025][技术方案]
[0026]本发明是基于以下想法完成的:如反应式5中所示的氢气氧化反应可以在室温下在贵金属催化剂表面上引发。
[0027][反应式5]
[0028]H2+l/202 — H2O+ 生成热 56k J/mo I
[0029]即，反应器能够以以下方式操作:在反应器运行的早期阶段，用氢气来加热反应器至指定温度，并导入甲烷来产生主要的热源。或者，当从反应器运行的早期阶段开始即用氢气和其他烃的混合气时，可使它在室温下点火。
[0030]由于通过单独地使用、或与其他烃一起作为混合物使用具有良好可燃性的氢气能够简化反应器加热系统，因此能够增加紧凑型反应器(如微通道反应器)的竞争力。
[0031 ] 在本发明中，合成气是用镍基催化剂由烃制得的。所述镍基催化剂的烃重整特性在相关技术中是已知的。特别地，本发明提供一种烃重整装置，其中，镍基多孔板型催化剂与微通道类反应器相结合。
[0032]另外，对于加热系统中的点火，其特征在于，通过引导空气与燃料的混合气流向通过催化剂或放电点燃的部分来引燃，并且，火焰被传导到燃料和空气的起始混合点。因此，从根本上排除了点火设备的分解或损失。[0033]本发明的特征在于上述的用于重整的催化剂可以是由金属粉末制成的多孔板。另外，三维混合板被放置于催化剂板的上方和下方，以使烃和湿气在垂直方向上穿过催化剂层。在这点上，通过使用三维混合板，可将结合力施加于与催化剂板相连的催化剂支撑板之上，其中可设有反应物流动的空间，而且，混合板被构造为起到将能量从加热板传导到催化剂板的能量传导件的作用。
[0034]为了实现前述的目标，根据本发明的一个实施方案，提供了一种用于烃重整的使用微通道加热器的装置，所述装置包括:上部板，包括热传导气供应管和用来排放重整气的重整气排放管，所述热传导气供应管与热传导气供应源相连以供应热传导气；下部板，包括原料气供应管和用来排放热传导气的热传导气排放管，所述原料气供应管与原料气供应源相连以供应原料气；上部热传导单元，被设于所述上部板之下，包括上部热传导气流动路径和上部重整气流动路径，所述上部热传导气流动路径与所述热传导气供应管相连以供热传导气流动，所述上部重整气流动路径以与所述上部热传导气流动路径相接触的方式形成以允许热传导在其之间进行，并与所述重整气排放管相连；下部热传导单元，被设于下部板之上，包括下部热传导气流动路径和下部重整气流动路径，所述下部热传导气流动路径与所述热传导气排放管相连以供热传导气流动，所述下部重整气流动路径以与所述下部热传导气流动路径相接触的方式形成以允许热传导在其之间进行，并与所述原料气供应管相连；以及至少一个重整单元，层压在所述上部热传导单元和下部热传导单元之间，其中，为了层压两层或更多层，所述重整单元包括:气体供应板，所述气体供应板上设置了用于仅与所述下部重整气流动路径连通的气体供应通道；重整催化剂板，被层压在所述气体供应板上，并具有加装在其上的重整催化剂；气体输送单元，被层压在所述重整催化剂板上以将重整气通过重整催化剂输送到所述上部重整气流动路径；以及加热板，被置于所述气体供应板之下或下部气体输送单元之上，并具有加热通道以连通所述上部热传导气流动路径与下部热传导气流动路径，并且，所述气体供应板、重整催化剂板、气体输送单元和加热板分别包括与所述上部重整气流动路径连通的第一重整通孔、与所述上部热传导气流动路径连通的第二重整通孔、与所述下部重整气流动路径连通的第三重整通孔、与所述下部热传导气流动路径连通的第四重整通孔。
[0035]优选地，所述上部热传导单元`包括:至少一个上部热传导板，所述上部热传导板具有与所述热传导气供应管连通的上部热传导通道，并形成所述上部热传导气流动路径；以及至少一个上部重整板，所述上部重整板具有与所述重整气排放管连通的上部重整通道，并与所述上部热传导板交替地层压以形成所述上部重整气流动路径，所述上部热传导板和上部重整板包括在与重整单元的第一到第四重整通孔相对应的位置形成的第一到第四上部通孔，并且，具有在其内部形成的第一和第二上部通孔的上部保护板被置于所述上部热传导单元的最下面。
[0036]优选地，所述下部热传导单元包括:至少一个下部热传导板，所述下部热传导板具有与所述热传导气供应管连通的下部热传导通道，并形成所述下部热传导气流动路径；以及至少一个下部重整板，所述下部重整板具有与所述原料气供应管连通的下部重整通道，并与所述下部热传导板交替地层压以形成所述下部重整气流动路径，所述下部热传导板和下部重整板包括在与重整单元的第一到第四重整通孔相对应的位置形成的第一到第四下部通孔，并且，具有在其内部形成的第三和第四下部通孔的下部保护板被置于所述下部热传导单元的最上面。
[0037]优选地，所述气体输送单元包括:气体收集板，所述气体收集板被置于所述重整催化剂板上，并与所述第一到第四重整通孔隔离；以及气体输送板，所述气体输送板被置于所述气体收集板上，并包括仅与所述第一重整通孔连通的气体输送通道。
[0038]优选地，所述气体输送单元为收集输送板，被置于所述重整催化剂板上，并且具有与所述第二到第四重整通孔隔离的多孔状收集孔，其中，所述多孔状收集孔通过连接通道与所述第一重整孔连通。
[0039]优选地，重整催化剂承盘(retainer)被置于所述重整催化剂板中、重整催化剂之下。
[0040]优选地，O型环540被置于所述重整催化剂板中、重整催化剂之下。
[0041]优选地，多孔状收集孔的横截面积被制成小于所述重整催化剂的横截面积。
[0042][有益效果]
[0043]通过提供根据本发明所述的微通道烃重整装置，使使用小型或中型的紧凑型氢气生产装置成为可能。特别地，如果将本发明的微通道烃重整装置用于包含使用分离膜的氢气提纯过程的氢气生产装置，则不穿过分离膜的含氢气体能够被用作燃料，因此，所述氢气生产装置能够被用作具有高效率的优良氢气生产系统。
[0044]另外，如果本系统与多个含有含氢废气的燃料室相连，则可以取得良好的效果。
[0045]另外，在根据本发明所述的微通道烃重整装置中，通过层压多个重整单元来增大重整能力是可能的。因此，本发明 获得的新方法可克服传统重整装置在通过分步扩大来增大重整能力时用时过长的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0046]图1是根据相关的现有技术的氢气生产方法的框图。
[0047]图2是根据本发明的第一实施方案的烃重整装置的分解立体图。
[0048]图3是图2中的上部热传导单元的分解立体图。
[0049]图4是图2中的重整单元的分解立体图。
[0050]图5是图2中的重整板的横截面图，在所述重整板中装有重整催化剂和重整催化剂承盘。
[0051]图6是图2中的下部热传导单元的分解立体图。
[0052]图7是示出了连接后的图2中的烃重整装置的外观的立体图。
[0053]图8是图2中的烃重整装置的上部热传导板的立体图。
[0054]图9是图2中的烃重整装置的上部重整板的立体图。
[0055]图10是图2中的烃重整装置的上部保护板的立体图。
[0056]图11是图2中的烃重整装置的下部保护板的立体图。
[0057]图12是图2中的烃重整装置的重整催化剂承盘的立体图。
[0058]图13是图2中的烃重整装置的收集输送板的立体图。
[0059]图14是图2中的烃重整装置的重整催化剂板的立体图。
[0060]图15是图2中的烃重整装置的气体供应板的立体图。
[0061]图16是图2中的烃重 整装置的改进例子的分解立体图。[0062]图17是根据本发明的第二实施方案的烃重整装置的分解立体图。
[0063]图18是图17中的重整单元的分解立体图。
[0064]图19是图17中的重整板的横截面图，在所述重整板中装有重整催化剂和O型环。
[0065]图20是图4中所示的重整单元的改进例子的分解立体图。
[0066]附图标记说明:
[0067]10:重整装置，20:一氧化碳水气转换反应器
[0068]30:氢气分离器，40:燃烧炉
[0069]110:上部板，112,114:热传导气供应管
[0070]113:重整气排放管，120:下部板
[0071]121:原料气供应管，122:热传导气排放管
[0072]200:上部热传导单元，210，230:上部热传导板
[0073]211，221，231，241:第一上部通孔，212，222，232，242:第二上部通孔
[0074]213，223，233，243:第三上部通孔，214，224，234，244:第四上部通孔
[0075]215，235:上部热传导通道，220，240:上部重整板
[0076]225，245:上部重整通道，250:上部保护板
[0077]300，500，600:重整单元，310，510，610:加热板
[0078]311，321，351，361，511，521，551，561，611，621，631，661，671:第一重整通孔
[0079]312，322，352，362，512，522，552，562，612，622，632，662，672:第二重整通孔
[0080]313，323，353，363，513，523，553，563，613，623，633，663，673:第三重整通孔
[0081]314，324，354，364，514，524，554，564，614，624，634，664，674:第四重整通孔
[0082]315，515，615:加热通道，320，520:收集输送板
[0083]325，525，635:多孔状收集孔，326，526:连接通道
[0084]330，530,640:重整催化剂，340,650:重整催化剂承盘
[0085]350，550,660:重整催化剂板，355，555，665:催化剂孔
[0086]360，560,670:气体供应板，365，565:气体供应通道
[0087]400:下部热传导单元，410:下部保护板
[0088]420,440:下部热传导板，421，431，441，451:第一下部通孔
[0089]422，432，442，452:第二下部通孔，423，433，443，453:第三下部通孔
[0090]424，434，444，454:第四下部通孔，425，445:下部热传导通道
[0091]430,450:下部重整板，435，455:下部重整通道
[0092]540:0型环，625:气体输送通道
[0093]1000,1002，2000:烃重整装置
【具体实施方式】
[0094]在下文中，本发明的几个优选实施方案将结合附图加以描述。关于附图，在几幅图中，相似的附图标记表示相似的或相应的部分。在本发明的实施方案中，省略了对那些被判断为会不必要地模糊本发明的目的的、公众已知的功能和构造的详细描述。
[0095]如图2所示，根据本发明的第一实施方案，使用微通道加热器的烃重整装置1000包括通过扩散粘结、电焊、电弧焊或相似方法结合的多个层压板以获得图7中所示的紧凑结构。
[0096]烃重整装置1000包括上部板110和下部板120，它们被分别置于烃重整装置的最上面和最下面。
[0097]另外，上部热传导单元200、重整单元300和下部热传导单元400被置于上部板110和下部板120之间；所述上部热传导单元200从排出的重整气中吸收热量来预热和燃烧热传导气，重整反应主动地在所述重整单元300中进行，所述下部热传导单元400将来自排出的热传导气的重整气加热至足够发生重整反应的温度。
[0098]特别地，如图16所示，本发明披露了一个堆垛多个重整单元300的独特结构，这个将在下面加以描述。
[0099]上部板110上设有热传导气供应管112和114和用来将重整气排出装置的重整气排放管113，所述热传导气供应管112和114与热传导气供应源(未示出)相连以供应装置中的热传导气。所述热传导气供应管112和114可以是一根热传导气供应管，燃料气和空气都通过它来供应；也可以是分开的热传导气供应管112和114，燃料气和空气分别通过它们来供应。在本发明的第一实施方案中，燃料气通过热传导气供应管112来供应，而空气通过热传导气供应管114来供应，它们被设置在与热传导气排放管122相同的位置，这个将在下面进行描述。
[0100]另外，用于点燃引入的燃料气的点火催化剂可以置于热传导气供应管112中。可以使用通过以下方法制造的任何一种催化剂作为所述点火催化剂:在金属纤维的编织物的外表面涂覆含有Al，Ti,Zr和Si组分中至少一种的氧化物，而后，将钼(Pt)和钯(Pb)的混合物施加到涂覆后的纤维的表面。当将点火催化剂置于热传导气供应管112中并且使用在燃料中含微量氢气的气体时，可以省略将氧化催化剂施加到热传导板中的热传导通道的表面的步骤。
`[0101]特别地，将根据本发明的点火催化剂置于热传导供应管中的效果、即放置点火点的效果，导致与将点火催化剂置于热传导气排放管122中的构造所取得的结果完全不同的结果。具体而言，当将点火催化剂置于热传导气排放管122中时，为将点火点移向燃料和空气的起始混合点，热传导面积的降低是不可避免的，因为在板表面的单个的微通道的尺寸应该等于或高于一定水平(熄火距离)以避免点火火焰的冷却。因此，为了使热传导效率最大化，优选的是将点火点如本发明一样置于热传导气供应管中，或者置于热传导气供应管的上方(未示出)，以使微通道的沟槽直径(groove diameter)更小。
[0102]无论点火点被放置在重整装置的内部或外部都能够取得同样的功能的原因在于，由于燃料中含有氢气，在点火后火焰会自然地移到燃料和空气的起始混合点。
[0103]所述点火催化剂的载体可以用颗粒状，管状或棒状的陶瓷材料来制造。或者，使用高压放电设备也可以实现本发明的目的。
[0104]下部板120设有原料气供应管121和用来将热传导气排出装置的热传导气排放管122，所述原料气供应管121与原料气供应源(未示出)相连来供应装置中的原料气。
[0105]上部热传导单元200，被置于上部板110之下，并包括上部热传导气流动路径和上部重整气流动路径，所述上部热传导气流动路径与热传导气供应管112和114相连以使热传导气流动，所述上部重整气流动路径以与所述上部热传导气流动路径相接触的形式形成以允许热传导在其之间进行，并与重整气排放管113相连。[0106]上部热传导单元200包括与热传导气供应管112和114连通的上部热传导通道215和235、构成上部热传导气流动路径的至少一个上部热传导板210和230、与重整气排放管113连通的上部重整通道225和245、以及与上部热传导板210和230交替层压以构成所述上部重整气流动路径的至少一个上部重整板220和240。另外，上部保护板250被置于上部热传导单元200的最下面。
[0107]如图3中所示，上部热传导板210和230以及上部重整板220和240包括形成在其中的第一到第四上部通孔。第一上部通孔211、221、231和241，第二上部通孔212、222、232和242，第三上部通孔213、223、233和243，以及第四上部通孔214、224，234和244，被互相隔离，而且，在烃重整装置1000具有如图2所示的长方形横截面的情况下，考虑到热传导效率，优选的是将这些上部通孔设置在所述长方形结构的顶点附近。因此，当上部热传导板210和230以及上部重整板220和240被层压时，所述第一上部通孔到第四上部通孔被设置排列在上下相同的位置以形成管子的形状。
[0108]由此，上部热传导通道215和235将第二上部通孔212和232与第四上部通孔214和234连通，同时，将第一上部通孔211和231与第三上部通孔213和233隔离。另外，上部重整通道225和245将第一上部通孔221和241与第三上部通孔223和243连通，同时，将第二上部通孔222和242与第四上部通孔224和244隔离。
[0109]上部保护板250只包括第一上部通孔251和第二上部通孔252。
[0110]结果是，所述上部热传导气流动路径是由热传导气供应管112和114、第二上部通孔212、222、232和242、第四上部通孔214、224、234和244、上部热传导通道215和235、以及上部保护板250的第二上部通孔252形成的。另外，所述上部重整气流动路径是由重整气排放管113、第一上部通孔211、221、231和241、第三上部通孔213、223、233和243、上部重整通道225和245、以及上部保护板250的第一上部通孔251形成的。
[0111]下部热传导单元400 被置于下部板120上，并包括下部热传导气流动路径和下部重整气流动路径，所述下部热传导气流动路径与热传导气排放管122相连以使热传导气流动，所述下部重整气流动路径以与所述下部热传导气流动路径相接触的方式形成以允许热传导在其之间进行，并且与原料气供应管121相连。
[0112]下部热传导单元400包括与热传导气排放管122连通的下部热传导通道425和445、形成所述下部热传导气流动路径的至少一个下部热传导板420和440、与原料气供应管121连通的下部重整通道435和455、以及与下部热传导板420和440交替层压来形成所述下部重整气流动路径的至少一个下部重整板430和450。另外，下部保护板410被置于下部热传导单元400的最上面。
[0113]如图6中所示，下部热传导板420和440和下部重整板430和450包括形成在其中的第一到第四下部通孔。第一下部通孔421、431、441和451，第二下部通孔422、432、442和452，第三下部通孔423、433、443和453，以及第四下部通孔424、434、444和454，被互相隔离，而且，在烃重整装置1000具有如图6所示的长方形横截面的情况下，考虑到热传导效率，优选的是将这些下部通孔设置在所述长方形结构的顶点附近。因此，当下部热传导板420和440和下部重整板430和450被层压时，第一下部通孔到第四下部通孔被设置在上下相同的位置以形成管子的形状。
[0114]由此，下部热传导通道425和445将第二下部通孔422和442与第四下部通孔424和444连通，同时，将第一下部通孔421和441与第三下部通孔423和443隔离。另外，下部重整通道435和455将第一下部通孔431和451与第三下部通孔433和453连通，同时，将第二下部通孔432和452与第四下部通孔434和454隔离。
[0115]下部保护板410只包括第三下部通孔413和第四下部通孔414。
[0116]结果是，下部热传导气流动通道是由热传导气排放管122、第二下部通孔422、432、442和452、第四下部通孔424、434、444和454、下部热传导通道215和235、以及下部保护板410的第四下部通孔414形成的。另外，下部重整气流动路径是由原料气供应管121、第一下部通孔421、431、441和451、第三下部通孔423、433、443和453、下部重整通道435和455、以及下部保护板410的第三下部通孔413形成的。
[0117]如图4中所示，重整单元300有可被层压为两层或更多层的结构。为此，重整单元300包括:气体供应板360，其上设有用于仅与所述下部重整气流动路径连通的气体供应通道365 ;重整催化剂板350，被层压在气体供应板360上，并具有装载于其上的重整催化剂330 ;气体输送单元，被层压在重整催化剂板350上以将由重整催化剂330重整后的气体输送到所述上部重整气流动路径；以及加热板310，被置于气体供应板360之下或在所述下部气体输送单元之上，并且具有加热通道315以使所述上部热传导气流动路径与所述下部热传导气流动路径连通。
[0118]气体供应板360、重整催化剂板350、气体输送单元和加热板310分别包括与上部重整气流动路径连通的第一重整通孔311、321、351和361，与上部热传导气流动路径连通的第二重整通孔312、322、352和362，与下部重整气流动路径连通的第三重整通孔313、323,353和363，与上部热传导气流动路径连通的第四重整通孔314、324、354和364。结果是，当结合重整单元300时，第一重整通孔到第四重整通孔都被设置在上下相同的位置以形成管子的形状。
[0119]由此，第一到第四重整通孔、第一到第四上部通孔和第一到第四下部通孔都可以被置于上下相同的位置。
[0120]在加热板310中，加热通道315将第二重整通孔312和第四重整通孔314互相连通，同时，将第一重整通孔311和第三重整通孔313隔离。
[0121]在气体供应板360中，气体供应通道365只与第三重整通孔363连通，同时，与第一重整通孔361、第二重整通孔362和第四重整通孔364隔离。
[0122]另外，重整催化剂承盘340被置于催化剂孔355中，所述催化剂孔355形成在重整催化剂330之下的重整催化剂板350的中心。如图12中所示，重整催化剂承盘340可以被制成具有上部格板和下部格板互相垂直交叉的结构。所述重整催化剂承盘340可以通过在金属圆盘的上下附着掩膜，然后对其进行蚀刻的方法来制造。优选地，重整催化剂承盘340和重整催化剂330在结合前从重整催化剂板350上突出，并且在结合过程中通过压力压至与重整催化剂板350的上表面具有相同的高度，以此提高重整催化剂330的接触效率。
[0123]可以使用0.3到3.0mm厚的重整催化剂330，所述重整催化剂330是通过镍粉末(平均颗粒直径为2.0 μ m)以100到800kgf/cm2压制成型的。成型体在氢气气氛下在500到900°C下烧结I到5小时以提供所需的强度。重整催化剂330可以根据重整原料不同而不同。对于甲烷、柴油或汽油，重整催化剂可以用镍粉末来制备，而当用乙醇或甲醇来制备合成气时，重整催化剂可以使用以铜作为主要组分的微金属粉末来制备。[0124]另外，气体输送单元包括气体收集输送板320，所述气体收集输送板320被置于重整催化剂板350上，并具有与第二到第四重整通孔322、323和324相隔离的多孔状收集孔325。所述多孔状收集孔325通过连接通道326与第一重整孔321连通。如上所述，多孔状收集孔325和连接通道326可以通过使用掩模进行部分蚀刻来制造。
[0125]优选的是所述多孔状收集孔325的横截面积被制成小于重整催化剂330的横截面积，以此避免未通过重整催化剂330的重整气泄漏。
[0126]根据本发明的第一实施方案，烃重整装置1000基本上如上所述地来构造。具有上述构造的烃重整装置1000通过结合可具有如图7中所示的形状。
[0127]图16示出了烃重整装置1002，所述烃重整装置1002是根据本发明的第一实施方案的烃重整装置1000的改进例子，并具有多个重整单元300。
[0128]如上所述，当将重整单元300结合时，第一重整通孔到第四重整通孔被置于上下相同的位置以在重整单元300中形成管子的形状。因此，即使重整单元300被层压，也可以形成连续相连的管子形状。最后，由于上部热传导单元200的上部保护板250被置于多个重整单元300的上面，并且下部热传导单元400的下部保护板410被置于多个重整单元300的下面，所以热传导气只通过加热板310，并且重整气只通过重整催化剂330，因此，可以层压重整单元300。
[0129]因此，即使加热板310被置于气体供应板360的下面或收集输送板320的上面，也可通过连续地层压重整单元300取得同样的效果。
[0130]图17到19示出了根据本发明的第二实施方案的烃重整装置2000。与第一实施方案的烃重整装置1000相对应的构造部分具有与其相同的附图标记，而它们的具体描述将被省略。
[0131]第二实施方案的烃重整装置2000与第一实施方案的烃重整装置1000在重整催化剂530的装载形式方面是不同的。具体而言，在第二实施方案的烃重整装置2000中，O型环540被置于重整催化剂530之下以提供压力以密封原料气并使重整催化剂530与收集输送板520的下面紧密接触。O型环540由金属材料制成，并在所述装置的组装阶段被按压变形以紧密地接触催化剂孔555的内壁，以此避免反应气在重整催化剂530和收集输送板520之间泄漏。对O型环540的截面形状没有限制，在本发明的第二实施方案中，所述O型环540的截面形状可以被制成圆形。因此，在组装前，O型环540和重整催化剂530的厚度之和大于催化剂孔555的厚度，在组装过程中，O型环540和重整催化剂530的厚度之和变得与催化剂孔555的厚度相等，因此通过O型环540可以提供足够的紧密度。
[0132]图20示出了重整单元600，所述重整单元600是根据本发明的第一实施方案的烃重整装置1000的重整单元300的改进例子。与第一实施方案的烃重整装置1000相对应的构造部分使用同样的附图标记，而它们的具体描述将被省略。
[0133]重整单元600包括为气体输送单元提供气体收集功能的气体收集板630和具有气体输送功能的气体输送板620。这些是第一实施方案的气体收集输送板320的两个独立的功能。
[0134]所述气体收集板630包括在其中心部分形成的多孔状收集孔635，所述多孔状收集孔635与第一到第四重整通孔631、632、633和634相隔离。另外，气体输送板620的形状是气体供应板670反转的形状，所述气体输送板620包括在它上面形成的气体输送通道625。所述气体输送通道625只与第一重整通孔621连通，同时，与第二到第四重整通孔622、623和624隔离。气体输送通道625具有收集从多孔状收集孔635供应的重整气并将其输送到第一重整输送孔621的功能。
[0135]虽然已经通过结合在附图中示出的典型的实施方案来描述了本发明，这也只是说明性的。本领域技术人员明白可以对本发明进行很多改造和变化。因此，本发明的实际技术范围应该由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.用于烃重整的使用微通道加热器的装置，包括: 上部板，包括热传导气供应管和用来排放重整气的重整气排放管，所述热传导气供应管与热传导气供应源相连以供应热传导气， 下部板，包括原料气供应管和用来排放所述热传导气的热传导气排放管，所述原料气供应管与原料气供应源相连以供应原料气， 上部热传导单元，被置于所述上部板下，包括上部热传导气流动路径和上部重整气流动路径，所述上部热传导气流动路径与所述热传导气供应管相连以供所述热传导气流动，所述上部重整气流动路径以与所述上部热传导气流动路径相接触的方式形成以允许热传导在其之间进行，并且与所述重整气排放管相连， 下部热传导单元，被置于所述下部板上，包括下部热传导气流动路径和下部重整气流动路径，所述下部热传导气流动路径与所述热传导气排放管相连以供所述热传导气流动，所述下部重整气流动路径以与下部热传导气流动路径相接触的形式形成以允许热传导在其之间进行，并且与所述原料气供应管相连，以及 至少一个重整单元，被层压在所述上部热传导单元和所述下部热传导单元之间； 其中，为了层压两层或更多层，所述重整单元包括: 气体供应板，所述气体供应板上装有用于仅与所述下部重整气流动路径连通的气体供应通道， 重整催化剂板，被层压在所述气体供应板上，并具有装载在其上的重整催化剂， 气体输送单元，被层压在所述重整催化剂板上以将所述重整气通过所述重整催化剂输送到所述上部重整气流动路径 ，以及 加热板，被置于所述气体供应板下或在所述下部气体输送单元上，并具有加热通道以连通所述上部热传导气流动路径与所述下部热传导气流动路径； 其中，所述气体供应板、重整催化剂板、气体输送单元和加热板分别包括与所述上部重整气流动路径连通的第一重整通孔、与所述上部热传导气流动路径连通的第二重整通孔、与所述下部重整气流动路径连通的第三重整通孔、与所述下部热传导气流动路径连通的第四重整通孔。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上部热传导单元包括: 至少一个上部热传导板，所述上部热传导板具有与所述热传导气供应管连通的上部热传导通道，并形成所述上部热传导气流动路径，和 至少一个上部重整板，所述上部重整板具有与所述重整气排放管连通的上部重整通道，并与所述上部热传导板交替地层压以形成所述上部重整气流动路径， 所述上部热传导板和所述上部重整板包括在与所述重整单元的第一到第四重整通孔相对应的位置形成的第一到第四上部通孔；以及 上部保护板，具有在其内部形成的所述第一和第二上部通孔，被置于所述上部热传导单元的最下面。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下部热传导单元包括: 至少一个下部热传导板，所述下部热传导板具有与所述热传导气供应管连通的下部热传导通道，并形成所述下部热传导气流动路径，和 至少一个下部重整板，所述下部重整板具有与所述原料气供应管连通的下部重整通道，并与所述下部热传导板交替地层压以形成所述下部重整气流动路径， 所述下部热传导板和所述下部重整板包括在与所述重整单元的第一到第四重整通孔相对应的位置形成的第一到第四下部通孔；以及 下部保护板，具有在其内部形成的所述第三和第四下部通孔，被置于所述下部热传导单元的最上面。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体输送单元包括: 气体收集板，所述气体收集板被置于所述重整催化剂板上，并与所述第一到第四重整通孔相隔离；和 气体输送板，所述气体输送板被置于所述气体收集板上，并包括仅与所述第一重整通孔连通的气体输送通道。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体输送单元为气体收集输送板，所述气体收集输送板被置于所述重整催化剂板上，并具有与所述第二到第四重整通孔相隔离的多孔状收集孔，其中，所述多孔状收集孔通过连接通道与所述第一重整孔连通。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，重整催化剂承盘被置于所述重整催化剂板之中、所述重整催化剂之下。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，O型环540被置于所述重整催化剂板之中、所述重整催化剂之下。
8.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述多孔状收集孔的横截面积被制成小于所述重整催化剂的横截面 积。
【文档编号】C01B3/38GK103502140SQ201180070755
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2011年12月6日 优先权日:2011年5月9日
【发明者】朴种洙, 黄敬兰, 李信根, 李春枎, 李晟旭 申请人:韩国能源技术研究院