反应载体表面多孔化的自热型醇类制氢微重整器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种醇类制氢微重整器，尤其是一种反应载体表面多孔化的自热型醇类制氢微重整器。
【背景技术】
[0002]当前，化石燃料减少，环境污染加剧，成为各方关注的严重问题。在不同的可再生能源装置中，燃料电池提供了清洁高效的能量输出，而氢能由于其高效、零污染等优势，被广泛地应用于燃料电池。然而，现有的制氢技术还远没有达到商业化的目标，其中最实用的方法为碳氢燃料重整法，该方法有三种常用的方法:水汽重整反应，部分催化氧化和自热重整反应。在这些方法中，水汽重整法具有氢气产量高、长期稳定性好等优势。
[0003]醇类自热重整制氢是目前进行水汽重整制氢的有效方式，它是通过醇类或氢气等燃料的燃烧，释放出大量的热量，为醇类重整反应提供合适的温度，以实现醇类自热重整制氢。最近，世界范围内的很多相关单位开展了对自热型重整制氢微重整器的研宄。微重整器的温度分布均匀性、催化剂的附着力和附着面积、微通道的结构尺寸、反应载体板的拓扑结构、加工方法等众多因素，均对微重整器的制氢性能有很大的影响。设计性能更好、易于加工、可批量生产和易于催化剂附着的微重整器，从而提高醇类的转化效率、氢气的产生速度、较低的CO浓度等，是自热型制氢微重整器技术的重要方面。
[0004]中国发明专利(申请号200610104598.4)公开了一种金属泡沫催化重整反应器。该反应器采用管式结构，使用金属泡沫作为催化剂载体，外层催化燃烧释放的热量，传递到内管中间的金属泡沫进行催化重整，高效清洁地制取氢气，但是采用金属泡沫作为反应载体板，热传递效率低，压降较大，并且采用管式结构，不易扩大反应规模。
[0005]中国发明专利(申请号201310554712.3)公开了一种自热错排微凸台阵列型醇类重整器，包括氢气提纯部件、重整制氢部件和催化燃烧部件，可以实现醇类重整制氢的自热运行，同时通过氢气提纯，可以得到氢气浓度较高的气体产物，但是表面负载的催化剂易脱落，导致反应速率的降低和醇类转化率的下降。
[0006]虽然各国研宄者已对自热型醇类重整制氢微重整器进行了大量深入的研宄，但是目前的自热型微重整器在醇类转化率、反应器比表面积、压降、传热等方面还有待提高，有必要设计一种具备传热传质效率更高、比表面积更大、压降更低等优势的微重整器。
【发明内容】
[0007]为了达到【背景技术】中提到的技术要求，本发明提出了一种反应载体表面多孔化的自热型醇类制氢微重整器。
[0008]本发明采用的技术方案是:
[0009]本发明包括上盖板、下底板以及密封安装在上盖板与下底板之间的左引流板、右引流板和反应载体板；左引流板、右引流板分别安装在反应载体板的两侧，反应载体板两侧分别与左引流板和右引流板之间均设有柔性石墨垫，反应载体板、左引流板和右引流板组成的整体与上盖板之间设有柔性石墨垫，左引流板和右引流板均为矩形板，上下表面均开有三角形引流槽；反应载体板上表面开有多排平行间隔均布的梯形的微通道，微通道沿左右方向，微通道梯形的三个表面上均开有均匀分布的微孔，所有微通道按照排列的依次顺序分为奇数微通道和偶数微通道的两组通道。
[0010]所述的左引流板:左引流板上表面靠近反应载体板的一侧开有与各个奇数微通道或者偶数微通道相连通的引流口，左引流板下表面靠近反应载体板的一侧开有与各个偶数微通道或者奇数微通道相连通的引流口 ；左引流板上表面远离反应载体板的一侧设有用于重整混合气体流出的重整出口，重整出口与左引流板上表面的各个引流口通过三角形引流槽连通，重整出口为盲孔结构；左引流板下表面远离反应载体板的一侧设有用于燃料混合气体流入的燃料入口，燃料入口与左引流板下表面的各个引流口通过三角形引流槽连通，燃料入口为通孔结构，不与左引流板上表面的三角形引流槽连通；
[0011]所述的右引流板:右引流板上表面靠近反应载体板的一侧开有与各个奇数微通道或者偶数微通道相连通的引流口，右引流板下表面靠近反应载体板的一侧开有与各个偶数微通道或者奇数微通道相连通的引流口 ；右引流板上表面远离反应载体板的一侧设有用于重整混合气体流入的重整入口，重整入口与右引流板上表面的各个引流口通过三角形引流槽连通，重整入口为盲孔结构；右引流板下表面远离反应载体板的一侧设有用于燃料混合气体流出的燃料出口，燃料出口与右引流板下表面的各个引流口通过三角形引流槽连通，燃料出口为通孔结构，不与右引流板上表面的三角形引流槽连通。
[0012]若所述的左引流板上表面的引流口与反应载体板的各个奇数微通道连通，则右引流板上表面的引流口与反应载体板的各个奇数微通道连通，左引流板和右引流板下表面的引流口与反应载体板的各个偶数微通道连通；若所述的左引流板上表面的引流口与反应载体板的各个偶数微通道连通，则右引流板上表面的引流口与反应载体板的各个偶数微通道连通，左引流板和右引流板下表面的引流口与反应载体板的各个奇数微通道连通。
[0013]所述的左引流板和右引流板上表面的引流口与所对应微通道梯形的上侧区域连通，左引流板和右引流板下表面的引流口与所对应微通道梯形的下侧区域连通。
[0014]所述的左引流板和右引流板上表面的引流口为梯形槽结构，其梯形形状与所对应微通道梯形上侧区域的形状相同。
[0015]所述的左引流板和右引流板下表面的引流口为燕尾槽结构，其梯形形状与所对应微通道梯形下侧区域的形状相同。
[0016]所述的微通道的梯形截面的短底边的长度为0.5-1_，高为0.7-1.3_，斜边与短底边的夹角为120-130°。
[0017]所述的左引流板和右引流板上表面的引流口梯形槽截面中，高度均为0.3-0.6mm，斜边与短底边的夹角均为120-130°，短底边的长度为0.9-1.3mm;所述的左引流板和右引流板下表面的引流口燕尾槽截面中，高度均为0.3-0.6mm，斜边与短底边的夹角均为120-130°，短底边的长度为0.5-lmm。
[0018]所述的微通道上的微孔形状为半球形，直径为50-200 μ m。
[0019]所述的相邻两个微通道之间的距离为l_2mm，微通道的数量为15_30。
[0020]本发明的微重整器通过引流板的设计，在反应载体板的第奇数个和偶数个微通道上分别进行醇类燃烧和重整反应，醇类燃烧反应产生的热量直接传递给相邻重整微通道进行醇类重整反应，从而实现醇类自热重整制氢。
[0021]本发明具有的有益效果是:
[0022]I)本发明通过引流板的设计，在一块反应载体板的相邻微通道上分别进行醇类燃烧和重整反应，从而实现醇类的自热重整制氢，同时，燃烧气体与重整气体逆向流动，相邻微通道间进行传热，可以显著提高重整器的传热传质效率和燃料利用率；
[0023]2)本发明与多孔材料反应载体微反应器相比，可以显著降低反应的压降，减小泵入反应物所需的能量，同时改善了反应载体板的传热能力，利于反应载体板温度的均匀分布，利于醇类重整制氢反应的高效均匀；
[0024]3)本发明与传统的微通道重整器相比，有效提高了反应载体板的比表面积，改善了催化剂的附着，从而有利于提高醇类重整制氢过程中的醇类转化率和反应速率；
[0025]4)本发明通过引流板的设计，实现了在一块反应载体板上自热进行醇类重整制氢，整体结构简单紧凑，可以方便应用于中小功率的制氢场合，为氢燃料电池供氢；重整器压降较小，利于反应载体板规模的层叠扩大，应用于大功率的制氢场合；
[0026]5)本发明的核心部件为表面多孔化的微通道反应载体板，可以通过表面烧结溶解法制备，加工成本低，可实现多尺度结构的一次成型。
【附图说明】
[0027]图1是本发明的整体三维结构示意图。
[0028]图2是本发明上盖板的二维结构示意图。
[0029]图3是本发明反应载体板的三维结构示意图。
[0030]图4是本发明下底板的三维结构示意图。
[0031]图5是本发明第一引流板的结构俯视图。
[0032]图6是本发明第一引流板的结构仰视图。
[0033]图7是本发明第一引流板的结构前视图。
[0034]图8是本发明第二引流板的结构俯视图。
[0035]图9是本发明第二引流板的结构仰视图。
[0036]图10是本发明第二引流板的结构后视图。
[0037]图11是位于第一引流板和反应载体板之间的柔性石墨垫的结构示意图。
[0038]图12是本发明反应载体板的二维结构示意图。
[0039]图13是本发明的反应载体板上的气体流动简图。
[0040]图14是本发明的整体制氢工作原理图。
[0041]图中:1、下底板，2、反应载体板，3、左引流板，4、微通道，5、上盖板，6、柔性石墨垫，7、右引流板，8、燃料进口管，9、重整出口管，10、燃料出口管，11、重整进口管，12、引流口，13、引流槽，14、燃料入口，15、重整出口，16、燃料出口，17、重整入口，18、微孔