一种层叠式双面多蛇形微通道重整制氢反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及了一种醇类制氢微反应器，尤其是涉及了一种层叠式双面多蛇形微通道重整制氢反应器。
【背景技术】
[0002]当今时代，环境污染与清洁能源是众多热点问题之一。氢能作为一种可再生能源，由于其高效、零污染等优势，被广泛地应用于各种场合。在众多制氢的方法中，水汽重整制氢具有氢气产量高、长期稳定性好等优势，得到了世界范围内的关注。在水汽重整制氢过程中，甲醇有较高的氢碳比，而反应温度和产物CO浓度较低，因而被广泛使用。
[0003]中国实用新型专利(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。
[0004]中国实用新型专利(申请号200910100100.0)公开了一种带微凸台阵列结构的自热型醇类重整制氢微通道反应器。此反应器包含三层板状反应载体，均带有微凸台阵列结构，形成上下两个通道，其中，上层通道为催化重整制氢通道，下层通道为燃烧通道，反应器能自热运行制氢，但是反应载体的表面较为光滑，不利于催化剂的涂覆。
[0005]虽然各国研宄者已对醇类重整制氢微重整器进行了大量深入的研宄，但是目前的微反应器在醇类转化率、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反应器。
【实用新型内容】
[0006]为了达到【背景技术】中提到的技术要求，本实用新型提出了一种层叠式双面多蛇形微通道重整制氢反应器。
[0007]本实用新型采用的技术方案是:
[0008]本实用新型包括上盖板、下盖板以及依次密封安装在上盖板与下盖板之间的一块蒸发板、多块上重整板和一块下重整板，多块上重整板安装在蒸发板与下重整板之间，上盖板、下盖板、蒸发板、多块上重整板和下重整板中的任意相邻两个的安装面之间均设有柔性石墨垫；上盖板装有进口管，下盖板装有出口管；蒸发板上表面开有蒸发腔，蒸发腔两侧对称分别连接有相通的入口引流腔和出口引流腔，出口引流腔处设有蒸发腔出口通孔；上重整板和下重整板上表面中心均设有反应腔，上重整板和下重整板的反应腔中均安装有反应载体薄板，反应载体薄板为矩形板，上表面和下表面以上下对称开有结构相同的包含有平行布置多个蛇形微通道的凹槽结构；上重整板和下重整板的反应腔两侧对称分别连接有相通的入口引流腔和出口引流腔，上重整板的入口引流腔处设有用于蒸汽流通的入口通孔，上重整板的出口引流腔处设有用于蒸汽流通的上重整板出口通孔，下重整板的出口引流腔处设有用于蒸汽流出的下重整板出口通孔。
[0009]所述的蒸发腔呈正方形，入口引流腔和出口引流腔呈三角形。
[0010]所述的蒸发板、上重整板和下重整板的侧表面均开有用于插装加热棒的两个加热棒闭孔。
[0011]所述的蛇形微通道的底面上均匀分布有微孔。
[0012]所述的蛇形微通道的截面为矩形，蛇形微通道的宽度沿引流方向逐渐均匀增大。
[0013]所述的蛇形微通道由多个相互平行的条形通道通过过渡通道依次连接而成，蛇形微通道的引流入口和引流出口分别设在反应载体薄板的两侧，各个条形通道的宽度沿引流方向依次增大。
[0014]所述的反应载体薄板上设有3-5个平行排布的蛇形微通道。
[0015]所述的蛇形微通道位于引流入口的条形通道宽度为0.4-0.6_，相邻的两个条形通道的宽度差为0.1-0.4mm ;蛇形微通道的深度为0.3_1_。
[0016]所述的蛇形微通道底面的微孔为半球形，直径为50-180 μπι。
[0017]所述的反应载体薄板由表面烧结溶解法制备而成。
[0018]本实用新型的微反应器，具有双面多蛇形微通道的反应载体薄板，可显著增大反应载体薄板的比表面积，改善催化剂的附着，并且可以有效降低反应压降，从而增大醇类转化率，提高氢气的产生速度，更加高效地实现醇类重整制氢。通过层叠装配，可实现反应器的规模扩大，并应用在大功率燃料电池的场合。
[0019]本实用新型具有的有益效果是:
[0020]I)本实用新型通过双面多蛇形微通道反应载体薄板的设计，可以增大反应载体薄板的比表面积，提高催化剂的附着力和附着面积，从而可以显著增大醇类的转化率，提高氢气的产生速度；
[0021]2)本实用新型的双面多蛇形微通道反应载体薄板，蛇形微通道的截面矩形的长度依次增大，可以有效改善反应过程中气体体积增大而导致气阻增加的问题，因而能显著降低反应的压降，从而降低泵入反应物所需的能量；
[0022]3)本实用新型的双面多蛇形微通道反应载体薄板，与多孔材料反应载体薄板相比，具有压降小和热导高等优势，可以减小能量消耗并有利于反应载体薄板上温度的均匀分布;
[0023]4)本实用新型的双面多蛇形微通道反应载体薄板，与传统的微通道反应载体薄板相比，有效提高了反应载体薄板板的比表面积，改善了催化剂的附着，并增加了反应物的保留时间，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；
[0024]5)本实用新型的核心部件为双面多蛇形微通道反应载体薄板，可以通过表面烧结溶解法制备，并经过后续的线切割等机械加工方法，加工成本低，可实现多尺度结构的一次成型。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型的整体三维爆炸示意图。
[0026]图2是本实用新型双面多蛇形微通道反应载体薄板的三维结构示意图。
[0027]图3是本实用新型双面多蛇形微通道反应载体薄板的结构仰视图。
[0028]图4是本实用新型蒸发板的三维结构示意图。
[0029]图5是本实用新型上重整板的三维结构示意图。
[0030]图6是本实用新型下重整板的三维结构示意图。
[0031]图7是本实用新型下底板的三维结构示意图。
[0032]图8是本实用新型的整体制氢工作原理图。
[0033]图9是本实用新型的反应载体薄板上的气体流动简图。
[0034]图中:1、下盖板，2、上重整板，3、下重整板，4、反应载体薄板，5、蒸发板，6、进口管，7、上盖板，8、柔性石墨垫，9、微孔，10、蛇形微通道，11、蒸发腔，12、入口引流腔，13、蒸发腔出口通孔，14、出口引流腔，15、入口通孔，16、出口管，17、加热棒闭孔，18、反应腔，19、上重整板出口通孔，20、下重整板出口通孔。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0036]如图1所示，本实用新型包括上盖板7、下盖板I以及依次密封安装在上盖板7与下盖板I之间的一块蒸发板5、多块上重整板3和一块下重整板2，上重整板3的数量为2-9块，多块上重整板3安装在蒸发板5与下重整板2之间，上盖板7、下盖板1、蒸发板5、多块上重整板3和下重整板2中的任意相邻两个的安装面之间均设有柔性石墨垫8，各块板采用螺栓进行连接装配。
[0037]如图1所示，上盖板7装有进口管6，如图7所示，下盖板I装有出口管16 ;如图4所示，蒸发板5上表面开有蒸发腔11，蒸发腔11两侧对称分别连接有相通的入口引流腔12和出口引流腔14，出口引流腔14处设有蒸发腔出口通孔13 ;如图5和图6所示，上重整板3和下重整板2上表面中心均设有反应腔18，上重整板3和下重整板2的反应腔18中均安装有反应载体薄板4，反应载体薄板4为矩形板，如图3所示，上表面和下表面以上下对称开有结构相同的包含有平行布置多个蛇形微通道10的凹槽结构，上下表面之间的蛇形微通道10呈镜像对称分布。
[0038]上重整板3和下重整板2的反应腔18两侧对称分别连接有相通的入口引流腔12和出口引流腔14，上重整板3的入口引流腔12处设有用于蒸汽流通的入口通孔15，上重整板3的出口引流腔14处设有用于蒸汽流通的上重整板出口通孔19，下重整板2的出口引流腔14处设有用于蒸汽流出的下重整板出口通孔20。
[0039]上盖板7、各个上重整板3与上重整板3的入口引流腔12均在同一侧，出口引流腔14均在同一侧；蒸发腔出口通孔13与最上面的上重整板3的入口通孔15对应相通，最下面的上重整板3的上重整板出口通孔19与下重整板2的入口引流腔12对应相通。
[0040]如图8所示，混合液体由上盖板7的进口管6进入，依次经蒸发板5的入口引流腔12、蒸发腔11和出口引流腔14后变为混合气体，混合气体从蒸发腔出口通孔13同时进入多个上重整板3和下重整板2 ;进入上重整板3的混合气体经上重整板3入口引流腔12进入反应腔18的反应载体薄板4，从反应薄板4上的多个蛇形微通道上经过并进行反应，反应产物气体再从出口引流腔14和上重整板出口通孔19出来，穿过柔性石墨垫8上的通孔从下盖板I的出口管16被收集利用；进入下重整板2的混合气体经下重整板2的入口引流腔12进入反应腔18的反应载体薄板4，从反应薄板4上的多个蛇形微通道上经过并进行反应，反应产物气体再从出口引流腔14和下重整板出口通孔20出来穿过柔性石墨垫8上的通孔从下盖板I的出口管16被收集利用。
[0041]蒸发腔11呈正方形，入口引流腔12和出口引流腔14呈三角形。
[0042]蒸发板5、上重整板3和下重整板2的侧表面均开有用于插装加热棒的两个加热棒闭孔17，加热棒插在加热棒闭孔17中并覆盖到蒸发腔11和反应腔18。反应器通过设置在加热棒闭孔17上的加热棒进行加热，并用热电偶实现温度的测量。
[0043]如图2所示，蛇形微通道10的底面上均匀