一种基于余热利用的制氢反应装置的制作方法

本发明涉及工业能源回收利用的微反应装置，特别是涉及一种基于余热利用的制氢反应装置。

背景技术：

当前，我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70％，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30％左右。除了生产工艺相对落后、产业结构不合理的因素外，工业余热利用率低，能源没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因。我国能源利用率仅为33％左右，比发达国家低约10％。至少50％的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。因此从另一角度看，我国工业余热资源丰富，工业余热回收利用又被认为是一种“新能源”，近年来成为推进我国节能减排工作的重要内容。工业余热按其能量形态可以分为三大类，即可燃性余热、载热性余热和有压性余热。其中常见的大多数余热是载热性余热，它包括排出的废气和产品、物料、废物、工质等所带走的高温热以及化学反应热等，如锅炉与窑炉的烟道气，燃气轮机、内燃机等动力机械的排气，焦炭、钢铁铸件、水泥、炉渣的高温显热，凝结水、冷却水、放散热风等带走的显热，以及排放的废气潜热等。而在用微反应器制氢的过程中，尾气余热的利用也是不可忽视的经济效益。目前，微反应装置尾气热循环技术仍处于起步阶段，各项技术还不太成熟，在目前所研制的微反应器尾气热循环装置中，原料加热效率不高，流体回流等问题阻碍着微反应器尾气热循环装置的进步和发展。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于余热利用的制氢反应装置，其克服了现有技术的微反应装置无法有效利用余热的不足之处，实现尾气余热的有效利用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于余热利用的制氢反应装置，包括反应本体，该反应本体设有反应腔、原料入口、出气口；还包括增压装置和位于原料入口与反应腔之间的预热部，所述反应本体还设有供反应腔产生的气体输出的出气通道，所述预热部包括原料通道、包围原料通道的壁体外周或设在原料通道中的气体通道，所述原料入口通过原料通道连通反应腔；增压装置的进气口与出气通道连通，增压装置的出气口连通所述气体通道的进气端，所述气体通道的出气端远离其进气端，并连通所述出气口。

作为优选，所述原料通道的数量为多个，该多个原料通道按阵列分布，所述气体通道为网状条形通道，并包围各个原料通道的外周。

作为优选，所述增压装置的出气口通过设在所述反应本体内部的回流通道连通所述气体通道的进气端。

作为优选，所述反应腔包括蒸发部和重整部，蒸发部位于所述预热部和重整部之间，重整部连通所述出气通道；所述反应本体连接有用于分别为所述蒸发部、重整部提供热能的第一加热装置和第二加热装置，该第一加热装置与第二加热装置设置为加热棒，通过反应本体上所设对应于蒸发部和重整部插孔插入反应本体，对蒸发部与重整部进行加热。

作为优选，所述蒸发部内设柱状泡沫金属，且该柱状泡沫金属外径与所述蒸发部内径相等。

作为优选，所述重整部内设有若干金属载体反应板，该若干金属载体反应板分别与所述柱状泡沫金属平行，并间隔分布。

作为优选，所述金属载体反应板为铜纤维烧结板，且孔隙率为80％。

作为优选，所述增压装置的进气口孔径、出气口孔径分别与所述回流通道的内径、出气通道的内径相等，并且所述增压装置的进气口孔径、出气口孔径为3-4mm。

作为优选，所述原料通道内部空心宽度为1.5-2.5mm，壁体厚度为0.8-1.2mm，所述气体通道的宽度为0.5-1.2mm。

作为优选，所述增压装置为旋片式真空泵，并固定在所述反应本体上。

作为优选，所述蒸发部与重整部上方分别设有位于反应本体上的热电偶，用于检测蒸发部与重整部的温度。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用在原料入口与反应腔之间设置所述预热部，并通过所述增压装置对制成的气体进行增压和进入预热部，解决回流问题，且气体进入预热部的气体通道后，通过将余热有效传递给了流经原料通道的原料，实现对原料的有效预热，不仅提高了尾气余热的再利用，并且降低了能源的浪费。

2.本发明进一步设置所述回流通道，并将回流通道设置于反应本体内部，能更有效的防止尾气余热的散失。

3.本发明预热部包括多个所述原料通道，且气体通道为网状条形通道，并包围各个原料通道的外周，使得气体和原料能够大面积的进行热交换，进一步提高余热利用的效率。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种基于余热利用的制氢反应装置不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的左视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图3的B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1-图4所示，本发明的一种基于余热利用的制氢反应装置，包括反应本体1，该反应本体1设有反应腔11、原料入口121、出气口16和供反应腔11产生的气体输出的出气通道131。具体所述反应本体1包括反应主体和设在该反应主体左、右两端的端盖(一)12、端盖(二)13。所述端盖(一)12上设有所述原料入口121、端盖(二)13上设有所述出气通道131；反应主体上设有所述反应腔11、出气口16。本发明还包括增压装置14和位于原料入口121与反应腔11之间的预热部15。所述反应腔11横截面呈圆形，所述预热部15包括原料通道151和包围原料通道151的壁体外周以实现热传递的气体通道152，所述原料入口12通过原料通道151连通反应腔11；增压装置14的进气口141与出气通道131连通，增压装置14的出气口142连通所述气体通道152的进气端，所述气体通道152的出气端1521远离其进气端1522，并连通所述出气口16。

本实施例中，如图4所示，所述原料通道151的数量为多个，该多个原料通道151按阵列分布，且横截面呈多边形(位于外围的原料通道有的呈三角形，有的呈梯形，位于中间的原料通道则呈正方形)，所述气体通道152为网状条形通道，并包围各个原料通道151的壁体外周；所述增压装置14的出气口142具体通过设在所述反应本体1内部的回流通道17连通所述气体通道152的进气端1522。所述原料通道151的壁体材质为良导热材料且不会与原料发生化学反应。

本实施例中，所述反应腔11包括蒸发部111和重整部112，蒸发部111位于所述预热部15和重整部112之间，重整部112连通所述出气通道131；所述反应本体1连接有用于分别为所述蒸发部111、重整部112提供热能的第一加热装置18和第二加热装置19，该第一加热装置2与第二加热装置3设置为加热棒，通过反应本体1上所设对应于蒸发部111和重整部112插孔插入反应本体1，对蒸发部111与重整部112进行加热；所述蒸发部111内设柱状泡沫金属1111，且该柱状泡沫金属外径与所述蒸发部内径相等，该柱状泡沫金属1111使流体和温度分布更加均匀，避免冷点现象存在；所述重整部112内设有若干金属载体反应板1121，该若干金属载体反应板1121分别与所述柱状泡沫金属1111平行，并通过外径与金属载体板1121相等，内径比外径小4mm的垫圈1123隔开分布，并且，所述金属载体反应板1121为铜纤维烧结板，且孔隙率为80％。所述金属载体反应板1121的数量具体为三个。所述金属载体反应板1121的作用是附着催化剂，是重整部112反应的场所，比表面积大，加工成本低，反应效率高。

本实施例中，所述增压装置14的进气口141孔径、出气口142孔径分别与所述回流通道17的内径、出气通道131的内径相等，并且所述增压装置14的进气口141孔径、出气口142孔径为4mm；所述原料通道151内部空心宽度为2mm，壁体厚度为1mm，所述气体通道的宽度为1mm。

本实施例中，所述增压装置14为旋片式真空泵，并固定在所述反应本体1的端盖(二)13所在一侧的下部。

本实施例中，所述蒸发部111与重整部112上方分别设有位于反应本体1上的热电偶4和5，用于检测蒸发部111与重整部112的温度。

本实施例中，所述原料入口121的出料端呈内窄外宽的圆锥状，以便于使原料均匀分散开来并进入各个原料通道151中。所述出气通道131的进气端呈外宽内窄的圆锥状，以便于对制得的气体进行有效收集和提升气体的流速，从而达到降低气体余热的散失速度。

工作过程，将原料(本实施例中，所述原料具体为甲醇水溶液，但不局限于甲醇水溶液)加入原料入口121中，原料通过原料入口121进入预热部15的各个原料通道151，并经各个原料通道151进入蒸发部111，第一加热装置2对其进行加热蒸发成为气体，此过程中，同时采用热电偶4对蒸发部111温度持续检测，以控制蒸发温度保持恒定；蒸发后的气体进入重整部112，进行相应的化学反应得到需要的气体成分，同时反应温度的保持同样采用热电偶5检测，反应温度通过第二加热装置3控制，制成的气体(该气体具体为氢气)通过出气通道131进入增压装置14中，增压装置14对该气体进行增压，使其通过回流通道17进入预热部15的气体通道152，气体在气体通道152中通过热交换将自身的余热传递给流经各个原料通道151的原料，对原料进行预热，使原料在进入蒸发部前即有一定的温度，可以降低后续的加热温度和缩短加热时间，从而更加节能和提高反应效率。气体完成热交换后通过出气口16排出。

在其它实施例中，所述气体通道设在原料通道中。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于余热利用的制氢反应装置，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。