帶超聲輔助汽化的重整制氫微反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醇類重整制氫微反應(yīng)器，尤其是涉及一種帶超聲輔助汽化的重整制氫微反應(yīng)器。
技術(shù)背景
[0002]隨著現(xiàn)代社會工業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，尤其是汽車工業(yè)的發(fā)展，能源緊缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為新世紀(jì)時(shí)代人類面臨的兩大重大生存挑戰(zhàn)。一方面，日益壯大的汽車工業(yè)正快速消耗著石油資源，據(jù)世界能源組織統(tǒng)計(jì):按目前需求速率增長，世界所有已探明的石油蘊(yùn)藏量將在2054年枯竭，到時(shí)侯汽車靠什么動(dòng)力驅(qū)動(dòng)將是人類面臨的一個(gè)重大難題。另一方面，日益增多的汽車排出的大量尾氣中含有上百種不同的化合物，其中的污染物如固體懸浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、鉛及硫氧化合物等已造成嚴(yán)重的大氣污染。
[0003]在此能源短缺與環(huán)境污染的大背景下，高效、清潔能源的研發(fā)與推廣勢不可擋。氫能由于其燃燒熱值高、沒有污染物、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，成為新能源的焦點(diǎn)，大力發(fā)展氫能源將有益于緩解能源短缺和環(huán)境污染的問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)氫能的推廣應(yīng)用，必須解決氫氣的儲存和運(yùn)輸問題。采用醇類燃料現(xiàn)場重整產(chǎn)生氫氣是解決上述問題的一種有效辦法。
[0005]制氫反應(yīng)器是實(shí)現(xiàn)醇類現(xiàn)場重整制氫的核心部件。近年來，世界各國不少相關(guān)單位開展了對重整制氫反應(yīng)機(jī)理的研究，并已制造出重整制氫反應(yīng)器。當(dāng)前的重整制氫微反應(yīng)器包括微通道式和微凸臺式等，這些微反應(yīng)器一般包含蒸發(fā)腔、重整反應(yīng)腔、加熱單元等結(jié)構(gòu)，重整反應(yīng)開始時(shí)液態(tài)的醇水混合物進(jìn)入蒸發(fā)腔，吸收熱量后變成氣體，之后進(jìn)入反應(yīng)腔進(jìn)行重整反應(yīng)。這種反應(yīng)器制作簡單，容易裝配，但是反應(yīng)物由液態(tài)形式進(jìn)入蒸發(fā)腔然后吸熱迅速膨脹為氣體，使得重整反應(yīng)腔入口流量不穩(wěn)定、脈動(dòng)劇烈，會嚴(yán)重地影響重整制氫反應(yīng)的反應(yīng)效率，降低反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率、氫氣的選擇性。
[0006]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01210448874.4)公開了一種層疊式微凸臺陣列型重整制氫微反應(yīng)器。該反應(yīng)器采用微凸臺陣列結(jié)構(gòu)金屬薄板作為反應(yīng)載體，具有較高表面積體積比，可實(shí)現(xiàn)較大的體積能量密度。
[0007]中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01310558909.4)公開了一種帶環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)的重整制氫微反應(yīng)器。該反應(yīng)器將環(huán)形陣列的微凸臺結(jié)構(gòu)作為重整制氫的反應(yīng)載體，反應(yīng)物從圓周進(jìn)入，產(chǎn)物從圓心流出，提高了反應(yīng)流體在反應(yīng)載體中的分布均勻性，增大了反應(yīng)器的比表面積，有利于提高反應(yīng)器的反應(yīng)效率。
[0008]綜上，現(xiàn)有的微型醇類重整制氫反應(yīng)器都是通過優(yōu)化重整反應(yīng)腔中反應(yīng)載體的結(jié)構(gòu)，以提高反應(yīng)腔內(nèi)流速分布均勻度。盡管現(xiàn)有的優(yōu)化結(jié)構(gòu)能在制氫效率方面有出色表現(xiàn)，但未能解決重整反應(yīng)腔入口流量脈動(dòng)劇烈的問題，反應(yīng)物由液體形式進(jìn)入蒸發(fā)腔，與加熱單元的接觸面積小，接觸到加熱單元的液體受熱突然汽化，未接觸加熱單元的液體則仍保持液狀，流量脈動(dòng)大，不能從根本上保證反應(yīng)腔中流速的穩(wěn)定均勻分布，從而不能得到較高的傳質(zhì)傳熱效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種帶超聲輔助汽化的重整制氫微反應(yīng)器，能使反應(yīng)物混合均勻、蒸發(fā)迅速，能減小所需入口壓力；能解決重整反應(yīng)腔入口流量脈動(dòng)劇烈的問題，保證反應(yīng)腔中流速穩(wěn)定均勻分布，提高整體反應(yīng)效率。
[0010]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0011]本發(fā)明從下至上依次包括下蓋板、蒸發(fā)單元、預(yù)熱單元、重整制氫微反應(yīng)單元和上蓋板；從下至上依次組成霧化蒸發(fā)腔、預(yù)熱腔、重整制氫反應(yīng)腔和產(chǎn)物氣體緩沖腔。
[0012]所述下蓋板是一塊凸?fàn)顖A形板，凸?fàn)顖A形板的凹槽底面上裝有超聲波換能器，凸緣左、右兩側(cè)各開有一個(gè)進(jìn)料孔，重整制氫反應(yīng)開始前，還原氣體從一側(cè)進(jìn)料孔通入，重整制氫反應(yīng)物由另一側(cè)進(jìn)料孔通入；下蓋板臺肩同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔。
[0013]所述蒸發(fā)單元是一塊圓形結(jié)構(gòu)的加熱板，上表面為平面，下表面開有凹槽，凹槽內(nèi)分布有用于增大對霧化液滴的加熱面積的圓形陣列的凸臺；蒸發(fā)單元上開有放射狀分布的、用于氣體流通的扇形孔；下蓋板上表面和蒸發(fā)單元下表面構(gòu)成微反應(yīng)器的霧化蒸發(fā)腔。
[0014]所述預(yù)熱單元是一塊圓形結(jié)構(gòu)的加熱板，上表面為平面，下表面開有凹槽，凹槽內(nèi)分布有用于增大對氣體預(yù)熱面積的圓形陣列的凸臺；預(yù)熱單元中心處開有貫通的流道孔，蒸發(fā)單元上表面和預(yù)熱單元下表面構(gòu)成微反應(yīng)器的預(yù)熱腔。
[0015]所述重整制氫單元是一塊圓形板，上表面為平面，下表面開有凹槽，凹槽內(nèi)分布有圓形陣列的凸臺，微凸臺表面涂覆有作為重整制氫的反應(yīng)載體催化劑，微凸臺的高度與凹槽高度相等，裝配時(shí)微凸臺與預(yù)熱單元的上表面相接觸；重整制氫單元上開有用于放置熱電偶的孔，重整制氫單元的微凸臺外圍處開有等距分布的弧形流道，預(yù)熱單元上表面和重整制氫單元下表面構(gòu)成微反應(yīng)器的重整制氫反應(yīng)腔。
[0016]所述上蓋板是一塊凸?fàn)顖A形板，板中心處有一圓形流道孔，上蓋板臺肩同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔，該螺栓孔的直徑與數(shù)量均與下蓋板臺肩的螺栓直徑和數(shù)量相等，重整反應(yīng)單元的上表面和上蓋板的下表面組成產(chǎn)物氣體緩沖腔。
[0017]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0018]1、反應(yīng)物液體通過進(jìn)料孔進(jìn)入霧化腔后在超聲換能器的作用下霧化成飄逸氣霧，霧化液滴接觸蒸發(fā)單元后迅速吸熱蒸發(fā)成氣體，即霧化之后立即汽化，這種霧化蒸發(fā)方式使反應(yīng)物液體混合均勻，大大提高工質(zhì)液體的蒸發(fā)效率。
[0019]2、反應(yīng)物液體霧化蒸發(fā)是一個(gè)連續(xù)過程，該過程中氣體體積膨脹，壓強(qiáng)增大，能減小反應(yīng)器所需入口壓力。
[0020]3、可以通過調(diào)節(jié)超聲換能器的功率達(dá)到調(diào)節(jié)重整反應(yīng)腔入口氣體流量的目的。
[0021]4、通過超聲波換能器的霧化作用，反應(yīng)物液化蒸發(fā)過程連續(xù)，能顯著減小重整制氫單元入口氣體的流量脈動(dòng)，提高反應(yīng)腔內(nèi)流速分布均勻度，提高反應(yīng)效率。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明整體的平面結(jié)構(gòu)主視圖。
[0023]圖2是本發(fā)明整體的平面結(jié)構(gòu)左視圖。
[0024]圖3是本發(fā)明整體的平面結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0025]圖4是本發(fā)明三維結(jié)構(gòu)向上爆炸圖。
[0026]圖5是本發(fā)明三維結(jié)構(gòu)向下爆炸圖。
[0027]圖6是本發(fā)明上蓋板的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0028]圖7是本發(fā)明重整反應(yīng)單元的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0029]圖8是本發(fā)明預(yù)熱單元的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0030]圖9是本發(fā)明蒸發(fā)單元的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0031]圖10是本發(fā)明下蓋板的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0032]圖11是本發(fā)明的流體流動(dòng)路徑簡圖。
[0033]圖中:1、下蓋板，2、蒸發(fā)單元，3、預(yù)熱單元，4、重整反應(yīng)單元，5、上蓋板，6、超聲波換能器，7、進(jìn)料孔，8、產(chǎn)物出口，9、熱電偶孔。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0035]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本發(fā)明從下至上依次包括下蓋板1、蒸發(fā)單元2、預(yù)熱單元3、重整制氫微反應(yīng)單元4和上蓋板5 ;從下至上依次組成霧化蒸發(fā)腔、預(yù)熱腔、重整制氫反應(yīng)腔和產(chǎn)物氣體緩沖腔。這些結(jié)構(gòu)之間均加有石墨墊片密封。所述下蓋板1底部安裝有超聲換能器6，左右兩側(cè)各開有一進(jìn)料孔，蒸發(fā)單元2的下表面有圓形陣列的凸臺，可大大增大加熱面積。重整制氫的液體反應(yīng)物通過進(jìn)料孔7進(jìn)入霧化腔，在超聲換能器的振動(dòng)作用下發(fā)生霧化，霧化液滴接觸蒸發(fā)單元后迅速蒸發(fā)，在增大的壓強(qiáng)的推動(dòng)下進(jìn)入后續(xù)結(jié)構(gòu)繼續(xù)參與后續(xù)反應(yīng)。
[0036]如圖10所示，所述下蓋板1是一塊凸?fàn)顖A形板，凸?fàn)顖A形板的凹槽底面上裝有超聲波換能器6，凸緣左、右兩側(cè)各開有一個(gè)進(jìn)料孔7，重整制氫反應(yīng)開始前，還原氣體從一側(cè)進(jìn)料孔通入，重整制氫反應(yīng)物由另一側(cè)進(jìn)料孔通入；下蓋板1臺肩同一圓周上等距分布有貫穿的螺栓定位孔。
[0037]如圖9所示，所述蒸發(fā)單元2是一塊圓形結(jié)構(gòu)的加熱板，上表面為平面，下表面開有凹槽，凹槽內(nèi)分布有用于增大對霧化液滴的加熱面積的圓形陣列的凸臺；蒸發(fā)單元2上開有放射狀分布的