一种甲醇重整制氢反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种甲醇重整制氢反应器，包括蒸发器、重整器和净化储存器，蒸发器用于将甲醇水混合液原料加热汽化，形成的甲醇水混合气进入重整器内进行催化重整反应；净化储存器用于将由重整器得到的富氢产品进行氢气净化和氢气存储。重整器内部设置有若干层串联的冷流体腔道和若干层并联的热流体腔道，每层冷流体腔道内均设置有重整催化剂，甲醇水混合气进入重整器的冷流体腔道内，热尾气均匀进入重整器的各层热流体腔道内，所述冷流体腔道和热流体腔道均为层状空腔的结构，且冷流体腔道和热流体腔道在重整器内层层交替设置。本发明专利技术的重整器和蒸发器采用层层换热的方式回收热尾气的热量，大大提升了对热尾气热量的利用率。

A Reactor for Hydrogen Production from Methanol Reforming

The invention discloses a methanol reforming hydrogen production reactor, which comprises an evaporator, a reformer and a purifying storage device. The evaporator is used to heat and vaporize the raw material of methanol-water mixture, and the formed methanol-water mixture gas enters the reformer for catalytic reforming reaction. The purifying storage device is used to purify and store hydrogen gas from the hydrogen-rich product obtained from the reformer. There are several cold fluid channels in series and several parallel hot fluid channels in the reformer, and reforming catalysts are arranged in each cold fluid channel. The mixture of methanol and water enters the cold fluid channel of the reformer, and the hot exhaust evenly enters the hot fluid channels of each layer of the reformer. The cold fluid channels and the hot fluid channels are layered cavities, and the cold fluid channels are layered cavities. The cavity and the hot fluid channel are alternately arranged in the inner layer of the reformer. The reformer and evaporator of the present invention adopt the method of layer-by-layer heat transfer to recover the heat of the hot tail gas, thereby greatly improving the utilization rate of the heat of the hot tail gas.

【技术实现步骤摘要】
一种甲醇重整制氢反应器
本专利技术涉及一种制氢反应器，尤其是涉及一种甲醇重整制氢反应器。
技术介绍
研究表明，机动车以废热形式排出的能量占燃料总能量的55%-80%，因此尾气的余热回收利用对于提高燃料使用率和节约能源非常重要。面对迫切的能源危机，氢燃料电池汽车拥有十分广阔的前景。现有的燃料电池汽车，通常采用高压储氢的方式将氢气运载在车上，不仅填充困难，携带大量氢气也存在泄露和事故中爆炸的隐患。现场制氢这一方法很好解决了上述问题。综合对比获得氢的方法，甲醇重整制氢有着得天独厚的优势。甲醇重整制氢方法是甲醇在250℃-300℃，1-5Mpa,水醇比1-5条件下，在催化剂Cu/Al2O3下发生的多组分复杂反应，主要包括：蒸汽重整反应：甲醇分解反应：水汽逆变换反应：甲醇重整制氢的方式总的来说有以下几个优势：从反应物的角度来讲：第一，甲醇的来源途径广泛，既可从传统化石能源中加工获得，又可在动植物等生物质中取得。第二，与其他制氢方法相比，甲醇重整制氢的产氢效率更高，杂质也更少。从制氢方法角度来谈：甲醇重整制氢工艺成熟，操作简单、反应安全。从设备角度来看：甲醇重整制氢反应温度低，所需压力也不高，因此对反应装置的要求不高，作为汽车上使用也更为安全。重整反应器生成的H2和少量CO2经钯膜分离得到高纯度的氢。在整个重整反应的过程中，作为反应物的甲醇和水都必须保持气态。此外，甲醇水蒸汽重整制氢为强吸热反应，外部必须提供持续的供热。汽车尾气以废热形式排出的能量占总能量的55%-80%，同时它流量充足，温度高达500℃-700℃，利用汽车尾气余热为该反应供热完全满足反应条件；同时反应生成清洁的氢气，可直接送入内燃机燃烧，既提高了燃烧效率又减少了污染物排放。目前，甲醇重整制氢反应器大部分采用了外部供热的方式，不仅使得装置结构复杂，还浪费了大量能源。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种甲醇重整制氢反应器。所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于包括自下而上设置的蒸发器、重整器和净化储存器，所述蒸发器、重整器和净化储存器通过竖直的导杆串联成为一个整体的结构；所述重整器顶部设置有热流体入口和冷流体出口，重整器底部设置有热流体出口和冷流体入口；所述重整器内部设置有若干层串联的冷流体腔道和若干层并联的热流体腔道，每层冷流体腔道内均设置有重整催化剂，第一层冷流体腔道的入口与冷流体入口连通，最后层冷流体腔道的出口与冷流体出口连通；每层热流体腔道的入口均与热流体入口连通，热尾气由热流体入口进入重整器的各层热流体腔道内，每层热流体腔道的出口均与热流体出口连通；所述冷流体腔道和热流体腔道均为层状空腔的结构，且所述冷流体腔道和热流体腔道在重整器内层层交替设置；所述蒸发器用于将甲醇水混合液原料加热汽化，形成的甲醇水混合气由冷流体入口进入重整器的冷流体腔道内进行催化重整反应，生成富氢产品；所述净化储存器用于将由重整器得到的富氢产品进行氢气净化和氢气存储。所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于所述重整器由第一板片、第二板片以及设置于第一板片和第二板片之间进行密封的橡胶垫片依次叠合而成，所述第一板片、橡胶垫片以及第二板片之间围合形成密封的层状空腔；第一板片正面、橡胶垫片以及第二板片背面之间形成的层状空腔为所述冷流体腔道，第一板片背面、橡胶垫片以及第二板片正面之间形成的层状空腔为所述热流体腔道；所述重整器上还包括用于使各层冷流体腔道依次连通的重整分流道、用于连通各层热流体腔道的入口的第一重整主流道以及用于连通各层热流体腔道的出口的第二重整主流道。所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于第一板片的一对角对称设置有一对第一冷冲孔且另一对角分别设置有第一热冲进孔和第一热冲出孔，所述第二板片相应的一对角对称设置有一对第二冷冲孔且相应的另一对角分别设置有第二热冲进孔和第二热冲出孔；当所述第一板片和第二板片依次叠合排列时，所述第一冷冲孔和第二冷冲孔对齐并通过橡胶垫片围合形成用于流通甲醇水混合气的重整分流道，所述第一热冲进孔和第二热冲进孔对齐并通过橡胶垫片围合形成用于流进热尾气的第一重整主流道，所述第一热冲出孔和第二热冲出孔对齐并通过橡胶垫片围合形成用于流出热尾气的第二重整主流道。所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于还包括催化剂支撑板，所述重整催化剂为CuO-ZnO-Al2O3复配物，所述重整催化剂为圆柱块状结构并成排均匀的固定在催化剂支撑板上；所述第一板片正面设置有与催化剂支撑板形状相配的板槽，催化剂支撑板配合放置在板槽内。所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于第一板片的两面均设置有第一菱形槽，第一板片的一对第一冷冲孔对称设置于所述第一菱形槽较长对角线的一对角内，且所述板槽位于第一菱形槽的中心，第二板片的两面均设置有与第一菱形槽相适配的第二菱形槽；当所述第一板片和第二板片依次叠合排列时，第一板片正面、橡胶垫片以及第二板片背面之间形成的层状空腔以及第一板片背面、橡胶垫片以及第二板片正面之间形成的层状空腔均为菱形结构。所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于所述蒸发器顶部设置有蒸发器尾气入口和蒸发器甲醇水蒸气出口，蒸发器底部设置有蒸发器尾气出口和蒸发器甲醇水溶液入口；所述蒸发器尾气入口上的进气管分为两路，一路与重整器底部的热流体出口管路连接，另一路与热尾气入口管路连接，且所述蒸发器尾气入口上的进气管上设置有第一电磁流量计；所述蒸发器甲醇水蒸气出口通过第二电磁流量计与重整器底部的冷流体入口管路连接。所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于所述蒸发器内部设置有层层交替的热蒸汽流动腔道和原料液流动腔道，所述热蒸汽流动腔道和原料液流动腔道均为层状空腔的结构；每层热蒸汽流动腔道的入口均与蒸发器尾气入口连通，每层热蒸汽流动腔道的出口均与蒸发器尾气出口连通；每层原料液流动腔道的入口均与蒸发器甲醇水溶液入口连通，每层原料液流动腔道的出口均与蒸发器甲醇水蒸气出口连通。所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于所述蒸发器是由蒸发板片、密封垫板以及设置于蒸发板片和密封垫板之间进行密封的橡胶垫片依次叠合而成，所述蒸发板片、橡胶垫片和密封垫板之间围合形成密封的层状空腔；蒸发板片正面、橡胶垫片以及密封垫板背面之间形成的层状空腔即为所述原料液流动腔道，所述蒸发板片正面设置有波纹凸块，以增加甲醇水溶液从原料液流动腔道内流动的湍流强度；蒸发板片背面、橡胶垫片以及密封垫板正面之间形成的层状空腔即为所述热蒸汽流动腔道。所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于净化储存器的顶部和底部分别设置有氢气出口和富氢产品入口，所述富氢产品入口与重整器顶部的冷流体出口管路连接。相对于现有技术，本专利技术取得的有益效果是：1、本专利技术的装置主要分为蒸发器、重整器、净化储存器三个部分，三者之间既相互独立、又紧密联系。且三个部分均采用板式结构，其不同功能均由内部的不同的板片决定，这使得装置整体结构紧凑合理又便于拆装维修。本专利技术的蒸发器和重整器通过冷、热流体层层换热的方式，大大降低了换热时的气膜厚度以及提高了换热面积，显著提高对热尾气热量的利用率，且换热效率高。2、本装置采用甲醇和水作为重整制氢的原料，甲醇具有能量密度高，容易生产、储存和运输等优势。3、本装置重整器和蒸发器可对汽车热尾气的热量进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于包括自下而上设置的蒸发器（1）、重整器（2）和净化储存器（3），所述蒸发器（1）、重整器（2）和净化储存器（3）通过竖直的导杆串联成为一个整体的结构；所述重整器（2）顶部设置有热流体入口（21）和冷流体出口（24），重整器（2）底部设置有热流体出口（22）和冷流体入口（23）；所述重整器（2）内部设置有若干层串联的冷流体腔道和若干层并联的热流体腔道，每层冷流体腔道内均设置有重整催化剂，第一层冷流体腔道的入口与冷流体入口（23）连通，最后层冷流体腔道的出口与冷流体出口（24）连通；每层热流体腔道的入口均与热流体入口（21）连通，热尾气由热流体入口（21）进入重整器（2）的各层热流体腔道内，每层热流体腔道的出口均与热流体出口（22）连通；所述冷流体腔道和热流体腔道均为层状空腔的结构，且所述冷流体腔道和热流体腔道在重整器（2）内层层交替设置；所述蒸发器（1）用于将甲醇水混合液原料加热汽化，形成的甲醇水混合气由冷流体入口（23）进入重整器（2）的冷流体腔道内进行催化重整反应，生成富氢产品；所述净化储存器（3）用于将由重整器（2）得到的富氢产品进行氢气净化和氢气存储。...

【技术特征摘要】
1.一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于包括自下而上设置的蒸发器（1）、重整器（2）和净化储存器（3），所述蒸发器（1）、重整器（2）和净化储存器（3）通过竖直的导杆串联成为一个整体的结构；所述重整器（2）顶部设置有热流体入口（21）和冷流体出口（24），重整器（2）底部设置有热流体出口（22）和冷流体入口（23）；所述重整器（2）内部设置有若干层串联的冷流体腔道和若干层并联的热流体腔道，每层冷流体腔道内均设置有重整催化剂，第一层冷流体腔道的入口与冷流体入口（23）连通，最后层冷流体腔道的出口与冷流体出口（24）连通；每层热流体腔道的入口均与热流体入口（21）连通，热尾气由热流体入口（21）进入重整器（2）的各层热流体腔道内，每层热流体腔道的出口均与热流体出口（22）连通；所述冷流体腔道和热流体腔道均为层状空腔的结构，且所述冷流体腔道和热流体腔道在重整器（2）内层层交替设置；所述蒸发器（1）用于将甲醇水混合液原料加热汽化，形成的甲醇水混合气由冷流体入口（23）进入重整器（2）的冷流体腔道内进行催化重整反应，生成富氢产品；所述净化储存器（3）用于将由重整器（2）得到的富氢产品进行氢气净化和氢气存储。2.根据权利要求1所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于所述重整器（2）由第一板片（25）、第二板片（26）以及设置于第一板片（25）和第二板片（26）之间进行密封的橡胶垫片依次叠合而成，所述第一板片（25）、橡胶垫片以及第二板片（26）之间围合形成密封的层状空腔；第一板片（25）正面、橡胶垫片以及第二板片（26）背面之间形成的层状空腔为所述冷流体腔道，第一板片（25）背面、橡胶垫片以及第二板片（26）正面之间形成的层状空腔为所述热流体腔道；所述重整器（2）上还包括用于使各层冷流体腔道依次连通的重整分流道、用于连通各层热流体腔道的入口的第一重整主流道以及用于连通各层热流体腔道的出口的第二重整主流道。3.根据权利要求2所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于第一板片（25）的一对角对称设置有一对第一冷冲孔（25a）且另一对角分别设置有第一热冲进孔（25b）和第一热冲出孔（25c），所述第二板片（26）相应的一对角对称设置有一对第二冷冲孔（26a）且相应的另一对角分别设置有第二热冲进孔（26b）和第二热冲出孔（26c）；当所述第一板片（25）和第二板片（26）依次叠合排列时，所述第一冷冲孔（25a）和第二冷冲孔（26a）对齐并通过橡胶垫片围合形成用于流通甲醇水混合气的重整分流道，所述第一热冲进孔（25b）和第二热冲进孔（26b）对齐并通过橡胶垫片围合形成用于流进热尾气的第一重整主流道，所述第一热冲出孔（25c）和第二热冲出孔（26c）对齐并通过橡胶垫片围合形成用于流出热尾气的第二重整主流道。4.根据权利要求2所述的一种甲醇重整制氢反应器，其特征在于还包括催化剂支撑板（4），所述重整催化剂为CuO-ZnO-Al2O3复配...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘州鑫，宋宇轩，罗利佳，刘和坤，章林烨，郑文健，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33