CN103687803A - 使用微通道加热器的烃重整装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用微通道加热器的烃重整装置，其中，利用燃料的燃烧热作为烃重整反应所需的能量来源。所述烃重整装置通过层压具有微通道的薄金属板形成多层结构，因此，所述烃重整装置适合用于小型和中型的紧凑型氢气生产装置。特别地，由于在使用分离膜的氢气再生方法中，不被分离膜过滤的含氢气的气体可以作为燃料使用，因此，所述烃重整装置可以被用作高效的氢气生产系统。

Description

使用微通道加热器的烃重整装置
技术领域
本发明涉及一种使用微通道加热器的烃重整设备；更特别地，本发明涉及一种使用微通道加热器的烃重整设备，其具有以下的技术构造：多个具有微通道的金属板被层压在一起，在供给系统中，在催化剂板的上、下设置热传导板，通过燃料燃烧产生的热废气和重整催化剂层相交，以此来提高烃重整反应的热传导速率。
背景技术
随着不同工业领域的发展，对现场或车载使用的小型氢气生产装置的需求预计将会增长。图1示出了本领域中已有的商业化大型氢气生产方法。该方法是：在重整设备10中将烃转化为含有氢气和一氧化碳的合成气，此合成气在水气转换（WGS）反应器20中经历水气转换，而后，通过氢气分离器30中的催化剂或分离膜将一氧化碳从重整气中除去，从而得到氢气。在这点上，可以在燃烧炉40中燃烧产生的氢气的一部分，将产生的燃烧热用作重整设备10中所需的反应热量（反应热）。
使用烃生产氢气的过程可根据不同的反应来实现，例如，以下反应流程1-3：
[反应流程1]
CH4+H2O→CO+3H2  反应热：+206kJ/mol
[反应流程2]
CO2+CH4→2CO+2H2  反应热：+247kJ/mol
[反应流程3]
CH4+1/2O2→CO+2H2  反应热：-36kJ/mol
前述反应流程中，根据反应流程1的蒸汽重整的反应产物具有最高的氢气浓度，因此在相关领域中获得了很多关注。
然而，如反应流程1所示，此方法的问题在于，难以提供反应所需的热。因为此蒸汽重整法在750℃或更高的反应温度下可使95%或更多的烃（甲烷）发生转化反应，所以，需要付出艰苦且持续的努力来提供反应热，同时保持高温。
如反应流程4所示，反应流程1所需反应热可以通过燃烧（催化剂氧化或燃烧）获得。
[反应流程4]
CH4+2O2→CO2+2H2O  反应热：-801kJ/mol
根据反应流程4的方法中，为保证有效的热传导，需要大温差ΔT、大接触面积“A”和具有高导热系数“k”的物质。
根据反应流程4的方法中，为保证有效的热传递，需要一种具有大温差ΔT、大接触面积“A”和高导热系数“k”的物质。
但是，不可能无限制地提高加热所需要的火焰温度以取得希望的大温差。另外，反应器的构成材料也是有限制条件的，而导热系数取决于这些反应器构成材料的固有值，因此，施加了限制。
相应的，导热面积“A”成为了在构造反应器时唯一的可控项，它趋向于增大。
现已有尝试使用在金属板上具有微通道的反应器作为实现前述用途的反应器。具体地，本发明的申请人提出并开发了韩国专利第10-0719486号（微-燃烧/重整装置）和韩国专利申请第10-2009-0124091号（使用微通道加热器的烃重整装置），以上的发明公开了具有通过层压多个加工后的金属板形成的模块构造的微-燃烧/重整装置，以保证更大的每单位体积的接触面积。
用于产生反应热的烃（天然气，液化石油气和醇类）的燃烧反应是放出大量的热的剧烈（活泼）反应，通过催化燃烧或非催化燃烧来进行。
催化燃烧包括将催化剂层预加热至反应温度范围，在此温度范围内，可以引发氧化反应；涂覆了催化剂的微通道在长时间暴露于热环境中时，其耐久性成为催化燃烧的一个问题。就是说，如果氧化催化剂在燃烧炉运转的整个过程中都暴露于热环境中，则此催化剂很难保持氧化活性，因此，其应用存在局限性。另一方面，对于非催化燃烧，因为延展燃烧火焰需要空间，所以非催化燃烧不能应用于紧凑型微通道反应器。
烃重整催化剂以多种形式使用，很多专利和相关文件公开了多种催化剂涂覆方法；但是，对于如本发明所述的、与微通道反应器特征相适应且可应用于此的反应器的特定构造仍有需求。
发明内容
[技术问题]
因此，为解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种高效的烃重整装置，所述烃重整装置包括层压的多层具有微通道的金属板，以有效地将燃烧的热量（燃烧热）传导至重整催化剂板。
本发明的另一个目的是提供一种将重整催化剂施于微通道反应器中的方法。
[技术方案]
本发明基于以下的认识完成：反应流程5所示的氢气氧化反应可以在室温下在贵金属催化剂表面引发。
[反应流程5]
H2+1/2O2→H2O+放热（56kJ/mol）
简单地说，在反应器运行的起始阶段，用氢气来加热至预设温度，然后，导入甲烷以形成主热源。或者，从反应器运行的起始阶段即使用包含氢气和其他烃的混合气，并且加热过程可以从室温开始。
如此，如果只用有高燃烧特性的氢气、或将氢气与其他烃混合来使用，则可以简化反应器的加热系统，由此使紧凑型反应器（如微通道反应器）更有竞争力。
根据本发明，使用一种镍基催化剂可以由烃生产合成气。在相关领域中，所述镍基催化剂的烃重整特性是已知的。特别地，本发明提供一种包括与微通道型反应器结合的镍板型催化剂的烃重整设备。
另外，在空气与燃料起始混合点区域放置了一种涂覆氧化催化剂的材料，来为加热系统点火。在运行过程中，混合气与点火催化剂接触而完成点火；所述混合气包含氢气或含氢气的烃，以及空气。
所述重整催化剂可以是由金属粉末制成的金属板。另外，在催化剂板的上面与下面放置三维混合板，烃和蒸汽垂直穿过催化剂层。在此情况下，使用所述三维混合板可以对与催化剂板相连的催化剂支撑板施加一个结合力，可以为反应物流提供空间，而且，可以起到热能导体的作用，将热能从加热板传导至所述催化剂板。
为了实现前述的目的，根据本发明的一个实施方案，提供了一种使用微通道加热器的烃重整装置，所述烃重整装置包括：顶板，包括空气进料器、燃料进料器和重整气排放线路，所述的空气进料器与空气供给器相连来供应空气，所述的燃料进料器与燃料供给器相连来供应原料，并且其中置有点火催化剂，所述重整气排放线路中的重整气是由重整反应产生的；底板，包括与原料（气）供给器相连来供给原料气的原料进料器以及废气排出线路，所述废气排出线路中的废气是由反应产生的；空气预热部，被置于所述顶板之下，包括在其中交替层压的加热板和重整板，在所述空气预热部中，从空气进料器供应的空气被所述重整气的余热预热，并与所述燃料混合，然后进行燃烧；上部通道隔板，被置于所述空气预热部之下，只允许燃烧后的废气和重整气穿过；重整反应部，包括加热板和重整板，所述加热板被置于上部通道隔板之下以传导废气的燃烧热量（燃烧热），所述重整板被置于所述加热板之下，并且位于上部重整气导流板和下部重整气导流板之间，以使重整催化剂在顶、底两侧暴露，以此，使所述原料气能够在垂直于重整催化剂的方向流动并与所述重整催化剂接触；下部通道隔板，被置于所述重整反应部之下，只允许通过了所述重整反应部的废气和预热后的原料气穿过；以及原料气预热部，被置于所述上部通道隔板的底部和所述底板的顶部之间，包括在其中交替层压的废热回收板和原料气预热板，以利用穿过所述重整反应部的废气来预热所述原料气，其中，微通道被分别设置于所述加热板的上表面，所述重整板的上表面，所述上部重整气导流板的下表面和所述下部重整气导流板的上表面。
优选地，在所述的顶板上，将所述空气进料器和所述燃料进料器相对地布置，而所述重整气排放线路与所述空气进料器和所述燃料进料器间要隔开一定的距离；其中，所述底板具有与所述顶板基本相同的横截面形状和面积，所述原料进料器所在位置与所述燃料进料器在所述顶板中的位置相同。
优选地，在所述加热板上具有四个彼此相隔一定距离的通孔，这些通孔中的两个孔通过微通道连通，而所述微通道在另外两个通孔之间穿过；其中，在所述重整板和所述下部重整气导流板上分别布置四个通孔和微通道，使它们在水平面上旋转180°后与所述加热板基本一样；并且，所述上部重整气导流板与翻转过来的加热板是基本一样的，由此使所述下部重整气导流板面朝微通道。
根据本发明的另一个实施方案，提供了一种使用微通道加热器的烃重整装置，所述烃重整装置包括：顶板，包括空气进料器、燃料进料器和重整气排放线路，所述空气进料器与空气供给器相连来供应空气，所述燃料进料器与燃料供给器相连来供应原料，并且其中置有点火催化剂，所述重整气排放线路中的重整气通过重整反应产生；空气预热部，包含至少一对空气流入线路、与所述燃料进料器相连的燃烧线路、与所述重整气排出线路相连的重整气流出线路、空气预热板和重整气冷却板，所述至少一对空气流入线路被置于所述顶板下，包括在其上表面形成的微通道，并交替层压与空气进料器相连，所述空气预热板构成与所述空气流出线路、燃烧线路和重整气流出线路分离的重整气导流线路，其中，所述空气预热板通过微通道将所述空气进料器和燃烧线路相连，并且，所述重整气冷却板通过微通道将所述重整气排放线路和重整气导流线路相连；上部通道隔板，被置于所述空气预热部之下，以封闭所述重整气流出线路和所述空气流入线路的底部；重整反应部，包括至少一个燃烧热交换板、上部重整气导流板、催化剂支撑板和下部重整气导流板，所述至少一个燃烧热交换板被置于所述上部通道隔板之下，与所述燃烧线路和重整气导流线路连通，并包括置于其上表面上的、连接所述废气导流线路和燃烧线路的微通道，所述上部重整气导流板被置于所述燃烧热交换板下，与所述废气导流线路连通，并包括置于其上的、与所述重整气导流线路连通且与所述废气导流线路分开的微通道，所述催化剂支撑板被置于所述上部重整气导流板之下，包括在其中心的重整催化剂，并与所述废气导流线路连通，所述下部重整气导流板被置于所述催化剂支撑板下，并与所述废气导流线路连通，其包括置于其上的、与所述原料气导流线路连通且与所述废气导流线路分开的微通道；下部通道隔板，被置于所述重整反应部之下，以封闭所述原料气流入线路和所述废气流出线路的顶部；原料气预热部，具有至少一对废热回收板和至少一对原料气预热板，它们被置于所述下部通道隔板之下，包括在它们上表面上的微通道，它们被互相交替层压来形成所述废气导流线路、废气流出线路、原料气流入线路和原料气导流线路，其中，所述废热回收板通过微流道将所述废气导流线路和废气流出线路相连，同时，所述原料气预热板通过微流道将所述原料气流入线路和原料气流出线路相连；以及底板，被置于所述原料气预热板之下，与所述原料供给器连通以供给原料，并包括与所述原料气导流线路相连的原料进料器和与所述废气流出线路相连的废气排出线。
优选地，所述顶板进一步设有与所述重整气导流线路连通的重整气温度测量管，所述底板设有与所述原料气导流线路连通的原料气温度测量管，所述重整气温度测量管和原料气温度测量管中都装有热电偶。
优选地，所述重整催化剂的下表面被置于与所述催化剂支撑板的下表面相同的平面内，所述重整催化剂的厚度小于所述催化剂支撑板的厚度，上部三维混合通道被装载在所述重整催化剂之上，以使其与所述催化剂支撑板的上表面处于同一水平位置，通过辅助板将下部三维混合通道设于所述催化剂支撑板的下表面的中心处。
优选地，在结合之前，所述上部三维混合通道从所述催化剂支撑板上突出，并且在通过压力结合并挤压时，所述上部三维混合通道处于与所述催化剂支撑板的上表面相同的水平位置。
优选地，所述下部三维混合通道的横截面面积小于所述重整催化剂的横截面面积。
[有益效果]
由以上的说明可见，根据本发明，提供了一种微通道型烃重整装置，并且可想到基于前面所述的重整装置的中、小型紧凑型设备在氢气生产中的应用。特别地，在使用结合了分离膜的氢气生产设备来实施氢气提纯过程的情况下，不通过所述分离膜的含氢气的气体可以作为燃料应用，因而被用作高效的氢气生产系统。
当本发明的系统与多个排出气中含有含氢废气的燃料室组合时，本发明的系统也可以达到优异的效果。
附图说明
与附图结合，可以更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，在所述附图中：
图1是示出了现有相关技术的氢气生产方法的框图；
图2是示出了根据本发明的烃重整装置的分解立体图；
图3是示出了图2中的烃重整装置中的顶部重整气的通道板的仰视立体图；
图4A是横截面图，示出了在将催化剂支撑板之上和之下的反应板结合之前的、图2中所示的烃重整装置中的所述催化剂支撑板和重整反应板；
图4B是横截面图，示出了在将所述催化剂支撑板之上和之下的反应板结合之后的、图2中所示的烃重整装置中的所述催化剂支撑板和重整反应板；以及
图5是示出了组装后的图2中所示的烃重整装置的立体图。
附图标记说明
10：重整装置，20：水气转换反应器
30：氢气分离器，40：燃烧炉
100：顶板，101：空气进料器
102：重整气排放线路，103：燃料进料器
104：重整气温度测量管，105：点火催化剂
110,130：空气预热板，111：第一空气进料孔
112：第一重整气排放孔，113：第一燃烧孔
114：第一重整气导流孔，115：第一微通道
120,140：重整气冷却板，121：第二空气进料孔
122：第二重整气排放孔，123：第二燃烧孔
124：第二重整气导流孔，125：第二微通道
131：第三空气进料孔，132：第三重整气排放孔
133：第三燃烧孔，134：第三重整气导流孔
135：第三微通道，141：第四空气进料孔
142：第四重整气排放孔，143：第四燃烧孔
144：第四重整气导流孔，145：第四微通道
150：顶部流路隔板，153：第五燃烧孔
154：第五重整气导流孔，160,170：燃烧热交换板
161：第六废气导流孔，162：第六闲置（idle）孔
163：第六燃烧孔，164：第六重整气导流孔
165：第六微通道，171：第七废气导流孔
172：第七闲置孔，173：第七燃烧孔
174：第七重整气导流孔，175：第七微通道
180：上部重整气导流板，181：第八废气导流孔
182：第八闲置孔，183：第九闲置孔
184：第八重整气导流孔，185：第八微通道
190：催化剂支撑板，191：第九废气导流孔
195：重整催化剂，196：辅助板
197：上部三维混合通道，198：下部三维混合通道
200：重整气导流板，201：第十废气导流孔
202：第十原料气导流孔，203：第十闲置孔
204：第十一闲置孔，205：第十微通道
210：下部通道隔板，211：第十一废气导流孔
212：第十一原料气导流孔，220,240：废热回收板
221：第十二废气导流孔，222：第十二原料气导流孔
223：第十二废气排出孔，224：第十二闲置孔
225：第十二微通道，230,250：原料气预热板
231：第十三废气导流孔，232：第十三原料气导流孔
233：第十三废气排出孔，234：第十三原料气进料孔
235：第十三微通道，241：第十四废气导流孔
242：第十四原料气导流孔，243：第十四废气排出孔
244：第十四原料气进料孔，245：第十四微通道
251：第十五废气导流孔，252：第十五原料气导流孔
253：第十五废气排出孔，254：第十五原料气进料孔
255：第十五微通道，260：底板
262：原料气温度测量管，263：废气排出线路
264：原料气进料器
具体实施方式
在下文中，将给出本发明的几个优选实施方案，以使那些与本发明相关的技术领域的技术人员结合附图可以更清楚地了解和更方便地具体实施本发明。但是，也可以对本发明的这些实施方案进行很多修改、变化和/或替换，本发明不是特定地局限于以下的实施方案。为清楚起见，附图中将省略一些与本发明的技术构造不相关的部件或部分，并且在所有附图中，相似的附图标记表示具有基本相同的构造或实现相似功能和动作的要素。
根据本发明的使用微通道加热器的烃重整装置2000可以通过以下步骤来构造：层压多个如图2所示的板，然后用扩散粘结、电焊、电弧焊等进行结合，从而获得图4中所示的紧凑结构。
所述的烃重整装置2000可具有顶板100和底板260，布置在其最上面和最下面。
在顶板100和底板260之间，下述部件以如下的顺序设置：空气预热部，其中，用来加热空气或燃料的空气预热板110和130以及用来降低重整气的排出温度的重整气冷却板120和140交替层压；重整反应部，其包括用来燃烧预热过的燃料和空气的燃烧热交换板160和170、重整气导流板180和200和在重整气导流板180和200之间重整原料气以产生重整气的催化剂支撑板190；以及原料气预热部，其中，用来预热原料气的原料气预热板230和250和用来回收燃烧废气的余热的废热回收板220和240交替层压。另外，为了控制空气、燃料、重整气和/或原料气流，顶部流路隔板150被置于所述空气预热部和重整反应部之间，同时，下部流路隔板210被置于所述重整反应部和原料气预热部之间。
考虑到方便制造和单位面积效率，所述的烃重整装置2000原则上可以是长方形，并在对角方向设有通道。
在顶板100的外侧设有空气进料器101、重整气排放线路102、燃料进料器103和重整气温度测量管104。空气进料器101和燃料进料器103在对角方向上彼此相对，同时重整气排放线路102和重整气温度测量管104在对角方向上彼此相对。
为了给流入的燃料气点火，点火催化剂105被施于燃料进料器103的内壁上。点火催化剂将在下面进一步描述。点火催化剂105可以通过以下方法制备：通过溶胶-凝胶工艺在铁铬合金织物机织羊毛（FeCrAlloytextile woven wool）的表面涂覆ZrO2作为底层，将涂覆后的羊毛在900℃下煅烧10小时以形成催化组分基载体，在所述载体表面涂覆0.1%的铂，而后，干燥并煅烧（在空气环境下，800℃和10小时），从而得到所述催化剂。若将如上描述来制备的点火催化剂105置于燃料进料器103的内壁上来使用在燃料中含有含少量氢气的气体，则可以省略在燃烧热交换板160和170的第六微通道165和第七微通道175的表面涂覆氧化催化剂的步骤，如下所述。
更特别地，通过将本发明的点火催化剂置于燃料进料器103中所取得的效果、即设置点火点的效果，与将点火催化剂置于废气排出口263中的构造所取得的效果在本质上是不同的。具体而言，在点火催化剂位于废气排出口263中的情况下，为了将点火点移到燃料与空气的混合位置，在板160、170、220和240中，在每个板的表面上单个的微通道应具有希望的尺寸、即熄火距离，以避免点火火焰被冷却。因此，热传导面积的下降可能是不可避免的。相应地，为了最大化热传导效率，如本发明所述的、将点火点置于燃料进料器103内并且同时保持微通道的沟槽（groove）直径较小是优选的。
所述点火催化剂的载体可以用颗粒状、管状或棒状的陶瓷材料来制备。
为了改善所述点火催化剂的耐久性，可以优选地使用从外部点火之后，将点燃的火焰移到初始混合位置的构造。在这一点上，点火可以通过使用高电压的火花感应或使用贵金属涂覆的催化剂来完成。对于这种构造，需要转变气流方向以从反应器中排出氢气和空气的混合气。具体而言，所述混合气被排到外部（操作130）用于点火，点火后，燃烧气被转移并供给到加热板160和170。除了点火催化剂，用高压放电来点火也可适用于本发明的目的。
在顶板100的底部，空气预热部的空气预热板110和130和重整气冷却板120和140交替设置。空气预热板110和130可以预热流入的空气以使其容易燃烧，而预热所需的热能可以从重整气中吸取。进一步，重整气冷却板120和140可以回收重整气中所含的热，从而提高能量效率。根据本发明的实施方案，使用了两块空气预热板110和130，两块重整气冷却板120和140。但是，还可以增加这些板的数量，尽管总体厚度和生产成本也是需要考虑的。
空气预热板110和130和重整气冷却板120和140可以分别包括：与空气进料器101连通的第一到第四空气进料孔111、121、131和141；与重整气排放线路102连通的第一到第四重整气排放孔112、122、132和142；与燃料进料器103连通的第一到第四燃烧孔113、123、133和143；以及与重整气温度测量管104连通的第一到第四重整气导流孔114、124、134和144。
另外，第一到第四微通道115、125、135和145以凹陷的形式被分别设置于空气预热板110和130及重整气冷却板120和140的顶部。第一微通道115可以将第一空气进料孔111和第一燃烧孔113互相连通，同时，将第一重整气排放孔112和第一重整气导流孔114互相隔离。第二微通道125可以将第二重整气排放孔122和第二重整气导流孔124互相连通，同时，将第二空气进料孔121和第二燃烧孔123互相隔离。第三微通道135可以将第三空气进料孔131和第三燃烧孔133互相连通，同时，将第三重整气排放孔132和第三重整气导流孔134互相隔离。最后，第四微通道145可以将第四重整气排放孔142和第四重整气导流孔144互相连通，同时，将第四空气进料孔141和第四燃烧孔143互相隔离。
在空气预热部的底部，设置顶部流路隔板150来隔断空气进料器101与重整气排放线路102之间的连接。在顶部流路隔板150中,设有第五重整气导流孔154和第五燃烧孔153，以使其分别与重整气温度测量管104和燃料进料器103连通。
所述重整反应部被设置于顶部流路隔板150的底部。所述重整反应部可以包括燃烧热交换板160和170、催化剂支撑板190和一对重整气导流板180和200。所述催化剂支撑板190可以插在上部重整气导流板180和下部重整气导流板200之间。
所述燃烧热交换板160和170被设置为与顶部流路隔板150的底部相接触的状态。所述燃烧热交换板160和170的数量可以选择性地增加或减少。所述燃烧热交换板160和170可以具有与空气预热板110和130基本相似的形貌。具体而言，所述燃烧热交换板160和170可以具有：位置与第一到第四空气进料孔111、121、131和141相对应的第六和第七废气导流孔161和171；位置与第一到第四重整气排放孔112、122、132和142相对应的第六和第七闲置孔162和172;位置与第一到第五燃烧孔113、123、133、143和153相对应的第六和第七燃烧孔163和173;以及位置与第一到第五重整气导流孔114、124、134、144和154相对应的第六和第七重整气导流孔164和174。
另外，可以分别在燃烧热交换板160和170的顶部以凹陷的形式形成第六和第七微通道165和175。第六和第七微通道165和175可以将第六和第七废气导流孔161和171与第六和第七燃烧孔163和173互相连通，同时，将第六和第七闲置孔162和172与第六和第七重整气导流孔164和174互相隔离。
第六和第七闲置孔162和172可以不设于燃烧热交换板160和170上。但是，这里为了制造上的方便，可以用空气预热板（110和130）替环燃烧热交换板（160和170）。
进一步，为了帮助燃烧，可以在第六和第七微通道165和175上涂覆燃烧催化剂，如铂Pt。
上部重整气导流板180被置于燃烧热交换板160和170的底部。如图3所示，与其他板不同的是，上部重整气导流板180的第八微通道185被设于其底面上。上部重整气导流板180还可具有第八重整气导流孔184，且第八重整气导流孔184与重整气温度测量管104通过第一到第七重整气导流孔114、124、134、144、154、164和174相连通。另外，第八废气导流孔181可以与第六和第七废气导流孔161和171相连通。
进一步，所述重整气导流板180可以具有第八闲置孔182和183。可以不在上部重整气导流板180上设置第八闲置孔182和183。但是，为了制造上的方便，可以用空气预热板（110和130）替环燃烧热交换板（160和170）。
第八微通道185的形成可以使第八闲置孔182和第八重整气导流孔184互相连通，同时，第八微通道185使第八废气导流孔181和第八闲置孔183互相隔离。
催化剂支撑板190被设于上部重整气导流板180之下，下部重整气导流板200被设于催化剂支撑板190之下，在下部重整气导流板200中设有与上部重整气导流板180的第八微通道185相对的第十微通道205。
因此，下部重整气导流板200可以具有与上部重整气导流板180基本相同的构造，除了第十微通道205是在下部重整气导流板200的顶部形成的。
下部重整气导流板200的形貌大致上与重整气冷却板120和140相似。具体而言，下部重整气导流板200可以具有：位置与第一到第四空气进料孔111、121、131和141相对应的第十废气导流孔201；位置与第一到第四重整气排放孔112、122、132和142相对应的第十原料气导流孔202;位置与第一到第五燃烧孔113、123、133、143和153相对应的第十闲置孔203;以及位置与第一到第五重整气导流孔114、124、134、144和154相对应的第十重整气导流孔204。
并且，第十微通道205可以以凹陷的形式在下部重整气导流板200的顶部形成。第十微通道205可以将第十原料气导流孔202和第十重整气导流孔204互相连通，同时，将第十废气导流孔201和第十闲置孔203互相隔离。
第十闲置孔203可以不设于下部重整气导流板200上。但是，这里为了制造上的方便，可以用重整气冷却板（120和140）替换下部重整气导流板200。
另外，为了辅助重整反应的进行，可以在第八微通道185和第十微通道205上涂覆重整催化剂，如镍Ni。
插在上部重整气导流板180和下部重整气导流板200之间的催化剂支撑板190可以如图4A所示来构造。
更特别地，催化剂支撑板190可以设有一个通孔，而厚度比催化剂支撑板190薄的重整催化剂195可以被置于所述通孔中。这里，重整催化剂195的底面被设置在与催化剂支撑板190的底面相同的平面上。另外，上部三维混合通道197被置于所述通孔中，而且，在初始阶段、即在受压结合之前，如图4A中所示，所述上部三维混合通道197从催化剂支撑板190的上表面上突出。同时，如图4B中所示，当它组合进紧凑型反应器时，通过挤压混合通道197和重整催化剂195的力，可以使催化剂支撑板190和辅助板196之间的接触效率最大化。
所述重整催化剂195通过以下方法形成：在618kgf/cm2的压力下压Ni粉末（具有1.0μm的平均半径），由此获得1.2mm厚的重整催化剂。在氢气气氛下，在700℃下烧结2小时，制成圆片状，而后切割成长方形，最终获得所述催化剂。
所述重整催化剂195可以随重整原料而不同。对于甲烷、轻质油或汽油，可以用Ni粉末来制备催化剂。另一方面，当用乙醇或甲醇作为原料来获取合成气作为最终产品时，可以使用以铜作为主要组分的微金属粉生产所述催化剂。
另外，辅助板196被设于催化剂支撑板190的下表面上以安装下部三维混合通道198。辅助板196起到预防从下部重整气导流板200垂直注入的气体发生泄漏的作用。
下部三维混合通道198被安装在辅助板196中心位置的通孔中，下部三维混合通道198的厚度与辅助板196的厚度本质基本相同。而且，下部三维混合通道198的横截面积小于重整催化剂195的横截面积，由此使辅助板196的上表面能够支撑重整催化剂195。
上部重整气导流板180的第八微通道185与上部三维混合通道197相对并接触，而下部重整气导流板200的第十微通道205与下部三维混合流路198相对并接触。并且，重整催化剂195的上表面与上部三维混合通道197相接触，同时重整催化剂195的下表面与下部三维混合通道198相接触。
因此，重整催化剂195被支撑在上部重整气导流板180的下表面上，位于上部重整气导流板180之下、上部三维混合通道197的下表面和下部三维混合通道（板）198的上表面之间，由此承受高压。
上部三维混合通道197和下部三维混合通道（板）198可以由金属网状材料或多孔金属板构成。
如图2所示，与在平行于重整气方向上接触的方法（在本发明人提交的韩国专利申请第10-2009-0124091号中有所描述）相比，与重整气接触的面积提高了，从而在重整性能方面表现出更高的活性。另外，重整催化剂195的面积优选地和有效地大于第十微通道205，以覆盖第十微通道205。
基于前述的构造，原料气可以在垂直于重整催化剂195平面的方向上、在重整催化剂195和第十微通道205之间的空间里移动。
催化剂支撑板190和辅助板196可以具有位置与第一到第四空气进料孔111、121、131和141相对应的第九废气排出孔191。
另外，对于催化剂支撑板190和辅助板196，与第一到第四重整气排放孔112、122、132和142相对应的位置、与第一到第五燃烧孔113、123、133、143和153相对应的位置、与第一到第四重整气导流孔114、124、134和144相对应的位置都被关闭并防止气体形成通路。
在所述重整反应部之下，下部通道隔板210被设置为阻断与下部重整气导流板200上的第十闲置孔203和204的连通。下部通道隔板210可以具有第十一废气导流孔211和第十一原料气导流孔212，分别与第十废气导流孔201和第十原料气导流孔202连通。
原料气预热部被设于下部通道隔板210之下。所述原料气预热部可以包括在其中交替设置的废热回收板220和240和原料气预热板230和250。原料气预热板230和250预热流入的原料气，由此使重整反应容易进行。预热所需热能可以通过从废气中吸收来获得。废热回收板220和240可以回收废气中的热，从而提高能量效率。根据本发明的一个具体实施方案，使用了两个废热回收板220和240和两个原料气预热板230和250。但是，在已经意识到会使整体厚度和生产成本的增加的前提下，这些板的数目可以增加。
废热回收板220和240及原料气预热板230和250可以分别具有：与第十一废气导流孔211连通的第十二到第十五废气导流孔221、231、241和251；与第十一原料气导流孔212连通的第十二到第十五原料气导流孔222、232、242和252；位置与第一到第七废气排出孔113、123、133、143、153、163和173相对应的第十二到第十五废气排出孔223、233、243和253;以及位置与第一到第四重整气导流孔114、124、134和144相对应的第十二到第十五原料气进料孔224、234、244和254。
另外，第十二到第十五微通道225、235、245和255以凹陷的形式被分别置于废热回收板220和240及原料气预热板230和250的顶部。第十二微通道225可以将第十二废气导流孔221和第十二废气排出孔223互相连通，同时，将第十二原料气导流孔222和第十二原料气进料孔224互相隔离。第十三微通道235可以将第十三原料气导流孔232和第十三原料气进料孔234互相连通，同时，将第十三废气导流孔231和第十三废气排出孔233互相隔离。第十四微通道245可以将第十四废气导流孔241和第十四废气排出孔243互相连通，同时，将第十四原料气导流孔242和第十四原料气进料孔244互相隔离。最后，第十五微通道255可以将第十五原料气导流孔252和第十五原料气进料孔254互相连通，同时，将第十五废气导流孔251和第十五废气排出孔253互相隔离。
底板260被设置在原料气预热部之下。所述底板可以具有：与第十二到第十五原料气导流孔222、232、242和252连通的原料气温度测量管262；与第十二到第十五废气排出孔223、233、243和253连通的废气排出线路263；与第十二到第十五原料气进料孔224、234、244和254连通的原料气进料器264；它们都整合在所述底板中。
另外，虽没有在图中表示出来，热电偶与顶板100的重整气温度测量管104和底板的原料气温度测量管262连接，由此分别测量输出的重整气的温度和输入的原料气的温度。
进一步，前述的微通道115、125、135、145、165、175、185、205、225、235、245和255，可以分别地形成在该微通道和其上方相邻的板的下表面之间封闭的通道。另外，在微通道115、125、135、145、165、175、185、205、225、235、245和255中，每一个微通道的横截面面积都大于其他的孔，因此，可以减小空气、原料气、废气和/或重整气的流动速率，因此提高热传导效率。上部三维混合通道197和下部三维混合通道198具有明显较大的横截面面积以提高热传导率，由此使与反应物的接触效率最大化。
同时，空气预热板110和130、燃烧热交换板160和170和废热回收板220和240可以为同类的板。同样地，重整气冷却板120和140、重整气导流板200和原料气预热板230和250可以为同类的板。此外，通过使加热板相位变化180°角（即将其旋转180°），可以使加热板与重整板基本相同。因此，本发明可以使用同类型的部件以极大地降低生产成本。
根据本发明的烃重整装置2000原则上可以如上所述来构造。下面给出的描述将解释此烃重整装置2000的运行过程。
在烃重整装置2000中，燃料气供给器、原料气供给器和空气供给器分别与燃料进料器103、原料气进料器264和空气进料器101相连。然后，热电偶（未示出）被分别与重整气温度测量管104和原料气温度测量管262相连接，而后，加热反应器并进行重整反应。
首先，空气流动路径如下：
进入空气进料器101的空气进入由第一到第四空气进料孔111、121、131和141形成的空气流入线路。然后，所述空气流入线路中的空气穿过空气预热板110和130的第一和第三微通道115和135，被供给到由第一到第七燃烧孔113、123、133、143、153、163和173形成的燃烧线路，并在其中与燃料混合。这里，所述空气流入线路的底部由上部通道隔板150封闭。特别地，空气在穿过第一和第三微通道115和135时被重整气冷却板120和140传来的热量预热，重整气冷却板120和140与空气预热板110和130交替层压。
其次，燃料流动路径如下：
进入燃料进料器103的气态燃料被添加在燃料进料器103中的点火催化剂105点燃，经过燃烧线路并被燃烧，由此成为废气状态，并到达燃烧热交换板160和170。所述具有燃烧热（由燃烧得到）的热废气穿过燃烧热交换板160和170的第六和第七微通道165和175，进而顺序地穿过：由第六到第十五废气导流孔161、171、181、191、201、211、221、231、241和251形成的废气进料线路；废热回收板220和240的第十二和第十四微通道225和245；以及由第十二到第十五废气导流孔223、233、243和253形成的废气导流线路，并被从底板260的废气排出口263排出。废气进料线路的顶部被上部通道隔板150封闭，而其底部也被底板260的上表面封闭。
再次，原料气和重整气的流动路径如下：
首先，通过原料进料器264供给的原料气经过由第十二到第十五原料气进料孔224、234、244和254形成的原料气流入线路，进而经过原料气预热板230和250的第十三和第十五微通道235和255，由此被预热。这里，原料气的预热是通过热传导来接受穿过了废热回收板220和240的第十二和第十四微通道225和245的废气的余热来实现的。然后，处理后的原料气经过由第十到第十五原料气导流孔202、212、222、232、242和252形成的原料气导流线路，而后，被供给进入第十微通道205。原料气流入线路的顶部被下部通道隔板210封闭，而原料气导流线路的顶部被催化剂支撑板190和辅助板196封闭。
因为第十微通道205与重整催化剂195接触，重整气在第十微通道205与重整催化剂195所组成的空间里通过重整反应生成。上述产生的重整气经过由第一到第八重整气导流孔114、124、134、144、154、164、174和184形成的重整气导流线路，进而经过重整气冷却板120和140的第二和第四微通道125和145。之后，重整气在经过第二和第四微通道125和145时冷却下来，经过由第一到第四重整气排放孔112、122、132和142形成的重整气流出线路，然后，被排出顶板100的重整气排放线路102。重整气导流线路的底部被下部通道隔板210封闭，而重整气流入线路被上部通道隔板150封闭。
另外，因为重整气温度测量管104与重整气导流线路连通，冷却前的重整气的温度可以用未在图中示出的热电偶来测得。因为重整气温度测量管104是封闭的，重整气不能从重整气温度测量管104泄漏。
因为原料气温度测量管262与原料气导流线路连通，以同样方式预热后的原料的温度可以用未在图中示出的热电偶来测得。因为原料气温度测量管262是封闭的，重整气不能从原料气温度测量管262泄漏。
[反应器的建造和实验例]
根据本发明的一个实施方案的反应器如图6所示来建造。结构板通过蚀刻以形成通道，所述通道根据前述步骤被多层层压，接着，在800℃扩散粘结，由此完成反应器。
图7和图8示出了反应器的试验性能的结果。
在空速为10000/hr时，甲烷蒸汽重整反应（S/C=3）的结果是，在580℃至620℃下，得到了90%到95%的甲烷转化率。这个结果显著地高于在同样温度下的平衡转化率（30%到50%），而且，此结果能够通过快速穿透产品、即使氢气通过催化剂板而获得。另外，在650℃的反应温度下随气体体积空速（GHSV）变化的甲烷转化率的测量结果是，在空速是5000至50000/hr的条件下获得了95%或更高的甲烷转化率。之所以可以取得这样的结果，是因为重整反应所需的反应热的供给速率明显地高。具体而言，在使用包含现有的陶瓷材料作为主要组分的催化剂的情况下，热传导速率是有限的，使得难以在空速为10000/hr的条件下运行。另一方面，根据本发明的反应器的构造和气体穿透体系可以保证意想不到的结果。
因此，可以指出的是，根据本发明的包含穿过多孔状金属催化剂的过程的MCR反应器的构造可以提供具有优越性能的重整反应器的一种新构思，以克服相关领域中的局限性。
已经参考优选的实施方案对本发明进行了描述，相关技术人员可以理解，可以对本发明进行很多改造和变化，而不会超出所附的权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (8)

1.一种使用微通道加热器的烃重整装置，包括：
顶板，包括空气进料器、燃料进料器和重整气排放线路，所述空气进料器与空气供给器相连来供应空气，所述燃料进料器与燃料供给器相连来供应原料，并具有放置在其中的点火催化剂，所述重整气排放线路中的重整气由重整反应产生；
底板，包括与原料（气）供给器相连来供给原料气的原料进料器和废气排出线路，所述废气排出线路中的废气是由反应产生的；
空气预热部，被置于所述顶板之下，包括在其中交替层压的加热板和重整板，其中，从所述空气进料器供应的空气被所述重整气中的余热预热，并与燃料混合，然后进行燃烧；
上部通道隔板，被置于所述空气预热部之下，只允许燃烧后的废气和重整气穿过；
重整反应部，包括：加热板，所述加热板被置于所述上部通道隔板之下，来传导废气的燃烧热量（燃烧热）；和重整板，所述重整板被置于所述加热板之下且位于所述上部重整气导流板和所述下部重整气导流板之间，以使重整催化剂暴露于上下两侧，以此，使所述原料气能够在接触所述重整催化剂的同时在垂直于所述重整催化剂的方向上移动；
下部通道隔板，被置于所述重整反应部之下，只允许穿过了所述重整反应部的废气和预热后的原料气通过；以及
原料气预热部，被置于所述上部通道隔板的底部和所述底板的顶部之间，包括在其中交替层压的废热回收板和原料气预热板，以利用穿过了所述重整反应部的废气来预热所述原料气；
其中，微通道被分别设于所述加热板的上表面、所述重整板的上表面、所述上部重整气导流板的下表面和所述下部重整气导流板的上表面。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述顶板上，所述空气进料器和所述燃料进料器被彼此相对地设置，且所述重整气排放线路被设置为与所述空气进料器和燃料进料器之间隔开距离；
其中，所述底板具有与所述顶板基本相同的横截面形状和面积，所述原料进料器的位置与所述燃料进料器在所述顶板上的位置相同。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热板具有四个互相分开的通孔，其中的两个孔通过微通道连通，且所述微通道从另外两个通孔之间穿过；
其中，分别在所述重整板和所述下部重整气导流板上布置四个通孔和微通道，由此使上述各个板与在水平面旋转180°角后的加热板基本一样；并且
其中，所述上部重整气导流板与翻转后的所述加热板基本一样，由此使所述下部重整气导流板面朝微通道。
4.一种使用微通道加热器的烃重整装置，包括：
顶板，包括空气进料器、燃料进料器和重整气排放线路，所述空气进料器与空气供给器相连来供应空气，所述燃料进料器与燃料供给器相连来供应原料，并具有放置在其中的点火催化剂，所述重整气排放线中的重整气由重整反应产生；
空气预热部，包含：至少一对空气流入线路，它们被置于所述顶板下，包括在其上表面形成的微通道，并交替层压且与所述空气进料器相连；燃烧线路，与所述燃料进料器相连；重整气流出线路，与所述重整气排放线路相连；空气预热板，构成与所述空气流出线路、燃烧线路和重整气流出线路分开设置的重整气导流线路；和重整气冷却板，其中，所述空气预热板通过微通道将所述空气进料器和所述燃烧线路相连，并且，所述重整气冷却板通过微通道将所述重整气排放线路和所述重整气导流线路相连；
上部通道隔板，被置于所述空气预热部之下，以封闭所述重整气流出线路、以及所述空气流入线路的底部；
重整反应部，包括：至少一个燃烧热交换板，所述燃烧热交换板被置于所述上部通道隔板之下，并与所述燃烧线路和重整气导流线路连通，并包括设于其上表面的微通道来连接所述废气导流线路和燃烧线路；上部重整气导流板，所述上重整气导流板被置于所述燃烧热交换板之下，与所述废气导流线路连通，并包括设于其上的、与所述重整气导流线路连通且与所述废气导流线路分离的微通道；催化剂支撑板，被置于所述上部重整气导流板之下，包括在其中心的重整催化剂，并与所述废气导流线路连通；和下部重整气导流板，被置于所述催化剂支撑板之下，与所述废气导流线路连通，并且包括设于其上的、与所述原料气导流线路连通且与所述废气导流线路分离的微通道；
下部通道隔板，被置于所述重整反应部之下，以封闭所述原料气流入线路、以及所述废气流出线路的顶部；
原料气预热部，包括：至少一对废热回收板和至少一对原料气预热板，它们被置于所述下部通道隔板之下，包括在它们上表面上的微通道，它们被互相交替地层压以形成所述废气导流线路、废气流出线路、原料气流入线路和原料气导流线路，其中，所述废热回收板通过微流道将所述废气导流线路和所述废气流出线路相连，同时，所述原料气预热板通过微流道将所述原料气流入线路和所述原料气流出线路相连；以及
底板，被置于所述原料气预热部之下，并与所述原料供给器连通以供给原料，包括与所述原料气导流线路相连的所述原料进料器和与所述废气流出线路相连的废气排出线路。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述顶板进一步装有与所述重整气导流线路连通的重整气温度测量管，所述底板装有与所述原料气导流线路连通的原料气温度测量管，所述重整气温度测量管和原料气温度测量管中都设有热电偶。
6.根据权利要求1或4所述的装置，其特征在于，所述重整催化剂的下表面被设为与所述催化剂支撑板的下表面位于相同的平面内，所述重整催化剂的厚度小于所述催化剂支撑板的厚度，上部三维混合通道被安装在所述重整催化剂之上，以使其与所述催化剂支撑板的上表面处于同一水平位置，下部三维混合通道通过辅助板被置于所述催化剂支撑板下表面的中心处。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在结合之前，所述上部三维混合通道从所述催化剂支撑板上突出，并且，在通过压力结合并受压时，所述上部三维混合通道位于与所述催化剂支撑板的上表面相同的水平位置。
8.根据权利要求6所述的装置，所述的下部三维混合通道的横截面面积小于所述重整催化剂的横截面面积。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107847899A (zh) * 2015-07-17 2018-03-27 卡尔斯鲁厄理工学院 利用高效蒸发冷却进行非均相催化放热反应的微结构反应器
CN109950589A (zh) * 2019-01-24 2019-06-28 中氢新能技术有限公司 新型甲醇重整器
CN111989289A (zh) * 2018-04-01 2020-11-24 株式会社伊原工业 氢生成装置、固体生成物的分离方法以及固体生成物的排出回收系统
CN112093777A (zh) * 2020-09-02 2020-12-18 潘志宏 一种甲醇制氢装置及其制备氢气的方法
CN112707370A (zh) * 2020-12-28 2021-04-27 宁波申江科技股份有限公司 一种电加热甲醇重整器

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101271398B1 (ko) * 2011-05-09 2013-06-11 한국에너지기술연구원 미세유로 가열기를 이용한 적층형 탄화수소 개질장치
CN105561902A (zh) * 2015-07-09 2016-05-11 四川大学 一种金属板式微通道反应器的制作方法
FR3040313B1 (fr) * 2015-08-24 2017-08-25 Air Liquide Echangeur-reacteur integrant les reactions de vaporeformage et de gaz a l'eau pour la production d'hydrogene
EP3352216B1 (en) * 2015-09-18 2021-11-10 T.RAD Co., Ltd. Laminated type heat sink
JP6728708B2 (ja) * 2016-01-25 2020-07-22 株式会社Ihi 反応装置
GB2581385B (en) * 2019-02-15 2021-08-04 Amtech As Gas turbine fuel and gas turbine system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000344503A (ja) * 1999-04-01 2000-12-12 Mitsubishi Electric Corp 燃料改質装置
KR20060118651A (ko) * 2005-05-16 2006-11-24 한국에너지기술연구원 마이크로 연소/개질반응기
KR100746344B1 (ko) * 2006-05-19 2007-08-03 한국과학기술원 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기
CN101040400A (zh) * 2004-10-11 2007-09-19 韩国能源技术研究院 用于均匀加热的微通道加热器
CN101489918A (zh) * 2006-07-21 2009-07-22 Lg化学株式会社 包括热交换器的化学反应器

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6227305A (ja) * 1985-07-29 1987-02-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd プレ−ト形改質装置
US5364711A (en) * 1992-04-01 1994-11-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell
US7883670B2 (en) * 2002-02-14 2011-02-08 Battelle Memorial Institute Methods of making devices by stacking sheets and processes of conducting unit operations using such devices
JP3831688B2 (ja) * 2002-06-21 2006-10-11 三菱重工業株式会社 改質器システム
US7014835B2 (en) * 2002-08-15 2006-03-21 Velocys, Inc. Multi-stream microchannel device
US7442360B2 (en) * 2004-04-27 2008-10-28 Velocys, Inc. Hydrogen peroxide production in microchannel reactors
US7335432B2 (en) * 2004-04-30 2008-02-26 Motorola, Inc. Solid oxide fuel cell portable power source
TWI306081B (en) * 2005-04-01 2009-02-11 Lg Chemical Ltd Hydrogen generating apparatus and hydrogen generating method using the hydrogen generating apparatus
KR100626619B1 (ko) * 2005-05-27 2006-09-25 주식회사 두산 촉매가 코팅된 금속 마이크로채널 반응기 제조 방법 및 그반응기
KR20090124091A (ko) 2008-05-29 2009-12-03 최세용 패드형 마우스 입력 장치
KR101200930B1 (ko) * 2010-05-04 2012-11-13 한국과학기술연구원 마이크로-매크로 채널 반응기
KR101271398B1 (ko) * 2011-05-09 2013-06-11 한국에너지기술연구원 미세유로 가열기를 이용한 적층형 탄화수소 개질장치
KR101256816B1 (ko) * 2011-08-11 2013-04-22 한국에너지기술연구원 관통형 금속촉매가 내장된 마이크로채널 ｗｇｓ 반응장치
KR101401355B1 (ko) * 2012-11-21 2014-06-02 한국과학기술연구원 탄화수소 개질용 마이크로 채널 반응기

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000344503A (ja) * 1999-04-01 2000-12-12 Mitsubishi Electric Corp 燃料改質装置
CN101040400A (zh) * 2004-10-11 2007-09-19 韩国能源技术研究院 用于均匀加热的微通道加热器
KR20060118651A (ko) * 2005-05-16 2006-11-24 한국에너지기술연구원 마이크로 연소/개질반응기
KR100746344B1 (ko) * 2006-05-19 2007-08-03 한국과학기술원 연소 촉매층을 함유하는 마이크로 채널 반응기
CN101489918A (zh) * 2006-07-21 2009-07-22 Lg化学株式会社 包括热交换器的化学反应器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107847899A (zh) * 2015-07-17 2018-03-27 卡尔斯鲁厄理工学院 利用高效蒸发冷却进行非均相催化放热反应的微结构反应器
CN111989289A (zh) * 2018-04-01 2020-11-24 株式会社伊原工业 氢生成装置、固体生成物的分离方法以及固体生成物的排出回收系统
CN111989289B (zh) * 2018-04-01 2023-07-21 株式会社伊原工业 氢生成装置、固体生成物的分离方法以及固体生成物的排出回收系统
CN109950589A (zh) * 2019-01-24 2019-06-28 中氢新能技术有限公司 新型甲醇重整器
CN111717890A (zh) * 2019-01-24 2020-09-29 中氢新能技术有限公司 甲醇重整器
CN111717890B (zh) * 2019-01-24 2021-08-10 中氢新能技术有限公司 甲醇重整器
CN112093777A (zh) * 2020-09-02 2020-12-18 潘志宏 一种甲醇制氢装置及其制备氢气的方法
CN112093777B (zh) * 2020-09-02 2021-08-17 潘志宏 一种甲醇制氢装置及其制备氢气的方法
CN112707370A (zh) * 2020-12-28 2021-04-27 宁波申江科技股份有限公司 一种电加热甲醇重整器

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Publication number Publication date
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JP2013528560A (ja) 2013-07-11
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