CN106892403A - 一种高温燃料电池重整制氢反应器 - Google Patents

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姬峰
杨林林
孙海
王素力
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Abstract

一种高温燃料电池重整制氢反应器，包括一侧表面带有流道的重整反应基板，于流道内壁面上设有2个以上的盲孔，盲孔内装填有重整反应催化剂；于重整反应基板带有流道的一侧表面叠合有一盖板，重整反应基板的侧壁面上设流道的进口和出口凹槽。本发明将板式反应器结构紧凑，集成方便的优势与微反应器传热传质速率快的优点相结合，在保证活性、选择性以及稳定性较高的前提下，大大降低甲醇蒸汽重整反应的温度，使反应器工作温度降到160℃-220℃，能够很好地集成到高温燃料电池上。与现有技术相比，本发明具有结构紧凑、重整反应温度低、易于集成的优势。

Description

一种高温燃料电池重整制氢反应器
技术领域
本发明属于重整制氢反应器技术领域，具体的说涉及高温燃料电池重整制氢反应器。
背景技术
目前甲醇蒸气重整反应器的种类主要包括管式、板式、微通道反应器三大类，管式反应器是传统的反应器，一般用在大化工里面，板式反应器具有结构紧凑，易与燃料电池集成的优点微反应器由于具有体积小，传热、传质效率高、响应时间短、温度分布均匀等特点而充分显示广阔的应用前景。
高温PBI/H3PO4燃料电池因其具有水热管理简单、热电联供系统效率高、反应动力学快、耐CO能力强等优势而受到越来越多人的关注，其工作温度一般为160℃-200℃，可用重整气进料，能耐CO达3％。但是目前最低的甲醇蒸汽重整催化剂的工作温度在250-300℃，这大大限制了甲醇蒸汽重整器与燃料电池的集成。
发明内容
针对以上问题，本发明将板式反应器结构紧凑，集成方便的优势与微反应器传热传质速率快的优点相结合，设计了一种高温燃料电池重整反应器。在保证活性、选择性以及稳定性较高的前提下，大大降低甲醇蒸汽重整反应的温度，使反应器工作温度降到160℃-220℃，其能够很好地集成到高温燃料电池上。
该重整反应器包括一侧表面带有流道的重整反应基板，于流道内壁面上设有盲孔，盲孔内装填有重整反应催化剂，甲醇水蒸气沿着蛇形流道流动，并与催化剂接触反应；于重整反应基板带有流道的一侧表面叠合有一盖板，于重整反应基板上表面四周边缘设有用来放置环状密封垫的环状密封槽，用于盖板与重整反应基板间的密封，流道处于环状密封垫所围绕的区域内。
重整反应基板上蛇形流道与脊的宽度比一般为5:1-10:1,流道深度为0.5-1mm，流道长度为300-600mm。
盲孔内装填的重整反应催化剂突出于盲孔的开口端，即重整反应催化剂的一部分处于流道内液体流过的区域内。
盲孔直径为0.5-2.5mm,孔高为0.5-1mm,孔间距为0.5-3mm,孔沿流道分布形式有均匀分布、前密后疏或前疏后密的形式分布，突出于盲孔开口端的重整反应催化剂截面面积占流道截面面积的20％-50％。
盖板、重整反应基板为石墨、不锈钢、铝或钛合金耐高温材料。
附图说明
图1本发明所述重整制氢反应器结构示意图；
图2本发明所述重整反应基板结构示意图；
图3本发明所述重整反应基板局部侧视图；
1、重整反应基板；2、盖板；3、甲醇水蒸汽进口；4重整反应产物出口；5、蛇形流道；6、脊；7、盲孔；8、密封槽。
具体实施方式
本发明为用于高温PBI/H3PO4燃料电池的板式蛇形多孔微通道重整制氢反应器，包括自上而下依次层叠设置的盖板2、重整反应基板1。盖板上设有甲醇水蒸汽进口，重整反应产物出口，贴在其上面用于加热的电加热片以及分别用来定位、上螺丝的孔；重整反应基板上刻有甲醇水蒸汽进口3及重整反应产物出口4凹槽、蛇形流道、脊，流道上钻有数以百计的盲孔7用来装填催化剂，甲醇水蒸气沿着蛇形流道流动，并与催化剂接触反应，基板周边刻有用来放置密封垫的密封槽8，槽深为0.2mm，其上放置柔性石墨作为密封垫，基板上也有分别用来定位、上螺丝的孔。重整反应基板1上蛇形流道5与脊6的宽度比一般为8:1，流道5深度为0.5mm，流道5长度为400mm，重整反应基板上1装填催化剂圆柱型盲孔7直径一般为1mm，孔深为0.5mm，孔间距为1mm，孔沿流道分布形式为均匀分布，突出于盲孔开口端的重整反应催化剂截面面积占流道截面面积的40％左右，重整制氢反应器的材料为石墨，反应器工作温度一般在160℃-220℃。

Claims (5)

1.一种高温燃料电池重整制氢反应器，其特征在于：包括一侧表面带有流道(5)的重整反应基板(1)，于流道(5)内壁面上设有盲孔(7)，盲孔(7)内装填有重整反应催化剂，甲醇水蒸气沿着蛇形流道流动，并与催化剂接触反应；于重整反应基板带有流道的一侧表面叠合有一盖板(2)，于重整反应基板上表面四周边缘设有用来放置环状密封垫的环状密封槽(8)，用于盖板与重整反应基板间的密封，流道处于环状密封垫所围绕的区域内。
2.根据权利要求1所述重整制氢反应器，其特征在于：重整反应基板(1)上蛇形流道(5)与脊(6)的宽度比一般为5:1-10:1，流道(5)深度为0.5-1mm，流道(5)长度为300-600mm。
3.按照权利要求1所述重整制氢反应器，其特征在于：盲孔(7)内装填的重整反应催化剂突出于盲孔(7)的开口端，即重整反应催化剂的一部分处于流道内液体流过的区域内。
4.按照权利要求1或3所述重整制氢反应器，其特征在于：盲孔(7)直径为0.5-2.5mm，孔高为0.5-1mm，孔间距为0.5-3mm，孔沿流道分布形式有均匀分布、前密后疏或前疏后密的形式分布，突出于盲孔(7)开口端的重整反应催化剂截面面积占流道(5)截面面积的20％-50％。
5.根据权利要求1所述的重整制氢反应器，其特征在于：盖板(2)、重整反应基板(1)材料为石墨、不锈钢、铝或钛合金耐高温材料。
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