用于烴重整的使用微通道加熱器的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于烴重整的使用微通道加熱器的裝置，所述裝置能夠?qū)⑷剂系娜紵裏嶙鳛橹卣麩N所需的能量源來使用。具有微通道的金屬薄膜可以層壓在多層結(jié)構(gòu)中，以制造小型到中型的緊湊型氫氣制造裝置。特別地，重整部分可被設計成具有多層結(jié)構(gòu)，以將重整裝置的能力提高到使用者所希望的水平。
【專利說明】用于烴重整的使用微通道加熱器的裝置
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于烴重整的使用微通道加熱器的裝置。更特別地，本發(fā)明涉及用于烴重整的使用微通道加熱器的裝置，其中，具有微通道的薄金屬板層壓組成熱傳導單元和重整單元，重整單元被設計成具有二層結(jié)構(gòu)，從而使使用者能夠?qū)⒅卣芰U展至所需的數(shù)值。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著不同工業(yè)領域的發(fā)展，對現(xiàn)場或機載的小型氫氣生產(chǎn)裝置的需求可能會有所增長。圖1示出了商業(yè)化大規(guī)模氫氣生產(chǎn)方法。具體而言，在重整裝置10中將烴轉(zhuǎn)化為含有氫氣和一氧化碳的合成氣，水氣轉(zhuǎn)換(WGS)在一氧化碳水氣轉(zhuǎn)換反應器20中進行,而后，在氫氣分離器30中用催化劑或分離膜將一氧化碳從重整氣中分離來生產(chǎn)氫氣。在這點上，在燃燒爐40中燃燒一部分從氫氣分離器30中產(chǎn)生的氫氣，燃燒產(chǎn)生的熱量(燃燒熱)被用作重整裝置10中所需要的反應的熱量(反應熱)。
[0003]如反應式1-3所示，用烴來生成氫氣的反應可以用很多方法來進行。
[0004][反應式I]
[0005]CH4+H20 — C0+3H2，反應熱:+206kJ/mo I
[0006][反應式2]
[0007]C02+CH4 — 2C0+ 2H2,反應熱:+247k J/mo I
[0008][反應式3]
[0009]CH4+l/202 — C0+2H2,反應熱:_36kJ/mol
[0010]在這些反應式中，根據(jù)反應式I的蒸汽重整其產(chǎn)物中氫氣濃度最高，因而受到關注。
[0011]如反應式I所示，此方法中的一個難點是提供反應所需的熱很關鍵。由于在蒸汽重整的情況下，在750°c或更高的溫度下，可以獲得95%或更高的烴(甲烷)轉(zhuǎn)化率，因此需要付出很多努力來提供反應熱并保持高溫。
[0012]上面的反應式I所需的反應熱是通過燃燒(催化氧化或燃燒)烴獲得的，如反應式4所示。
[0013][反應式4]
[0014]CH4+202 — C02+2H20,反應熱:_801kJ/mol
[0015]為保證在反應式4的方法中有效地熱傳導，需要一種具有大溫差(AT)、大接觸面積(A)和高導熱系數(shù)(k)的物質(zhì)。
[0016]但是，不可能無限地提高加熱所需的火焰溫度以取得所需的溫差，還有構(gòu)成材料的問題，構(gòu)成材料具有固有的、獨立確定的導熱系數(shù)，這也成為限制因素。
[0017]因此，在反應器的構(gòu)造中，關鍵的可控因素可以被歸結(jié)為導熱面積(A)的增大。
[0018]作為用于上述目的的反應器，有使用在薄金屬板上具有微通道的反應器的嘗試。特別地，本發(fā)明的 申請人:已開發(fā)了韓國專利第10-0719486號(微型燃燒/重整反應器)和韓國專利申請第10-2009-1024091號(使用微通道加熱器的烴重整裝置)中的裝置。上述專利披露了涉及具有特定的模塊構(gòu)造的微型燃燒/重整反應器的發(fā)明，其中，可通過將多個處理過的薄金屬板層壓為多層結(jié)構(gòu)來保證單位體積下得到大的接觸面積。
[0019]為產(chǎn)生反應熱所需要進行的烴(天然氣，液化石油氣和醇類)的燃燒反應是劇烈反應，會產(chǎn)生可觀的高熱值，可通過催化燃燒或非催化燃燒來進行。
[0020]上述催化氧化中存在的問題在于，催化床應該被預熱至可以進行氧化反應的特定的溫度范圍，并且，當在涂覆微通道內(nèi)部過程中長時間暴露時，耐久性應該被考慮。即，當氧化催化劑在燃燒裝置運作的過程中暴露于高熱時，該氧化催化劑的氧化活性很難保持，因此，在將此系統(tǒng)用于實際運用時，這個困難成為了一個限制因素。而且，因為非催化燃燒需要空間來延展燃燒火焰，所以，非催化燃燒不能夠應用于緊湊型微通道反應器。
[0021]多種形式的烴重整催化劑已經(jīng)被用于實際應用中，而且，在很多專利和文獻中公開了多種涂覆催化劑的方法。但是，為了在如本發(fā)明中所述微通道反應器中使用烴重整催化劑，反應器必須被構(gòu)造得與催化劑的特征相容。
[0022]特別地，因為所述微通道反應器被用于小空間內(nèi)，重整氣能夠可靠地接觸的面積優(yōu)選在有限的空間內(nèi)盡可能地大，以獲得最高的重整效率。相應地，仍然需要能夠克服上述問題的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023][技術(shù)問題]
[0024]因此，為解決上面所提到的問題，本發(fā)明的一個目標是提供一種用于烴重整的使用微通道加熱器的裝置，所述裝置中，具有微通道的薄金屬板被層壓以形成熱傳導單元和重整單元，并且，重整單元被設計成 具有二層結(jié)構(gòu)，從而使使用者能夠?qū)⒅卣芰U展至所需的數(shù)值。
[0025][技術(shù)方案]
[0026]本發(fā)明是基于以下想法完成的:如反應式5中所示的氫氣氧化反應可以在室溫下在貴金屬催化劑表面上引發(fā)。
[0027][反應式5]
[0028]H2+l/202 — H2O+ 生成熱 56k J/mo I
[0029]即，反應器能夠以以下方式操作:在反應器運行的早期階段，用氫氣來加熱反應器至指定溫度，并導入甲烷來產(chǎn)生主要的熱源。或者，當從反應器運行的早期階段開始即用氫氣和其他烴的混合氣時，可使它在室溫下點火。
[0030]由于通過單獨地使用、或與其他烴一起作為混合物使用具有良好可燃性的氫氣能夠簡化反應器加熱系統(tǒng)，因此能夠增加緊湊型反應器(如微通道反應器)的競爭力。
[0031 ] 在本發(fā)明中，合成氣是用鎳基催化劑由烴制得的。所述鎳基催化劑的烴重整特性在相關技術(shù)中是已知的。特別地，本發(fā)明提供一種烴重整裝置，其中，鎳基多孔板型催化劑與微通道類反應器相結(jié)合。
[0032]另外，對于加熱系統(tǒng)中的點火，其特征在于，通過引導空氣與燃料的混合氣流向通過催化劑或放電點燃的部分來引燃，并且，火焰被傳導到燃料和空氣的起始混合點。因此，從根本上排除了點火設備的分解或損失。[0033]本發(fā)明的特征在于上述的用于重整的催化劑可以是由金屬粉末制成的多孔板。另外，三維混合板被放置于催化劑板的上方和下方，以使烴和濕氣在垂直方向上穿過催化劑層。在這點上，通過使用三維混合板，可將結(jié)合力施加于與催化劑板相連的催化劑支撐板之上，其中可設有反應物流動的空間，而且，混合板被構(gòu)造為起到將能量從加熱板傳導到催化劑板的能量傳導件的作用。
[0034]為了實現(xiàn)前述的目標，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供了一種用于烴重整的使用微通道加熱器的裝置，所述裝置包括:上部板，包括熱傳導氣供應管和用來排放重整氣的重整氣排放管，所述熱傳導氣供應管與熱傳導氣供應源相連以供應熱傳導氣；下部板，包括原料氣供應管和用來排放熱傳導氣的熱傳導氣排放管，所述原料氣供應管與原料氣供應源相連以供應原料氣；上部熱傳導單元，被設于所述上部板之下，包括上部熱傳導氣流動路徑和上部重整氣流動路徑，所述上部熱傳導氣流動路徑與所述熱傳導氣供應管相連以供熱傳導氣流動，所述上部重整氣流動路徑以與所述上部熱傳導氣流動路徑相接觸的方式形成以允許熱傳導在其之間進行，并與所述重整氣排放管相連；下部熱傳導單元，被設于下部板之上，包括下部熱傳導氣流動路徑和下部重整氣流動路徑，所述下部熱傳導氣流動路徑與所述熱傳導氣排放管相連以供熱傳導氣流動，所述下部重整氣流動路徑以與所述下部熱傳導氣流動路徑相接觸的方式形成以允許熱傳導在其之間進行，并與所述原料氣供應管相連；以及至少一個重整單元，層壓在所述上部熱傳導單元和下部熱傳導單元之間，其中，為了層壓兩層或更多層，所述重整單元包括:氣體供應板，所述氣體供應板上設置了用于僅與所述下部重整氣流動路徑連通的氣體供應通道；重整催化劑板，被層壓在所述氣體供應板上，并具有加裝在其上的重整催化劑；氣體輸送單元，被層壓在所述重整催化劑板上以將重整氣通過重整催化劑輸送到所述上部重整氣流動路徑；以及加熱板，被置于所述氣體供應板之下或下部氣體輸送單元之上，并具有加熱通道以連通所述上部熱傳導氣流動路徑與下部熱傳導氣流動路徑，并且，所述氣體供應板、重整催化劑板、氣體輸送單元和加熱板分別包括與所述上部重整氣流動路徑連通的第一重整通孔、與所述上部熱傳導氣流動路徑連通的第二重整通孔、與所述下部重整氣流動路徑連通的第三重整通孔、與所述下部熱傳導氣流動路徑連通的第四重整通孔。
[0035]優(yōu)選地，所述上部熱傳導單元`包括:至少一個上部熱傳導板，所述上部熱傳導板具有與所述熱傳導氣供應管連通的上部熱傳導通道，并形成所述上部熱傳導氣流動路徑；以及至少一個上部重整板，所述上部重整板具有與所述重整氣排放管連通的上部重整通道，并與所述上部熱傳導板交替地層壓以形成所述上部重整氣流動路徑，所述上部熱傳導板和上部重整板包括在與重整單元的第一到第四重整通孔相對應的位置形成的第一到第四上部通孔，并且，具有在其內(nèi)部形成的第一和第二上部通孔的上部保護板被置于所述上部熱傳導單元的最下面。
[0036]優(yōu)選地，所述下部熱傳導單元包括:至少一個下部熱傳導板，所述下部熱傳導板具有與所述熱傳導氣供應管連通的下部熱傳導通道，并形成所述下部熱傳導氣流動路徑；以及至少一個下部重整板，所述下部重整板具有與所述原料氣供應管連通的下部重整通道，并與所述下部熱傳導板交替地層壓以形成所述下部重整氣流動路徑，所述下部熱傳導板和下部重整板包括在與重整單元的第一到第四重整通孔相對應的位置形成的第一到第四下部通孔，并且，具有在其內(nèi)部形成的第三和第四下部通孔的下部保護板被置于所述下部熱傳導單元的最上面。
[0037]優(yōu)選地，所述氣體輸送單元包括:氣體收集板，所述氣體收集板被置于所述重整催化劑板上，并與所述第一到第四重整通孔隔離；以及氣體輸送板，所述氣體輸送板被置于所述氣體收集板上，并包括僅與所述第一重整通孔連通的氣體輸送通道。
[0038]優(yōu)選地，所述氣體輸送單元為收集輸送板，被置于所述重整催化劑板上，并且具有與所述第二到第四重整通孔隔離的多孔狀收集孔，其中，所述多孔狀收集孔通過連接通道與所述第一重整孔連通。
[0039]優(yōu)選地，重整催化劑承盤(retainer)被置于所述重整催化劑板中、重整催化劑之下。
[0040]優(yōu)選地，O型環(huán)540被置于所述重整催化劑板中、重整催化劑之下。
[0041]優(yōu)選地，多孔狀收集孔的橫截面積被制成小于所述重整催化劑的橫截面積。
[0042][有益效果]
[0043]通過提供根據(jù)本發(fā)明所述的微通道烴重整裝置，使使用小型或中型的緊湊型氫氣生產(chǎn)裝置成為可能。特別地，如果將本發(fā)明的微通道烴重整裝置用于包含使用分離膜的氫氣提純過程的氫氣生產(chǎn)裝置，則不穿過分離膜的含氫氣體能夠被用作燃料，因此，所述氫氣生產(chǎn)裝置能夠被用作具有高效率的優(yōu)良氫氣生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0044]另外，如果本系統(tǒng)與多個含有含氫廢氣的燃料室相連，則可以取得良好的效果。
[0045]另外，在根據(jù)本發(fā)明所述的微通道烴重整裝置中，通過層壓多個重整單元來增大重整能力是可能的。因此，本發(fā)明 獲得的新方法可克服傳統(tǒng)重整裝置在通過分步擴大來增大重整能力時用時過長的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1是根據(jù)相關的現(xiàn)有技術(shù)的氫氣生產(chǎn)方法的框圖。
[0047]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的烴重整裝置的分解立體圖。
[0048]圖3是圖2中的上部熱傳導單元的分解立體圖。
[0049]圖4是圖2中的重整單元的分解立體圖。
[0050]圖5是圖2中的重整板的橫截面圖，在所述重整板中裝有重整催化劑和重整催化劑承盤。
[0051]圖6是圖2中的下部熱傳導單元的分解立體圖。
[0052]圖7是示出了連接后的圖2中的烴重整裝置的外觀的立體圖。
[0053]圖8是圖2中的烴重整裝置的上部熱傳導板的立體圖。
[0054]圖9是圖2中的烴重整裝置的上部重整板的立體圖。
[0055]圖10是圖2中的烴重整裝置的上部保護板的立體圖。
[0056]圖11是圖2中的烴重整裝置的下部保護板的立體圖。
[0057]圖12是圖2中的烴重整裝置的重整催化劑承盤的立體圖。
[0058]圖13是圖2中的烴重整裝置的收集輸送板的立體圖。
[0059]圖14是圖2中的烴重整裝置的重整催化劑板的立體圖。
[0060]圖15是圖2中的烴重整裝置的氣體供應板的立體圖。
[0061]圖16是圖2中的烴重 整裝置的改進例子的分解立體圖。[0062]圖17是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的烴重整裝置的分解立體圖。
[0063]圖18是圖17中的重整單元的分解立體圖。
[0064]圖19是圖17中的重整板的橫截面圖，在所述重整板中裝有重整催化劑和O型環(huán)。
[0065]圖20是圖4中所示的重整單元的改進例子的分解立體圖。
[0066]附圖標記說明:
[0067]10:重整裝置，20:一氧化碳水氣轉(zhuǎn)換反應器
[0068]30:氫氣分離器，40:燃燒爐
[0069]110:上部板，112,114:熱傳導氣供應管
[0070]113:重整氣排放管，120:下部板
[0071]121:原料氣供應管，122:熱傳導氣排放管
[0072]200:上部熱傳導單元，210，230:上部熱傳導板
[0073]211，221，231，241:第一上部通孔，212，222，232，242:第二上部通孔
[0074]213，223，233，243:第三上部通孔，214，224，234，244:第四上部通孔
[0075]215，235:上部熱傳導通道，220，240:上部重整板
[0076]225，245:上部重整通道，250:上部保護板
[0077]300，500，600:重整單元，310，510，610:加熱板
[0078]311，321，351，361，511，521，551，561，611，621，631，661，671:第一重整通孔
[0079]312，322，352，362，512，522，552，562，612，622，632，662，672:第二重整通孔
[0080]313，323，353，363，513，523，553，563，613，623，633，663，673:第三重整通孔
[0081]314，324，354，364，514，524，554，564，614，624，634，664，674:第四重整通孔
[0082]315，515，615:加熱通道，320，520:收集輸送板
[0083]325，525，635:多孔狀收集孔，326，526:連接通道
[0084]330，530,640:重整催化劑，340,650:重整催化劑承盤
[0085]350，550,660:重整催化劑板，355，555，665:催化劑孔
[0086]360，560,670:氣體供應板，365，565:氣體供應通道
[0087]400:下部熱傳導單元，410:下部保護板
[0088]420,440:下部熱傳導板，421，431，441，451:第一下部通孔
[0089]422，432，442，452:第二下部通孔，423，433，443，453:第三下部通孔
[0090]424，434，444，454:第四下部通孔，425，445:下部熱傳導通道
[0091]430,450:下部重整板，435，455:下部重整通道
[0092]540:0型環(huán)，625:氣體輸送通道
[0093]1000,1002，2000:烴重整裝置
【具體實施方式】
[0094]在下文中，本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施方案將結(jié)合附圖加以描述。關于附圖，在幾幅圖中，相似的附圖標記表示相似的或相應的部分。在本發(fā)明的實施方案中，省略了對那些被判斷為會不必要地模糊本發(fā)明的目的的、公眾已知的功能和構(gòu)造的詳細描述。
[0095]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，使用微通道加熱器的烴重整裝置1000包括通過擴散粘結(jié)、電焊、電弧焊或相似方法結(jié)合的多個層壓板以獲得圖7中所示的緊湊結(jié)構(gòu)。
[0096]烴重整裝置1000包括上部板110和下部板120，它們被分別置于烴重整裝置的最上面和最下面。
[0097]另外，上部熱傳導單元200、重整單元300和下部熱傳導單元400被置于上部板110和下部板120之間；所述上部熱傳導單元200從排出的重整氣中吸收熱量來預熱和燃燒熱傳導氣，重整反應主動地在所述重整單元300中進行，所述下部熱傳導單元400將來自排出的熱傳導氣的重整氣加熱至足夠發(fā)生重整反應的溫度。
[0098]特別地，如圖16所示，本發(fā)明披露了一個堆垛多個重整單元300的獨特結(jié)構(gòu)，這個將在下面加以描述。
[0099]上部板110上設有熱傳導氣供應管112和114和用來將重整氣排出裝置的重整氣排放管113，所述熱傳導氣供應管112和114與熱傳導氣供應源(未示出)相連以供應裝置中的熱傳導氣。所述熱傳導氣供應管112和114可以是一根熱傳導氣供應管，燃料氣和空氣都通過它來供應；也可以是分開的熱傳導氣供應管112和114，燃料氣和空氣分別通過它們來供應。在本發(fā)明的第一實施方案中，燃料氣通過熱傳導氣供應管112來供應，而空氣通過熱傳導氣供應管114來供應，它們被設置在與熱傳導氣排放管122相同的位置，這個將在下面進行描述。
[0100]另外，用于點燃引入的燃料氣的點火催化劑可以置于熱傳導氣供應管112中?？梢允褂猛ㄟ^以下方法制造的任何一種催化劑作為所述點火催化劑:在金屬纖維的編織物的外表面涂覆含有Al，Ti,Zr和Si組分中至少一種的氧化物，而后，將鉬(Pt)和鈀(Pb)的混合物施加到涂覆后的纖維的表面。當將點火催化劑置于熱傳導氣供應管112中并且使用在燃料中含微量氫氣的氣體時，可以省略將氧化催化劑施加到熱傳導板中的熱傳導通道的表面的步驟。
`[0101]特別地，將根據(jù)本發(fā)明的點火催化劑置于熱傳導供應管中的效果、即放置點火點的效果，導致與將點火催化劑置于熱傳導氣排放管122中的構(gòu)造所取得的結(jié)果完全不同的結(jié)果。具體而言，當將點火催化劑置于熱傳導氣排放管122中時，為將點火點移向燃料和空氣的起始混合點，熱傳導面積的降低是不可避免的，因為在板表面的單個的微通道的尺寸應該等于或高于一定水平(熄火距離)以避免點火火焰的冷卻。因此，為了使熱傳導效率最大化，優(yōu)選的是將點火點如本發(fā)明一樣置于熱傳導氣供應管中，或者置于熱傳導氣供應管的上方(未示出)，以使微通道的溝槽直徑(groove diameter)更小。
[0102]無論點火點被放置在重整裝置的內(nèi)部或外部都能夠取得同樣的功能的原因在于，由于燃料中含有氫氣，在點火后火焰會自然地移到燃料和空氣的起始混合點。
[0103]所述點火催化劑的載體可以用顆粒狀，管狀或棒狀的陶瓷材料來制造?；蛘?，使用高壓放電設備也可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0104]下部板120設有原料氣供應管121和用來將熱傳導氣排出裝置的熱傳導氣排放管122，所述原料氣供應管121與原料氣供應源(未示出)相連來供應裝置中的原料氣。
[0105]上部熱傳導單元200，被置于上部板110之下，并包括上部熱傳導氣流動路徑和上部重整氣流動路徑，所述上部熱傳導氣流動路徑與熱傳導氣供應管112和114相連以使熱傳導氣流動，所述上部重整氣流動路徑以與所述上部熱傳導氣流動路徑相接觸的形式形成以允許熱傳導在其之間進行，并與重整氣排放管113相連。[0106]上部熱傳導單元200包括與熱傳導氣供應管112和114連通的上部熱傳導通道215和235、構(gòu)成上部熱傳導氣流動路徑的至少一個上部熱傳導板210和230、與重整氣排放管113連通的上部重整通道225和245、以及與上部熱傳導板210和230交替層壓以構(gòu)成所述上部重整氣流動路徑的至少一個上部重整板220和240。另外，上部保護板250被置于上部熱傳導單元200的最下面。
[0107]如圖3中所示，上部熱傳導板210和230以及上部重整板220和240包括形成在其中的第一到第四上部通孔。第一上部通孔211、221、231和241，第二上部通孔212、222、232和242，第三上部通孔213、223、233和243，以及第四上部通孔214、224，234和244，被互相隔離，而且，在烴重整裝置1000具有如圖2所示的長方形橫截面的情況下，考慮到熱傳導效率，優(yōu)選的是將這些上部通孔設置在所述長方形結(jié)構(gòu)的頂點附近。因此，當上部熱傳導板210和230以及上部重整板220和240被層壓時，所述第一上部通孔到第四上部通孔被設置排列在上下相同的位置以形成管子的形狀。
[0108]由此，上部熱傳導通道215和235將第二上部通孔212和232與第四上部通孔214和234連通，同時，將第一上部通孔211和231與第三上部通孔213和233隔離。另外，上部重整通道225和245將第一上部通孔221和241與第三上部通孔223和243連通，同時，將第二上部通孔222和242與第四上部通孔224和244隔離。
[0109]上部保護板250只包括第一上部通孔251和第二上部通孔252。
[0110]結(jié)果是，所述上部熱傳導氣流動路徑是由熱傳導氣供應管112和114、第二上部通孔212、222、232和242、第四上部通孔214、224、234和244、上部熱傳導通道215和235、以及上部保護板250的第二上部通孔252形成的。另外，所述上部重整氣流動路徑是由重整氣排放管113、第一上部通孔211、221、231和241、第三上部通孔213、223、233和243、上部重整通道225和245、以及上部保護板250的第一上部通孔251形成的。
[0111]下部熱傳導單元400 被置于下部板120上，并包括下部熱傳導氣流動路徑和下部重整氣流動路徑，所述下部熱傳導氣流動路徑與熱傳導氣排放管122相連以使熱傳導氣流動，所述下部重整氣流動路徑以與所述下部熱傳導氣流動路徑相接觸的方式形成以允許熱傳導在其之間進行，并且與原料氣供應管121相連。
[0112]下部熱傳導單元400包括與熱傳導氣排放管122連通的下部熱傳導通道425和445、形成所述下部熱傳導氣流動路徑的至少一個下部熱傳導板420和440、與原料氣供應管121連通的下部重整通道435和455、以及與下部熱傳導板420和440交替層壓來形成所述下部重整氣流動路徑的至少一個下部重整板430和450。另外，下部保護板410被置于下部熱傳導單元400的最上面。
[0113]如圖6中所示，下部熱傳導板420和440和下部重整板430和450包括形成在其中的第一到第四下部通孔。第一下部通孔421、431、441和451，第二下部通孔422、432、442和452，第三下部通孔423、433、443和453，以及第四下部通孔424、434、444和454，被互相隔離，而且，在烴重整裝置1000具有如圖6所示的長方形橫截面的情況下，考慮到熱傳導效率，優(yōu)選的是將這些下部通孔設置在所述長方形結(jié)構(gòu)的頂點附近。因此，當下部熱傳導板420和440和下部重整板430和450被層壓時，第一下部通孔到第四下部通孔被設置在上下相同的位置以形成管子的形狀。
[0114]由此，下部熱傳導通道425和445將第二下部通孔422和442與第四下部通孔424和444連通，同時，將第一下部通孔421和441與第三下部通孔423和443隔離。另外，下部重整通道435和455將第一下部通孔431和451與第三下部通孔433和453連通，同時，將第二下部通孔432和452與第四下部通孔434和454隔離。
[0115]下部保護板410只包括第三下部通孔413和第四下部通孔414。
[0116]結(jié)果是，下部熱傳導氣流動通道是由熱傳導氣排放管122、第二下部通孔422、432、442和452、第四下部通孔424、434、444和454、下部熱傳導通道215和235、以及下部保護板410的第四下部通孔414形成的。另外，下部重整氣流動路徑是由原料氣供應管121、第一下部通孔421、431、441和451、第三下部通孔423、433、443和453、下部重整通道435和455、以及下部保護板410的第三下部通孔413形成的。
[0117]如圖4中所示，重整單元300有可被層壓為兩層或更多層的結(jié)構(gòu)。為此，重整單元300包括:氣體供應板360，其上設有用于僅與所述下部重整氣流動路徑連通的氣體供應通道365 ;重整催化劑板350，被層壓在氣體供應板360上，并具有裝載于其上的重整催化劑330 ;氣體輸送單元，被層壓在重整催化劑板350上以將由重整催化劑330重整后的氣體輸送到所述上部重整氣流動路徑；以及加熱板310，被置于氣體供應板360之下或在所述下部氣體輸送單元之上，并且具有加熱通道315以使所述上部熱傳導氣流動路徑與所述下部熱傳導氣流動路徑連通。
[0118]氣體供應板360、重整催化劑板350、氣體輸送單元和加熱板310分別包括與上部重整氣流動路徑連通的第一重整通孔311、321、351和361，與上部熱傳導氣流動路徑連通的第二重整通孔312、322、352和362，與下部重整氣流動路徑連通的第三重整通孔313、323,353和363，與上部熱傳導氣流動路徑連通的第四重整通孔314、324、354和364。結(jié)果是，當結(jié)合重整單元300時，第一重整通孔到第四重整通孔都被設置在上下相同的位置以形成管子的形狀。
[0119]由此，第一到第四重整通孔、第一到第四上部通孔和第一到第四下部通孔都可以被置于上下相同的位置。
[0120]在加熱板310中，加熱通道315將第二重整通孔312和第四重整通孔314互相連通，同時，將第一重整通孔311和第三重整通孔313隔離。
[0121]在氣體供應板360中，氣體供應通道365只與第三重整通孔363連通，同時，與第一重整通孔361、第二重整通孔362和第四重整通孔364隔離。
[0122]另外，重整催化劑承盤340被置于催化劑孔355中，所述催化劑孔355形成在重整催化劑330之下的重整催化劑板350的中心。如圖12中所示，重整催化劑承盤340可以被制成具有上部格板和下部格板互相垂直交叉的結(jié)構(gòu)。所述重整催化劑承盤340可以通過在金屬圓盤的上下附著掩膜，然后對其進行蝕刻的方法來制造。優(yōu)選地，重整催化劑承盤340和重整催化劑330在結(jié)合前從重整催化劑板350上突出，并且在結(jié)合過程中通過壓力壓至與重整催化劑板350的上表面具有相同的高度，以此提高重整催化劑330的接觸效率。
[0123]可以使用0.3到3.0mm厚的重整催化劑330，所述重整催化劑330是通過鎳粉末(平均顆粒直徑為2.0 μ m)以100到800kgf/cm2壓制成型的。成型體在氫氣氣氛下在500到900°C下燒結(jié)I到5小時以提供所需的強度。重整催化劑330可以根據(jù)重整原料不同而不同。對于甲烷、柴油或汽油，重整催化劑可以用鎳粉末來制備，而當用乙醇或甲醇來制備合成氣時，重整催化劑可以使用以銅作為主要組分的微金屬粉末來制備。[0124]另外，氣體輸送單元包括氣體收集輸送板320，所述氣體收集輸送板320被置于重整催化劑板350上，并具有與第二到第四重整通孔322、323和324相隔離的多孔狀收集孔325。所述多孔狀收集孔325通過連接通道326與第一重整孔321連通。如上所述，多孔狀收集孔325和連接通道326可以通過使用掩模進行部分蝕刻來制造。
[0125]優(yōu)選的是所述多孔狀收集孔325的橫截面積被制成小于重整催化劑330的橫截面積，以此避免未通過重整催化劑330的重整氣泄漏。
[0126]根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案，烴重整裝置1000基本上如上所述地來構(gòu)造。具有上述構(gòu)造的烴重整裝置1000通過結(jié)合可具有如圖7中所示的形狀。
[0127]圖16示出了烴重整裝置1002，所述烴重整裝置1002是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的烴重整裝置1000的改進例子，并具有多個重整單元300。
[0128]如上所述，當將重整單元300結(jié)合時，第一重整通孔到第四重整通孔被置于上下相同的位置以在重整單元300中形成管子的形狀。因此，即使重整單元300被層壓，也可以形成連續(xù)相連的管子形狀。最后，由于上部熱傳導單元200的上部保護板250被置于多個重整單元300的上面，并且下部熱傳導單元400的下部保護板410被置于多個重整單元300的下面，所以熱傳導氣只通過加熱板310，并且重整氣只通過重整催化劑330，因此，可以層壓重整單元300。
[0129]因此，即使加熱板310被置于氣體供應板360的下面或收集輸送板320的上面，也可通過連續(xù)地層壓重整單元300取得同樣的效果。
[0130]圖17到19示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的烴重整裝置2000。與第一實施方案的烴重整裝置1000相對應的構(gòu)造部分具有與其相同的附圖標記，而它們的具體描述將被省略。
[0131]第二實施方案的烴重整裝置2000與第一實施方案的烴重整裝置1000在重整催化劑530的裝載形式方面是不同的。具體而言，在第二實施方案的烴重整裝置2000中，O型環(huán)540被置于重整催化劑530之下以提供壓力以密封原料氣并使重整催化劑530與收集輸送板520的下面緊密接觸。O型環(huán)540由金屬材料制成，并在所述裝置的組裝階段被按壓變形以緊密地接觸催化劑孔555的內(nèi)壁，以此避免反應氣在重整催化劑530和收集輸送板520之間泄漏。對O型環(huán)540的截面形狀沒有限制，在本發(fā)明的第二實施方案中，所述O型環(huán)540的截面形狀可以被制成圓形。因此，在組裝前，O型環(huán)540和重整催化劑530的厚度之和大于催化劑孔555的厚度，在組裝過程中，O型環(huán)540和重整催化劑530的厚度之和變得與催化劑孔555的厚度相等，因此通過O型環(huán)540可以提供足夠的緊密度。
[0132]圖20示出了重整單元600，所述重整單元600是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的烴重整裝置1000的重整單元300的改進例子。與第一實施方案的烴重整裝置1000相對應的構(gòu)造部分使用同樣的附圖標記，而它們的具體描述將被省略。
[0133]重整單元600包括為氣體輸送單元提供氣體收集功能的氣體收集板630和具有氣體輸送功能的氣體輸送板620。這些是第一實施方案的氣體收集輸送板320的兩個獨立的功能。
[0134]所述氣體收集板630包括在其中心部分形成的多孔狀收集孔635，所述多孔狀收集孔635與第一到第四重整通孔631、632、633和634相隔離。另外，氣體輸送板620的形狀是氣體供應板670反轉(zhuǎn)的形狀，所述氣體輸送板620包括在它上面形成的氣體輸送通道625。所述氣體輸送通道625只與第一重整通孔621連通，同時，與第二到第四重整通孔622、623和624隔離。氣體輸送通道625具有收集從多孔狀收集孔635供應的重整氣并將其輸送到第一重整輸送孔621的功能。
[0135]雖然已經(jīng)通過結(jié)合在附圖中示出的典型的實施方案來描述了本發(fā)明，這也只是說明性的。本領域技術(shù)人員明白可以對本發(fā)明進行很多改造和變化。因此，本發(fā)明的實際技術(shù)范圍應該由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.用于烴重整的使用微通道加熱器的裝置，包括: 上部板，包括熱傳導氣供應管和用來排放重整氣的重整氣排放管，所述熱傳導氣供應管與熱傳導氣供應源相連以供應熱傳導氣， 下部板，包括原料氣供應管和用來排放所述熱傳導氣的熱傳導氣排放管，所述原料氣供應管與原料氣供應源相連以供應原料氣， 上部熱傳導單元，被置于所述上部板下，包括上部熱傳導氣流動路徑和上部重整氣流動路徑，所述上部熱傳導氣流動路徑與所述熱傳導氣供應管相連以供所述熱傳導氣流動，所述上部重整氣流動路徑以與所述上部熱傳導氣流動路徑相接觸的方式形成以允許熱傳導在其之間進行，并且與所述重整氣排放管相連， 下部熱傳導單元，被置于所述下部板上，包括下部熱傳導氣流動路徑和下部重整氣流動路徑，所述下部熱傳導氣流動路徑與所述熱傳導氣排放管相連以供所述熱傳導氣流動，所述下部重整氣流動路徑以與下部熱傳導氣流動路徑相接觸的形式形成以允許熱傳導在其之間進行，并且與所述原料氣供應管相連，以及 至少一個重整單元，被層壓在所述上部熱傳導單元和所述下部熱傳導單元之間； 其中，為了層壓兩層或更多層，所述重整單元包括: 氣體供應板，所述氣體供應板上裝有用于僅與所述下部重整氣流動路徑連通的氣體供應通道， 重整催化劑板，被層壓在所述氣體供應板上，并具有裝載在其上的重整催化劑， 氣體輸送單元，被層壓在所述重整催化劑板上以將所述重整氣通過所述重整催化劑輸送到所述上部重整氣流動路徑 ，以及 加熱板，被置于所述氣體供應板下或在所述下部氣體輸送單元上，并具有加熱通道以連通所述上部熱傳導氣流動路徑與所述下部熱傳導氣流動路徑； 其中，所述氣體供應板、重整催化劑板、氣體輸送單元和加熱板分別包括與所述上部重整氣流動路徑連通的第一重整通孔、與所述上部熱傳導氣流動路徑連通的第二重整通孔、與所述下部重整氣流動路徑連通的第三重整通孔、與所述下部熱傳導氣流動路徑連通的第四重整通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述上部熱傳導單元包括: 至少一個上部熱傳導板，所述上部熱傳導板具有與所述熱傳導氣供應管連通的上部熱傳導通道，并形成所述上部熱傳導氣流動路徑，和 至少一個上部重整板，所述上部重整板具有與所述重整氣排放管連通的上部重整通道，并與所述上部熱傳導板交替地層壓以形成所述上部重整氣流動路徑， 所述上部熱傳導板和所述上部重整板包括在與所述重整單元的第一到第四重整通孔相對應的位置形成的第一到第四上部通孔；以及 上部保護板，具有在其內(nèi)部形成的所述第一和第二上部通孔，被置于所述上部熱傳導單元的最下面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述下部熱傳導單元包括: 至少一個下部熱傳導板，所述下部熱傳導板具有與所述熱傳導氣供應管連通的下部熱傳導通道，并形成所述下部熱傳導氣流動路徑，和 至少一個下部重整板，所述下部重整板具有與所述原料氣供應管連通的下部重整通道，并與所述下部熱傳導板交替地層壓以形成所述下部重整氣流動路徑， 所述下部熱傳導板和所述下部重整板包括在與所述重整單元的第一到第四重整通孔相對應的位置形成的第一到第四下部通孔；以及 下部保護板，具有在其內(nèi)部形成的所述第三和第四下部通孔，被置于所述下部熱傳導單元的最上面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述氣體輸送單元包括: 氣體收集板，所述氣體收集板被置于所述重整催化劑板上，并與所述第一到第四重整通孔相隔離；和 氣體輸送板，所述氣體輸送板被置于所述氣體收集板上，并包括僅與所述第一重整通孔連通的氣體輸送通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述氣體輸送單元為氣體收集輸送板，所述氣體收集輸送板被置于所述重整催化劑板上，并具有與所述第二到第四重整通孔相隔離的多孔狀收集孔，其中，所述多孔狀收集孔通過連接通道與所述第一重整孔連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，重整催化劑承盤被置于所述重整催化劑板之中、所述重整催化劑之下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，O型環(huán)540被置于所述重整催化劑板之中、所述重整催化劑之下。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述多孔狀收集孔的橫截面積被制成小于所述重整催化劑的橫截面 積。
【文檔編號】C01B3/38GK103502140SQ201180070755
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月9日
【發(fā)明者】樸種洙, 黃敬蘭, 李信根, 李春枎, 李晟旭 申請人:韓國能源技術(shù)研究院