本發(fā)明涉及工業(yè)能源回收利用的微反應(yīng)裝置，特別是涉及一種基于余熱利用的制氫反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，我國工業(yè)領(lǐng)域能源消耗量約占全國能源消耗總量的70％，主要工業(yè)產(chǎn)品單位能耗平均比國際先進(jìn)水平高出30％左右。除了生產(chǎn)工藝相對落后、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理的因素外，工業(yè)余熱利用率低，能源沒有得到充分綜合利用是造成能耗高的重要原因。我國能源利用率僅為33％左右，比發(fā)達(dá)國家低約10％。至少50％的工業(yè)耗能以各種形式的余熱被直接廢棄。因此從另一角度看，我國工業(yè)余熱資源豐富，工業(yè)余熱回收利用又被認(rèn)為是一種“新能源”，近年來成為推進(jìn)我國節(jié)能減排工作的重要內(nèi)容。工業(yè)余熱按其能量形態(tài)可以分為三大類，即可燃性余熱、載熱性余熱和有壓性余熱。其中常見的大多數(shù)余熱是載熱性余熱，它包括排出的廢氣和產(chǎn)品、物料、廢物、工質(zhì)等所帶走的高溫?zé)嵋约盎瘜W(xué)反應(yīng)熱等，如鍋爐與窯爐的煙道氣，燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械的排氣，焦炭、鋼鐵鑄件、水泥、爐渣的高溫顯熱，凝結(jié)水、冷卻水、放散熱風(fēng)等帶走的顯熱，以及排放的廢氣潛熱等。而在用微反應(yīng)器制氫的過程中，尾氣余熱的利用也是不可忽視的經(jīng)濟(jì)效益。目前，微反應(yīng)裝置尾氣熱循環(huán)技術(shù)仍處于起步階段，各項(xiàng)技術(shù)還不太成熟，在目前所研制的微反應(yīng)器尾氣熱循環(huán)裝置中，原料加熱效率不高，流體回流等問題阻礙著微反應(yīng)器尾氣熱循環(huán)裝置的進(jìn)步和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于余熱利用的制氫反應(yīng)裝置，其克服了現(xiàn)有技術(shù)的微反應(yīng)裝置無法有效利用余熱的不足之處，實(shí)現(xiàn)尾氣余熱的有效利用。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于余熱利用的制氫反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)本體，該反應(yīng)本體設(shè)有反應(yīng)腔、原料入口、出氣口；還包括增壓裝置和位于原料入口與反應(yīng)腔之間的預(yù)熱部，所述反應(yīng)本體還設(shè)有供反應(yīng)腔產(chǎn)生的氣體輸出的出氣通道，所述預(yù)熱部包括原料通道、包圍原料通道的壁體外周或設(shè)在原料通道中的氣體通道，所述原料入口通過原料通道連通反應(yīng)腔；增壓裝置的進(jìn)氣口與出氣通道連通，增壓裝置的出氣口連通所述氣體通道的進(jìn)氣端，所述氣體通道的出氣端遠(yuǎn)離其進(jìn)氣端，并連通所述出氣口。

作為優(yōu)選，所述原料通道的數(shù)量為多個(gè)，該多個(gè)原料通道按陣列分布，所述氣體通道為網(wǎng)狀條形通道，并包圍各個(gè)原料通道的外周。

作為優(yōu)選，所述增壓裝置的出氣口通過設(shè)在所述反應(yīng)本體內(nèi)部的回流通道連通所述氣體通道的進(jìn)氣端。

作為優(yōu)選，所述反應(yīng)腔包括蒸發(fā)部和重整部，蒸發(fā)部位于所述預(yù)熱部和重整部之間，重整部連通所述出氣通道；所述反應(yīng)本體連接有用于分別為所述蒸發(fā)部、重整部提供熱能的第一加熱裝置和第二加熱裝置，該第一加熱裝置與第二加熱裝置設(shè)置為加熱棒，通過反應(yīng)本體上所設(shè)對應(yīng)于蒸發(fā)部和重整部插孔插入反應(yīng)本體，對蒸發(fā)部與重整部進(jìn)行加熱。

作為優(yōu)選，所述蒸發(fā)部內(nèi)設(shè)柱狀泡沫金屬，且該柱狀泡沫金屬外徑與所述蒸發(fā)部內(nèi)徑相等。

作為優(yōu)選，所述重整部內(nèi)設(shè)有若干金屬載體反應(yīng)板，該若干金屬載體反應(yīng)板分別與所述柱狀泡沫金屬平行，并間隔分布。

作為優(yōu)選，所述金屬載體反應(yīng)板為銅纖維燒結(jié)板，且孔隙率為80％。

作為優(yōu)選，所述增壓裝置的進(jìn)氣口孔徑、出氣口孔徑分別與所述回流通道的內(nèi)徑、出氣通道的內(nèi)徑相等，并且所述增壓裝置的進(jìn)氣口孔徑、出氣口孔徑為3-4mm。

作為優(yōu)選，所述原料通道內(nèi)部空心寬度為1.5-2.5mm，壁體厚度為0.8-1.2mm，所述氣體通道的寬度為0.5-1.2mm。

作為優(yōu)選，所述增壓裝置為旋片式真空泵，并固定在所述反應(yīng)本體上。

作為優(yōu)選，所述蒸發(fā)部與重整部上方分別設(shè)有位于反應(yīng)本體上的熱電偶，用于檢測蒸發(fā)部與重整部的溫度。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明采用在原料入口與反應(yīng)腔之間設(shè)置所述預(yù)熱部，并通過所述增壓裝置對制成的氣體進(jìn)行增壓和進(jìn)入預(yù)熱部，解決回流問題，且氣體進(jìn)入預(yù)熱部的氣體通道后，通過將余熱有效傳遞給了流經(jīng)原料通道的原料，實(shí)現(xiàn)對原料的有效預(yù)熱，不僅提高了尾氣余熱的再利用，并且降低了能源的浪費(fèi)。

2.本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置所述回流通道，并將回流通道設(shè)置于反應(yīng)本體內(nèi)部，能更有效的防止尾氣余熱的散失。

3.本發(fā)明預(yù)熱部包括多個(gè)所述原料通道，且氣體通道為網(wǎng)狀條形通道，并包圍各個(gè)原料通道的外周，使得氣體和原料能夠大面積的進(jìn)行熱交換，進(jìn)一步提高余熱利用的效率。

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的一種基于余熱利用的制氫反應(yīng)裝置不局限于實(shí)施例。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的左視圖；

圖3是圖2的A-A剖視圖；

圖4是圖3的B-B剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1-圖4所示，本發(fā)明的一種基于余熱利用的制氫反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)本體1，該反應(yīng)本體1設(shè)有反應(yīng)腔11、原料入口121、出氣口16和供反應(yīng)腔11產(chǎn)生的氣體輸出的出氣通道131。具體所述反應(yīng)本體1包括反應(yīng)主體和設(shè)在該反應(yīng)主體左、右兩端的端蓋(一)12、端蓋(二)13。所述端蓋(一)12上設(shè)有所述原料入口121、端蓋(二)13上設(shè)有所述出氣通道131；反應(yīng)主體上設(shè)有所述反應(yīng)腔11、出氣口16。本發(fā)明還包括增壓裝置14和位于原料入口121與反應(yīng)腔11之間的預(yù)熱部15。所述反應(yīng)腔11橫截面呈圓形，所述預(yù)熱部15包括原料通道151和包圍原料通道151的壁體外周以實(shí)現(xiàn)熱傳遞的氣體通道152，所述原料入口12通過原料通道151連通反應(yīng)腔11；增壓裝置14的進(jìn)氣口141與出氣通道131連通，增壓裝置14的出氣口142連通所述氣體通道152的進(jìn)氣端，所述氣體通道152的出氣端1521遠(yuǎn)離其進(jìn)氣端1522，并連通所述出氣口16。

本實(shí)施例中，如圖4所示，所述原料通道151的數(shù)量為多個(gè)，該多個(gè)原料通道151按陣列分布，且橫截面呈多邊形(位于外圍的原料通道有的呈三角形，有的呈梯形，位于中間的原料通道則呈正方形)，所述氣體通道152為網(wǎng)狀條形通道，并包圍各個(gè)原料通道151的壁體外周；所述增壓裝置14的出氣口142具體通過設(shè)在所述反應(yīng)本體1內(nèi)部的回流通道17連通所述氣體通道152的進(jìn)氣端1522。所述原料通道151的壁體材質(zhì)為良導(dǎo)熱材料且不會與原料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

本實(shí)施例中，所述反應(yīng)腔11包括蒸發(fā)部111和重整部112，蒸發(fā)部111位于所述預(yù)熱部15和重整部112之間，重整部112連通所述出氣通道131；所述反應(yīng)本體1連接有用于分別為所述蒸發(fā)部111、重整部112提供熱能的第一加熱裝置18和第二加熱裝置19，該第一加熱裝置2與第二加熱裝置3設(shè)置為加熱棒，通過反應(yīng)本體1上所設(shè)對應(yīng)于蒸發(fā)部111和重整部112插孔插入反應(yīng)本體1，對蒸發(fā)部111與重整部112進(jìn)行加熱；所述蒸發(fā)部111內(nèi)設(shè)柱狀泡沫金屬1111，且該柱狀泡沫金屬外徑與所述蒸發(fā)部內(nèi)徑相等，該柱狀泡沫金屬1111使流體和溫度分布更加均勻，避免冷點(diǎn)現(xiàn)象存在；所述重整部112內(nèi)設(shè)有若干金屬載體反應(yīng)板1121，該若干金屬載體反應(yīng)板1121分別與所述柱狀泡沫金屬1111平行，并通過外徑與金屬載體板1121相等，內(nèi)徑比外徑小4mm的墊圈1123隔開分布，并且，所述金屬載體反應(yīng)板1121為銅纖維燒結(jié)板，且孔隙率為80％。所述金屬載體反應(yīng)板1121的數(shù)量具體為三個(gè)。所述金屬載體反應(yīng)板1121的作用是附著催化劑，是重整部112反應(yīng)的場所，比表面積大，加工成本低，反應(yīng)效率高。

本實(shí)施例中，所述增壓裝置14的進(jìn)氣口141孔徑、出氣口142孔徑分別與所述回流通道17的內(nèi)徑、出氣通道131的內(nèi)徑相等，并且所述增壓裝置14的進(jìn)氣口141孔徑、出氣口142孔徑為4mm；所述原料通道151內(nèi)部空心寬度為2mm，壁體厚度為1mm，所述氣體通道的寬度為1mm。

本實(shí)施例中，所述增壓裝置14為旋片式真空泵，并固定在所述反應(yīng)本體1的端蓋(二)13所在一側(cè)的下部。

本實(shí)施例中，所述蒸發(fā)部111與重整部112上方分別設(shè)有位于反應(yīng)本體1上的熱電偶4和5，用于檢測蒸發(fā)部111與重整部112的溫度。

本實(shí)施例中，所述原料入口121的出料端呈內(nèi)窄外寬的圓錐狀，以便于使原料均勻分散開來并進(jìn)入各個(gè)原料通道151中。所述出氣通道131的進(jìn)氣端呈外寬內(nèi)窄的圓錐狀，以便于對制得的氣體進(jìn)行有效收集和提升氣體的流速，從而達(dá)到降低氣體余熱的散失速度。

工作過程，將原料(本實(shí)施例中，所述原料具體為甲醇水溶液，但不局限于甲醇水溶液)加入原料入口121中，原料通過原料入口121進(jìn)入預(yù)熱部15的各個(gè)原料通道151，并經(jīng)各個(gè)原料通道151進(jìn)入蒸發(fā)部111，第一加熱裝置2對其進(jìn)行加熱蒸發(fā)成為氣體，此過程中，同時(shí)采用熱電偶4對蒸發(fā)部111溫度持續(xù)檢測，以控制蒸發(fā)溫度保持恒定；蒸發(fā)后的氣體進(jìn)入重整部112，進(jìn)行相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)得到需要的氣體成分，同時(shí)反應(yīng)溫度的保持同樣采用熱電偶5檢測，反應(yīng)溫度通過第二加熱裝置3控制，制成的氣體(該氣體具體為氫氣)通過出氣通道131進(jìn)入增壓裝置14中，增壓裝置14對該氣體進(jìn)行增壓，使其通過回流通道17進(jìn)入預(yù)熱部15的氣體通道152，氣體在氣體通道152中通過熱交換將自身的余熱傳遞給流經(jīng)各個(gè)原料通道151的原料，對原料進(jìn)行預(yù)熱，使原料在進(jìn)入蒸發(fā)部前即有一定的溫度，可以降低后續(xù)的加熱溫度和縮短加熱時(shí)間，從而更加節(jié)能和提高反應(yīng)效率。氣體完成熱交換后通過出氣口16排出。

在其它實(shí)施例中，所述氣體通道設(shè)在原料通道中。

上述實(shí)施例僅用來進(jìn)一步說明本發(fā)明的一種基于余熱利用的制氫反應(yīng)裝置，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。