專利名稱：一種富氫燃料重整制氫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，具體地講涉及一種分體換熱式富氫燃料重整制 氫系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
分布式發(fā)電技術(shù)具有能量利用效率高(>80%)、可利用各種可再生能源、可滿足特殊場(chǎng)合 和能源多樣化的需求，可同時(shí)提供冷能或者熱能，實(shí)現(xiàn)能源的綜合梯級(jí)利用、安全穩(wěn)定、 沒有配電損耗、安裝成本低、適于遙控和監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，是21世紀(jì)傳統(tǒng)發(fā)電方式的重要補(bǔ)充和 最重要的能量利用方式之一。
燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)綜合可以應(yīng)用于家庭、社區(qū)、醫(yī)院、商務(wù)樓等場(chǎng)所的電力供應(yīng)和 熱水供應(yīng)，或者是大規(guī)模的分布式電站，是一種在世界范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注的分布式發(fā)電技 術(shù)，在歐美和日本有示范的分布式電站在運(yùn)行。
富氫燃料重整制取氫氣是燃料電池分布式熱電聯(lián)供系統(tǒng)中關(guān)鍵的一項(xiàng)H2燃料供給技術(shù)。 富氫燃料包括醇、醚、天然氣、汽油和柴油等。目前研究比較成熟的是甲醇和天然氣的重整 制氫技術(shù)。
專利EP1650159發(fā)明了一種天然氣水蒸氣重整制氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了一體筒式結(jié)構(gòu)， 由點(diǎn)火燃燒單元、天然氣水蒸氣重整制氫單元、CO高低溫變換反應(yīng)單元和CO凈化脫除單元構(gòu) 成，具有能量利用效率高的特點(diǎn)，但是該系統(tǒng)在催化反應(yīng)單元的溫度調(diào)節(jié)方面缺乏一定的靈 活性，同時(shí)熱量不能及時(shí)在顆粒催化劑床層及時(shí)傳遞。專利CN1284721發(fā)明了一種甲醇水蒸 氣重整制氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)中重整反應(yīng)器采用了板翅式結(jié)構(gòu)，耦合了催化燃燒供熱、蒸發(fā)和重 整反應(yīng)等過程，具有高效、緊湊的優(yōu)點(diǎn)，但是該系統(tǒng)在啟動(dòng)階段，催化燃燒單元采用H2作為 燃料，這樣就需要另外儲(chǔ)存H2。同時(shí)催化燃燒單元有可能存在局部燃料和氧化劑(空氣或氧 氣)集中的現(xiàn)象，這樣就有可能局部由于催化燃燒反應(yīng)劇烈放出大量的熱量，使較薄的翅片 被燒穿。專利CN2668600也利用了板翅式的重整反應(yīng)器，并且使用板翅式的熱交換器，但是 對(duì)于供熱裝置，該專利采用加熱器，溫度的控制和調(diào)節(jié)不夠靈活，且無法保證反應(yīng)器和換熱器使用的安全性，較薄的翅片還是容易被燒穿，另外，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對(duì)于能量的充分利 用來說，還有提高的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)合理，既可以避免板翅燒穿的現(xiàn)象，也可以 對(duì)催化反應(yīng)單元的溫度進(jìn)行很好的控制，調(diào)節(jié)靈活，能量利用率高，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，可以 廣泛應(yīng)用于水蒸氣重整或自熱重整過程。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，包括供熱單元、原料加熱換熱器、重整器、co凈化脫除單 元，所述重整器為換熱與重整反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的板翅式反應(yīng)器，包括換熱通道和反應(yīng)通道；重 整器的反應(yīng)通道與CO凈化脫除單元入口連通，CO凈化脫除單元出口通過換熱器與燃料電池的 氫氣入口相通；以富氫燃料和空氣或氧氣燃燒提供熱量的供熱單元與重整器的換熱通道連通 ，原料管路與重整器的反應(yīng)通道通過原料加熱換熱器連通，重整器換熱通道出口與原料加熱 換熱器連通，重整器換熱通道出口的高溫尾氣通過所述原料加熱換熱器換熱后排空，可以實(shí) 現(xiàn)高溫尾氣的二次換熱，充分利用熱量，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加合理。
所述重整器的反應(yīng)通道入口處設(shè)有氣體均勻分布器。
所述富氫燃料為甲醇、甲烷、二甲醚、氫氣、乙醇、天然氣、城市煤氣、液化石油氣、 汽油、煤油或柴油等。其中氫氣為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后燃料電池陽(yáng)極出口的尾氣，這樣可以使能 量能到充分的利用。
所述供熱單元為用以燃燒供熱的燃燒器，所述供熱單元與重整器之間設(shè)有氣體均勻分布器。
所述燃燒器為催化燃燒器或點(diǎn)火燃燒器，所述燃燒為催化或點(diǎn)火燃燒。 所述原料為富氫燃料和水，所述富氫燃料為甲醇、甲烷、甲醇溶液、二甲醚、乙醇、天 然氣、城市煤氣、液化石油氣、汽油、煤油或柴油。
所述原料為天然氣時(shí)，在重整器與co凈化脫除單元之間設(shè)有co變換反應(yīng)單元，包括高、
低溫變換反應(yīng)器、分別設(shè)于高、低溫變換反應(yīng)器入口的換熱器。
原料管路進(jìn)入原料加熱換熱器之前的一段與各換熱器的冷料入口并聯(lián)連通，各換熱器 的冷料出口均并聯(lián)進(jìn)入原料加熱換熱器與重整器之間的原料管路，可以充分的利用每道換 熱工序后的余熱，為重整反應(yīng)補(bǔ)充提供熱量。co凈化脫除單元包括至少一組co脫除反應(yīng)器，co脫除反應(yīng)器的入口設(shè)有換熱器。 所述co脫除反應(yīng)器為co選擇性氧化反應(yīng)器或co甲烷化反應(yīng)器。
所述板翅式反應(yīng)器中翅片間隔為O. 5-12mm，反應(yīng)通道的翅片間隔優(yōu)選為O. 5-3mm，便于 裝填相應(yīng)粒徑的顆粒催化劑，換熱通道的翅片間隔優(yōu)選為0.5-lmm，可以提高換熱的效率。 所述CO凈化脫除單元之后的換熱器與燃料電池的氫氣入口之間設(shè)有氣液分離裝置。 所述燃料電池的尾氣出口與供熱單元的富氫燃料入口相通，使尾氣中的氫氣得到利用
反應(yīng)操作啟動(dòng)階段，供熱單元通過點(diǎn)火燃燒或催化燃燒供熱，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，燃料為 燃料電池陽(yáng)極尾氣剩余氫氣，室溫下就可以進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)。催化燃燒或者點(diǎn)火燃燒容易 控制，燃燒尾氣的溫度可以通過氧化劑和燃料的摩爾比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了減少燃燒單元的熱 量損失，提高系統(tǒng)的能量利用效率，從燃燒器出來的高溫尾氣進(jìn)入重整器，可以為重整制氫 反應(yīng)提供所需求的熱量，從重整器出來的高溫尾氣進(jìn)入原料加熱換熱器加熱或者蒸發(fā)液體反 應(yīng)原料。重整器裝填有直徑為O. 5-3mm的重整催化劑，在催化劑作用下原料蒸汽發(fā)生重整反 應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生富氫氣體。
如果富氫氣體中C0的濃度高于2。/。，那么從重整器出來的富氫氣體可以通過CO高、低 溫變換反應(yīng)單元，將CO濃度降至P/。以下。CO高溫變換反應(yīng)催化劑為顆?；蚪Y(jié)構(gòu)型催化劑，從 重整器出來的富氫氣體通過換熱器進(jìn)行熱交換，將氣體溫度降低至CO高溫變換反應(yīng)催化劑的 活性溫度區(qū)間內(nèi)；從CO高溫變換反應(yīng)出來的富氫氣體通過換熱器進(jìn)行熱交換，將氣體溫度降 低至CO低溫變換反應(yīng)催化劑的活性溫度區(qū)間內(nèi)。
CO凈化脫除單元應(yīng)用CO選擇性氧化反應(yīng)或者CO甲烷化反應(yīng)，將CO的體積濃度由1%-2%降 低至10ppm。催化劑為顆?；蛘呓Y(jié)構(gòu)型催化劑，從CO低溫變換反應(yīng)單元出來的富氫氣體通過 換熱器進(jìn)行熱交換，將氣體溫度降低至CO凈化脫除催化劑的活性溫度區(qū)間內(nèi)。
從CO凈化脫除單元出來的富氫氣體經(jīng)過換熱器和氣液分離裝置后，變?yōu)闇囟葹?(TC-70 'C之間的含飽和水蒸氣富氫氣體，富氫氣體供給燃料電池進(jìn)行發(fā)電。從燃料電池陽(yáng)極出來的 尾氣進(jìn)入燃燒器，使能量能到充分的利用。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)
1.重整器采用板翅式重整器，極大的提高了熱交換的效率，供熱單元與重整器分離，可以避免高溫尾氣對(duì)翅片的損傷；原料加熱蒸發(fā)和重整器利用催化燃燒尾氣，有效保證了 換熱器和反應(yīng)器的使用穩(wěn)定性、可靠性和安全性；
2. 熱量交換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以對(duì)催化燃燒和點(diǎn)火燃燒釋放的熱量進(jìn)行二次利用，有助于 提高整個(gè)重整制氫系統(tǒng)的能量效率；
3. 室溫下催化燃燒，減小了系統(tǒng)對(duì)外界電力供應(yīng)的依賴，催化燃燒或者點(diǎn)火燃燒容易 控制，燃燒尾氣的溫度可以通過氧化劑和燃料的摩爾比例進(jìn)行調(diào)節(jié)；
4. 重整產(chǎn)品氣中CO濃度經(jīng)過高效的CO凈化催化劑脫除后，C0濃度降至10ppm，有效保障 了燃料電池的發(fā)電性能；
5. 各換熱器的余熱回收，有效地避免了能源的浪費(fèi)。


圖l為本發(fā)明的板翅式反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的甲醇重整制氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的甲烷重整制氫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明的甲烷重整制氫系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明的甲醇重整制氫系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
通過下述實(shí)施例將有助于理解本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的內(nèi)容。 實(shí)施例l
一種富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，如圖l、 2所示，包括供熱單元4、原料加熱換熱器l、重整 器3、 C0凈化脫除單元，所述重整器3為換熱與重整反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的板翅式反應(yīng)器，包括換熱 通道11和反應(yīng)通道12;重整器3的反應(yīng)通道12與C0凈化脫除單元入口連通，CO凈化脫除單元 出口通過換熱器9與燃料電池10的氫氣入口相通；以甲醇和空氣燃燒提供熱量的供熱單元4與 重整器3的換熱通道11連通，原料管路19與重整器的反應(yīng)通道通過原料加熱換熱器1連通，重 整器換熱通道ll出口與原料加熱換熱器l連通，重整器換熱通道ll出口的高溫尾氣通過原料 加熱換熱器l換熱后排空。
所述重整器3的反應(yīng)通道12入口處設(shè)有氣體均勻分布器2 。
所述供熱單元4為用以燃燒供熱的催化燃燒器，所述燃燒器與重整器3之間設(shè)有氣體均勻 分布器18，所述燃燒為催化燃燒。所述原料為甲醇和水，反應(yīng)為水蒸氣重整反應(yīng)。
所述CO凈化脫除單元包括兩組CO脫除反應(yīng)器，為C0選擇性氧化反應(yīng)器6、 8，所述CO選擇 性氧化反應(yīng)器6、 8的入口分別設(shè)有換熱器5、 7。
原料管路19進(jìn)入原料加熱換熱器1之前的一段與各換熱器5、 7、 9的冷料入口并聯(lián)連通， 各換熱器5、 7、 9的冷料出口均并聯(lián)進(jìn)入原料加熱換熱器1與重整器3之間的原料管路，可以 充分的利用每道換熱工序后的余熱，為重整反應(yīng)補(bǔ)充提供熱量。
所述重整器反應(yīng)通道12的翅片間隔為0.5mm，便于裝填相應(yīng)粒徑的顆粒催化劑，換熱通 道ll的翅片間隔為0.5mm，可以提高換熱的效率。
所述C0凈化脫除單元之后的換熱器9與燃料電池10的氫氣入口之間設(shè)有氣液分離裝置17
所述燃料電池10的尾氣出口與供熱單元4的富氫燃料入口相通。
系統(tǒng)開始啟動(dòng)時(shí)，向燃燒器供應(yīng)甲醇和空氣，在催化劑床層上發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，通過 調(diào)節(jié)甲醇和空氣的摩爾比率，控制進(jìn)入重整器3的燃燒尾氣溫度低于30(TC 。
從重整器3出來的燃燒尾氣，進(jìn)入原料加熱換熱器l與原料進(jìn)行換熱，加熱蒸發(fā)甲醇和水 的混合溶液，同時(shí)控制水與甲醇摩爾比為2;從原料加熱換熱器出來的甲醇水混合蒸汽溫度 為22(TC。甲醇水混合蒸汽經(jīng)過氣體均勻分布器2進(jìn)入重整器3，在Cu/Zn02/Al203催化劑上發(fā) 生水蒸氣重整反應(yīng)，產(chǎn)生富氫氣體。
重整器3出口的富氫氣體經(jīng)過換熱器5，溫度降至17(TC，進(jìn)入第一個(gè)選擇性氧化反應(yīng)器 ，在Pt基催化劑上與空氣反應(yīng)；第一個(gè)選擇性氧化反應(yīng)器出口尾氣經(jīng)過換熱器7，溫度控制 為10(TC，在Pt催化劑上與空氣反應(yīng)，進(jìn)入第二個(gè)選擇性氧化反應(yīng)器，第二個(gè)選擇性氧化反 應(yīng)器出口尾氣經(jīng)過換熱器9換熱和氣液分離裝置17氣液分離后，溫度降至6(TC，進(jìn)入燃料電 池發(fā)電。
經(jīng)過加熱或者蒸發(fā)后，從換熱器5、 7、 9的冷料出口出來的反應(yīng)原料，與原料加熱換熱 器l出口的甲醇水混合蒸汽混合進(jìn)入重整器3 。
當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，燃料電池10陽(yáng)極出口的尾氣氫氣可供供熱單元4燃燒使用，這樣可 以使能量能到充分的利用。
實(shí)施例2
一種富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，如圖l、 3所示，包括供熱單元4、原料加熱換熱器l、重整 器3、 CO凈化脫除單元，所述重整器3為換熱與重整反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的板翅式反應(yīng)器，包括換熱通道11和反應(yīng)通道12;重整器3的反應(yīng)通道12與C0凈化脫除單元入口連通，重整器3的反應(yīng)通 道12與所述CO凈化脫除單元之間還設(shè)有CO變換反應(yīng)單元，包括高、低溫變換反應(yīng)器14、 16、 分別設(shè)于高、低溫變換反應(yīng)器14、 16入口的換熱器13、 15; CO凈化脫除單元出口通過換熱 器9與燃料電池10的氫氣入口相通；以甲烷和氧氣燃燒提供熱量的供熱單元4與重整器3的換 熱通道ll連通，原料管路19與重整器3的反應(yīng)通道12通過原料加熱換熱器1連通，重整器換熱 通道ll出口與原料加熱換熱器l連通，重整器換熱通道ll出口的高溫尾氣通過原料加熱換熱 器l換熱后排空。
所述重整器3的反應(yīng)通道12入口處設(shè)有氣體均勻分布器2 。
所述供熱單元4為用以燃燒供熱的點(diǎn)火燃燒器，所述燃燒器與重整器3之間設(shè)有氣體均勻 分布器18，所述燃燒為點(diǎn)火燃燒。
所述原料為水和天然氣，反應(yīng)為水蒸氣重整反應(yīng)。
所述CO凈化脫除單元包括兩組CO脫除反應(yīng)器，為選擇性氧化反應(yīng)器6、 8，所述CO選擇性 氧化反應(yīng)器的入口設(shè)有換熱器5 。
原料管路19進(jìn)入原料加熱換熱器1之前的一段與各換熱器13、 15、 5、 7、 9的冷料入口 并聯(lián)連通，各換熱器13、 15、 5、 7、 9的冷料出口均并聯(lián)進(jìn)入原料加熱換熱器1與重整器3之 間的原料管路。
所述重整器反應(yīng)通道12的翅片間隔為12mm，便于裝填相應(yīng)粒徑的顆粒催化劑，換熱通 道ll的翅片間隔為12mm。
所述燃料電池10的尾氣出口與供熱單元4的富氫燃料入口相通。
系統(tǒng)開始啟動(dòng)時(shí)，向燃燒器供應(yīng)甲烷和氧氣，進(jìn)行點(diǎn)火燃燒，通過調(diào)節(jié)甲烷和氧氣的摩 爾比率，控制進(jìn)入重整器3的燃燒尾氣溫度不低于70(TC 。
從重整器3出來的燃燒尾氣，進(jìn)入原料加熱換熱器l，加熱蒸發(fā)原料，同時(shí)控制水與甲烷 摩爾比為2;從原料加熱換熱器l出來的高溫混合蒸汽原料，經(jīng)過氣體均勻分布器2進(jìn)入重整 器3的反應(yīng)通道12，在Ni基催化劑上發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)，產(chǎn)生富氫氣體。
重整器3出口的富氫氣體經(jīng)過換熱器13，溫度降至40(TC，進(jìn)入高溫變換反應(yīng)器14，在Fe 基催化劑上，CO與水蒸氣發(fā)生變換反應(yīng)；高溫變換反應(yīng)器14出口尾氣經(jīng)過換熱器15，溫度降 至22(TC，進(jìn)入低溫變換反應(yīng)器16，在Cu/ZnO/Al203催化劑上，CO與水蒸氣發(fā)生低溫變換反 應(yīng)，CO濃度降至P/。以下。低溫變換反應(yīng)器16出口尾氣經(jīng)過換熱器5，溫度降至15(TC，進(jìn)入第一段選擇性氧化反應(yīng) 器，在Ru基催化劑上與空氣反應(yīng)；第一段選擇性氧化反應(yīng)器出口尾氣經(jīng)過換熱器7，溫度控 制為80。C，進(jìn)入第二段選擇性氧化反應(yīng)器，在Ru基催化劑上與空氣反應(yīng)，第二段選擇性氧化 反應(yīng)器出口尾氣經(jīng)過換熱器9后，溫度降至7(TC，進(jìn)入燃料電池發(fā)電。
經(jīng)過加熱或者蒸發(fā)后，從換熱器13、 15、 5、 7、 9的冷料出口出來的反應(yīng)原料，與原料 加熱換熱器l出口的原料混合蒸汽混合進(jìn)入重整器3。
系統(tǒng)穩(wěn)定后，燃料電池10陽(yáng)極尾氣進(jìn)入燃燒器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供熱。
實(shí)施例3
一種富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，如圖l、 4所示，包括供熱單元4、原料加熱換熱器l、重 整器3、 CO凈化脫除單元，所述重整器3為換熱與重整反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的板翅式反應(yīng)器，包括 換熱通道11和反應(yīng)通道12;重整器3的反應(yīng)通道12與C0凈化脫除單元入口連通，重整器3的 反應(yīng)通道12與CO凈化脫除單元之間還設(shè)有CO變換反應(yīng)單元，包括高、低溫變換反應(yīng)器14、 16、分別設(shè)于高、低溫變換反應(yīng)器14、 16入口的換熱器；CO凈化脫除單元出口通過換熱器 9與燃料電池10的氫氣入口相通；以甲烷和空氣燃燒提供熱量的供熱單元4與重整器3的換熱 通道11連通，原料管路19與重整器3的反應(yīng)通道12通過原料加熱換熱器1連通，重整器換熱 通道ll出口與原料加熱換熱器l連通，重整器換熱通道ll出口的高溫尾氣通過原料加熱換熱 器l換熱后排空。
所述重整器3的反應(yīng)通道12入口處設(shè)有氣體均勻分布器2 。
當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，燃料電池10陽(yáng)極出口的尾氣氫氣可供供熱單元4燃燒使用。 所述供熱單元4為用以燃燒供熱的催化燃燒器，所述燃燒器與重整器3之間設(shè)有氣體均勻 分布器18，所述燃燒為催化燃燒。
所述原料為甲烷和水，反應(yīng)為水蒸氣重整反應(yīng)。
所述CO凈化脫除單元包括兩組CO脫除反應(yīng)器，為CO甲烷化反應(yīng)器21、 22。 原料管路19進(jìn)入原料加熱換熱器1之前的一段與各換熱器13、 15、 7、 9的冷料入口并聯(lián) 連通，各換熱器13、 15、 7、 9的冷料出口均并聯(lián)進(jìn)入原料加熱換熱器1與重整器3之間的原料 管路，可以充分的利用每道換熱工序后的余熱，為重整反應(yīng)補(bǔ)充提供熱量。
所述重整器反應(yīng)通道12的翅片間隔為3mm，便于裝填相應(yīng)粒徑的顆粒催化劑，換熱通道 ll的翅片間隔為lmm，可以提高換熱的效率。所述燃料電池10的尾氣出口與供熱單元4的富氫燃料入口相通。
系統(tǒng)開始啟動(dòng)時(shí)，向燃燒器供應(yīng)甲烷和空氣，進(jìn)行催化燃燒，通過調(diào)節(jié)甲烷和空氣的摩 爾比率，控制進(jìn)入重整器3的燃燒尾氣溫度不低70(TC 。
從重整器3出來的燃燒尾氣，進(jìn)入原料加熱換熱器l，加熱蒸發(fā)原料，同時(shí)控制水與甲烷 摩爾比為2;從原料加熱換熱器l出來的高溫混合蒸汽原料，經(jīng)過氣體均勻分布器2進(jìn)入重整 器3，在Ni基催化劑上發(fā)生水蒸氣重整反應(yīng)，產(chǎn)生富氫氣體。
重整器3出口的富氫氣體經(jīng)過換熱器13，溫度降至35(TC，進(jìn)入高溫變換反應(yīng)器14，在 Fe基催化劑上，CO與水蒸氣發(fā)生變換反應(yīng)；高溫變換反應(yīng)器出口尾氣經(jīng)過換熱器15，溫度 降至25(TC，進(jìn)入低溫變換反應(yīng)器16，在Cu/ZnO/Al203催化劑上，CO與水蒸氣發(fā)生低溫變換 反應(yīng)，CO濃度降至P/。以下。
低溫變換反應(yīng)器16出口尾氣不經(jīng)過換熱器，直接進(jìn)入第一段甲烷化反應(yīng)器21，在Ru基催 化劑上C0與H2發(fā)生選擇性甲烷化反應(yīng)；由于甲烷化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，第一段甲烷化反應(yīng)器21 出口尾氣溫度經(jīng)過換熱器7，溫度控制為24(TC，進(jìn)入第二段甲烷化反應(yīng)器22，在Ni基催化劑 上C0與H2發(fā)生甲烷化反應(yīng)，第二段甲烷化反應(yīng)器22出口尾氣經(jīng)過換熱器9后，溫度降至6(TC ，進(jìn)入燃料電池10發(fā)電。
經(jīng)過加熱或者蒸發(fā)后，從換熱器13、 15、 7、 9的冷料出口出來的反應(yīng)原料，與換熱器13 、15、 7、 9出口的原料混合蒸汽混合進(jìn)入重整器3。
系統(tǒng)穩(wěn)定后，燃料電池10陽(yáng)極尾氣進(jìn)入燃燒器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供熱。
實(shí)施例4
反應(yīng)系統(tǒng)及操作與實(shí)施例l基本相同，如圖5所示，區(qū)別在于CO凈化脫除單元只有一組 選擇性氧化反應(yīng)器6，其入口溫度為8(TC;另外，所述重整器反應(yīng)通道12的翅片間隔為 1.5mm，便于裝填相應(yīng)粒徑的顆粒催化劑，換熱通道ll的翅片間隔為0.8mm，可以提高換熱 的效率。
權(quán)利要求
1.一種富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，包括供熱單元(4)、原料加熱換熱器(1)、重整器(3)、CO凈化脫除單元，所述重整器(3)為換熱與重整反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的板翅式反應(yīng)器，包括換熱通道(11)和反應(yīng)通道(12)；重整器(3)的反應(yīng)通道(12)與CO凈化脫除單元入口連通，CO凈化脫除單元出口通過換熱器(9)與燃料電池(10)的氫氣入口相通；其特征在于，以富氫燃料和空氣或氧氣燃燒提供熱量的供熱單元(4)與重整器(3)的換熱通道(11)連通，原料管路(19)與重整器(3)的反應(yīng)通道(12)通過原料加熱換熱器(1)連通，重整器換熱通道(11)出口與原料加熱換熱器(1)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述重 整器(3)的反應(yīng)通道(12)入口處設(shè)有氣體均勻分布器(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述富 氫燃料為甲醇、甲烷、二甲醚、氫氣、乙醇、天然氣、城市煤氣、液化石油氣、汽油、煤油 或柴油。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述供 熱單元(4)為用以燃燒供熱的燃燒器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述燃 燒器為催化燃燒器或點(diǎn)火燃燒器，所述燃燒為催化或點(diǎn)火燃燒。
6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述供 熱單元(4)與重整器之間設(shè)有氣體均勻分布器(18)。
7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述原 料為富氫燃料和水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述富 氫燃料為甲醇、甲烷、甲醇溶液、二甲醚、乙醇、天然氣、城市煤氣、液化石油氣、汽油、 煤油或柴油。
9.根據(jù)權(quán)利要求l所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述原料為天然氣時(shí)，在重整器(3)與CO凈化脫除單元之間設(shè)有CO變換反應(yīng)單元，包括高、低溫 變換反應(yīng)器(14、 16)、分別設(shè)于高、低溫變換反應(yīng)器入口的換熱器(13、 15)。
10 根據(jù)權(quán)利要求l所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述 CO凈化脫除單元包括至少一組CO脫除反應(yīng)器。
11 根據(jù)權(quán)利要求10所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述 CO脫除反應(yīng)器的入口設(shè)有換熱器。
12 根據(jù)權(quán)利要求10所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述 C0脫除反應(yīng)器為C0選擇性氧化反應(yīng)器或C0甲烷化反應(yīng)器。
13 根據(jù)權(quán)利要求l、 9或11所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征 在于所述原料管路(19)進(jìn)入原料加熱換熱器(1)之前的一段與各換熱器的冷料入口并聯(lián) 連通，各換熱器的冷料出口均并聯(lián)進(jìn)入原料加熱換熱器(1)與重整器(3)之間的原料管路
14 根據(jù)權(quán)利要求1或10所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于 所述CO凈化脫除單元之后的換熱器(9)與燃料電池(10)的氫氣入口之間設(shè)有氣液分離裝 置(17)。
15 根據(jù)權(quán)利要求l所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述 板翅式反應(yīng)器中翅片間隔為O. 5-12mm。
16 根據(jù)權(quán)利要求15所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述 板翅式反應(yīng)器中反應(yīng)通道(12)的翅片間隔為O. 5-3mm。
17 根據(jù)權(quán)利要求15所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述 板翅式反應(yīng)器中換熱通道(11)的翅片間隔為O. 5-lmm。
18 根據(jù)權(quán)利要求l所述的富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，其特征在于所述 燃料電池(10)的尾氣出口與供熱單元(4)的富氫燃料入口相通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種富氫燃料重整制氫系統(tǒng)，具體地講涉及一種分體換熱式富氫燃料重整制氫系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括供熱單元、原料加熱換熱器、重整器、CO凈化脫除單元，重整器為換熱與重整反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的板翅式反應(yīng)器；重整器的反應(yīng)通道與CO凈化脫除單元入口連通，CO凈化脫除單元出口通過換熱器與燃料電池的氫氣入口相通；供熱單元與重整器的換熱通道連通，原料管路與重整器的反應(yīng)通道通過原料加熱換熱器連通，重整器換熱通道出口與原料加熱換熱器連通。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，既可以避免板翅燒穿的現(xiàn)象，也可以對(duì)催化反應(yīng)單元的溫度進(jìn)行很好的控制，調(diào)節(jié)靈活，能量利用率高，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。
文檔編號(hào)C01B3/00GK101597029SQ200810301930
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者周帥林, 鋼 肖 申請(qǐng)人:漢能科技有限公司