[實(shí)用新型]一種天然氣現(xiàn)場(chǎng)制氫裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200820181786.1
• 申請(qǐng)日: 2008-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN201330153Y
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬培勇;林其釗;唐志國;李永玲;何賢釗;謝紅占
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B3/34
• 分類號(hào): C01B3/34
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技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型屬于制氫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種天然氣現(xiàn)場(chǎng)制氫裝置。

背景技術(shù)：

氫能作為一種清潔的二次能源，以其高燃燒率、燃燒產(chǎn)物潔凈以及用途多樣化等突出優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來最有希望的能源之一；并且，燃料電池因其高能量轉(zhuǎn)化效率和環(huán)境友好性能而受到極大關(guān)注。作為燃料電池的首選燃料，氫能在未來交通和發(fā)電領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的市場(chǎng)前景，在未來能源結(jié)構(gòu)中將會(huì)占有越來越重要的位置。由于自然界的氫多以化合態(tài)存在，因此要實(shí)現(xiàn)氫的大規(guī)模應(yīng)用，須首先解決氫源問題。化石資源制氫以天然氣制氫最為經(jīng)濟(jì)與合理，世界約一半的氫是通過天然氣蒸汽重整工藝生產(chǎn)的，該過程生產(chǎn)技術(shù)較為成熟，但能耗高、生產(chǎn)成本高，設(shè)備投資大。并且由于氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸比較困難，從建立燃料電池汽車加氫站和提供分散氫源方面考慮，則要求有先進(jìn)的小規(guī)模天然氣現(xiàn)場(chǎng)制氫與氣體純化技術(shù)。因此研究開發(fā)制氫新工藝，縮短流程，簡化操作單元，減少小規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)制氫裝置投資和制氫成本具有重大意義。

由于天然氣的自熱重整、部分氧化重整的共同特點(diǎn)是系統(tǒng)中需要有制純氧的設(shè)備，并且產(chǎn)品氣是CO、CO2和H2的混合氣，仍需經(jīng)過變換反應(yīng)和氫氣的分離過程。因此，現(xiàn)有的天然氣水蒸氣重整制氫和常規(guī)的深冷分離或變壓吸附分離凈化氫技術(shù)，不是很適于加氫站對(duì)小規(guī)模制氫裝置的需求。而采用天然氣裂解方式生成碳和氫氣，產(chǎn)物氣中不含或含少量碳氧化合物，不需要進(jìn)一步的變換反應(yīng)，因此相對(duì)其他制氫方法，應(yīng)用于小規(guī)模天然制氫具有明顯優(yōu)勢(shì)。但目前因天然氣裂解制氫需要高溫條件，能耗較大，而且需要設(shè)置冷卻裝置。

中國發(fā)明申請(qǐng)?zhí)?00710020394.7提出了《一種低濃度氣態(tài)烴的燃燒裝置》，其特征是由薄板狀外壁面和內(nèi)壁面圍成環(huán)狀進(jìn)氣通道和排氣通道，形成雙向逆流的氣流通道，連通位于環(huán)狀通道圈中心的燃燒室；燃燒室內(nèi)置有多孔材料，多孔材料設(shè)置電加熱元件。該燃燒裝置燃燒低濃度氣態(tài)烴即可在中心燃燒室達(dá)到較高的工作溫度，同時(shí)對(duì)外部絕熱要求低，簡化了設(shè)備，降低了成本。向本裝置通入化學(xué)當(dāng)量比大于1的天然氣空氣或者氧氣混合氣，過量的天然氣可在高溫條件下裂解生成氫氣，但該方法不能制取純氫，需要產(chǎn)物分離設(shè)備，同時(shí)存在爆炸危險(xiǎn)，工業(yè)化受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容：

為了克服目前制氫裝置能耗高、系統(tǒng)復(fù)雜、成本高等不足，本實(shí)用新型基于中國發(fā)明申請(qǐng)?zhí)?00710020394.7提出的《一種低濃度氣態(tài)烴的燃燒裝置》設(shè)計(jì)一種集反應(yīng)物預(yù)熱、高溫裂解制氫、產(chǎn)物冷卻于一體的制氫裝置。該裝置不僅能有效提高制氫效率，降低能量損失，而且具有流程短和操作單元簡單、安全等特點(diǎn)，可降低小規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)制氫裝置投資和制氫成本，滿足燃料電池車對(duì)分散氫能的需求。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：現(xiàn)場(chǎng)制氫裝置主要包括切向進(jìn)口，逆向換熱器，切向出口，多孔介質(zhì)，電加熱硅碳棒，反應(yīng)盤管，反應(yīng)盤管進(jìn)口端，反應(yīng)盤管出口端；切向進(jìn)口與切向出口焊接在逆向換熱器最外層，多孔介質(zhì)安置在逆向換熱器中心，電加熱硅碳棒安置在多孔介質(zhì)中心；反應(yīng)盤管安置在逆向換熱器通道和多孔介質(zhì)中，反應(yīng)盤管進(jìn)口端在切向出口內(nèi)，反應(yīng)盤管出口端在切向進(jìn)口內(nèi)；其特征是反應(yīng)盤管置入逆向換熱器通道和中心多孔介質(zhì)中，反應(yīng)盤管進(jìn)口端在逆向換熱器的切向出口內(nèi)，反應(yīng)盤管出口端在逆向換熱器的切向進(jìn)口內(nèi)。

本實(shí)用新型的特點(diǎn)也在于：所述的反應(yīng)盤管由導(dǎo)熱性能優(yōu)良和耐熱的材料制備而成，反應(yīng)盤管內(nèi)可設(shè)置催化劑，也可不設(shè)置催化劑。逆向換熱器中心內(nèi)層表面鍍耐高溫陶瓷材料，其他外圈層低溫?fù)Q熱區(qū)域材料采用不銹鋼，可采用螺旋板式換熱器加工工藝制作；多孔介質(zhì)為具有導(dǎo)熱率和熱容量大，蓄熱效率高的陶瓷球堆積而成，置入逆向換熱器中心；電加熱硅碳棒安裝在逆向換熱器中心多孔介質(zhì)內(nèi)，用于預(yù)熱點(diǎn)火。

本實(shí)用新型的有益效果是：

1)反應(yīng)盤管的引入，可制備純氫，并且可提高操作的安全性。

2)自預(yù)熱、自冷卻的工藝過程，使設(shè)備設(shè)計(jì)緊湊，降低了裝置的占地面積，降低了成本，并有效利用了產(chǎn)物的攜帶的余熱，降低了能耗。

3)反應(yīng)器的最外圍是常溫預(yù)混氣體進(jìn)氣層，溫度接近室溫，散熱損失基本為零，僅需對(duì)裝置的上下兩端面進(jìn)行保溫，大大降低了制氫反應(yīng)器的保溫要求。

4)反應(yīng)器外部的逆向換熱和中心多孔介質(zhì)的有效蓄熱，有利于提高反應(yīng)溫度，形成天然氣高溫裂解制氫的環(huán)境，可大大提高制氫反應(yīng)速度和效率。

5)中心區(qū)較高的燃燒溫度，可拓展天然氣的燃燒極限，降低天然氣的消耗。

附圖說明：

圖1為本實(shí)用新型一種天然氣現(xiàn)場(chǎng)制氫裝置示意圖。

圖2為本實(shí)用新型一種天然氣現(xiàn)場(chǎng)制氫裝置的結(jié)構(gòu)俯視圖。