[發明專利]利用蒸汽重整反應的氫氣發生器

有效

• 申請號: 201110035046.3
• 申請日: 2011-02-09
• 公開（公告）號: CN102145877A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 金榮大;崔宰碩;梁進植;金明俊
• 申請（專利權）人: SK新技術株式會社
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 顧紅霞;龍濤峰

技術領域

本發明涉及利用蒸汽重整反應的氫氣發生器，更具體地說，涉及通過使用碳氫化合物作為原料的蒸汽重整反應來產生氫氣的整合有熱交換器的氫氣發生器，其中在燃燒單元與排出氣體排放管之間設置有用于人工降低排出氣體壓力的泄壓引流結構，從而改進供應至反應器管道的排出氣體的不均勻傳熱。

背景技術

通常，燃料電池是一種通過氫氣和氧氣的電氣化學反應將化學能轉換為電能的同時產生電和熱的發電系統。

可以預言，因為燃料電池具有優秀的能效，所以這種燃料電池將會取代內燃機。因此，在不久的將來，穩定的氫氣供給將成為在使用燃料電池作為未來替換能源時的實質因素。

作為將氫氣供應至燃料電池的方法，可以使用通過電解水來產生氫氣的方法和通過蒸汽重整含氫原料來產生氫氣的方法。

在這種情況下，可以使用所有類型的碳氫化合物，例如天然氣、液化石油氣(LPG)、石腦油、汽油、煤油等作為蒸汽重整反應的原料。此外，在高溫下并且在存在催化劑的情況下進行蒸汽重整反應。

因此，在進行蒸汽重整反應的位置必須存在催化劑，并且必須向該位置供應蒸汽重整反應所需的熱。

通常，為了供應蒸汽重整反應所需的熱，已經使用了以下方法：燃燒燃料以產生熱，然后將熱傳遞至氫氣發生器。然而，這種方法的問題在于，由于設備尺寸的增加和高溫排出氣體的傳遞而產生熱損失，所以降低了效率。

最近，為了解決上述問題，氫氣發生器的內部被分成兩個區域，一個區域用作蒸汽重整區域(蒸汽重整單元)，另一個區域用作用于產生蒸汽重整反應所需熱的燃燒區域(燃燒單元)。

在這種情況下，蒸汽重整單元的催化劑幾乎位于具有小直徑的催化反應器管道中，并且根據氫氣發生器的容量和尺寸，若干催化反應器管道對稱地分布在熱源周圍。

此外，燃燒單元所產生的熱通過排出氣體的輻射或對流傳遞至催化反應器管道，然后用于蒸汽重整反應。

然而，在利用排出氣體熱傳遞時，因為排出氣體流動不均勻，所以熱不能均勻傳遞至催化反應器管道，使得催化反應器管道不能充分供應熱，其結果是不能順利地進行蒸汽重整反應，因而劣化了反應器的整體性能和效率。這種現象的詳述如下。

通常，為了提高熱效率，高溫排出氣體即使從重整器排出，也要使用熱交換器對其進行幾次排出氣體回收程序。為此，排出氣體聚集在出口，然后傳遞至熱交換器。在這種情況下，排出氣體沿著燃燒室與出口之間的最短路徑移動。因此，如圖1中的(A)所示，距離出口較遠的反應器管道不經常與排出氣體接觸，因而減少了從排出氣體傳遞至反應器管道的熱量。

為了解決上述問題，在排出氣體出口的前端設置用于在所有方向上引流排出氣體的泄壓引流結構和排出氣體收集器，并且，如圖1中的(B)所示，需要在所有方向上均勻排放排出氣體的結構。

當熱由于排出氣體的不均勻流動而不均勻供應至反應器管道時，存在下面的問題。第一，當一些反應器管道的溫度沒有達到目標溫度時，相應反應器管道內的蒸汽重整反應進行到低于設計值的程度，使得產品中的氫氣產物減少，未反應的甲烷濃度增加，從而直接降低氫氣發生器的效率，并且增加了必須設置在氫氣發生器后端的獨立氫氣凈化器的成本。第二，當排出氣體流動不均勻時，一些反應器管道可能被加熱到其設定值之上，并且當這些反應器管道長時間暴露于高溫時，反應器由于反應器材料的變形或者由于重整氣體引起的金屬腐蝕而損壞，其結果是降低了氫氣發生器的耐用性。如上文所述，排出氣體的不均勻分配引起了在低溫下降低氫氣發生器的效率的問題和在高溫下降低其耐用性的問題。必須解決這些問題以提高氫氣發生器的性能。

發明內容

因此，本發明已經提出解決由于排出氣體的不均勻流動而引起的上述問題，并且本發明的目的旨在通過向每個反應器管道供應相等的熱量來防止因缺少熱而在反應器內進行不充分反應。

具體地說，本發明旨在提供一種具有泄壓引流結構的氫氣發生器，借助該泄壓引流結構，排出氣體在該排出氣體從燃燒室出發然后到達排出氣體排放管之前，通過任意形成的分隔壁和孔而均勻分配并在所有方向上排放，使得熱以作為設定值的相同量供應至所有催化劑管道，并且氫氣發生器可以容易地制造和安裝并可以穩定地操作，而不管由于高溫排出氣體而引起的熱變形。