[發(fā)明專利]溫控型單體反應(yīng)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310038864.8
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103107350A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽洵
• 申請（專利權(quán)）人: 歐陽洵
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 鐘守期;潘飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溫控型單體反應(yīng)器，更具體地，涉及這樣一種溫控型單體反應(yīng)器，其用于待供應(yīng)至燃料電池系統(tǒng)（例如，低溫質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)）的、通過燃料重整反應(yīng)得到的反應(yīng)氣體的一氧化碳優(yōu)先甲烷化反應(yīng)。

背景技術(shù)

已知的是，在燃料電池系統(tǒng)的領(lǐng)域中，存在多種用于制備氫氣的燃料類型，例如烷類（甲烷、乙烷等）、醇類（甲醇、乙醇等）、汽油、柴油等。這些燃料通常通過燃料重整反應(yīng)（主要包括燃料汽化重整反應(yīng)、燃料自熱重整反應(yīng)及燃料部分氧化重整反應(yīng)三種重整方式，其中燃料汽化重整反應(yīng)最為常用）來產(chǎn)生氫氣，例如，甲醇汽化重整反應(yīng)的反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂,甲烷部分氧化反應(yīng)的反應(yīng)式為CH₄+0.5O₂→CO+2H₂。

但是，在通過燃料重整反應(yīng)制得氫氣的同時(shí)，也會進(jìn)行生成一氧化碳的水汽置換反應(yīng)（CO₂+H₂→CO+H₂O）。由此，最終的反應(yīng)氣體通常會包含約65%-75%的氫氣、約15%-25%的二氧化碳、約1%-5%的一氧化碳以及2%以下的甲烷。

然而，在將上述的反應(yīng)氣體輸送到燃料電池系統(tǒng)（尤其是，低溫質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)）之前，為了符合基本的燃料要求，通常需要通過氫氣提純方法來將一氧化碳的含量減少到百萬分之十（10ppm）以下，同時(shí)確保氫氣含量不會明顯降低，以保證制氫效率。

一種已知的氫氣提純方法是在反應(yīng)器系統(tǒng)中進(jìn)行一氧化碳優(yōu)先甲烷化反應(yīng)（通常采用釕為催化劑），其中，一氧化碳還原反應(yīng)——即，反應(yīng)A：CO+3H₂→CH₄+H₂O——為優(yōu)先反應(yīng)；二氧化碳還原反應(yīng)——即，反應(yīng)B：CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O——為需抑制的反應(yīng)（稱為“抑制反應(yīng)”）。

因此，為了抑制反應(yīng)B而優(yōu)先進(jìn)行反應(yīng)A，即，優(yōu)先地進(jìn)行去除CO的反應(yīng)A而抑制同樣消耗H2的反應(yīng)B，需要將反應(yīng)溫度控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，使得既能夠?qū)⒁谎趸己拷档偷?0ppm以下，甚至更低，又能夠同時(shí)確保不會因?yàn)闇囟冗^高而使氫氣通過反應(yīng)B被大量消耗掉。

然而，常規(guī)的反應(yīng)器系統(tǒng)通常是將多個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行階梯型串聯(lián)（例如，需要通過人工焊接等方式來實(shí)現(xiàn)），并且通常需要采用多于一個(gè)的散熱裝置來對整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)散熱，結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，且成本高。而且，即使采用了階梯型串聯(lián)設(shè)計(jì)，整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)中在反應(yīng)氣體流量變化大時(shí)仍然容易出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，雖然常規(guī)的反應(yīng)器系統(tǒng)往往也能使反應(yīng)A的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%，但是過高的溫度會導(dǎo)致催化劑活性下降而使反應(yīng)B加劇（使反應(yīng)B具有大致約5%-約40%的轉(zhuǎn)化率），這造成大量的氫氣被消耗掉，明顯降低了制氫效率。

因此，極需一種新型的反應(yīng)器來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種溫控型單體反應(yīng)器，用于待供應(yīng)至燃料電池系統(tǒng)的、通過燃料重整反應(yīng)得到的反應(yīng)氣體的一氧化碳優(yōu)先甲烷化反應(yīng)，該溫控型單體反應(yīng)器包括：

一個(gè)殼體；

一個(gè)入口，設(shè)置在所述殼體上，以引入所述反應(yīng)氣體；

一個(gè)出口，設(shè)置在所述殼體上，以排出所述反應(yīng)氣體；

多個(gè)中空的主管路，用于放置催化劑，所述多個(gè)主管路封裝在所述殼體內(nèi)并與所述入口和所述出口連通，每個(gè)主管路優(yōu)選在其內(nèi)布置有一個(gè)或多個(gè)疊層狀的鋁合金葉片；

一個(gè)溫度控制機(jī)構(gòu)，包括：

多個(gè)散熱構(gòu)件，與所述多個(gè)主管路上下疊置，其中散熱構(gòu)件和主管路交替地堆疊，以一個(gè)在另一個(gè)上方的方式布置在所述殼體內(nèi)，每個(gè)散熱構(gòu)件大體由一個(gè)或多個(gè)疊層狀的鋁合金葉片形成；

至少一對冷卻孔，彼此相對地設(shè)置在所述殼體上，分別與散熱構(gòu)件連通，并用于與至少一個(gè)外部的冷卻系統(tǒng)連通；

其中，所述溫度控制機(jī)構(gòu)將所述主管路內(nèi)的反應(yīng)溫度控制在約180℃-230℃，優(yōu)選控制在約190℃-210℃。

上述新型的溫控型單體反應(yīng)器，能夠有效地將反應(yīng)溫度控制在約180℃至約230℃之間，優(yōu)選控制在約190℃-210℃，從而保持催化劑的活性，使其反應(yīng)時(shí)間長，在使得一氧化碳還原反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為100%的同時(shí)，抑制二氧化碳還原反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，將其大致控制在約1%-4%，由此確保氫氣不會被大量消耗掉，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低。