[發明專利]一種用于生產氫氣的燃料反應裝置

有效

• 申請號: 201811545392.4
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN111320134B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 楊林林;張浩;孫公權
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32;C01B3/38
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發明公開了一種用于生產氫氣的燃料反應裝置，包括具有中空腔的反應裝置主體，所述中空腔內設置有依次連通的液態燃料汽化室、等離子體反應室、催化重整室和一氧化碳水汽變換室；所述等離子體反應室的放電電極為刀片狀電極。本發明采用刀片電極形式，將等離子反應室與催化重整室及水氣變換室集成在一個反應裝置中且每個腔室之間無管閥件連接的情況使得整個反應裝置集成度高密封性好。本發明采用高低溫分區設計，在高溫反應部分采用不銹鋼結構，其他部分采用鋁合金材料。由于集成度高及采用鋁合金作為反應器的基體，使整個反應器的導熱性能好，熱利用率高。可以將水汽變換反應所需要熱量由前端的等離子體反應放出的熱量來提供。

技術領域

本發明涉及一種用于生產氫氣的燃料反應裝置，屬于燃燒反應器領域。

背景技術

以往廣譜燃料反應器大多采用滑動電弧形式作為等離子體反應器的主要工作方式，滑動電弧由于放電形式的限制迫使反應器內腔必須為圓柱型狀，導致絕大部分廣譜燃料反應器的外形均為圓柱型結構。此結構受限于將等離子反應腔與后端重整腔及水汽變換腔集成到一個反應器中，因此結構變得復雜且每個腔室連接處多以管閥件連接，高溫下容易發生氣體泄漏問題。除此之外，以往廣譜燃料反應器由于反應溫度較高均采用316L不銹鋼等材料制成導熱性差。

發明內容

為解決現有技術的問題，本發明提供一種燃料反應裝置，采用刀片電極形式，將等離子反應室與催化重整室及一氧化碳水汽變換室繼承在一個反應裝置中且每個腔室之間無管閥件連接的情況使得整個反應器集成度高密封性好。同時采用高低溫分區設計，在高溫反應部分采用不銹鋼結構，其他部分采用鋁合金材料，由于集成度高及中空腔的反應裝置主體采用鋁合金，使整個反應器的導熱性能好，熱利用率高。

本發明采用的技術手段如下一種用于生產氫氣的燃料反應裝置，其特征在于，包括具有中空腔的反應裝置主體，所述中空腔內設置有依次連通的液態燃料汽化室、等離子體反應室、催化重整室和一氧化碳水汽變換室；

所述等離子體反應室的放電電極為刀片狀電極，混合氣體在通電的刀片電極之間進行反應。所述燃料反應裝置不限于圓柱型結構，還可以是其他形狀的結構，如長方體結構。

基于以上技術方案，優選的，所述燃料反應裝置還包括：用于給反應裝置加熱的加熱元件、反應催化劑，所述反應催化劑包括重整催化劑和水汽變換反應催化劑，所述催化重整室的隔熱保護腔內和催化重整區內均填充重整催化劑，所述水汽變換區內部填充有水汽變換反應催化劑。

所述等離子體反應室接收液態燃料汽化室汽化之后的待反應氣體并在其腔室內進行等離子體反應。所述等離子體反應室內進行待反應燃料氣體與空氣的混合進行等離子體反應。

基于以上技術方案，優選的，所述等離子體反應室內部設置有刀片狀電極，混合氣體在通電的兩片刀片電極之間進行反應，由于兩片刀片電極之間有強電壓存在，會在兩片電極之間距離最小處產生放電現象，等離子體反應就在兩刀片電極距離最短放電區域進行。

基于以上技術方案，優選的，兩片電極刀鋒相對且兩刀片最短間距在2-3mm，等離子反應室內的混合氣體由刀尖最短距離處(等離子反應區域)開始進行等離子體反應。氣體流經通道逐漸變寬，在兩刀片電極相距最短的刀尖之間進行等離子體反應后，反應氣體流經刀片電極之間逐漸變寬的通道后通過等離子反應室內的氣體出口通道進入催化重整室，本發明中刀片電極數量≥3對，疊加放置。由于在等離子體反應室內的刀刃相對處于形成的通道中進行燃料的等離子體反應，因此需要保證氣體燃料通道的橫截面積足夠大保證充足的燃料通過進行等立體反應，因此本發明兩側刀片電極數量均≥3片。由于兩側刀片電極上分別帶有正電與負電，在兩側刀片電極相距最近的刀尖處產生放電現象，因此刀片電極擺放時要刀刃相對。

基于以上技術方案，優選的，所述燃料反應裝置還包括氣體分配器，所述等離子體反應室設有空氣進口，所述氣體分配器設置于空氣進口，空氣經氣體分配器進入等離子體反應室。所述等離子體反應室與氣體分配器連通，所述氣體分配器與外界氣泵連接，通過氣泵將外界空氣泵入到等離子體反應室。