[發明專利]重整制氫裝置及重整制氫方法

有效

• 申請號: 202010360431.4
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111483978B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 趙鴻新
• 申請（專利權）人: 鄭州帥先新能源科技有限公司
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;張德斌

本發明提供了一種重整制氫裝置及重整制氫方法。該重整制氫裝置包括第一反應管、第二反應管、原料通道、產品氣通道。本發明還提供了一種重整制氫方法，其是在上述重整制氫裝置上進行的。本發明提供的重整制氫裝置采用自熱重整與一氧化碳脫除聯用的技術，相比于常見的集成有燃燒室的蒸汽重整制氫反應器，具有簡化反應器內部結構、縮小裝置體積、提高系統熱效率、縮短啟動時間等優點；該裝置產生的富含氫氣的產品氣無需額外純化，能夠直接滿足各類燃料電池系統，尤其是低溫質子交換膜燃料電池的運行要求，從而實現原位制氫反應裝置與氫燃料電池堆的高效耦合。

技術領域

本發明涉及重整制氫領域，尤其涉及一種可與氫燃料電池直接聯用的重整制氫裝置及重整制氫方法。

背景技術

燃料電池是近年來新興的一種高效電化學電源裝置，其發電效率高，運行平穩、無噪聲，清潔環保，在交通、建筑、軍事、通訊等領域均具有廣闊的應用前景。燃料電池種類繁多、技術路線多樣。其中，質子交換膜燃料電池以其功率密度高、工作溫度低、啟動性能好、技術較成熟等優點，在中小型固定式電源、電動交通等行業成為主流，尤其是近年來新能源產業的迅猛發展使之占據了燃料電池市場約90％的主要份額。然而，隨著近年來燃料電池汽車商業化進程的不斷推進，與之相配套的超純氫來源、成本及加注設施問題日益凸顯，供氫問題亟待解決。

制氫技術的關鍵在于保證氫氣品質、提高生產效率、降低產品成本、減小運行維護難度、擴大氫氣供給范圍等方面。目前，在化學制氫、電解水制氫、生物制氫這三種常見制氫方法中，以蒸汽重整為代表的化學制氫占主導地位，其原料涵蓋天然氣、醇、石油氣、二甲醚、汽柴油等。其中，天然氣重整制氫技術最為成熟、工業應用最多，其較高的反應溫度更適合用作固定電源或熱電聯供設備；甲醇重整制氫反應溫度較低，工藝過程簡單、能耗低，且甲醇原料廉價易得、能量密度高、含氫量高，便于儲存和運輸，適宜作為模塊式或移動式制氫裝置用于備用電源、電動交通等領域。

氫能的大規模應用推廣需要一套完整的制氫與燃料電池系統解決方案，而燃料電池用氫的原位制備是一條理想的技術路線。原位制氫燃料電池系統的研發涉及高效制氫催化劑開發、小型化反應器研制、燃料電池堆測試與控制、以及原位制氫燃料電池系統集成等四個主要方面。其中，小型化制氫反應器是實現與燃料電池高效集成的關鍵。制氫系統的小型化改造需要對不同工況下多段關聯反應進行高效耦合；而燃料電池，尤其是低溫質子交換膜燃料電池對氫氣品質苛刻要求，燃料氣中雜質氣體濃度必須嚴格限制。這些因素使得一體化反應器設計成為繼高效制氫催化劑之后小型化制氫技術的又一重點和難點。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種重整制氫裝置及重整制氫方法。該重整制氫裝置采用自熱重整制氫與一氧化碳脫除聯用技術，具有一體化、小型化的特點，且產生的氫氣可以直接向各類燃料電池系統提供，無需額外純化。

為了達到上述目的，本發明提供了一種重整制氫裝置，包括第一反應管、第二反應管、原料通道、產品氣通道，其中：

所述第二反應管位于第一反應管的內部；

所述第一反應管和第二反應管之間的空間為第一反應腔、用于進行燃燒反應和重整制氫反應；所述第二反應管圍成的空間為第二反應腔、用于脫除一氧化碳，所述第一反應腔與第二反應腔連通；

所述原料通道的出口與第一反應腔連通，所述產品氣通道的入口與第二反應腔連通，所述原料通道和產品氣通道相接觸以實現原料與產品氣之間的熱交換；

所述原料通道的入口處設有進料口，所述產品氣通道的出口處設有產品氣出口。