[發明專利]一種基于催化燃燒的天然氣重整微通道反應器及方法

在審

• 申請號: 202110708728.X
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113274958A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 李曉潔;秦剛華;王靜毅;田彭杰;夏天;周劍武;洪凌;鄔榮敏;壽春暉;彭浩
• 申請（專利權）人: 浙江浙能技術研究院有限公司;浙江浙能北侖發電有限公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;C01B3/38
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發明涉及一種基于催化燃燒的天然氣重整微通道反應器，包括催化燃燒腔、重整反應腔和高溫煙氣腔；催化燃燒腔主要由對稱布置的第一催化燃燒流場板和第二催化燃燒流場板構成，催化燃燒腔流場入口布置流體混合導流板，催化燃燒流場板內側的流場為蝸殼結構，沿流場方向布置折流板，第一催化燃燒流場板和第二催化燃燒流場板中心位置設置排氣孔，流場內表面涂覆燃燒催化劑。本發明的有益效果是：本發明的反應器整體為中間層催化燃燒腔，兩側重整反應腔和高溫煙氣腔對稱交錯布置的柱形疊層結構，最外側設置罩殼用于分布和收集氣體，器件集成度高。

技術領域

本發明涉及天然氣重整反應器，具體涉及一種基于催化燃燒的天然氣重整微通道反應器及方法。

背景技術

氫氣作為一種綠色高效的清潔能源，用途十分廣泛，將在我國未來能源體系中占據重要地位。我國天然氣資源儲備豐富，利用天然氣與水蒸氣在高溫下發生重整反應制取氫氣，制氫效率高，與氫氣高溫應用場景(如高溫燃料電池)匹配性好。目前天然氣重整反應器一般采用天然氣直接燃燒方式供給重整所需熱量，如寧波材料所、寧波索福人公司的天然氣/甲烷重整器。該方式需要有較大的燃燒空間，不利于器件小型化；燃燒火焰分布不均勻會導致壁面溫差較大，對材料耐高溫性能(1000℃)要求高，且影響重整效率。若采用催化燃燒方式供熱可解決前述問題，但為保證催化劑活性，催化燃燒反應溫度相對較低，因此火焰穩定性不高。鑒于此，有必要提出一種可穩定催化燃燒的天然氣重整反應器及方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種基于催化燃燒的天然氣重整微通道反應器及方法。

這種基于催化燃燒的天然氣重整微通道反應器，包括催化燃燒腔、重整反應腔和高溫煙氣腔；

催化燃燒腔主要由對稱布置的第一催化燃燒流場板和第二催化燃燒流場板構成，催化燃燒腔流場入口布置流體混合導流板，催化燃燒流場板內側的流場為蝸殼結構，沿流場方向布置折流板，第一催化燃燒流場板和第二催化燃燒流場板中心位置設置排氣孔，流場內表面涂覆燃燒催化劑；

重整反應腔由第一重整微通道板和第二重整微通道板在催化燃燒腔兩側對稱布置形成，第一重整微通道板和第二重整微通道板圓周外沿均勻布置四塊垂直圓周切線的氣腔分隔板，重整微通道板內側的流場內部布置鈍體，沿流體流動方向的兩側面分別布置1/4圓弧腔壁，第一重整微通道板和第二重整微通道板中心位置設有不與重整流場連通的垂直氣孔，流場內表面涂覆重整催化劑；

高溫煙氣腔由第一高溫煙氣微通道板和第二高溫煙氣微通道板在重整微通道板外側布置形成，第一高溫煙氣微通道板和第二高溫煙氣微通道板圓周外沿均勻布置四塊垂直圓周切線的氣腔分隔板，并與重整微通道板的氣腔分隔板相對應，溫煙氣微通道板內側的流場內部布置鈍體，溫煙氣微通道板的鈍體排布方向與重整微通道板的鈍體排布方向垂直，沿流體流動方向的兩側面分別布置1/4圓弧腔壁，高溫煙氣微通道板的圓弧腔壁與重整微通道板的圓弧腔壁的位置錯開設置，第一高溫煙氣微通道板和第二高溫煙氣微通道板沿直徑方向開狹槽形成高溫煙氣分布腔；

第一高溫煙氣微通道板和第二高溫煙氣微通道板外側分別布置上端蓋和下端蓋，下端蓋外側設置罩殼；上端蓋焊接第一天然氣入口管、第二天然氣入口管、空氣入口管、水蒸氣入口管、煙氣廢氣出口管和重整氫氣出口管。

作為優選：流體混合導流板采用平面導流板或螺旋導流板。

作為優選：第一催化燃燒流場板設有對應第一天然氣入口管和空氣入口管的管道。

作為優選：第一催化燃燒流場板和第二催化燃燒流場板設有對應煙氣廢氣出口管的管道、對應第二天然氣入口管和水蒸氣入口管的管路以及對應重整氫氣出口管的管道。

作為優選：第一催化燃燒流場板和第二催化燃燒流場板上對應設置分隔板形成催化燃燒氣體混合腔，流體混合導流板位于催化燃燒氣體混合腔內。

作為優選：高溫煙氣微通道板兩側的圓弧腔壁外側對應的腔室分別為重整氣體分布腔和重整氣體收集腔。