[發明專利]變催化劑分布的泡沫銅一體化重整器

有效

• 申請號: 202110997340.6
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113830733B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 秦江;哈嬋;程昆林;劉澤寬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01B3/40
• 分類號: C01B3/40;H01M8/0612
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 王攀

本發明涉及燃料電池重整制氫技術領域，公開了一種變催化劑分布的泡沫銅一體化重整器，包括從上至下依次層疊布置的重整腔、催化燃燒腔和蒸發腔；所述重整腔和所述催化燃燒腔內均設置有催化劑載體，且所述催化劑載體為多孔介質泡沫銅；所述重整腔一端設置有催化燃燒腔入口和重整氣出口，所述催化燃燒腔入口通過氣態燃料通道連接至所述催化燃燒腔，所述重整腔另一端設置有尾氣排出通道和重整腔入口，所述重整腔入口通過氣態燃料通道連接至所述蒸發腔；所述重整腔與所述催化燃燒腔的進、出口與所述催化劑載體之間均設置有用于分流的均流板。本發明的重整器集尾氣催化燃燒、燃料預熱、重整制氫于一體，可以使得轉化效率進一步提高。

技術領域

本發明涉及燃料電池重整制氫技術領域，更具體的說是涉及變催化劑分布的泡沫銅一體化重整器。

背景技術

燃料電池具有能量轉換效率高、噪音低等巨大優勢。常見的燃料電池種類有堿性燃料電池、質子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池等。其中質子交換膜燃料電池工作溫度低、可快速啟動而且比功率、比能量密度大，是一種極具優勢的燃料電池。

燃料電池需要用到可靠的供氫系統，傳統的供氫方式為儲氫罐供氫，但這種方式不僅能量密度低而且在質量、安全上也存在明顯的不足。因此，目前，使用碳氫化合物重整制備氫有望成為解決這一問題的有效措施。典型的碳氫化合物重整反應制氫可分為三種：水蒸氣重整、部分氧化重整和自熱重整，其中水蒸氣重整制氫可以得到較高純度的氫氣，而且可以在一定程度上抑制結焦現象的發生，是目前的一個研究熱點，但該反應是吸熱反應，需要外部熱源。

對于催化劑的擔載方式，目前應用較多的為填充床式，微流道壁覆蓋式，陶瓷材料擔載式，多孔纖維氈/泡沫金屬式等。但是填充床式存在阻力較大、導熱系數低的缺點；微流道壁覆蓋式，催化效果較差。目前利用多孔纖維氈/泡沫金屬式是較為理想的方式，但是如圖1所示，使用泡沫金屬作為材料，在流動過程中壓降較大，且化學反應集中于反應器的入口，導致壁面溫度分布不均，浪費了部分催化劑。

除了供氫方面的問題外，燃料電池雖然清潔環保，但是燃料的利用率不是很高，因此會浪費掉部分高熱值的氫氣，其次，燃料電池尾氣中可燃成分含量低，無法直接燃燒，采用催化燃燒進行尾氣處理是一種正在蓬勃發展的技術?，F在雖然對于重整器的研究工作很多，但大部分的反應器各個模塊是分開的，這造成了重整器的集成度低、系統體積龐大等一系列問題。

因此，如何提供一種對燃料尾氣進行充分利用，且集成度高、轉化率高的重整器是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種變催化劑分布的泡沫銅一體化重整器，將尾氣進行催化燃燒，為重整反應提供熱量，同時集燃料預熱于一體，使整個系統結構緊湊、轉化率進一步提高。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

變催化劑分布的泡沫銅一體化重整器，包括從上至下依次層疊布置的重整腔、催化燃燒腔和蒸發腔；所述重整腔和所述催化燃燒腔內均設置有催化劑載體，且所述催化劑載體為多孔介質泡沫銅；

所述重整腔一端設置有催化燃燒腔入口和重整氣出口，所述催化燃燒腔入口通過氣態燃料通道連接至所述催化燃燒腔，使燃料可以在催化燃燒腔內進行化學反應，所述重整腔另一端設置有尾氣排出通道和重整腔入口，所述重整腔入口通過氣態燃料通道連接至所述蒸發腔，使受熱蒸發的氣體進入所述重整腔內進行化學反應；

所述重整腔與所述催化燃燒腔的進、出口與所述催化劑載體之間均設置有用于分流的均流板。

本發明變催化劑分布的泡沫銅一體化重整器整體裝置為板型，采用蒸發腔-催化燃燒腔-重整腔的布置形式，通過催化燃燒為整個裝置提供熱量。

優選的，在上述變催化劑分布的泡沫銅一體化重整器中，所述重整腔的催化劑載體依次為大間距泡沫銅、中等間距泡沫銅、小間距泡沫銅和完整泡沫銅片，且所述大間距泡沫銅靠近所述重整腔入口一側。