[發明專利]自熱自點火重整制氫集成裝置及制氫方法

有效

• 申請號: 202210083131.5
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114348963B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 薛志偉;楊乃濤;孟秀霞;張成濤;秦旭龍
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32;C01B3/48;C01B3/38;C01B3/56
• 代理公司: 淄博啟智達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 37280
• 代理人: 王燕

本發明屬于重整制氫技術領域，具體涉及一種自熱自點火重整制氫集成裝置及制氫方法。本發明所述的自熱自點火重整制氫集成裝置包括管狀重整制氫反應室，管狀重整制氫反應室設置在裝置內筒的內部，管狀重整制氫反應室包括霧化室、點火室、蒸汽重整室、水氣變換反應室和膜分離室；霧化室、點火室、蒸汽重整室、水氣變換反應室和膜分離室依次分布在管狀重整制氫反應室中；供給重整制氫反應熱量的燃料為重整制氫反應的自身原料。本發明的自熱自點火重整制氫集成裝置，無需外加燃料，供給重整制氫反應熱量的燃料為重整制氫反應的自身原料，不僅啟動時間短，結構簡單，操作方便，而且獲得的氫氣產品純度高，余熱也能夠得到回收再利用。

技術領域

本發明屬于重整制氫技術領域，具體涉及一種自熱自點火重整制氫集成裝置及制氫方法。

背景技術

燃料電池技術的迅速發展和廣泛應用對氫氣供應提出了新的要求。盡管各大城市正加速推進加氫站建設以滿足氫能經濟的發展需求，但加氫站目前基本都面臨嚴重的分布不均，高昂的運營成本和嚴峻的安全壓力等難題。開發適用于不同用氫量的便捷重整制氫集成裝置配套燃料電池使用，是解決用氫難題的重要方案之一。

中國專利CN113023674A公開一種天然氣重整裝置和SOFC發電系統。天然氣重整裝置包括燃燒器、重整換熱器和補熱燃燒器。重整換熱器包括燃燒腔、重整腔、重整進氣管和重整排氣管，重整腔包圍燃燒腔。原料氣在重整腔中發生化學反應后，經重整排氣管對外供應富氫氣體。該發明的天然氣重整裝置，為防止重整換熱器過熱并延長有效工作區段，該裝置進行了分層設計，即底部燃燒器及中間補熱燃燒器，燃燒器在裝置啟動階段利用天然氣燃燒提供熱量對整個裝置進行緩慢升溫，當達到重整反應條件后，再根據重整腔及燃燒腔的溫度分布情況，自補熱燃燒器補充天然氣，使整個反應腔溫度均勻，具有結構緊湊、啟動簡單以及運行安全等優點，適用于小型天然氣重整制氫供應。該裝置需要天然氣燃燒提供熱量對整個裝置進行升溫，其燃料是外加的，其來源于外部的天然氣。

中國專利CN 109911849A公開一種適用于制氫機的自供熱式重整反應裝置及制氫機，所述重整反應裝置包括重整反應器、導熱裝置、甲醇水蒸發器、點火器、催化燃燒室；重整反應器上方及下方設置有甲醇水蒸發器，甲醇水蒸發器的出口經緩沖室連接于重整反應器的入口；導熱裝置將重整反應器和甲醇水蒸發器整體包覆在內，催化燃燒室設置于重整反應裝置的上部及下部；燃料和含氧氣體經點火器點火能進入催化燃燒室燃燒產熱；甲醇水蒸發器的一端連接甲醇水輸送管路，甲醇水能在進料泵的驅動下通過所述甲醇水輸送管路輸入至所述甲醇水蒸發器。該發明提出的適用于制氫機的自供熱式重整反應裝置及制氫機，可無需外加熱源實現自供熱、導熱迅速，加熱均勻，熱損失少。該裝置中，燃料也是單獨外加的。

現有重整制氫裝置主要以電加熱提供熱量給重整反應，少部分使用化石燃料加熱的方式提供熱量。這些裝置均需要外部提供熱量，并且存在啟動時間長、裝置結構復雜、余熱浪費、氫氣產品純度低、裝置維護困難等缺點。

發明內容

本發明的目的是提供一種自熱自點火重整制氫集成裝置，該裝置結構簡單，無需外加燃料，供給重整制氫反應熱量的燃料為重整制氫反應的自身原料；本發明同時提供一種利用本發明集成裝置的制氫方法。

本發明所述的自熱自點火重整制氫集成裝置，包括管狀重整制氫反應室，管狀重整制氫反應室設置在裝置內筒的內部，管狀重整制氫反應室包括霧化室、點火室、蒸汽重整室、水氣變換反應室和膜分離室；霧化室、點火室、蒸汽重整室、水氣變換反應室和膜分離室依次分布在管狀重整制氫反應室中；供給重整制氫反應熱量的燃料為重整制氫反應的自身原料。

其中：

霧化室連接空氣/氧氣入口、第一入口和第二入口；點火室嵌入一個或多個火花塞/點火棒；蒸汽重整室內部設置重整制氫催化劑；水氣變換反應室內部設置水氣變換催化劑；膜分離室內部設置膜分離組件；第一入口和第二入口分別進水和有機物；或者第一入口和第二入口分別進有機物和水。