一种甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用装置和方法，将烟气的余热高效回收，再将水蒸气分离，回用于甲烷水蒸气重整反应中，实现余热高效利用，烟气水蒸气回用。

A device and method for steam separation and reuse of flue gas in a methane reforming hydrogen burner

The invention discloses a device and method for steam separation and reuse of flue gas in a methane reforming hydrogen burner. The waste heat of the flue gas is efficiently recovered, and then the steam is separated and reused in the methane steam reforming reaction to realize high efficiency utilization of waste heat and steam reuse of the flue gas.

【技术实现步骤摘要】
一种甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用装置和方法
：本专利技术涉及一种适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用装置和方法。
技术介绍
：目前随着石油资源的日益枯竭和环境污染的日益严重，开发和利用清洁、廉价的燃料资源受到普遍关注。氢气是一种理想的清洁能源，其燃烧物只有H2O，对环境无任何污染。因此，氢气在航天、城市交通、燃料电池等各方面广泛应用。甲烷来源丰富，是制氢的首选原料。甲烷水蒸气重整制氢制氢工艺产氢率高，氢气纯度高，是解决氢源的有效途径。甲烷水蒸气重整反应是需要用到甲烷和纯净的去金属离子水蒸气，通常反应温度要在800℃以上才能达到足够的平衡转化率。这个反应热量由燃烧器中的甲烷燃烧提供，甲烷燃烧的反应式为燃烧的烟气中带含高热量的纯净水蒸气气体等，目前并没有公开高效回收利用的方法。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用装置和方法，将烟气的余热高效回收，再将水蒸气分离，回用于甲烷重整反应中，实现余热高效利用，烟气水蒸气回用。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的的水蒸气分离及回用装置，该装置包括改进的甲烷水蒸气重整制氢反应装置，所述反应装置内壁设有绝热材料，该反应装置顶部设有原料气管、进水管，反应装置上部为预热室，预热室中央设有套管，套管中央设有热电偶，套管内管外壁螺旋状缠绕有燃料气管，套管外管外壁缠绕有空气进气管，套管内外管之间的空腔形成烟气排出管；所述燃料气管一端伸出反应装置顶部连通气源，另一端连通预热室下端的燃烧室；所述空气进气管一端伸出反应装置顶部连通空气，另一端连通预热室下端的燃烧室；所述烟气排出管依次连通缓冲罐、气体压缩机、气体分离器，冷凝器、液态水储存罐、水泵，最后跟反应装置顶部进水管连通，形成一个循环回路；所述气体分离器一端还连通N2收集罐；所述冷凝器还连通CO2收集罐；所述反应装置下部中央为燃烧室，甲烷水蒸气重整制氢反应室分布在燃烧室四周，甲烷水蒸气重整制氢反应室分别跟原料气管、进水管连通；甲烷水蒸气重整制氢反应室还设有产品气出气管，燃料气经由燃料气管进入，空气经由空气进气管进入，经过预热室的预热，到达燃烧室进行燃烧，燃烧后的烟气经过烟气排出管排出。所述气体分离器设有中空纤维分离膜、分子筛、活性炭吸附剂的其中一种，利用氮气与水蒸气、二氧化碳的渗透率、分子直径的不同，实现行氮气和水蒸气、二氧化碳的分离。所述冷凝器冷凝管的冷却液是纯净的去离子水。一种适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用方法，该方法利用上述装置，包括以下步骤：1)甲烷燃料气经由燃料气管进入，空气经由空气进气管进入，经过预热室，到达燃烧室进行燃烧，并释放出热量提供给甲烷水蒸气重整制氢反应室进行甲烷水蒸气重整制氢反应得到氢气，燃烧后烟气经过预热室内的烟气排出管道流走，同时烟气经过预热室进行换热，将余热传递给缠绕在套管内外管壁的甲烷燃料气和空气，控制换热条件，使烟气温度降为100-150℃，烟气经过缓冲罐后，再经过气体压缩机将气体输送进气体分离器，将氮气和水蒸气以及二氧化碳分离，分离后氮气收集起来；2)经步骤1)分离后得到的水蒸气和二氧化碳经过冷凝器，水蒸气冷凝成液体，与气体二氧化碳分离，经收集，再经水泵输送进入反应装置顶部进水管进行甲烷水蒸气重整反应制氢；3)收集经步骤2)冷凝器分离后二氧化碳。特别地，冷凝器水冷凝管中经过纯净水蒸气换热后，水的温度上升，也用于甲烷水蒸气重整反应。由于本申请燃料燃烧后烟气中的水蒸气是纯净，不带任何金属等杂质，恰巧用于甲烷水蒸气重整反应的水蒸气要求纯净去金属离子的水，因此，将烟气中的水蒸气经过分离后用于甲烷水蒸气重整反应，减少了水的再次除去金属等杂质步骤。冷凝管中经过使用的纯净水蒸气换热后，水的温度上升，用于甲烷水蒸气重整反应中，减少水加热变成蒸汽的热量消耗量。本专利技术的有益效果如下：本专利技术设计巧妙，将烟气的余热高效回收，再将水蒸气分离，回用于甲烷水蒸气重整反应中，实现余热高效利用，烟气水蒸气回用。附图说明：图1是本专利技术的一个实施例的结构示意图；图2为图1中套管的剖面结构立体图；其中，1、燃料气管，2、空气进气管，3、原料气管，4、缓冲罐，5、气体分离器，6、冷凝器，7、CO2分离管，8、H2O分离管，9、液态水储存罐，10、CO2收集罐，11、N2收集罐，12、N2分离管，13、甲烷水蒸气重整制氢反应室，14、燃烧室，15、产品气出气管，16、套管，17、进水管，18、绝热材料，19、水泵，20、水管，21、气体压缩机，22、烟气排出管。具体实施方式：以下是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。实施例1：如图1所示一种适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用装置，该装置包括改进的甲烷水蒸气重整制氢反应装置，所述反应装置内壁设有绝热材料18，该反应装置顶部设有原料气管3、进水管17，反应装置上部为预热室，预热室中央设有套管16(参见图2)，套管16中央设有热电偶，套管16内管外壁螺旋状缠绕有燃料气管1，套管16外管外壁缠绕有空气进气管2，套管16内外管之间的空腔形成烟气排出管22；所述燃料气管1一端伸出反应装置顶部连通气源，另一端连通预热室下端的燃烧室14；所述空气进气管2一端伸出反应装置顶部连通空气，另一端连通预热室下端的燃烧室14；所述烟气排出管22依次连通缓冲罐4、气体压缩机21、气体分离器5，冷凝器6、液态水储存罐9、水泵19，最后跟反应装置顶部进水管17连通，形成一个循环回路；所述气体分离器5一端还连通N2收集罐11；所述冷凝器6还连通CO2收集罐10；所述反应装置下部中央为燃烧室14，甲烷水蒸气重整制氢反应室13分布在燃烧室14四周，甲烷水蒸气重整制氢反应室13分别跟原料气管3、进水管17连通；甲烷水蒸气重整制氢反应室13还设有产品气出气管15，燃料气经由燃料气管1进入，空气经由空气进气管2进入，经过预热室的预热，到达燃烧室14进行燃烧，燃烧后的烟气经过烟气排出管22排出。所述气体分离器5设有中空纤维分离膜、分子筛、活性炭吸附剂的其中一种，利用氮气与水蒸气、二氧化碳的渗透率、分子直径的不同，实现行氮气和水蒸气、二氧化碳的分离。所述冷凝器6冷凝管的冷却液是纯净的去离子水。适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用方法，该方法包括利用上述装置，包括以下步骤：甲烷燃料气经由燃料气管1进入，空气经由空气进气管2进入，经过预热室，到达燃烧室14进行燃烧，主要发生以下化学反应：并释放出热量提供给甲烷水蒸气重整制氢反应室13进行甲烷水蒸气重整制氢反应得到氢气从产品气出气管15排出进行收集，燃烧后烟气含有氮气、水蒸气和少量二氧化碳，经过预热室内的烟气排出管道22流走，同时烟气经过预热室进行换热，将余热传递给缠绕在套管16内管外壁燃料气管1中的甲烷燃料气和套管16外管外壁空气进气管中的空气，将甲烷燃料气和空气加热，控制换热条件，使烟气温度降为100-150℃。烟气经过缓冲罐4后，再经过气体压缩机21将气体输送进气体分离器5，利用氮气与水蒸汽、二氧化碳的渗透率、分子直径的不同，通过分离器将氮气和水蒸气以及少量的二氧化碳分离。分离后氮气经N2分离管12进入N2收集罐11收集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的的水蒸气分离及回用装置，其特征在于，该装置包括改进的甲烷水蒸气重整制氢反应装置，所述反应装置内壁设有绝热材料，该反应装置顶部设有原料气管、进水管，反应装置上部为预热室，预热室中央设有套管，套管中央设有热电偶，套管内管外壁螺旋状缠绕有燃料气管，套管外管外壁缠绕有空气进气管，套管内外管之间的空腔形成烟气排出管；所述燃料气管一端伸出反应装置顶部连通气源，另一端连通预热室下端的燃烧室；所述空气进气管一端伸出反应装置顶部连通空气，另一端连通预热室下端的燃烧室；所述烟气排出管依次连通缓冲罐、气体压缩机、气体分离器，冷凝器、液态水储存罐、水泵，最后跟反应装置顶部进水管连通，形成一个循环回路；所述气体分离器一端还连通N2收集罐；所述冷凝器还连通CO2收集罐；所述反应装置下部中央为燃烧室，甲烷水蒸气重整制氢反应室分布在燃烧室四周，甲烷水蒸气重整制氢反应室分别跟原料气管、进水管连通；甲烷水蒸气重整制氢反应室还设有产品气出气管；燃料气经由燃料气管进入，空气经由空气进气管进入，经过预热室的预热，到达燃烧室进行燃烧，燃烧后的烟气经过烟气排出管排出。

【技术特征摘要】
1.一种适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的的水蒸气分离及回用装置，其特征在于，该装置包括改进的甲烷水蒸气重整制氢反应装置，所述反应装置内壁设有绝热材料，该反应装置顶部设有原料气管、进水管，反应装置上部为预热室，预热室中央设有套管，套管中央设有热电偶，套管内管外壁螺旋状缠绕有燃料气管，套管外管外壁缠绕有空气进气管，套管内外管之间的空腔形成烟气排出管；所述燃料气管一端伸出反应装置顶部连通气源，另一端连通预热室下端的燃烧室；所述空气进气管一端伸出反应装置顶部连通空气，另一端连通预热室下端的燃烧室；所述烟气排出管依次连通缓冲罐、气体压缩机、气体分离器，冷凝器、液态水储存罐、水泵，最后跟反应装置顶部进水管连通，形成一个循环回路；所述气体分离器一端还连通N2收集罐；所述冷凝器还连通CO2收集罐；所述反应装置下部中央为燃烧室，甲烷水蒸气重整制氢反应室分布在燃烧室四周，甲烷水蒸气重整制氢反应室分别跟原料气管、进水管连通；甲烷水蒸气重整制氢反应室还设有产品气出气管；燃料气经由燃料气管进入，空气经由空气进气管进入，经过预热室的预热，到达燃烧室进行燃烧，燃烧后的烟气经过烟气排出管排出。2.根据权利要求1所述适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的的水蒸气分离及回用装置，其特征在于，所述气体分离器设有中空纤维分离膜、分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎华玲，宋文吉，冯自平，韩颖，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44