自氧化内部加热型蒸汽重整系统技术方案

一种构造为在氧气存在下将原料气自氧化并进行蒸汽重整产生富氢重整气的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，该自氧化内部加热型蒸汽重整系统包括：　　　　蒸汽发生器２，其包括用于燃烧通过混合燃烧空气和燃料得到的空气－燃料混合物的燃烧部分２ａ，从而用燃烧部分２ａ内产生的燃烧气加热水，产生蒸汽；　　　　第一抽吸混合器４，用于将原料气抽吸到来自蒸汽发生器２的蒸汽物流中，得到原料－蒸汽混合物；和　　　　重整器１，其用外部供应的含氧气体将原料－蒸汽混合物中含有的原料气氧化，从而用氧化反应热对原料气进行蒸汽重整，产生富氢重整气。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自氧化内部加热型蒸汽重整系统
本专利技术涉及一种自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其具有在蒸汽和氧气存在下能够将原料气自氧化并重整而产生富氢重整气的结构。
技术介绍
传统上已知的产生富氢重整气的系统是在蒸汽重整催化剂存在下将包括烃如甲烷、脂族醇如甲醇或醚如二甲醚与蒸汽的原料气混合物(下面称为“原料-蒸汽混合物”)进行蒸汽重整。用这种重整系统得到的富氢重整气可有利地用作燃料电池的燃料。作为重整系统的一个主要部件，重整器根据蒸汽重整反应所需的供热模式而划分为外部加热型和内部加热型。当用甲烷作为原料气时，蒸汽重整的反应式为：，其中重整反应的温度优选是700℃-750℃。前一种外部加热型重整器利用燃烧器等产生的燃烧气从外部加热重整器的壁面，从而通过壁面向反应室供应重整反应所需的热。内部加热型是外部加热型的改进型，在其结构中，在重整器的原料-蒸汽混合物的供应侧(或上游侧)具有部分氧化反应床。用部分氧化反应床中产生的热将位于下游侧的蒸汽重整床加热至蒸汽重整温度。在如此加热的蒸汽重整催化剂床中进行蒸汽重整，产生富氢重整气。部分氧化反应写作：，其中部分氧化反应的温度优选是250℃或更高。但对于传统的外部加热型和内部加热型重整器来说，加热部分的温度比约700℃的重整温度高，例如高达1000℃。因此，传统的重整器具有很多问题：辐射能量损失大，产生的高温会对构成重整器的部件造成破坏，使其寿命缩短。作为内部加热型的改进型，日本特许公开专利2001-192201提出了一种自氧化内部加热型重整器。虽然传统上都认为在氧气存在下蒸汽重-->整催化剂的功能会受到抑制，但是该专利申请中提及的相关技术通过共存氧化催化剂解决了这一问题，使得即使在氧气存在下蒸汽重整催化剂也能够有效保持其固有的功能。上述相关技术中提及的改进型技术在由氧化催化剂和蒸汽重整催化剂构造的混合催化剂床中分别由氧化反应和蒸汽重整反应同时产生热。即通过使氧化放热床和蒸汽重整反应(吸热反应)床共存，可以使加热部分的温度和吸热部分的温度保持相等。另外，该专利申请的公开内容还描述了可以将包括催化剂的结构部件温度控制为规定的重整温度或更低，例如约700℃，从而可以延长结构部件的寿命。另外，该装置还具有有效回收重整装置内部热量的功能，从而能够得到高的重整效率。根据上述相关技术的自氧化内部加热型重整装置，从供水泵供入的水通过与冷却器中的重整气换热而被加热，在重整装置中进一步换热，生成蒸汽。如此产生的蒸汽随后在混合器中与原料气混合。但对于通过水与重整气等之间换热产生蒸汽的类型来说，蒸汽的产生量取决于重整气的流量和温度，因此难以精确控制需要产生的蒸汽量。另外，这种类型还具有保证安装较大的换热部分以在重整器中产生蒸汽的空间及重整器结构复杂的问题。如上所述，尽管在重整器中产生的富氢重整气可以用作燃料电池的燃料，但上述相关技术的结构不能将燃料电池的阳极废气再利用为产生蒸汽的燃料。对于燃烧燃料电池的阳极废气产生蒸汽的情况，需要用如增压泵对燃料加压以将燃料供入燃烧器。这种结构使系统复杂化，并且使重量增加。在用于将重整气供入车用燃料电池的重整器中，重量的增加是特别大的缺点。根据上述相关技术，重整器、混合器、蒸汽供应系统等是分别建造的，整个系统是用管道连接各个部件而构造的。因此，对于1-10kW级别的小系统来说，由连接各个结构部件的管道造成的辐射损失很大，这将降低系统效率。-->
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的就是为了解决上述自氧化内部加热型重整器的问题。本专利技术的目的是提供能够解决这些问题的新型自氧化内部加热型蒸汽重整系统。本专利技术的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统用紧凑的蒸汽发生器高效率地产生重整用蒸汽。本专利技术的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统在不使用特殊动力装置的条件下能够高效率地产生供给重整器的原料-蒸汽混合物。本专利技术的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统能够通过向蒸汽发生器供应燃料-空气混合物而高效率地产生重整用蒸汽。本专利技术的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统能够获得高的系统热效率。本专利技术的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统具有紧凑和高重整效率的重整器。本专利技术的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统能够在产生的重整气供给燃料电池时将燃料电池排出的含有氢气的阳极废气再循环作为重整用原料。本专利技术的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统能够有效回收产生的过剩蒸汽的热量。本专利技术的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统能够产生CO含量降低的重整气。为了解决上述问题，本专利技术的第一个方面是一种构造为在氧气存在下将原料气自氧化并进行蒸汽重整产生富氢重整气的自氧化内部加热型蒸汽重整系统。该系统的特征在于其包括：蒸汽发生器2，其具有用于燃烧通过混合燃烧空气和燃料制备的空气-燃料混合物的燃烧部分2a，从而用燃烧部分2a内产生的燃烧气加热水，产生蒸汽；第一抽吸混合器4，将原料气抽吸到来自蒸汽发生器2的蒸汽物流中，得到原料--->蒸汽混合物；重整器1，其用外部供应的含氧气体将包含在原料-蒸汽混合物中的原料气氧化，从而用氧化反应热对原料气进行蒸汽重整，产生富氢重整气。因为上述系统用燃烧热产生蒸汽，所以能够得到很高的蒸汽产生效率和紧凑的系统结构。因为抽吸混合器形成原料-蒸汽混合物，所以能够在不使用特殊动力装置的条件下高混合效率地得到均匀混合状态的原料-蒸汽混合物。另外，因为原料管线中的压力非常低，所以原料气从管道接头或其它部位向外部泄漏的可能性非常小。上述系统还可以具有用于将燃料抽吸到燃烧空气中以得到空气-燃料混合物的第二抽吸混合器6。用抽吸混合器制备空气-燃料混合物可以在不使用特殊动力装置的条件下高混合效率地提供均匀混合状态的空气-燃料混合物。另外，因为燃料管线中的压力非常低，所以燃料从管道接头或其它部位向外部泄漏的可能性非常小。任意一种上述系统都还可以具有将重整器1中产生的重整气中的一氧化碳气体氧化和降低的CO降低器3。使用CO降低器3时，当重整气例如作为燃料供给燃料电池时，重整气中的CO含量可以降低到非常低的程度，使燃料电池具有高发电效率和长的寿命。任意一种上述系统都还可以具有换热器13，其用燃烧部分2a排出的燃烧废气将燃料、原料气和其它加热介质中的至少一种预热或加热。使用换热器13时，可以回收燃烧废气的热量，从而提高系统的热效率。任意一种上述系统都还可以具有至少一个换热器(12，12a，15，16和17)，其用重整器1排出的重整气将燃烧空气、燃料、用于产生蒸汽的水、用于氧化的含氧气体和原料-蒸汽混合物中的至少一种预热。使用该结构可以提高系统的热效率。使用上述系统时，至少一个换热器可以位于CO降低器3下游侧的重整气管道处。用这种结构可以回收CO降低器中放热反应产生的热，不需要在载荷装置如燃料电池处安装特殊的冷却器。任意一种上述系统都还可以构造为当蒸汽发生器2产生过剩蒸汽时，至少部分过剩蒸汽能够加热其它加热介质(如共生装置中的加热介-->质)。用这种结构可以回收系统中过剩蒸汽的热，可以恒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、一种构造为在氧气存在下将原料气自氧化并进行蒸汽重整产生富氢重整气的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，该自氧化内部加热型蒸汽重整系统包括：蒸汽发生器2，其包括用于燃烧通过混合燃烧空气和燃料得到的空气-燃料混合物的燃烧部分2a，从而用燃烧部分2a内产生的燃烧气加热水，产生蒸汽；第一抽吸混合器4，用于将原料气抽吸到来自蒸汽发生器2的蒸汽物流中，得到原料-蒸汽混合物；和重整器1，其用外部供应的含氧气体将原料-蒸汽混合物中含有的原料气氧化，从而用氧化反应热对原料气进行蒸汽重整，产生富氢重整气。2、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中为了得到空气-燃料混合物，设置用于将燃料抽吸到燃烧空气中的第二抽吸混合器6。3、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中设置用于将重整器1中产生的重整气中含有的一氧化碳氧化和降低的CO降低器3。4、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其包括换热器13，该换热器13用燃烧部分2a排出的燃烧废气将燃料、原料气和其它加热介质中的至少一种预热或加热。5、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中设置至少一个换热器(12，12a，15，16和17)，用于利用重整器1排出的重整气将燃烧空气、燃料、产生蒸汽用水、氧化用含氧气体和原料-蒸汽混合物中的至少一种预热。6、权利要求5的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中至少一个换热器(12，12a，15，16和17)位于CO降低器3下游侧的重整气管道处。7、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为当蒸汽发生器2产生的蒸汽过剩时，至少部分过剩蒸汽被用于加热其它加热介质。8、权利要求7的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为加热介质是盛在热水箱27中的水，其中主热水箱27a和副箱27b相互垂直连通，并将过剩蒸汽供给副箱27b中的水。9、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为将重整气供应给燃料电池300。10、权利要求9的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为将来自燃料电池300的阳极废气作为燃料供给燃烧部分2a。11、权利要求10的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为使其包括：混合部分116b，用于将至少部分过剩蒸汽混入燃料电池300的阳极废气中；换热器19，用于通过利用其它加热介质冷却混合物以凝结水分的方式将混合部分116b中得到的混合物脱水；和换热器18，其利用进入混合部分116b的混合物再次加热脱水混合物；从而将来自用于再加热的换热器18的混合物作为燃料供给燃烧部分2a。12、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中：重整器1包括第一反应室61a和第二反应室62a，二者被导热分隔壁62b相互隔开；第一反应室61a在其一端具有原料供给部分68，用于供应原料-蒸汽混合物，在其另一端具有排放部分68a，同时其中装填蒸汽重整催化剂床71a；和第二反应室62a在其一端具有原料供给部分69a和与第一反应室61a的排放部分68a连通的含氧气体导入部分63，在其另一端具有排放部分69，其中在第二反应室62a内部依次装填有在原料供给部分69a一侧通过混合蒸汽重整催化剂和氧化催化剂制备的混合催化剂床72a、在中间部分的传热颗粒床72b、以及在排放部分69一侧的变换催化剂床72e。13、权利要求12的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中第一反应室61a装填有在原料供给部分68一侧的传热颗粒床71b、在排放部分68a一侧的蒸汽重整催化剂床71a，同时使第一反应室61a中的传热颗粒床71b、第二反应室62a中的传热颗粒床72b和变换催化剂床72e通过各个分隔壁62b相互面对。14、权利要求12的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中多个分隔壁62b具有在原料供给部分68和排放部分69处各个边缘部分处相互...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑原武，富泽良夫，吉野靖，小野纯，小林茂树，丸子三郎，
申请(专利权)人：株式会社TRAD，株式会社日本化工设备咨询，
类型：发明
国别省市：