一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及新能源领域，尤其涉及一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法，采用独立的混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、反应腔室、杂质气体出气腔室，同时在内部完成重整和氧化供热；引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入；引入杂质气体过滤膜管，完成重整进气中主要成分和杂质气体的分离，具有以下特点：去除重整进气中含碳杂质气体，使出气中高热成分和氢含量提高，提升后段燃烧设备和燃料电池的能量利用速率，减少积碳和二氧化碳排放；独特的催化加热，分散的热源加热均匀充分且更节能；引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入；集成度高，体积小，具有更广的应用范围。广的应用范围。广的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及新能源领域，尤其涉及一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]现有天然气、液化石油气等气体燃料的利用普遍采用直接燃烧或燃料电池发电方式来利用，尤其是第三代燃料电池(SOFC)应用可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料，大大扩大了应用范围，相对于传统燃烧方式具有热效率高和污染小的优点。
[0003]本专利技术的专利技术人发现的：直接开采出的矿物天然气是以甲烷等烃类为主混合气体，液化石油气成分更为复杂，共同特点是气体中CO2含量高，导致热值和发电效率低。现有技术针对以CO2为主要杂质气体的烃类气体提纯，多采用降温冷凝法、重整制甲醇法和膜提纯法。降温冷凝法去除CO2需要耗费大量的能量；重整制甲醇法制备的甲醇无直接用于燃料电池，大大限制了其应用范围；膜提纯法往往需要高温环境，且加热均匀性难以控制，对反应设备和加热介质选择提出了很高的要求，因而难以广泛应用。

技术实现思路

[0004]为解决
技术介绍
中提及的至少一个问题，本专利技术基于天然气等膜提纯法提出一种燃气高效利用双膜重整器，较好的解决了现有技术中能耗高、加热均匀性差的问题，提高了能量利用效率，同时和燃料电池具有更好的匹配性。
[0005]一种燃气高效利用双膜重整器，包含混合氧化气体进气口、混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、氧化余气出气口、氧化气体过滤膜管、重整气体进气口、重整气体出气口、反应腔室、杂质气体出气腔室、杂质气体出气口和杂质气体过滤膜管；
[0006]所述混合氧化气体进气腔室为所述混合氧化气体收集暂存空间；所述氧化余气出气腔室为所述氧化余气收集暂存空间；所述杂质气体出气腔室为所述杂质气体收集暂存空间；所述反应腔室为所述氧化气体和所述重整气体反应场所；
[0007]所述氧化气体过滤膜管用于分离所述混合氧化气体中氧化气体和惰性组分，至少包含两个敞开端；
[0008]所述杂质气体过滤膜管用于收集并分离所述反应腔室内杂质气体，至少包含一个敞开端和一个封闭端。
[0009]所述氧化余气出气腔室与所述反应腔室密封连接并与所述氧化气体过滤膜管和所述氧化余气出气口联通；所述混合氧化气体进气腔室与所述反应腔室密封连接并与氧化气体过滤膜管和所述混合氧化气体进气口联通；所述杂质气体出气腔室与所述反应腔室或所述氧化余气出气腔室密封连接，并与所述杂质气体过滤膜管敞开端联通；所述杂质气体过滤膜管封闭端处于所述反应腔室内部；所述重整气体进气口、所述重整气体出气口与所述反应腔室分别联通，并分别处于所述反应腔室长径方向远腔室中心两端。
[0010]所述反应腔室还包含反应催化剂；所述反应催化剂分布于所述氧化气体过滤膜管和所述杂质气体过滤膜管外部。
[0011]所述反应催化剂包含甲烷重整催化剂、甲烷氧化催化剂和甲烷重整氧化催化剂一种以及上组合。
[0012]所述混合氧化气体同时包含氧气、臭氧、分子式N
x
O
y
、分子式C
x
O
y
中一种及以上的组合一和氮气、氦、氖、氩、氪、氙中一种及以上的组合二；所述x、y为任一正有理数。
[0013]所述重整气体包含分子式C
a
H
b
O
c
物质一种及以上的组合三；包含分子式C
d
H
e
O
f
N
g
P
h
S
i
F
j
Cl
k
物质一种及以上的组合四；所述a、b为≥1自然数；c、d、e、f、g、h、i、j和k为≥0自然数，反应温度600℃
‑
900℃。
[0014]一种燃气高效利用双膜重整器系统，包含所述双膜重整器、温度测量装置、控制模块、加热装置、重整气体出气口组分检测装置、重整气体进气泵、重整气体进气阀门、混合氧化气体进气泵和混合氧化气体进气阀门；
[0015]所述温度测量装置包含多个温度探头位于所述双膜重整器内部均匀分布的若干点；
[0016]所述重整气体出气口组分检测装置用于检测所述重整气体出气成分变化；
[0017]所述重整气体进气泵作为重整气体进气动力源并调节重整进气量；
[0018]所述重整气体进气阀门作为重整气体进气开关；
[0019]所述混合氧化气体进气泵作为混合氧化气体体进气动力源并调节混合氧化气体进气量；
[0020]所述混合氧化气体进气阀门作为混合氧化气体进气开关；
[0021]所述加热装置为双膜重整器外置或双膜重整器内置；所述加热装置加热方式包括电加热和导热油加热。
[0022]燃气高效利用双膜重整器系统控制方法包括以下步骤：
[0023](1)所述控制模块控制根据所述温度测量装置反馈控制所述加热装置对所述双膜重整器加热，待升至所需反应温度，期间所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀门均关闭；
[0024](2)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度升至600℃
‑
750℃，所述控制模块控制所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启，所述加热装置关闭，所述混合氧化气体和所述重整气体由小至大缓慢进气，所述混合氧化气体增大速率高于所述重整气体；
[0025](3)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度高于850℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀关闭；待所述双膜重整器温度低于750℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启；如此循环控制，使所述双膜重整器温度稳定在600
‑
900℃；
[0026](4)待所述双膜重整器温度稳定在600
‑
900℃，若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分A高于预设上限值，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量增大，并同时控制所述重整气体进气泵进气量减小；若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分A低于预设下限值，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量减小，并同时控制所述重整气体进气泵进气量增大；若所述双膜重整器温度超出600
‑
900
℃范围优先执行(3)所述操作。
[0027]加热装置为双膜重整器外置或双膜重整器内置；所述加热装置加热方式包括电加热和导热油加热；所述出气组分A为所述重整气体进气中参与所述重整反应组分。
[0028]有益效果包括:
[0029]本专利技术提供一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法，采用独立的混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、反应腔室、杂质气体出气腔室，同时在内部完成重整和氧化供热；引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，包含混合氧化气体进气口、混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、氧化余气出气口、氧化气体过滤膜管、重整气体进气口、重整气体出气口和反应腔室；所述混合氧化气体进气腔室为所述混合氧化气体收集暂存空间；所述氧化余气出气腔室为所述氧化余气收集暂存空间；所述杂质气体出气腔室为所述杂质气体收集暂存空间；所述反应腔室为所述氧化气体和所述重整气体反应场所；所述氧化气体过滤膜管用于分离所述混合氧化气体中氧化气体和惰性组分，至少包含两个敞开端。2.根据权利要求1所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，还包含杂质气体出气腔室、杂质气体出气口和杂质气体过滤膜管；所述杂质气体过滤膜管用于收集并分离所述反应腔室内杂质气体，至少包含一个敞开端和一个封闭端。3.根据权利要求1所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，所述氧化余气出气腔室与所述反应腔室密封连接并与所述氧化气体过滤膜管和所述氧化余气出气口联通；所述混合氧化气体进气腔室与所述反应腔室密封连接并与氧化气体过滤膜管和所述混合氧化气体进气口联通；所述杂质气体出气腔室与所述反应腔室或所述氧化余气出气腔室密封连接，并与所述杂质气体过滤膜管敞开端联通；所述杂质气体过滤膜管封闭端处于所述反应腔室内部；所述重整气体进气口、所述重整气体出气口与所述反应腔室分别联通，并分别处于所述反应腔室长径方向远腔室中心两端。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，所述反应腔室还包含反应催化剂；所述反应催化剂分布于所述氧化气体过滤膜管和所述杂质气体过滤膜管外部。5.根据权利要求4所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，所述反应催化剂包含甲烷重整催化剂、甲烷氧化催化剂和甲烷重整氧化催化剂一种以及上组合。6.根据权利要求1所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，所述混合氧化气体同时包含氧气、臭氧、分子式N
x
O
y
、分子式C
x
O
y
中一种及以上的组合一和氮气、氦、氖、氩、氪、氙中一种及以上的组合二；所述x、y为任一正有理数。7.根据权利要求1所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，所述重整气体包含分子式C
a
H
b
O
c
物质一种及以上的组合三；包含分子式C
d
H
e
O
f
N
g
P
h
S
i
F
j
Cl
k
物质一种及以上的组合四；所述a、b为≥1自然数；c、d、e、f、g、h、i、j和k为≥0自然数。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海良，冯俊小，白伟，徐兰军，杨玲，罗春欢，许沁舒，姚翔，王冠琼，张新，
申请(专利权)人：新兴际华科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：