自热自点火重整制氢集成装置及制氢方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于重整制氢技术领域，具体涉及一种自热自点火重整制氢集成装置及制氢方法。本发明专利技术所述的自热自点火重整制氢集成装置包括管状重整制氢反应室，管状重整制氢反应室设置在装置内筒的内部，管状重整制氢反应室包括雾化室、点火室、蒸汽重整室、水气变换反应室和膜分离室；雾化室、点火室、蒸汽重整室、水气变换反应室和膜分离室依次分布在管状重整制氢反应室中；供给重整制氢反应热量的燃料为重整制氢反应的自身原料。本发明专利技术的自热自点火重整制氢集成装置，无需外加燃料，供给重整制氢反应热量的燃料为重整制氢反应的自身原料，不仅启动时间短，结构简单，操作方便，而且获得的氢气产品纯度高，余热也能够得到回收再利用。余热也能够得到回收再利用。余热也能够得到回收再利用。

【技术实现步骤摘要】
自热自点火重整制氢集成装置及制氢方法


[0001]本专利技术属于重整制氢
，具体涉及一种自热自点火重整制氢集成装置及制氢方法。

技术介绍

[0002]燃料电池技术的迅速发展和广泛应用对氢气供应提出了新的要求。尽管各大城市正加速推进加氢站建设以满足氢能经济的发展需求，但加氢站目前基本都面临严重的分布不均，高昂的运营成本和严峻的安全压力等难题。开发适用于不同用氢量的便捷重整制氢集成装置配套燃料电池使用，是解决用氢难题的重要方案之一。
[0003]中国专利CN113023674A公开一种天然气重整装置和SOFC发电系统。天然气重整装置包括燃烧器、重整换热器和补热燃烧器。重整换热器包括燃烧腔、重整腔、重整进气管和重整排气管，重整腔包围燃烧腔。原料气在重整腔中发生化学反应后，经重整排气管对外供应富氢气体。该专利技术的天然气重整装置，为防止重整换热器过热并延长有效工作区段，该装置进行了分层设计，即底部燃烧器及中间补热燃烧器，燃烧器在装置启动阶段利用天然气燃烧提供热量对整个装置进行缓慢升温，当达到重整反应条件后，再根据重整腔及燃烧腔的温度分布情况，自补热燃烧器补充天然气，使整个反应腔温度均匀，具有结构紧凑、启动简单以及运行安全等优点，适用于小型天然气重整制氢供应。该装置需要天然气燃烧提供热量对整个装置进行升温，其燃料是外加的，其来源于外部的天然气。
[0004]中国专利CN 109911849A公开一种适用于制氢机的自供热式重整反应装置及制氢机，所述重整反应装置包括重整反应器、导热装置、甲醇水蒸发器、点火器、催化燃烧室；重整反应器上方及下方设置有甲醇水蒸发器，甲醇水蒸发器的出口经缓冲室连接于重整反应器的入口；导热装置将重整反应器和甲醇水蒸发器整体包覆在内，催化燃烧室设置于重整反应装置的上部及下部；燃料和含氧气体经点火器点火能进入催化燃烧室燃烧产热；甲醇水蒸发器的一端连接甲醇水输送管路，甲醇水能在进料泵的驱动下通过所述甲醇水输送管路输入至所述甲醇水蒸发器。该专利技术提出的适用于制氢机的自供热式重整反应装置及制氢机，可无需外加热源实现自供热、导热迅速，加热均匀，热损失少。该装置中，燃料也是单独外加的。
[0005]现有重整制氢装置主要以电加热提供热量给重整反应，少部分使用化石燃料加热的方式提供热量。这些装置均需要外部提供热量，并且存在启动时间长、装置结构复杂、余热浪费、氢气产品纯度低、装置维护困难等缺点。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种自热自点火重整制氢集成装置，该装置结构简单，无需外加燃料，供给重整制氢反应热量的燃料为重整制氢反应的自身原料；本专利技术同时提供一种利用本专利技术集成装置的制氢方法。
[0007]本专利技术所述的自热自点火重整制氢集成装置，包括管状重整制氢反应室，管状重
整制氢反应室设置在装置内筒的内部，管状重整制氢反应室包括雾化室、点火室、蒸汽重整室、水气变换反应室和膜分离室；雾化室、点火室、蒸汽重整室、水气变换反应室和膜分离室依次分布在管状重整制氢反应室中；供给重整制氢反应热量的燃料为重整制氢反应的自身原料。
[0008]其中：
[0009]雾化室连接空气/氧气入口、第一入口和第二入口；点火室嵌入一个或多个火花塞/点火棒；蒸汽重整室内部设置重整制氢催化剂；水气变换反应室内部设置水气变换催化剂；膜分离室内部设置膜分离组件；第一入口和第二入口分别进水和有机物；或者第一入口和第二入口分别进有机物和水。
[0010]蒸汽重整室、水气变换反应室之间设置汽化冷却室，汽化冷却室内部沿物料运行方向，依次设置水汽入口和气体再分布板，水汽入口位于装置内筒的部分设置均匀分布的小孔。
[0011]雾化室通过雾化喷嘴连接空气/氧气入口、第一入口和第二入口；雾化喷嘴通过雾化喷嘴螺母安装在装置内筒上；火花塞/点火棒通过火花塞/点火棒螺母安装在装置内筒上；装置内筒法兰和出口法兰连接在一起，出口法兰上设置尾气出口、膜分离组件集气口、高纯氢出口和泄压口。
[0012]尾气出口连接用于控制管状重整制氢反应室内部压力的背压阀，泄压口连接有泄压阀，高纯氢出口连接减压泵，用于给膜分离组件施加负压促进氢气分离。
[0013]雾化室、蒸汽重整室前端、蒸汽重整室末端、水气变换反应室前端、水气变换反应室末端、膜分离室末端均设置相应的热电偶，分别为第一热电偶；第二热电偶；第三热电偶；第四热电偶；第五热电偶；第六热电偶；第二热电偶与空气/氧气入口设置温度
‑
流量串级控制，用于调节和稳定蒸汽重整室的温度。
[0014]为了有效利用余热，本专利技术所述的自热自点火重整制氢集成装置，还可以在装置内筒外侧设置集余热回收和进料的一体管路，分为以下两种情况：
[0015](1)装置内筒外侧设置单层集余热回收和进料的一体管路时，单层集余热回收和进料的一体管路上的远离雾化室的位置分别设置第一入口和第二入口；第一入口和第二入口(503)通过一体管路上的小孔连接到雾化喷嘴，雾化喷嘴连接雾化室；雾化喷嘴还连接空气/氧气入口；
[0016]第一入口和第二入口分别进水和有机物；或者第一入口和第二入口分别进有机物和水；
[0017]水和有机物互溶时，单层集余热回收和进料的一体管路可为一个连通的整体也可沿轴向分成上下两个不连通的部分，水和有机物不互溶时，单层集余热回收和进料的一体管路为沿轴向分成上下两个不连通的部分。
[0018](2)装置内筒外侧设置双层集余热回收和进料的一体管路时，双层集余热回收和进料的一体管路包括内层管路和外层管路；双层集余热回收和进料的一体管路上的远离雾化室的位置分别设置第一入口和第二入口；
[0019]第一入口和第二入口分别通过外层管路和内层管路的各自相应的小孔连接雾化喷嘴，雾化喷嘴连接雾化室；雾化喷嘴还连接空气/氧气入口；或者
[0020]第一入口和第二入口分别通过内层管路和外层管路的各自相应的小孔连接雾化
喷嘴，雾化喷嘴连接雾化室；雾化喷嘴还连接空气/氧气入口；
[0021]第一入口和第二入口分别进水和有机物；或者第一入口和第二入口分别进有机物和水。本专利技术所述的自热自点火重整制氢集成装置的自热自点火重整制氢方法，包括以下步骤：
[0022](1)空气/氧气由空气/氧气入口进入，有机物从第一入口或第二入口进入，有机物和空气/氧气混合后经雾化喷嘴雾化后喷入雾化室，喷雾经由雾化室进入点火室，在火花塞/点火棒的作用下点火燃烧，即有机物氧化并放热；
[0023](2)燃烧放出的热量供给重整制氢催化剂所在的蒸汽重整室，气体再分布板和水汽入口所在的汽化冷却室，水气变换催化剂所在的水汽变换室和膜分离组件所在的膜分离室；
[0024](3)达到设定温度后，反应物水由第一入口或第二入口进入制氢集成装置，由空气/氧气入口进入的空气/氧气的流量调小，使有机物在氧含量较低的条件下部分燃烧放出热量，同时剩余的大部分有机物与水在重整制氢催化剂的作用下发生重整制氢反应生成氢气并产生一氧化碳和二氧化碳副产物；水和有机物的入口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自热自点火重整制氢集成装置，包括管状重整制氢反应室，管状重整制氢反应室设置在装置内筒(001)的内部，其特征在于：管状重整制氢反应室包括雾化室(701)、点火室(702)、蒸汽重整室(703)、水气变换反应室(705)和膜分离室(706)；雾化室(701)、点火室(702)、蒸汽重整室(703)、水气变换反应室(705)和膜分离室(706)依次分布在管状重整制氢反应室中；供给重整制氢反应热量的燃料为重整制氢反应的自身原料。2.根据权利要求1所述的自热自点火重整制氢集成装置，其特征在于：雾化室(701)连接空气/氧气入口(501)、第一入口(502)和第二入口(503)；点火室(702)嵌入一个或多个火花塞/点火棒(302)；蒸汽重整室(703)内部设置重整制氢催化剂(101)；水气变换反应室(705)内部设置水气变换催化剂(102)；膜分离室(706)内部设置膜分离组件(103)；第一入口(502)和第二入口(503)分别进水和有机物；或者第一入口(502)和第二入口(503)分别进有机物和水。3.根据权利要求1所述的自热自点火重整制氢集成装置，其特征在于：蒸汽重整室(703)、水气变换反应室(705)之间设置汽化冷却室(704)，汽化冷却室(704)内部沿物料运行方向，依次设置水汽入口(504)和气体再分布板(104)，水汽入口(504)位于装置内筒(001)的部分设置均匀分布的小孔。4.根据权利要求2所述的自热自点火重整制氢集成装置，其特征在于：雾化室(701)通过雾化喷嘴(202)连接空气/氧气入口(501)、第一入口(502)和第二入口(503)；雾化喷嘴(202)通过雾化喷嘴螺母(201)安装在装置内筒(001)上；火花塞/点火棒(302)通过火花塞/点火棒螺母(301)安装在装置内筒(001)上；装置内筒法兰(401)和出口法兰(402)连接在一起，出口法兰(402)上设置尾气出口(505)、膜分离组件集气口(506)、高纯氢出口(507)和泄压口(508)。5.根据权利要求4所述的自热自点火重整制氢集成装置，其特征在于：尾气出口(505)连接用于控制管状重整制氢反应室内部压力的背压阀，泄压口(508)连接有泄压阀，高纯氢出口(507)连接减压泵，用于给膜分离组件(103)施加负压促进氢气分离。6.根据权利要求1所述的自热自点火重整制氢集成装置，其特征在于：雾化室(701)、蒸汽重整室(703)前端、蒸汽重整室(703)末端、水气变换反应室(705)前端、水气变换反应室(705)末端、膜分离室(706)末端均设置相应的热电偶，分别为第一热电偶(601)；第二热电偶(602)；第三热电偶(603)；第四热电偶(604)；第五热电偶(605)；第六热电偶(606)；第二热电偶(602)与空气/氧气入口(501)设置温度
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流量串级控制，用于调节和稳定蒸汽重整室(703)的温度。7.根据权利要求1
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6任一所述的自热自点火重整制氢集成装置，其特征在于：管状重整制氢反应室包括雾化室(701)、点火室(702)、蒸汽重整室(703)、水气变换反应室(705)和膜分离室(706)；雾化室(701)、点火室(702)、蒸汽重整室(703)、水气变换反应室(705)和膜分离室(706)依次分布在管状重整制氢反应室中；供给重整制氢反应热量的燃料为重整制氢反应的自身原料；装置内筒(001)外侧设置集余热回收和进料的一体管路。8.根据权利要求7所述的自热自点火重整制氢集成装置，其特征在于：装置内筒(001)外侧设置单层集余热回收...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛志伟，杨乃涛，孟秀霞，张成涛，秦旭龙，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：