高效控温的膜式重整器制造技术

本申请实施例提供了一种高效控温的膜式重整器，属于重整制氢技术领域。高效控温的膜式重整器包括罐体和反应管，罐体具有第一入口和第二入口，第一入口用于输入水蒸气，第二入口用于向罐体内输入甲醇水混合气；反应管内设有呈环形的氢气分离部，氢气分离部沿反应管的轴向延伸，以将反应管内空间分隔为第一反应区和第二反应区，第一反应区与第二入口相通，第一反应区用于进行重整裂解反应，第一反应区与第二反应区部分相通，第二反应区用于进行水煤气反应，氢气分离部用于供第一反应区和第二反应区所产生的氢气分离并导出。这种高效控温的膜式重整器能够稳定产氢，并分离得到高纯度的氢产物，温度控制精确，省去了复杂的控制传感设备。设备。设备。

【技术实现步骤摘要】
高效控温的膜式重整器


[0001]本申请涉及重整制氢
，具体而言，涉及一种高效控温的膜式重整器。

技术介绍

[0002]为了配合氢燃料电池电堆系统发电的推广应用，需要搭载便携简易可控性强的制氢设备，为电堆提供稳定可靠的氢原料，从而降低总成本，提高电堆适配性。对配合燃料电池的制氢设备需要满足的条件包括，高纯度的氢气以防破坏电堆内催化剂，升降载响应快也就是供氢响应快。除此之外在成本方面需要产氢率高，反应条件宽松，催化剂选择便宜，设备稳定可靠的要求。而普通重整器往往面临最大的问题就是氢气纯度和产率之间的矛盾，还有高温下反应温度控制不好造成催化剂破坏或副产物增多等问题。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供一种高效控温的膜式重整器，能够稳定产氢，分离纯度高，温度控制精确，省去了控制传感器的复杂设施。
[0004]本申请实施例提供一种高效控温的膜式重整器，高效控温的膜式重整器包括罐体和反应管，罐体具有相对设置的第一入口和第二入口，第一入口用于向罐体内输入水蒸气，第二入口用于向罐体内输入甲醇水混合气；反应管设于罐体内，反应管用于供甲醇水混合气进行重整反应以制氢，高压水蒸气用于提高所述罐体内的环境温度；其中，反应管内设有呈环形的氢气分离部，氢气分离部沿反应管的轴向延伸，以将反应管内空间分隔为第一反应区和第二反应区，第一反应区相较于第二反应区更靠近于反应管的外壁；第一反应区与第二入口相通，第一反应区用于进行重整裂解反应，第一反应区与第二反应区部分相通，以使第一反应区内经过重整裂解反应后的反应气能够进入第二反应区中，第二反应区用于进行水煤气反应，氢气分离部用于供第一反应区和第二反应区所产生的氢气分离并导出，第二反应区的底部连通有反应气排出口。
[0005]在本方案中，向罐体中充入的高压高温的水蒸气来控制反应管内重整反应的需求温度，由于水蒸气热力学特性固定易控，可通过水蒸气的压力来控制温度，一方面，因为水的热容大，通过这种方式减小水蒸气用量，减少了传热空间的体积需求，而降低重整设备的体积，另一方面在设定反应管的热交换壁厚度和材质的前提下，反应管的传热系数固定，因此反应管上的催化剂涂层的温度也就被热力学特性固定，反应均匀稳定。由于罐体中的水蒸气均匀分布在反应管外，水蒸气对反应管的传热和接触均匀。同时，通过氢气分离部将反应管内分隔为第一反应区和第二反应区，并且第一反应区为重整裂解反应，需要温度较高，因此位于靠近于反应管外壁的一侧，这样水蒸气对第一反应区的温度提升更高，而位于内侧的第二反应区为水煤气反应，需要温度相对低，因此反应管中的反应气经第一反应区反应后，汇合进入第二反应区，进行水煤气反应，而氢气分离部位于第一反应区和第二反应区之间，产生的氢气源源不断被分离进入氢气分离部。因此通过此种反应管结构并配合水蒸气进行温度控制，使得氢气与杂质的分离选择率可达1000:1，产氢率高，结构简单。
[0006]在一些实施例中，第二入口与反应管之间还设有预热管，预热管位于多个反应管所围合的区域内，预热管的外壁与罐体的水蒸气接触，以对预热管内的甲醇水混合气进行预热。
[0007]上述技术方案中，预热管的预热温度可由预热管的热交换壁面积和外周的水蒸气压力来决定，水蒸气在罐体中分布的温度是最高的，通过在第二入口与所述反应管之间还设有预热管，利用预热管的外壁与水蒸气接触，用来预热进入反应管前甲醇水混合气，便于后续进入反应管内温度能够顺利提升至需求温度，更利于重整反应的顺利进行。
[0008]在一些实施例中，第一入口位于罐体的顶部，第二入口位于罐体的底部，反应管的延伸方向与罐体的高度方向同向设置，罐体内底部的一侧设有水蒸气收集管，水蒸气收集管用于回收位于该侧的水蒸气。
[0009]上述技术方案中，由于水蒸气在罐体内由上往下流动，因此在罐体的底部设置有水蒸气收集管，水蒸气收集管可以对经过换热后的水蒸气进行回收，避免水蒸气的热量浪费，并利于后续对第二反应区中通过加热管对水煤气反应的温度控制。
[0010]在一些实施例中，反应管内还设有加热管，加热管与水蒸气收集管连通，加热管贯穿设置于第二反应区，以用于对第二反应区内的反应气加热，加热管的外壁与氢气分离部的内壁之间构成第二反应区。
[0011]上述技术方案中，通过在反应管内设置有加热管，由于第一反应区和第二反应区所需求的温度不同，第一反应区的需求温度高于第二反应区，因此通过在第二反应区内设置有加热管，并且该加热管与水蒸气收集管连通，刚好可以对第一反应区换热后的水蒸气进行回收，然后水蒸气温度由于热交换会降低，通过合适的管道长度设计，进入加热管的温度刚好可以加热需求相对低的水煤气反应的温度，此时温度的水蒸气更加符合第二反应区内的换热温度，进而提高了对水蒸气的利用率，并且通过两级反应提高氢气的生成率。同时加热管贯穿第二反应区，可以使得第二反应区的温度能够达到预定温度，从而加快了第二反应区的反应效率，进而确保产氢的效率。
[0012]在一些实施例中，反应管的内壁设有第一催化剂涂层，以用于催化所述第一反应区内进行重整裂解反应；所述加热管的外壁设有第二催化剂涂层，以用于催化所述第二反应区内进行水煤气反应。
[0013]上述技术方案中，由于第一催化剂涂层和第二催化剂涂层薄，一方面降低了催化剂的使用量，降低了成本，不需要用填充的方式大大增大不必要的催化剂床用量，且不用填充床而降低了管内气体流通的压降损耗，提高流通量，另一方面催化剂之间薄均匀分布，不会因为受热不均而造成局部热点或焦炭化，而且也提高反应接触面积，提高了催化剂涂层的使用率。
[0014]在一些实施例中，氢气分离部一侧与反应管的底部抵接，另一侧与反应管的顶部之间具有间隙，以使第一反应区与第二反应区相通，第一反应区的底部与第二入口相通，第二反应区的底部具有反应气排出口。
[0015]上述技术方案中，由于第一反应区中的甲醇水混合气进入是由下至上，因此通过氢气分离部与反应管底部抵接，使得第一反应区与第二反应区下方完全隔绝，确保进入第一反应区内的甲醇水混合气的独立性，不能进入第二反应区，而将氢气分离部的顶部与反应管间具有间隙，使得经过重整裂解反应后的反应气再进入至第二反应区中进行水煤气反
应，使得第一反应区和第二反应区呈倒U形流道，确保两次反应时的相互独立以及反应后的相互导通。
[0016]在一些实施例中，氢气分离部为管状结构，氢气分离部内的管腔用于供氢气流通导出，氢气分离部的内外两侧均具有分离膜，分离膜用于供第一反应区和第二反应区对应侧的氢气穿过所述分离膜进入管腔内。
[0017]其中，氢气分离部的外壁是带有0.2μm左右空隙的不锈钢管上涂70μm左右的钯合金涂层，钯合金涂层构成该分离膜，钯合金涂层与不锈钢管之间采用镍合金等调节空隙防止氢漏，这样氢气从靠近于反应管内壁的一侧不断由于浓度和压差，而分离进入氢气分离部的管腔中，提高氢气的分离率。
[0018]在一些实施例中，反应管设为多个，多个反应管在罐体内沿其周向均匀分布。
[0019]上述技术方案中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高效控温的膜式重整器，其特征在于，包括：罐体，具有相对设置的第一入口和第二入口，所述第一入口用于向所述罐体内输入水蒸气，所述第二入口用于向所述罐体内输入甲醇水混合气；反应管，设于所述罐体内，所述反应管用于供所述甲醇水混合气进行重整反应以制氢，所述水蒸气用于提高所述罐体内的环境温度；其中，所述反应管内设有呈环形的氢气分离部，所述氢气分离部沿所述反应管的轴向延伸，以将所述反应管的内部空间分隔为第一反应区和第二反应区，所述第一反应区相较于所述第二反应区更靠近于所述反应管的外壁；所述第一反应区与所述第二入口相通，所述第一反应区用于进行重整裂解反应，所述第一反应区与所述第二反应区部分相通，以使所述第一反应区内经过重整裂解反应后的反应气能够进入所述第二反应区中，所述第二反应区用于进行水煤气反应，所述氢气分离部用于供所述第一反应区和所述第二反应区所产生的氢气分离并导出，所述第二反应区的底部连通有反应气排出口。2.如权利要求1所述的高效控温的膜式重整器，其特征在于，所述第二入口与所述反应管的所述第一反应区之间还设有预热管，所述预热管位于所述罐体内，所述预热管的外壁与所述罐体内的水蒸气接触，以对所述预热管内流通的甲醇水混合气进行预热。3.如权利要求2所述的高效控温的膜式重整器，其特征在于，所述第一入口位于所述罐体的顶部，所述第二入口位于所述罐体的底部，所述反应管的延伸方向与所述罐体的高度方向同向设置，所述罐体内底部的一侧设有水蒸气收集管，所述水蒸气收集管用于回收位于该侧的水蒸气。4.如权利要求3所述的高效控温的膜式重整器，其特征在于，所述反应管内还设...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍不平，沈伟达，
申请(专利权)人：宁波赛轲动力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：