本发明专利技术提出了一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器，属于燃料电池重整制氢技术领域。解决了现有填充床式重整制氢反应器燃料电池尾气无法充分利用，重整反应和催化燃烧过程中壁面受热不均匀、气体流动阻力大、催化剂性能不稳定、转化率低、无法适用于移动设备的问题。反应包括两个催化燃烧腔和重整腔，两个催化燃烧腔对称布置在重整腔的上下两侧，催化燃烧腔和重整腔内均设置有蛇形通道，蛇形通道内填充有催化剂，蛇形通道内催化剂沿反应流体的流动方向粒径逐渐减小，催化燃烧腔和重整腔为逆向流动布置。它主要用于重整制氢反应器。为逆向流动布置。它主要用于重整制氢反应器。为逆向流动布置。它主要用于重整制氢反应器。
【技术实现步骤摘要】
一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器
[0001]本技术属于燃料电池重整制氢
，特别是涉及一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器。
技术介绍
[0002]燃料电池具有能量转换效率高、噪音低等巨大优势。常见的燃料电池种类有碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池等。其中质子交换膜燃料电池工作温度低、可快速启动而且比功率、比能量密度大，是一种极具优势的燃料电池。
[0003]燃料电池需要用到可靠的供氢系统，传统的供氢方式为储氢罐供氢，但这种方式不仅能量密度低而且在质量、安全上也存在明显的不足。因此，目前，使用碳氢化合物重整制备氢有望成为解决这一问题的有效措施。典型的碳氢化合物重整反应制氢可分为三种：水蒸气重整、部分氧化重整和自热重整，其中水蒸气重整制氢可以得到较高纯度的氢气，而且可以在一定程度上抑制结焦现象的发生，是目前的一个研究热点，但该反应是吸热反应，需要外部热源。
[0004]对于催化剂的担载方式，目前应用较多的为微流道壁覆盖式、多孔纤维毡/泡沫金属式、填充床式等。但是微流道壁覆盖式，催化效果较差；多孔纤维毡/泡沫金属式，技术尚不成熟；填充床式是目前应用最为广泛，技术最为成熟的一种方式，具有很高的反应效率，但在流动过程中压降较大，且化学反应集中于反应器的入口，导致壁面温度分布不均，造成了催化剂的浪费。同时，传统的填充床式反应为多为固定式填充床重整器，对于移动式设备例如燃料电池车等，会因为设备的移动导致重整器内部的催化剂产生较大的位移，从而导致催化剂分布不均，重整效率较低。
[0005]除了供氢方面的问题外，燃料电池虽然清洁环保，但是燃料的利用率不是很高，因此会浪费掉部分高热值的氢气，其次，燃料电池尾气中可燃成分含量低，无法直接燃烧，采用催化燃烧进行尾气处理是一种正在蓬勃发展的技术。
[0006]因此，如何提供一种对燃料电池尾气进行充分利用，且重整反应和催化燃烧过程中壁面受热均匀、气体流动阻力小、催化剂性能稳定、转化率高、适用于移动设备的填充床式重整器是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0007]有鉴于此，本技术旨在提出一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器，以解决现有填充床式重整制氢反应器燃料电池尾气无法充分利用，重整反应和催化燃烧过程中壁面受热不均匀、气体流动阻力大、催化剂性能不稳定、转化率低、无法适用于移动设备的问题。
[0008]为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器，它包括两个催化燃烧腔和重整腔，所述两个催化燃烧腔对称布置在重整
腔的上下两侧，所述催化燃烧腔和重整腔内均设置有蛇形通道，所述蛇形通道内填充有催化剂，所述蛇形通道内催化剂沿反应流体的流动方向粒径逐渐减小，所述催化燃烧腔上开设有催化燃烧腔入口和催化燃烧腔出口，所述重整腔上开设有重整腔入口和重整腔出口，所述催化燃烧腔和重整腔为逆向流动布置。
[0009]更进一步的，所述蛇形通道内通过若干个多孔隔板均匀隔开，多孔隔板内放置不同大小的催化剂。
[0010]更进一步的，所述多孔隔板的孔径小于催化剂粒径。
[0011]更进一步的，所述多孔隔板包括大孔径隔板、中孔径隔板和小孔径隔板，所述大孔径隔板、中孔径隔板和小孔径隔板沿反应流体的流动方向依次均匀布置。
[0012]更进一步的，所述大孔径隔板、中孔径隔板和小孔径隔板均为铝制隔板。
[0013]更进一步的，所述催化剂包括大粒径催化剂、中粒径催化剂和小粒径催化剂，所述大粒径催化剂设置在大孔径隔板分隔区域内，所述中粒径催化剂设置在中孔径隔板分隔区域内，所述小粒径催化剂设置在小孔径隔板分隔区域内。
[0014]更进一步的，所述催化燃烧腔入口和催化燃烧腔出口分别与催化燃烧腔内蛇形通道的两端连通。
[0015]更进一步的，所述重整腔入口和重整腔出口分别与重整腔内蛇形通道的两端连通。
[0016]更进一步的，所述催化燃烧腔入口与燃料电池尾气通道相连。
[0017]更进一步的，所述重整腔入口与蒸发段通道相连。
[0018]本技术还提供了一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器的反应方法，它包括以下步骤：
[0019]步骤1：燃料电池尾气通过催化燃烧腔入口进入催化燃烧腔，液体燃料蒸发后通过重整腔入口进入重整腔，催化燃烧腔和重整腔内进行催化反应；
[0020]步骤2：随着反应气的流动，依次通过大粒径催化剂、中粒径催化剂和小粒径催化剂，燃料在重整腔内发生水蒸气重整反应，尾气在催化燃烧腔内发生燃烧反应，提供反应所需热量；
[0021]步骤3：最终重整气通过重整腔出口流出，反应后的尾气通过催化燃烧腔出口流出。
[0022]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0023]本技术从上至下依次层叠布置的催化燃烧腔、重整腔和催化燃烧腔；所述重整腔和所述催化燃烧腔内部均为蛇形通道，内部填充有助于反应进行的催化剂，同时沿着反应流体的流动方向，催化剂的粒径逐渐变小，流道由多孔隔板均匀隔开，分段放置不同粒径大小的催化剂；所述重整腔入口通过气态燃料通道连接至蒸发段。本技术的重整反应器集尾气催化燃烧、重整制氢于一体，壁面受热均匀，催化反应充分，气体流动阻力小，反应器的催化性能稳定，可以使得转化效率进一步提高。
[0024]本技术提供的一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器，将尾气进行催化燃烧，为重整反应提供热量，同时在蛇形反应通道内设置有多孔隔板，减少催化剂在设备运动过程中的位移，使催化性能稳定，转化率进一步提高。
[0025]本技术采用催化燃烧腔
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重整腔
‑
催化燃烧腔的方式上中下层叠布置，回收燃
料电池的尾气进行催化燃烧，为重整反应提供热量，避免了氢气的浪费，同时解决了重整反应吸热的问题，重整腔的反应通道壁面受热更加均匀，减少了温度分布差异对反应带来的影响，反应更加稳定。
[0026]本技术采用变催化剂粒径的分段式填充，利用蛇形通道增加反应流程，通过填充床式的重整器进一步提高反应时间，同时将不同粒径尺寸的催化剂固定在蛇形通道内的多孔隔板之间，且多孔隔板的孔径小于两侧催化剂的粒径尺寸，有效减少了催化剂的位移，使填充床式重整器可有效用于多种场合，例如燃料电池飞机等。减小气体流动阻力，使催化性能更加稳定，同时多孔隔板采用铝材，具有很强的导热性，增强了蛇形通道内的传热，使反应腔内的温度更加均匀，提高反应效率。同时，采用隔板的分段式填充，更易实现，更易实现工程应用。
[0027]本技术采用变催化剂粒径布置的方式，随着反应气体的流动，反应气浓度越来越低，而反应气与催化剂的接触面积越来越大，可以有效降低压力损失，减小压降，同时提高反应效率，减少催化剂用量，提高反应器的经济性。
附图说明
[0028]构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器，其特征在于：它包括两个催化燃烧腔(6)和重整腔(7)，所述两个催化燃烧腔(6)对称布置在重整腔(7)的上下两侧，所述催化燃烧腔(6)和重整腔(7)内均设置有蛇形通道(4)，所述蛇形通道(4)内填充有催化剂，所述蛇形通道(4)内催化剂沿反应流体的流动方向粒径逐渐减小，所述催化燃烧腔(6)上开设有催化燃烧腔入口(1)和催化燃烧腔出口(5)，所述重整腔(7)上开设有重整腔入口(8)和重整腔出口(9)，所述催化燃烧腔(6)和重整腔(7)为逆向流动布置。2.根据权利要求1所述的一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器，其特征在于：所述蛇形通道(4)内通过若干个多孔隔板均匀隔开，多孔隔板内放置不同大小的催化剂。3.根据权利要求2所述的一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器，其特征在于：所述多孔隔板的孔径小于催化剂粒径，所述多孔隔板为铝制隔板。4.根据权利要求2所述的一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器，其特征在于：所述多孔隔板包括大孔径隔板(2a)、中孔径隔板(2b)和小孔径隔板(2c)，所述大孔径隔板(2a)、中孔径隔板(2b)和小孔径隔板(2c)沿反应流体的流动方向依次均匀布置...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦江，王思博，哈婵，王聪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：新型
国别省市：
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