一种富氢燃料重整制氢系统技术方案

本发明专利技术公开了一种富氢燃料重整制氢系统，具体地讲涉及一种分体换热式富氢燃料重整制氢系统。该系统包括供热单元、原料加热换热器、重整器、ＣＯ净化脱除单元，重整器为换热与重整反应同时进行的板翅式反应器；重整器的反应通道与ＣＯ净化脱除单元入口连通，ＣＯ净化脱除单元出口通过换热器与燃料电池的氢气入口相通；供热单元与重整器的换热通道连通，原料管路与重整器的反应通道通过原料加热换热器连通，重整器换热通道出口与原料加热换热器连通。该系统结构合理，既可以避免板翅烧穿的现象，也可以对催化反应单元的温度进行很好的控制，调节灵活，能量利用率高，系统稳定、可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种富氢燃料重整制氢系统，具体地讲涉及一种分体换热式富氢燃料重整制 氢系统。
技术介绍
分布式发电技术具有能量利用效率高(>80%)、可利用各种可再生能源、可满足特殊场合 和能源多样化的需求，可同时提供冷能或者热能，实现能源的综合梯级利用、安全稳定、 没有配电损耗、安装成本低、适于遥控和监测等特点，是21世纪传统发电方式的重要补充和 最重要的能量利用方式之一。燃料电池热电联供系统综合可以应用于家庭、社区、医院、商务楼等场所的电力供应和 热水供应，或者是大规模的分布式电站，是一种在世界范围内引起广泛关注的分布式发电技 术，在欧美和日本有示范的分布式电站在运行。富氢燃料重整制取氢气是燃料电池分布式热电联供系统中关键的一项H2燃料供给技术。 富氢燃料包括醇、醚、天然气、汽油和柴油等。目前研究比较成熟的是甲醇和天然气的重整 制氢技术。专利EP1650159专利技术了一种天然气水蒸气重整制氢系统，该系统采用了一体筒式结构， 由点火燃烧单元、天然气水蒸气重整制氢单元、CO高低温变换反应单元和CO净化脱除单元构 成，具有能量利用效率高的特点，但是该系统在催化反应单元的温度调节方面缺乏一定的灵 活性，同时热量不能及时在颗粒催化剂床层及时传递。专利CN1284721专利技术了一种甲醇水蒸 气重整制氢系统，该系统中重整反应器采用了板翅式结构，耦合了催化燃烧供热、蒸发和重 整反应等过程，具有高效、紧凑的优点，但是该系统在启动阶段，催化燃烧单元采用H2作为 燃料，这样就需要另外储存H2。同时催化燃烧单元有可能存在局部燃料和氧化剂(空气或氧 气)集中的现象，这样就有可能局部由于催化燃烧反应剧烈放出大量的热量，使较薄的翅片 被烧穿。专利CN2668600也利用了板翅式的重整反应器，并且使用板翅式的热交换器，但是 对于供热装置，该专利采用加热器，温度的控制和调节不够灵活，且无法保证反应器和换热器使用的安全性，较薄的翅片还是容易被烧穿，另外，整个系统的设计相对于能量的充分利 用来说，还有提高的余地。
技术实现思路
本专利技术提供的富氢燃料重整制氢系统，结构合理，既可以避免板翅烧穿的现象，也可以 对催化反应单元的温度进行很好的控制，调节灵活，能量利用率高，系统稳定、可靠，可以 广泛应用于水蒸气重整或自热重整过程。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下一种富氢燃料重整制氢系统，包括供热单元、原料加热换热器、重整器、co净化脱除单 元，所述重整器为换热与重整反应同时进行的板翅式反应器，包括换热通道和反应通道；重 整器的反应通道与CO净化脱除单元入口连通，CO净化脱除单元出口通过换热器与燃料电池的 氢气入口相通；以富氢燃料和空气或氧气燃烧提供热量的供热单元与重整器的换热通道连通 ，原料管路与重整器的反应通道通过原料加热换热器连通，重整器换热通道出口与原料加热 换热器连通，重整器换热通道出口的高温尾气通过所述原料加热换热器换热后排空，可以实 现高温尾气的二次换热，充分利用热量，系统设计更加合理。所述重整器的反应通道入口处设有气体均匀分布器。所述富氢燃料为甲醇、甲烷、二甲醚、氢气、乙醇、天然气、城市煤气、液化石油气、 汽油、煤油或柴油等。其中氢气为系统稳定运行后燃料电池阳极出口的尾气，这样可以使能 量能到充分的利用。所述供热单元为用以燃烧供热的燃烧器，所述供热单元与重整器之间设有气体均匀分布器。所述燃烧器为催化燃烧器或点火燃烧器，所述燃烧为催化或点火燃烧。 所述原料为富氢燃料和水，所述富氢燃料为甲醇、甲烷、甲醇溶液、二甲醚、乙醇、天 然气、城市煤气、液化石油气、汽油、煤油或柴油。所述原料为天然气时，在重整器与co净化脱除单元之间设有co变换反应单元，包括高、低温变换反应器、分别设于高、低温变换反应器入口的换热器。原料管路进入原料加热换热器之前的一段与各换热器的冷料入口并联连通，各换热器 的冷料出口均并联进入原料加热换热器与重整器之间的原料管路，可以充分的利用每道换 热工序后的余热，为重整反应补充提供热量。co净化脱除单元包括至少一组co脱除反应器，co脱除反应器的入口设有换热器。 所述co脱除反应器为co选择性氧化反应器或co甲烷化反应器。所述板翅式反应器中翅片间隔为O. 5-12mm，反应通道的翅片间隔优选为O. 5-3mm，便于 装填相应粒径的颗粒催化剂，换热通道的翅片间隔优选为0.5-lmm，可以提高换热的效率。 所述CO净化脱除单元之后的换热器与燃料电池的氢气入口之间设有气液分离装置。 所述燃料电池的尾气出口与供热单元的富氢燃料入口相通，使尾气中的氢气得到利用反应操作启动阶段，供热单元通过点火燃烧或催化燃烧供热，系统稳定运行后，燃料为 燃料电池阳极尾气剩余氢气，室温下就可以进行催化燃烧反应。催化燃烧或者点火燃烧容易 控制，燃烧尾气的温度可以通过氧化剂和燃料的摩尔比例进行调节。为了减少燃烧单元的热 量损失，提高系统的能量利用效率，从燃烧器出来的高温尾气进入重整器，可以为重整制氢 反应提供所需求的热量，从重整器出来的高温尾气进入原料加热换热器加热或者蒸发液体反 应原料。重整器装填有直径为O. 5-3mm的重整催化剂，在催化剂作用下原料蒸汽发生重整反 应，反应产生富氢气体。如果富氢气体中C0的浓度高于2。/。，那么从重整器出来的富氢气体可以通过CO高、低 温变换反应单元，将CO浓度降至P/。以下。CO高温变换反应催化剂为颗粒或结构型催化剂，从 重整器出来的富氢气体通过换热器进行热交换，将气体温度降低至CO高温变换反应催化剂的 活性温度区间内；从CO高温变换反应出来的富氢气体通过换热器进行热交换，将气体温度降 低至CO低温变换反应催化剂的活性温度区间内。CO净化脱除单元应用CO选择性氧化反应或者CO甲烷化反应，将CO的体积浓度由1%-2%降 低至10ppm。催化剂为颗粒或者结构型催化剂，从CO低温变换反应单元出来的富氢气体通过 换热器进行热交换，将气体温度降低至CO净化脱除催化剂的活性温度区间内。从CO净化脱除单元出来的富氢气体经过换热器和气液分离装置后，变为温度为6(TC-70 'C之间的含饱和水蒸气富氢气体，富氢气体供给燃料电池进行发电。从燃料电池阳极出来的 尾气进入燃烧器，使能量能到充分的利用。本专利技术具有下述优点1.重整器采用板翅式重整器，极大的提高了热交换的效率，供热单元与重整器分离，可以避免高温尾气对翅片的损伤；原料加热蒸发和重整器利用催化燃烧尾气，有效保证了 换热器和反应器的使用稳定性、可靠性和安全性；2. 热量交换结构设计，可以对催化燃烧和点火燃烧释放的热量进行二次利用，有助于 提高整个重整制氢系统的能量效率；3. 室温下催化燃烧，减小了系统对外界电力供应的依赖，催化燃烧或者点火燃烧容易 控制，燃烧尾气的温度可以通过氧化剂和燃料的摩尔比例进行调节；4. 重整产品气中CO浓度经过高效的CO净化催化剂脱除后，C0浓度降至10ppm，有效保障 了燃料电池的发电性能；5. 各换热器的余热回收，有效地避免了能源的浪费。 附图说明图l为本专利技术的板翅式反应器的内部结构示意图2为本专利技术的甲醇重整制氢系统的结构示意图3为本专利技术的甲烷重整制氢系统的结构示意图4为本专利技术的甲烷重整制氢系统的另一种实施方式结构示意图5为本专利技术的甲醇重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种富氢燃料重整制氢系统，包括供热单元（４）、原料加热换热器（１）、重整器（３）、ＣＯ净化脱除单元，所述重整器（３）为换热与重整反应同时进行的板翅式反应器，包括换热通道（１１）和反应通道（１２）；重整器（３）的反应通道（１２）与ＣＯ净化脱除单元入口连通，ＣＯ净化脱除单元出口通过换热器（９）与燃料电池（１０）的氢气入口相通；其特征在于，以富氢燃料和空气或氧气燃烧提供热量的供热单元（４）与重整器（３）的换热通道（１１）连通，原料管路（１９）与重整器（３）的反应通道（１２）通过原料加热换热器（１）连通，重整器换热通道（１１）出口与原料加热换热器（１）连通。

【技术特征摘要】
1.一种富氢燃料重整制氢系统，包括供热单元(4)、原料加热换热器(1)、重整器(3)、CO净化脱除单元，所述重整器(3)为换热与重整反应同时进行的板翅式反应器，包括换热通道(11)和反应通道(12)；重整器(3)的反应通道(12)与CO净化脱除单元入口连通，CO净化脱除单元出口通过换热器(9)与燃料电池(10)的氢气入口相通；其特征在于，以富氢燃料和空气或氧气燃烧提供热量的供热单元(4)与重整器(3)的换热通道(11)连通，原料管路(19)与重整器(3)的反应通道(12)通过原料加热换热器(1)连通，重整器换热通道(11)出口与原料加热换热器(1)连通。2.根据权利要求l所述的富氢燃料重整制氢系统，其特征在于所述重 整器(3)的反应通道(12)入口处设有气体均匀分布器(2)。3.根据权利要求l所述的富氢燃料重整制氢系统，其特征在于所述富 氢燃料为甲醇、甲烷、二甲醚、氢气、乙醇、天然气、城市煤气、液化石油气、汽油、煤油 或柴油。4.根据权利要求l所述的富氢燃料重整制氢系统，其特征在于所述供 热单元(4)为用以燃烧供热的燃烧器。5.根据权利要求4所述的富氢燃料重整制氢系统，其特征在于所述燃 烧器为催化燃烧器或点火燃烧器，所述燃烧为催化或点火燃烧。6.根据权利要求l所述的富氢燃料重整制氢系统，其特征在于所述供 热单元(4)与重整器之间设有气体均匀分布器(18)。7.根据权利要求l所述的富氢燃料重整制氢系统，其特征在于所述原 料为富氢燃料和水。8.根据权利要求7所述的富氢燃料重整制氢系统，其特征在于所述富 氢燃料为甲醇、甲烷、甲醇溶液、二甲醚、乙醇、天然气、城市煤气、液化石油气、汽油、 煤油或柴油。9.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖钢，周帅林，
申请(专利权)人：汉能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]