[发明专利]一种天然气制氢反应器及其制氢工艺

权利要求书

1.一种天然气制氢反应器，其特征在于：该反应器由多个不同反应腔体组合而成，包含催化燃烧（1b）、重整（1c）、预催化燃烧（1d）、变换（1f）、净化（1h）5个反应区域和物料气化（1a）、两个物料预热（1e和1g）3个区域；两个制氢的原料气体入口为（12和13），一个产品气出口（14）；

其中，物料气化（1a）、重整（1c）、变换（1f）和净化（1h）4个区域依次连通，两个物料预热（1e和1g）区域均和催化燃烧（1b）、预催化燃烧（1d）反应区域相连通；从入口（12和13）进入的原料气在经过预热后，首先进入混合分布器（1i）。

2.按照权利要求1所述天然气制氢反应器，其特征在于：所述反应器由多个不同区域组合而成，通过平行增加反应区域的数量和尺寸可达到扩大反应规模的目的。

3.一种利用权利要求1所述反应器制氢工艺，其特征在于：该工艺过程为：可燃气体天然气和空气首先分别由入口（12和13）进入各自对应的物料预热（1e和1g）区域，然后在预催化燃烧（1d）反应区域内通过混合分布器（1i）混合并启动催化燃烧反应，放出的热量通过对流和热传导方式传递给了重整（1c）反应区域和物料预热（1e）区域；燃烧气体经预催化燃烧（1d）反应区域后进入催化燃烧（1b）反应区域继续发生催化燃烧反应，并将大量的热量传递给了物料气化（1a）区域和重整（1c）反应区域；反应原料由入口（11）依次进入制氢反应器的物料气化（1a）、重整（1c）、变换（1f）和净化（1h）4个区域，并最终在反应器出口（14）处得到符合要求的富氢混合气。

4.按照权利要求3所述制氢工艺，其特征在于：所述反应器的重整（1c）、变换（1f）和净化（1h）3个反应区域内均装填有不同的催化剂，重整（1c）、变换（1f）和净化（1h）3个反应区域内的催化剂为颗粒催化剂或壁载催化剂。

5.按照权利要求3所述制氢工艺，其特征在于：所述反应器的物料预热（1e和1g）区域，装填有热容较大的多孔介质材料，用以提高物料预热效果。

6.按照权利要求3所述制氢工艺，其特征在于：所述反应器的催化燃烧（1b）和预催化燃烧（1d）区域内均装填有催化剂，催化剂为颗粒催化剂或者壁载催化剂；催化燃烧（1b）和预催化燃烧（1d）区域内的催化剂为同种类型的催化燃烧催化剂或在预催化燃烧（1d）区域内装填低温燃烧活性更佳的催化剂。

7.按照权利要求3所述制氢工艺，其特征在于：反应器内部热量利用合理，放热反应与吸热反应、气化与冷却之间实现了较好的热量耦合，在物料气化（1a）和催化燃烧（1b）区域之间、重整（1c）和预催化燃烧（1d）区域之间、物料预热（1e和1g）和变换（1f）区域之间，物流的流动方式为并流；在重整（1c）和催化燃烧（1b）区域之间、预催化燃烧（1d）和物料预热（1e）区域之间、净化（1h）和物料预热（1g）区域之间，物流的流动方式为逆流。

8.按照权利要求3所述制氢工艺，其特征在于：可燃气体天然气和空气在进行催化燃烧反应之前，首先经过各自对应的物料预热（1e和1g）区域，经过预热后的气体更容易启动催化燃烧反应；可燃气体天然气和空气在经过预热后，首先进入混合分布器（1i），在混合分布器（1i）内，天然气和空气一方面可以充分混合，另一方面还可经混合分布器（1i）均匀进入预催化燃烧（1d）区域。

9.按照权利要求3所述制氢工艺，其特征在于：可燃气体天然气和空气的催化燃烧经过预催化燃烧和催化燃烧两个阶段，天然气在经过预催化燃烧（1d）和催化燃烧（1b）区域后，燃烧尾气中的天然气含量在20ppm以下。

10.按照权利要求3所述制氢工艺，其特征在于：反应器出口（14）处的产品气中，一氧化碳浓度在0-10ppm之间，能满足质子交换膜燃料电池对气源品质的要求，直接提供给质子交换膜燃料电池，并产出相应的电力。