[发明专利]一种应用流化床的天然气水蒸汽重整制氢的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及制氢装置，尤其涉及一种应用流化床的天然气水蒸汽重整制氢的方法及装置。

背景技术

氢能是一种新型的高效清洁能源，被视为解决温室效应问题，提高能量利用率的有效替代能源。但氢气不是自然界中存在的一次资源，并且其密度低，易燃易爆，储存和运输的费用高，危险性大，如何便捷地获取氢气是氢能得以广泛利用的瓶颈之一。天然气水蒸气重整技术是目前工业上最普遍采用的生产氢气及合成气的技术方法，典型的反应温度为800-900℃，压力为2.5-3.5MPa。随着天然气的大量开发，尤其是管道天然气在城镇中普及，为分布式氢气生产提供了充足的、廉价的天然气原料。

虽然天然气重整制氢技术在工业上已经得到普遍应用，但是该技术在小型化分布式制氢中还有很多问题需要解决。该反应是强吸热反应，能量供应和传热是该反应的一个瓶颈问题，工业上常用的固定床反应器体积庞大，不适合用于家庭及小型商业用户的千瓦级燃料电池系统中分布式氢气生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种应用流化床的天然气水蒸汽重整制氢的方法及装置，其快速、安全、高效，采用城市管道天然气为原料来源，结构紧凑，方便操作，体积小，易于安装。

本发明通过下述技术方案实现：

一种应用流化床的天然气水蒸汽重整制氢的装置，包括燃烧室本体2、置于燃烧室本体2下方的燃烧器3、装有催化剂16的反应管1、分别呈螺旋状缠绕在燃烧室本体2外壁的天然气换热管5和水换热管6、呈螺旋状缠绕在燃烧室本体2内壁的内换热盘管4；

所述反应管1置于燃烧室本体2内部，燃烧室本体2及反应管1的上端开口均通过一盖板8密封；

所述天然气换热管5和水换热管6的出口端分别接混合阀14的两个入口端，混合阀14出口端通过进料管13连通内换热盘管4的上端口，内换热盘管4的下端口通过反应管1底部的下密封头17连通反应管1的内部；

所述反应管1的外壁与燃烧室本体2的内壁之间的空隙形成燃烧室7；

在对应于燃烧室7的盖板8上设有燃烧室尾气出口12，在对应于反应管1的盖板8上设有反应合成气出气管10；

通入天然气换热管5的天然气以及通入水换热管6的水，分别自下而上进入混合阀14内混合，混合后再进入进料管13，然后自上而下螺旋式经过内换热盘管4，最后由反应管1的底部流入反应管1内。

所述反应管1的下端与下密封头17的之间设置有分布器15，催化剂16填充在分布器15的上方空间内。

所述内换热盘管4的管径大于天然气换热管5和水换热管6的管径。

所述反应管1的下密封头17为圆弧封头，内换热盘管4的下端口通过原料进气管9连接在圆弧封头的侧边。

所述反应合成气出气管10的进口端设有尾气过滤器10-1。

所述反应管1内设有多点热电偶11，多点热电偶11贯穿盖板8并固定在其上。

所述天然气换热管5和水换热管6的缠绕圈数为8～15圈；内换热盘管4的缠绕圈数为6～10圈。

所述燃烧器3为大气式燃烧器。

所述催化剂16为镍基催化剂。

应用流化床的天然气水蒸汽重整制氢方法如下：

(1)、启动燃烧器3，先对反应管1、燃烧室7、内换热盘管4进行加热；

(2)、当反应管1内部测温点温度在110℃～120℃以上时，先向水换热管6内通水，水流自下而上经螺旋状进入水换热管6、混合阀14、进料管13后，再自上而下螺旋状进入内换热盘管4加热后变成过热水蒸汽，并通过原料进气管9进入反应管1内，用于吹扫反应管1及管路；

(3)、当反应管1的测温点温度达到500℃～600℃时，向天然气换热管5中通入天然气，天然气自下而上螺旋状经天然气换热管5后流入混合阀14，并在混合阀14内与水混合后一同经进料管13再自上而下螺旋状进入内换热盘管4，经过燃烧器3加热后变成过热水蒸气与天然气的混合物进入反应管1，此时天然气与水蒸汽在反应管1内催化剂16的作用下发生重整反应，产生富氢合成气，富氢合成气再经过尾气过滤器10-1，最后由反应合成气出气管10输出。