[发明专利]一种甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用装置和方法

权利要求书

1.一种适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用装置，其特征在于，该装置包括改进的甲烷水蒸气重整制氢反应装置，所述反应装置内壁设有绝热材料，该反应装置顶部设有原料气管、进水管，反应装置上部为预热室，预热室中央设有套管，套管中央设有热电偶，套管内管外壁螺旋状缠绕有燃料气管，套管外管外壁缠绕有空气进气管，套管内外管之间的空腔形成烟气排出管；所述燃料气管一端伸出反应装置顶部连通气源，另一端连通预热室下端的燃烧室；所述空气进气管一端伸出反应装置顶部连通空气，另一端连通预热室下端的燃烧室；所述烟气排出管依次连通缓冲罐、气体压缩机、气体分离器、冷凝器、液态水储存罐、水泵，最后跟反应装置顶部进水管连通，形成一个循环回路；所述气体分离器一端还连通N₂收集罐；所述冷凝器还连通CO₂收集罐；所述反应装置下部中央为燃烧室，甲烷水蒸气重整制氢反应室分布在燃烧室四周，甲烷水蒸气重整制氢反应室分别跟原料气管、进水管连通；甲烷水蒸气重整制氢反应室还设有产品气出气管；燃料气经由燃料气管进入，空气经由空气进气管进入，经过预热室的预热，到达燃烧室进行燃烧，燃烧后的烟气经过烟气排出管排出。

2.根据权利要求1所述适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用装置，其特征在于，所述气体分离器设有中空纤维分离膜、分子筛、活性炭吸附剂的其中一种。

3.根据权利要求1或2所述适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用装置，其特征在于，冷凝器冷凝管的冷却液是纯净的去离子水。

4.一种适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用方法，其特征在于，该方法利用权利要求1-3中任一项权利要求所述装置，包括以下步骤：

1)甲烷燃料气经由燃料气管进入，空气经由空气进气管进入，经过预热室，到达燃烧室进行燃烧，并释放出热量提供给甲烷水蒸气重整制氢反应室进行甲烷水蒸气重整制氢反应得到氢气，燃烧后烟气经过预热室内的烟气排出管道流走，同时烟气经过预热室进行换热，将余热传递给缠绕在套管内外管壁的甲烷燃料气和空气，控制换热条件，使烟气温度降为100-150℃，烟气经过缓冲罐后，再经过气体压缩机将气体输送进气体分离器，将氮气和水蒸气以及二氧化碳分离，分离后氮气收集起来；

2)经步骤1)分离后得到的水蒸气和二氧化碳经过冷凝器，水蒸气冷凝成液体，与气体二氧化碳分离，经收集，再输送进入反应装置顶部进水管进行甲烷水蒸气重整反应制氢；

3)收集经步骤2)冷凝器分离后二氧化碳。

5.根据权利要求4所述适用于甲烷重整制氢燃烧器中烟气的水蒸气分离及回用方法，其特征在于，冷凝器冷凝管中去离子水经过纯净水蒸气换热后，水的温度上升，也用于甲烷水蒸气重整反应。