[实用新型]一种高性能重整反应器

说明书

一种高性能重整反应器，包括密封箱体，密封箱体内设有燃烧室、重整室和提纯室，燃烧室、重整室和提纯室依次由下至上层叠设置，燃烧室用于对重整室和提纯室加热；密封箱体上设有甲醇水进水口和进风口，密封箱体进风口通过管道与燃烧室相连通；重整室包括重整壳体，重整壳体的底面设有沟槽，沟槽内嵌有盘管，重整壳体内设有反应列管，反应列管内置有催化剂，重整壳体内嵌有电加热棒，盘管的进口端与甲醇水进水口相连通，盘管的出口端与反应列管的进口端相连通；甲醇水在重整室内生成富氢，富氢由反应列管的出口端输送至提纯室，提纯室对富氢进行提纯；重整壳体的侧面设有竖向的导火槽，提纯室上设有电加热片。本实用新型可以实现快速启动。

技术领域

本实用新型涉及制氢技术领域，具体涉及一种高性能重整反应器。

背景技术

氢能是清洁的二次能源。近年来，随着氢能应用技术发展逐渐成熟，以及全球应对气候变化压力的持续增大，氢能产业的发展在世界各国备受关注，美国、德国、日本等发达国家相继将发展氢能产业提升到国家能源战略高度。而且“氢能与燃料电池技术创新”位列国家在能源技术革命创新行动计划当中，标志着氢能产业已被纳入中国国家能源战略，氢燃料电池可高效清洁地把化学能直接转化为电能，是比常规热机更为先进的转化技术，燃料电池技术的快速发展，为能源动力的变革带来重大契机。

而且随着科技的发展，对能源和备用电池要求也越来越严格，例如移动通讯基站、微站、应急车、机场牵引车、物流车、医院备电、数据中心备电、军事等等诸多领域都迫切需要一种清洁、无噪音以及无干扰的能源或备用电池。但是如果直接采用氢气发电则存在“制、储、运”等安全技术瓶颈，在这种背景下采用甲醇水制氢后再进行发电的技术路线越来越受到重视，因此一种采用甲醇水制氢后并发电的产业就这样诞生了。

而甲醇水制氢过程需经过高温重整，因此重整反应器是甲醇水制氢过程的核心部件。甲醇水制氢过程的原理为：甲醇水燃料经过加压和吸热气化后，进入重整室与催化剂一起进行重整反应，进而获得富含杂质的氢气(富氢)，氢气经过提纯器之后产生高纯度的氢气(达到99.99％的高纯度的氢气(H₂)，且CO含量≤1ppm)。氢气经过换热变为常温，经过减压进入电堆发生电化学反应，生成电能。其中制氢反应机理如下：

CH₃OH(g)→CO+2H₂，Δ＝-90.64KJ/mol，

CO+H₂O(g)→CO₂+H₂，Δ＝-41.00KJ/mol。

其中制氢反应为强吸热反应，需持续供给热量以维持反应进行。传统重整反应器的设计思路之一是利用电加热使得温度达到重整反应的温度，再利用提纯后的分流气体引入燃烧，这种设计的缺陷是要消耗大量的电能，而且受不能大功率电加热影响(本身是在缺电条件下发电)，以及成本限制，因此常规温度下利用电加热的方式使得重整制氢装置达到重整反应的温度属于冷启动，而冷启动时间一般超过10小时，而且现有重整制氢装置中使用的氢气提纯器具有冷启动使用次数寿命限制，进而影响整个设备的使用寿命，而为了避免冷启动设备，一般情况下重整制氢装置不得不一直处于热待机条件下，长期如此则会消耗大量电能。传统重整反应器的设计思路之二采用圆筒式重整室，将钯管至于其中，利用火焰给重整室及钯管直接加热，其缺陷是受热不均，热平衡得不到管控，催化剂效率底下，钯管性能下降寿命短，虽可以快速冷启动(30～60分钟)，但钯管只有10余次冷启动寿命，不能作为即时备用电池使用。传统反应器的设计思路之三为保障重整室与重整反应盘管的受热均匀采用铝浇铸工艺，缺点是做工复杂，人工成本高昂，且为一次性。传统反应器的设计思路之四，其采用钯膜片提纯方式，缺点是成本极其高昂，占整个反应器成本的80％，其提纯的纯度和效率与钯管式比较没有突破，提纯器的加热靠整个反应器的热传导和电加热，尤其是电加热必须持续，造成本身内耗过高。

实用新型内容