專利名稱：一種天然氣制氫反應(yīng)器及其制氫工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氫能與燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種天然氣制氫反應(yīng)器及其制氫工藝。
背景技術(shù)：
我國(guó)天然氣資源豐富，大部分主要分布在西部、西北部等偏遠(yuǎn)地區(qū)，導(dǎo)致其壓縮、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、利用等成本較高。目前，為了實(shí)現(xiàn)天然氣的經(jīng)濟(jì)利用，通常把天然氣作為初始原料進(jìn)行加工，生產(chǎn)多碳烴和醇等化合物，主要分兩步完成:首先將甲烷轉(zhuǎn)化成CO和H2 (即合成氣)，然后將合成氣轉(zhuǎn)化成多碳烴和醇類化合物，如采用F-T合成等方式。幾乎含碳化合物均可制備合成氣，如煤、天然氣等，制備合成氣的成本可變，主要由H2/C0比、原料、制備工藝過程、規(guī)模、系統(tǒng)集成度和其它一些等因素決定。合成氣用途廣泛，可作為工業(yè)原料生產(chǎn)氨氣、氫氣、甲醇等。近年來制氫過程引起了越來越多的關(guān)注，應(yīng)用的目標(biāo)主要是固定式和移動(dòng)式的供熱、供電系統(tǒng)。天然氣制氫過程主要有四種反應(yīng)途徑:水蒸汽重整、CO2重整、部分氧化和自熱重整，各反應(yīng)過程分別如下:CH4 (g)+H20(g) — C0(g)+3H2(g)+Q.------(I)CH4 (g)+CO2 (g) — 2C0(g)+2H2(g) +Q------(2)CH4(g)+0.5O2 (g) — C0(g)+2H2(g)-Q------(3)CH4(g)+202(g) — C02(g)+2H20(g)-Q0-----(4-0)CH4(g)+H20(g) — CO (g)+SH2^Q1------(4-1)其中水蒸汽重整制氫過程技術(shù)最成熟，產(chǎn)氫量最高，應(yīng)用最廣泛。如方程(I)所示，甲烷水蒸汽重整制氫是一個(gè)吸熱過程，因此需要提供足夠的外供熱才能保障甲烷水蒸汽重整過程的順利進(jìn)行。外供熱的提供可以采取多種方式，含碳化合物的燃燒放熱就是其中的一種。在天然氣制氫反應(yīng)器中，對(duì)于熱量的有效控制和管理，尤其是當(dāng)多個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行時(shí)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的合理匹配耦合，是非常重要的，將直接影響到反應(yīng)溫度、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)器效率等。例如在同一反應(yīng)器中，當(dāng)反應(yīng)吸熱量和外供熱量不平衡時(shí)，就會(huì)表現(xiàn)為反應(yīng)溫度不穩(wěn)定，溫度過高會(huì)導(dǎo)致局部形成熱點(diǎn)，而溫度過低時(shí)又會(huì)造成制氫速率降低直至反應(yīng)停止。當(dāng)前重整制氫的固定床反應(yīng)器普遍采用的是圓筒式，這種反應(yīng)器雖然制作簡(jiǎn)單，但是在提聞反應(yīng)能力方面有一定的困 難。要提聞反應(yīng)能力就要考慮如何提聞?chuàng)Q熱面積和催化劑的裝填量，對(duì)于這種圓筒式固定床反應(yīng)器，提高反應(yīng)能力的一般方法就是加大圓筒的直徑來提高反應(yīng)器的換熱面積和催化劑的裝填量，但這樣會(huì)產(chǎn)生徑向溫度分布的不均勻，導(dǎo)致反應(yīng)不易控制，而且能增加副反應(yīng)的發(fā)生；如果改為單純?cè)黾庸潭ù卜磻?yīng)器的高度，這樣又會(huì)出現(xiàn)軸向溫度分布的不均勻，從而導(dǎo)致反應(yīng)的轉(zhuǎn)化效率降低、選擇性降低和產(chǎn)氫能量效率的降低。另外，當(dāng)功率要求高到一定程度時(shí)，這種圓筒式反應(yīng)器由于體積較大，不適合可移動(dòng)的分散式制氫。因此，一些學(xué)者對(duì)緊湊式重整制氫反應(yīng)器進(jìn)行了研究，如何提高放熱源和吸熱源之間的傳熱效率就是一個(gè)核心問題。如何設(shè)計(jì)在有限空間內(nèi)即能保障一定規(guī)模的制氫反應(yīng)順利進(jìn)行又易于加工的制氫反應(yīng)器，是研究緊湊式重整制氫反應(yīng)器的另一個(gè)核心問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種天然氣制氫反應(yīng)器及其制氫工藝，該制氫反應(yīng)器可以解決:一、改進(jìn)傳統(tǒng)圓筒式固定床反應(yīng)器溫度分布不均勻的問題；二、減小反應(yīng)器的體積，使其能夠滿足分散式氫源的需要；三、減小重整吸熱和燃燒放熱之間的傳熱阻力，提高傳熱效率，提高反應(yīng)效率和反應(yīng)選擇性。本發(fā)明提供了一種天然氣制氫反應(yīng)器，該反應(yīng)器由多個(gè)不同反應(yīng)腔體組合而成，包含催化燃燒(lb)、重整(lc)、預(yù)催化燃燒(I d )、變換(I f )、凈化(Ih ) 5個(gè)反應(yīng)區(qū)域和物料氣化(la)、兩個(gè)物料預(yù)熱(Ie和lg)3個(gè)區(qū)域；兩個(gè)制氫的原料氣體入口為(12和13)，一個(gè)產(chǎn)品氣出口(14)；其中，物料氣化(la)、重整(lc)、變換(If)和凈化(Ih) 4個(gè)區(qū)域依次連通，兩個(gè)物料預(yù)熱(Ie和Ig)區(qū)域均和催化燃燒(lb)、預(yù)催化燃燒(Id)反應(yīng)區(qū)域相連通。從入口(12和13 )進(jìn)入的原料氣在經(jīng)過預(yù)熱后，首先進(jìn)入混合分布器(I i )。本發(fā)明提供的天然氣制氫反應(yīng)器，整個(gè)反應(yīng)器由多個(gè)不同區(qū)域組合而成，通過平行增加反應(yīng)區(qū)域的數(shù)量和尺寸可達(dá)到擴(kuò)大反應(yīng)規(guī)模的目的。本發(fā)明還提供了一種利用所述反應(yīng)器制氫工藝，該工藝過程為:可燃?xì)怏w天然氣和空氣首先分別由入口(12和13)進(jìn)入各自對(duì)應(yīng)的物料預(yù)熱(Ie和Ig)區(qū)域，然后在預(yù)催化燃燒(Id)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)通過混合分布器(Ii)混合并啟動(dòng)催化燃燒反應(yīng)，放出的熱量通過對(duì)流和熱傳導(dǎo)方式傳遞給了重整(Ic)反應(yīng)區(qū)域和物料預(yù)熱(Ie)區(qū)域；燃燒氣體經(jīng)預(yù)催化燃燒(Id)反應(yīng)區(qū)域后進(jìn)入催化燃燒(Ib)反應(yīng)區(qū)域繼續(xù)發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，并將大量的熱量傳遞給了物料氣化(Ia)區(qū) 域和重整(Ic)反應(yīng)區(qū)域；反應(yīng)原料由入口( 11)依次進(jìn)入制氫反應(yīng)器的物料氣化(la)、重整(lc)、變換(If)和凈化(Ih) 4個(gè)區(qū)域，并最終在反應(yīng)器出口
(14)處得到符合要求的富氫混合氣。本發(fā)明提供的制氫工藝，所述反應(yīng)器的重整(lc)、變換(If)和凈化(Ih) 3個(gè)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)均裝填有不同的催化劑，重整(lc)、變換(If)和凈化(Ih) 3個(gè)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的催化劑為顆粒催化劑或壁載催化劑。本發(fā)明提供的制氫工藝，所述反應(yīng)器的物料預(yù)熱(Ie和Ig)區(qū)域，裝填有熱容較大的多孔介質(zhì)材料，用以提高物料預(yù)熱效果。本發(fā)明提供的制氫工藝，所述反應(yīng)器的催化燃燒(Ib)和預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域內(nèi)均裝填有催化劑，催化劑為顆粒催化劑或者壁載催化劑；催化燃燒(Ib)和預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域內(nèi)的催化劑為同種類型的催化燃燒催化劑或在預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域內(nèi)裝填低溫活性更佳的催化劑。本發(fā)明提供的制氫工藝，反應(yīng)器內(nèi)部熱量利用合理，放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)、氣化與冷卻之間實(shí)現(xiàn)了較好的熱量耦合，在物料氣化(Ia)和催化燃燒(Ib)區(qū)域之間、重整(Ic)和預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域之間、物料預(yù)熱(Ie和Ig)和變換(If)區(qū)域之間，物流的流動(dòng)方式為并流；在重整(Ic)和催化燃燒(Ib)區(qū)域之間、預(yù)催化燃燒(Id)和物料預(yù)熱(Ie)區(qū)域之間、凈化(Ih)和物料預(yù)熱(Ig)區(qū)域之間，物流的流動(dòng)方式為逆流。本發(fā)明提供的制氫工藝，可燃?xì)怏w天然氣和空氣在進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)之前，首先經(jīng)過各自對(duì)應(yīng)的物料預(yù)熱(Ie和Ig)區(qū)域，經(jīng)過預(yù)熱后的氣體更容易啟動(dòng)催化燃燒反應(yīng)；可燃?xì)怏w天然氣和空氣在經(jīng)過預(yù)熱后，首先進(jìn)入混合分布器(li)，在混合分布器(Ii)內(nèi)，天然氣和空氣一方面可以充分混合，另一方面還可經(jīng)混合分布器(Ii)均勻進(jìn)入預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域。本發(fā)明提供的制氫工藝，可燃?xì)怏w天然氣和空氣的催化燃燒經(jīng)過預(yù)催化燃燒和催化燃燒兩個(gè)階段，天然氣在經(jīng)過預(yù)催化燃燒(Id)和催化燃燒(Ib)區(qū)域后，燃燒尾氣中的天然氣含量在20ppm以下。本發(fā)明提供的制氫工藝，反應(yīng)器出口(14)處的產(chǎn)品氣中，一氧化碳濃度在O-1Oppm之間，能滿足質(zhì)子交換膜燃料電池對(duì)氣源品質(zhì)的要求，直接提供給質(zhì)子交換膜燃料電池，并產(chǎn)出相應(yīng)的電力。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一、利用氣體分布器使得在反應(yīng)腔內(nèi)物料分布比較均勻，而且采用類似平板式的結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，避免了由于徑向較長(zhǎng)而帶來的溫度分布不均；二、整個(gè)反應(yīng)器將物料氣化、物料預(yù)熱、催化燃燒、重整、預(yù)催化燃燒、變換、凈化等多個(gè)區(qū)域集成于一體，大大減小了反應(yīng)器的體積，加工難度也隨之降低，利于制氫反應(yīng)器的規(guī)模放大。三、利用反應(yīng)器內(nèi)部不同區(qū)域之間的合理安排，最大限度地利用反應(yīng)器內(nèi)部熱量；放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)、氣化與冷卻之間實(shí)現(xiàn)了較好的熱量耦合，從而達(dá)到增加傳熱效果，提高轉(zhuǎn)化率和選擇性的目的。


圖1是天然氣制氫反應(yīng)器示意圖(立體)；圖2是天然氣制氫反應(yīng)器示意圖(俯視)；圖3是天然氣制氫反應(yīng)器物料流向示意圖；圖4是天然氣制氫反應(yīng)器出口產(chǎn)品氣中CO濃度隨時(shí)間的變化。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。本發(fā)明的天然氣制氫反應(yīng)器(圖1)，由多個(gè)不同反應(yīng)腔體組合而成，整個(gè)反應(yīng)器主體采用平板式結(jié)構(gòu)，從左至右依次包含了物料氣化(la)、催化燃燒(lb)、重整(lc)、預(yù)催化燃燒(Id)、物料預(yù)熱(le)、變換(If )、物料預(yù)熱(Ig)和凈化(Ih)等多個(gè)區(qū)域。制氫反應(yīng)需要的天然氣和水由入口(11)進(jìn)入，經(jīng)過氣化、重整、變換和凈化等過程后由出口(14)提供給用戶；提供整個(gè)制氫過程的能量全部來自于天然氣的催化燃燒反應(yīng)，催化燃燒反應(yīng)的原料天然氣和空氣分別由入口(12和13)進(jìn)入制氫反應(yīng)器。本發(fā)明中的天然氣制氫反應(yīng)器( 圖1)，采用的原料可以選擇甲醇、乙醇等醇類以及天然氣、汽油等烴類物質(zhì)。為了簡(jiǎn)要 地說明一下實(shí)際實(shí)施過程中的一些情況，現(xiàn)選擇甲烷(CH4)和水為原料來舉例說明，催化燃燒(Ib)和預(yù)催化燃燒(Id)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)主要進(jìn)行催化燃燒反應(yīng):CH4(g)+202(g) — C02(g)+2H20(g)
其的主要作用為:1、為物料的預(yù)熱氣化提供熱量；2、為制氫反應(yīng)過程中的重整反
應(yīng)提供能量。重整(Ic)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)主要發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+2H20(g) — CO2 (g)+4 (g)CH4 (g)+H2O (g) — C0(g)+3H2(g)變換(If)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)主要發(fā)生反應(yīng):C0(g)+H20(g)— CO2 (g) +H2(g)凈化(Ih)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)主要發(fā)生反應(yīng):C0(g)+02(g) — CO2 (g)H2(g)+02(g) — H2O (g)圖3是天然氣制氫反應(yīng)器物料流向示意圖，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先CH4和空氣分別由入口(12)和入口(13)按一定比例進(jìn)入到各自的物料預(yù)熱(Ie和Ig)區(qū)域。在反應(yīng)器的物料預(yù)熱(Ie和Ig)區(qū)域，裝填有熱容較大的多孔介質(zhì)材料，可以提高物料預(yù)熱效果。CH4和空氣經(jīng)預(yù)熱后由各物料預(yù)熱區(qū)域的出口(304和303)進(jìn)入到催化燃燒反應(yīng)物料的混合區(qū)域(305)，014和空氣再經(jīng)混合分布器(Ii)進(jìn)入到預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域。在混合分布器(Ii)內(nèi)，天然氣和空氣一方面可以充分混合，另一方面還可經(jīng)混合分布器(Ii )均勻進(jìn)入預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域。經(jīng)預(yù)熱、混合和均勻分布后的CH4和空氣在預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域內(nèi)迅速發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，放出大量的熱，可使反應(yīng)器整體溫度迅速上升。預(yù)催化燃燒后的氣體由預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域出口(306)經(jīng)催化燃燒(Ib)區(qū)域的入口(307)進(jìn)入催化燃燒(Ib)區(qū)域。在催化燃燒(Ib)區(qū)域內(nèi)，未完全燃燒的CH4和空氣繼續(xù)進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)，并在此區(qū)域出口處，燃燒尾氣中的CH4含量最終被控制在20ppm以下。接近完全轉(zhuǎn)化后的高溫燃燒尾氣在催化燃燒(Ib)區(qū)域通過和進(jìn)入物料氣化(Ia)區(qū)域的低溫制氫原料進(jìn)行高效換熱，在預(yù)熱氣化了制氫原料的同時(shí)，燃燒尾氣溫度大幅度下降，并最終由催化燃燒(Ib)區(qū)域的出口 (308)排出。當(dāng)重整(lc)、變換(If)和凈化(Ih)反應(yīng)區(qū)域達(dá)到適合的反應(yīng)溫度時(shí)，在制氫原料入口(11)通入一定比例的CH4和液態(tài)水的混合物料，經(jīng)過物料氣化(Ia)區(qū)域時(shí)和催化燃燒(Ib)區(qū)域的高溫尾氣進(jìn)行換熱，物料氣化后由物料氣化(Ia)區(qū)域的出口(32)經(jīng)制氫原料的緩沖區(qū)域(3A)通過重整(Ic)區(qū)域的入口(33)進(jìn)入重整(Ic)區(qū)域。在重整(Ic)區(qū)域內(nèi)，制氫原料進(jìn)行重整反應(yīng)，初步得到含有氫氣、一氧化碳、二氧化碳等氣體的重整混合氣。由于重整(I c )區(qū)域產(chǎn)生的混合氣中一氧化碳的存在，此氣體暫時(shí)不能提供給質(zhì)子膜燃料電池使用。因此，重整(Ic)區(qū)域產(chǎn)生的混合氣由重整(Ic)區(qū)域的出口(34)流出后，經(jīng)重整混合氣的緩沖區(qū)域(3B)由變換(If)區(qū)域的入口(35)進(jìn)入變換(If)區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行變換反應(yīng)，重整混合氣中的一氧化碳濃度下降 至1%左右的數(shù)量級(jí)，仍然無法滿足質(zhì)子膜燃料電池的使用需求。于是，此部分反應(yīng)氣體由變換(If)區(qū)域的出口(36)流出后，再經(jīng)變換混合氣的緩沖區(qū)域(3C)由凈化(Ih)區(qū)域的入口(37)進(jìn)入到凈化(Ih)區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行一氧化碳的選擇氧化反應(yīng)，重整混合氣中的一氧化碳濃度最終下降至IOppm以下，可以由凈化(Ih)區(qū)域的出口(14)提供給燃料電池的用戶使用。圖4為本發(fā)明的具體實(shí)施過程中，在1000小時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)間內(nèi)，凈化(Ih)區(qū)域的出口(14)的一氧化碳濃度始終被控制在IOppm以下，完全能達(dá)到本發(fā)明的設(shè)計(jì)要求。
本發(fā)明的天然氣制氫反應(yīng)器，還可以廣泛用于強(qiáng)放熱和強(qiáng)吸熱的耦合反應(yīng)體系，特別適用于1-1OkW的燃料電池分布式 電源的氫源系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種天然氣制氫反應(yīng)器，其特征在于:該反應(yīng)器由多個(gè)不同反應(yīng)腔體組合而成，包含催化燃燒(lb)、重整(lc)、預(yù)催化燃燒(Id)、變換(If)、凈化(Ih) 5個(gè)反應(yīng)區(qū)域和物料氣化(la)、兩個(gè)物料預(yù)熱(Ie和lg)3個(gè)區(qū)域；兩個(gè)制氫的原料氣體入口為(12和13)，一個(gè)產(chǎn)品氣出口(14)； 其中，物料氣化(la)、重整(lc)、變換(If)和凈化(Ih) 4個(gè)區(qū)域依次連通，兩個(gè)物料預(yù)熱(Ie和Ig)區(qū)域均和催化燃燒(lb)、預(yù)催化燃燒(Id)反應(yīng)區(qū)域相連通；從入口(12和13)進(jìn)入的原料氣在經(jīng)過預(yù)熱后，首先進(jìn)入混合分布器(I i )。
2.按照權(quán)利要求1所述天然氣制氫反應(yīng)器，其特征在于:所述反應(yīng)器由多個(gè)不同區(qū)域組合而成，通過平行增加反應(yīng)區(qū)域的數(shù)量和尺寸可達(dá)到擴(kuò)大反應(yīng)規(guī)模的目的。
3.一種利用權(quán)利要求1所述反應(yīng)器制氫工藝，其特征在于:該工藝過程為:可燃?xì)怏w天然氣和空氣首先分別由入口(12和13)進(jìn)入各自對(duì)應(yīng)的物料預(yù)熱(Ie和Ig)區(qū)域，然后在預(yù)催化燃燒(Id)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)通過混合分布器(Ii)混合并啟動(dòng)催化燃燒反應(yīng)，放出的熱量通過對(duì)流和熱傳導(dǎo)方式傳遞給了重整(Ic)反應(yīng)區(qū)域和物料預(yù)熱(Ie)區(qū)域；燃燒氣體經(jīng)預(yù)催化燃燒(Id)反應(yīng)區(qū)域后進(jìn)入催化燃燒(Ib)反應(yīng)區(qū)域繼續(xù)發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，并將大量的熱量傳遞給了物料氣化(Ia)區(qū)域和重整(Ic)反應(yīng)區(qū)域；反應(yīng)原料由入口(11)依次進(jìn)入制氫反應(yīng)器的物料氣化(la)、重整(lc)、變換(If )和凈化(lh)4個(gè)區(qū)域，并最終在反應(yīng)器出口(14)處得到符合要求的富氫混合氣。
4.按照權(quán)利要求3所述制氫工藝，其特征在于:所述反應(yīng)器的重整(lc)、變換(If)和凈化(Ih) 3個(gè)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)均裝填有不同的催化劑，重整(lc)、變換(If)和凈化(Ih) 3個(gè)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的催化劑為顆粒催化劑或壁載催化劑。
5.按照權(quán)利要求3所述制氫工藝，其特征在于:所述反應(yīng)器的物料預(yù)熱(Ie和Ig)區(qū)域，裝填有熱容較大的多孔介質(zhì)材料，用以提高物料預(yù)熱效果。
6.按照權(quán)利要求3所述制氫工藝，其特征在于:所述反應(yīng)器的催化燃燒(Ib)和預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域內(nèi)均裝填有催化劑，催化劑為顆粒催化劑或者壁載催化劑；催化燃燒(Ib)和預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域內(nèi)的催化劑為同種類型的催化燃燒催化劑或在預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域內(nèi)裝填低溫燃燒活性更佳的催化劑。
7.按照權(quán)利要求3所述制氫工藝，其特征在于:反應(yīng)器內(nèi)部熱量利用合理，放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)、氣化與冷卻之間實(shí)現(xiàn)了較好的熱量耦合，在物料氣化(Ia)和催化燃燒(Ib)區(qū)域之間、重整(Ic)和預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域之間、物料預(yù)熱(Ie和Ig)和變換(If)區(qū)域之間，物流的流動(dòng)方式為并流；在重整(Ic)和催化燃燒(Ib)區(qū)域之間、預(yù)催化燃燒(Id)和物料預(yù)熱(Ie)區(qū)域之間、凈化(Ih)和物料預(yù)熱(Ig)區(qū)域之間，物流的流動(dòng)方式為逆流。
8.按照權(quán)利要求3所述制氫工藝，其特征在于:可燃?xì)怏w天然氣和空氣在進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)之前，首先經(jīng)過各自對(duì)應(yīng)的物料預(yù)熱(Ie和Ig)區(qū)域，經(jīng)過預(yù)熱后的氣體更容易啟動(dòng)催化燃燒反應(yīng)；可燃?xì)怏w天然氣和空氣在經(jīng)過預(yù)熱后，首先進(jìn)入混合分布器(li)，在混合分布器(Ii )內(nèi)，天然氣和空氣一方面可以充分混合，另一方面還可經(jīng)混合分布器(Ii )均勻進(jìn)入預(yù)催化燃燒(Id)區(qū)域。
9.按照權(quán)利要求3所述制氫工藝，其特征在于:可燃?xì)怏w天然氣和空氣的催化燃燒經(jīng)過預(yù)催化燃燒和催化燃燒兩個(gè)階段，天然氣在經(jīng)過預(yù)催化燃燒(Id)和催化燃燒(Ib)區(qū)域后，燃燒尾氣中的天然氣含量在20ppm以下。
10.按照權(quán)利要求3所述制氫工藝，其特征在于:反應(yīng)器出口(14)處的產(chǎn)品氣中，一氧化碳濃度在O-1Oppm之間，能滿足質(zhì)子交換膜燃料電池對(duì)氣源品質(zhì)的要求，直接提供給質(zhì)子交換膜燃料電池，并產(chǎn)出 相應(yīng)的電力。
全文摘要
一種天然氣制氫反應(yīng)器及其制氫工藝，該反應(yīng)器由多個(gè)不同反應(yīng)腔體組合而成，整個(gè)反應(yīng)器包含了重整、催化燃燒、預(yù)催化燃燒、變換、凈化等5個(gè)反應(yīng)區(qū)域和物料氣化、物料預(yù)熱等3個(gè)區(qū)域，提高了反應(yīng)器的緊湊度，降低了反應(yīng)器的加工難度，易于規(guī)模放大；不同反應(yīng)腔體之間物流的流動(dòng)方式以并流和逆流為主，內(nèi)部不同物流之間的能量匹配合理，傳熱效率高。本發(fā)明的反應(yīng)器可以廣泛用于強(qiáng)放熱和強(qiáng)吸熱的耦合反應(yīng)體系，特別適用于1-10kW的燃料電池分布式電源的氫源系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C01B3/38GK103086325SQ20131001455
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者王樹東, 潘立衛(wèi), 倪長(zhǎng)軍, 袁中山, 張騁 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所