[发明专利]一种耦合式富氢燃料重整制氢系统有效

专利信息
申请号: 200810301922.0 申请日: 2008-06-02
公开(公告)号: CN101597028A 公开(公告)日: 2009-12-09
发明(设计)人: 肖钢;周帅林 申请(专利权)人: 汉能科技有限公司
主分类号: C01B3/34 分类号: C01B3/34
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 102209北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 耦合 式富氢 燃料 重整 系统
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种富氢燃料重整制氢系统,具体地讲涉及一种耦合式富氢燃料重整制氢系 统。

背景技术

分布式发电技术具有能量利用效率高(>80%)、可利用各种可再生能源、可满足特殊场合 和能源多样化的需求,可同时提供冷能或者热能,实现能源的综合梯级利用、安全稳定、没 有配电损耗、安装成本低、适于遥控和监测等特点,是21世纪传统发电方式的重要补充和最 重要的能量利用方式之一。

燃料电池热电联供系统综合可以应用于家庭、社区、医院、商务楼等场所的电力供应和 热水供应,或者是大规模的分布式电站,是一种在世界范围内引起广泛关注的分布式发电技 术,在欧美和日本有示范的分布式电站在运行。

富氢燃料重整制取氢气是燃料电池分布式热电联供系统中关键的一项H2燃料供给技术。 富氢燃料包括醇、醚、天然气、汽油和柴油等。目前研究比较成熟的是甲醇和天然气的重整 制氢技术。

专利EP1650159发明了一种天然气水蒸气重整制氢系统,该系统采用了一体筒式结构, 由点火燃烧单元、天然气水蒸气重整制氢单元、CO高低温变换反应单元和CO净化脱除单元构 成,具有能量利用效率高的特点,但是该系统在催化反应单元的温度调节方面缺乏一定的灵 活性,同时热量不能及时在颗粒催化剂床层及时传递。专利CN1284721发明了一种甲醇水蒸 气重整制氢系统,该系统中重整反应器采用了板翅式结构,耦合了催化燃烧供热、蒸发和重 整反应等过程,具有高效、紧凑的优点,但是该系统在启动阶段,催化燃烧单元采用H2作为 燃料,这样就需要另外储存H2。同时催化燃烧单元有可能存在局部燃料和氧化剂(空气或氧 气)集中的现象,这样就有可能局部由于催化燃烧反应剧烈放出大量的热量,使较薄的翅片 被烧穿。专利CN2668600也利用了板翅式的重整反应器,并且使用板翅式的热交换器,但是 对于供热装置,该专利采用加热器,温度的控制和调节不够灵活,且无法保证反应器和换热 器使用的安全性,较薄的翅片还是容易被烧穿,另外,整个系统的设计相对于能量的充分利 用来说,还有提高的余地。专利CN100341189发明了一种重整器结构,包括了重整单元和热 源单元,但是对于能量的二次利用没有完善的方案,另外其重整器内部结构也没有使能量得 到充分的利用。

发明内容

本发明提供的耦合式富氢燃料重整制氢系统,结构合理,换热安全,系统紧凑,对催化 反应单元的温度进行很好的控制,调节灵活,能量利用率高,系统稳定、可靠,可以广泛应 用于水蒸气重整或自热重整过程。

为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:

一种耦合式富氢燃料重整制氢系统,包括供热单元、CO净化脱除单元,所述系统还包括 耦合重整反应器,所述耦合重整反应器内部为板翅式结构,包括换热区、换热反应区,原料 翅片管路贯穿换热区和换热反应区,另外,可以优选换热区的原料翅片管路与换热反应区的 原料翅片管路之间以管路连通,管路上设有气体均匀分布器;原料翅片管路的出口与CO净化 脱除单元入口连通,CO净化脱除单元出口通过换热器与燃料电池的氢气入口相通;以富氢燃 料和空气或氧气燃烧提供热量的供热单元与耦合重整反应器的换热区入口连通,换热区出口 与换热反应区的入口连通,可以实现高温尾气的二次换热,充分利用热量,系统设计更加合 理。

所述换热反应区装有重整反应催化剂。

所述换热区的原料翅片管路入口处设有气体均匀分布器。

所述富氢燃料为甲醇、甲烷、二甲醚、氢气、乙醇、天然气、城市煤气、液化石油气、 汽油、煤油或柴油。其中氢气为系统稳定运行后燃料电池阳极出口的尾气,这样可以使能量 能到充分的利用。

所述供热单元为用以燃烧供热的燃烧器。

所述燃烧器为催化燃烧器或点火燃烧器,所述燃烧为催化或点火燃烧。

所述供热单元与耦合重整反应器之间设有气体均匀分布器。

所述原料为富氢燃料和水,所述富氢燃料为甲醇、甲烷、甲醇溶液、二甲醚、乙醇、天 然气、城市煤气、液化石油气、汽油、煤油或柴油。

所述原料为天然气时,在耦合重整反应器与CO净化脱除单元之间设有CO变换反应单元 ,包括高、低温变换反应器、分别设于高、低温变换反应器入口的换热器。

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