[发明专利]一种富氢燃料重整制氢系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种富氢燃料重整制氢系统，具体地讲涉及一种分体换热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。

发明内容

本发明提供的富氢燃料重整制氢系统，结构合理，既可以避免板翅烧穿的现象，也可以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：

一种富氢燃料重整制氢系统，包括供热单元、原料加热换热器、重整器、CO净化脱除单元，所述重整器为换热与重整反应同时进行的板翅式反应器，包括换热通道和反应通道；重整器的反应通道与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重整器的换热通道连通，原料管路与重整器的反应通道通过原料加热换热器连通，重整器换热通道出口与原料加热换热器连通，重整器换热通道出口的高温尾气通过所述原料加热换热器换热后排空，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。

所述重整器的反应通道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、煤油或柴油等。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，所述供热单元与重整器之间设有气体均匀分布器。

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，在重整器与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。

原料管路进入原料加热换热器之前的一段与各换热器的冷料入口并联连通，各换热器的冷料出口均并联进入原料加热换热器与重整器之间的原料管路，可以充分的利用每道换热工序后的余热，为重整反应补充提供热量。

CO净化脱除单元包括至少一组CO脱除反应器，CO脱除反应器的入口设有换热器。

所述CO脱除反应器为CO选择性氧化反应器或CO甲烷化反应器。

所述板翅式反应器中翅片间隔为0.5-12mm，反应通道的翅片间隔优选为0.5-3mm，便于装填相应粒径的颗粒催化剂，换热通道的翅片间隔优选为0.5-1mm，可以提高换热的效率。