[发明专利]利用蒸气重整反应的氢气产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用蒸气重整反应产生氢气的装置，并且更具体地说，涉及借助蒸气重整反应利用烃(碳氢化合物)原料产生氢气的结合有热交换器的氢气产生装置，其中，在各个填充有催化剂的反应管与原料配送器或重整后气体配送器之间安装有使原料的供应压力下降的降压装置，从而人为地使压降大到足以消除由催化床导致的压降不均匀的影响，由此可以防止将烃原料不均一地配送至反应管或防止不均匀地排出含氢气的重整后气体。

背景技术

通常，燃料电池是这样一种发电系统：其通过氢气和氧气之间的电化学反应来将化学能转换为电能，从而产生电和作为副产品的水。

由于这种燃料电池具有优良的能量效率，因此人们期望用这种燃料电池来代替内燃机，因而可以认为必须实现稳定的氢气供应才能在不远的将来使用燃料电池作为替代能源。

为燃料电池供应氢气的方法包括通过电解水产生氢气的方法、以及通过利用蒸气对含氢的原料进行重整(蒸气重整反应)而产生氢气的方法。

这里，可以使用包括天然气、LPG(液化石油气)、石脑油、挥发油和煤油在内的多种烃作为原料。

此外，蒸气重整反应在高温且存在催化剂的情况下发生。

因此，需要在发生蒸气重整反应的位置使用催化剂，并且必须提供蒸气重整反应所需的热能。

在现有技术中使用了这样的方法：即，在单独的位置产生蒸气重整反应所需的热能，并随后将生成的热能传递至氢气产生装置。然而，这种方法具有使用不便和管理困难的问题。

因此，近年来，氢气产生装置的内部由管状金属件或板状金属件分为两个部分，从而可以将一个部分用作蒸气重整部分(重整部分)，并将另一部分用作用于产生蒸气重整反应所需的热能的部分(燃烧部分)。

也就是说，通过将在燃烧部分中产生的热能传递至重整部分(蒸气重整部分)而向氢气产生装置传递蒸气重整反应所需的热能。

这里，在多数情况下，重整部分中的催化剂位于小直径的催化反应管中，并且根据氢气产生装置的容量和尺寸围绕热源对称设置多个催化反应管。

然而，在根据现有技术的这种氢气产生装置中，原料配送不均一的可能性较高。如果发生了原料配送不均一的情况，那么原料供应量较小的反应管会由于反应热没有被吸收而温度升高，从而由于高温变形而导致发生异常现象。下面将对此进行详细描述。

在将由诸如球状丸或圆柱状丸等颗粒构成的催化剂填入反应管的过程中，催化剂颗粒是随机填入的，结果，不可避免地，在各个催化反应管之中，催化床的前端和催化床的后端之间的压力差是不同的。

上述由催化床引起的压降不均匀导致流经反应器的流体的量不同。

在本发明所属技术领域中众所周知的是在填充有催化剂的反应器中存在压降，例如，如欧根公式(Ergun Equation)所示的压降。

本发明的目的在于人为地造成相当于由催化床引起的压降的数倍的压降，从而使在整个反应器的总压降之中由催化床引起的压降的影响最小，由此防止各个反应管中的流量不均匀。

与本发明相似的在先日本专利示出了以下实例：其中，设置直径为0.4mm的孔作为降压装置，以使氢气产生装置的各个反应管中的 流量均匀。

发明内容

【技术问题】

然而，在该在先日本专利中，需要对孔进行精密加工，并且孔的性能受到在催化床的前端产生的灰尘的影响的可能性较高。另外，由于热分布不均匀以及高温操作过程中的热膨胀，会导致孔的尺寸改变。因此，可以预见到，孔的性能不能满足期望。

因此，为了解决现有技术中产生的上述问题而做出本发明，并且本发明的目的在于降低供应至各个反应管的原料的供应压力，从而防止将原料不均一地配送至反应管，并且同时抑制反应管中的异常温度上升，从而可以实现平稳地产生氢气。

本发明的一个目的在于提供一种利用蒸气重整反应产生氢气的装置，在该装置中，在各个填充有催化剂的反应管与原料配送器或重整后气体配送器之间安装有用于降低原料的供应压力的降压装置，从而人为地使压降大到足以消除由催化床引起的压降不均匀的影响，由此可以防止将烃原料不均一地配送至反应管，或防止含有氢气的重整后气体不均匀地排出。

本发明的另一目的在于提供一种用于氢气产生装置的降压装置，该降压装置易于制造和安装，能够容易地控制压降的程度，受反应管中产生的灰尘的影响不大，并且可以弹性地应对由高温操作导致的热变形。

本发明的另一目的在于提供一种利用蒸气重整反应产生氢气的装置，该装置能够抑制某些反应管中的异常温度上升，从而能平稳地产生氢气，并提高装置的操作安全性。

【技术方案】