[发明专利]重整制氢反应器及其制氢方法

说明书

技术领域

本发明涉及小型制氢设备，特别涉及重整制氢反应器及其制氢方法。

背景技术

目前，氢能和燃料电池为本世纪洁净高效的新能源技术，技术难度大、投入成本太高、以及基础设施投入庞大，难以进入市场实际应用。而如果将氢能用作分散型燃料电池电站或小型电源，技术难度和投入将大为减少，其在民用和军用方面有比较广阔的应用需求。

由于质子交换膜燃料电池（PEMFC）需要纯氢作为燃料，但纯氢的运输、储存、加注技术、及设施不能满足分散型电站，尤其是进入家庭使用的要求，因此通过现有的化石燃料的储运附加设施，利用燃料重整制氢的方式与PEMFC联合使用成为国际的通用方法。但是PEMFC燃料电池对重整氢气的质量要求高，有害杂质（如CO）含量要求在ppm级，同时要求制氢系统小型化和具有高的比功率，这就成为燃料电池氢源技术中的关键技术难点。

直接甲醇燃料电池（DMFC）是直接利用甲醇水溶液作为燃料，具有体积小、重量轻、系统结构简单、燃料来源丰富、价格低廉、储存携带方便、安全性高等优点，在手机、笔记本电脑、摄像机等小型民用电源和军事上的单兵携带电源等方面具有极大竞争优势。但DMFC阳极未氧化完全的少量甲醇及电池工作过程中产生部分甲醛、甲酸等随尾气排放出来，造成环境污染。低温下甲醇氧化的电位高，输出电流密度较低，膜电极“三合一”组件长期置于醇水液体中，会使可靠性不断降低，甚至会造成膜脱落。同时，燃料甲醇有穿透(Cross Over)现象，即甲醇穿透电解质膜到达阴极致使输出功率降低的现象近期难以解决。

鉴于最近开发的DMFC的Pt-Ru电极有较强的抗甲醇和CO能力，使用重整气时可以省去CO变换和CO净化系统，将DMFC和甲醇重整制氢技术优势结合起来，有可能开发出新一代高效便携式小型燃料电池。目前，燃料电池氢源系统在小型化以及与DMFC系统一体化应用方面的研究已有了一定的进展。美国太平洋西北国家实验室（PNNL）与Battelle公司合作研制成一种可在战场条件下使用的小型燃料电池系统，其中小型转换器包含有蒸发器、换热器、催化点火器、蒸汽发生器等，可以用于军队使用的各种不同仪器和武器装备中。美国摩托罗拉公司宣布暂时中止面向便携式设备的直接甲醇型燃料电池的开发，转而致力于开发甲醇重整型小型燃料电池（RHFC），但其尚处于研究开发的高度保密阶段。

如果能研发一种小型的利用甲醇来制氢的反应器，将是国内制氢技术的一大突破，为燃料电池提供了可靠的氢源。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供重整制氢反应器及其制氢方法，能利用天燃气制氢，而且体积小、方便移动。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种重整制氢反应器，其包括：燃烧室腔体、重整室腔体、用于输送燃料的燃料输送管、用于输送空气的空气输送管、用于输入原料水的输液管、用于输送天燃气的天燃气输气管、用于输出氢气的氢气出气管、用于加热原料水产生水蒸汽的第一换热器、用于输出水蒸汽的水蒸汽输汽管、用于将天燃气与水蒸汽混合的混合器和用于输送天燃气与水蒸汽的混合气体的混合输气加热管；

所述重整室腔体位于燃烧室腔体中，所述燃烧室腔体具有用于排放燃烧尾气的燃烧尾气出气管，所述输液管通过所述第一换热器与水蒸汽输汽管连通，所述水蒸汽输汽管和天燃气输气管间隔缠绕于所述燃烧室腔体的上部，所述水蒸汽输汽管的出口与天燃气输气管的出口分别与所述混合器的两个入口连通，所述混合器的出口通过所述混合输气加热管与重整室腔体的入口连通，所述重整室腔体的出口连通所述氢气出气管；所述燃料输送管和空气输送管设置于所述燃烧室腔体的上部，所述燃烧室腔体中设置有点火装置。

所述的重整制氢反应器中，所述混合输气加热管包括混合输气管和第二换热器，所述第二换热器的入口与所述混合器的出口连通，所述第二换热器的出口通过混合输气管与所述重整室腔体的入口连通。

所述的重整制氢反应器中，所述第二换热器缠绕于所述氢气出气管上。

所述的重整制氢反应器中，所述第一换热器盘绕于所述燃烧尾气出气管中。

所述的重整制氢反应器中，所述重整室腔体中设置有用于检测反应温度的反应温度探头；所述重整制氢反应器还设置用于调节第一换热器和第二换热器的加热温度的调节装置，所述调节装置连接第一换热器和第二换热器。

所述的重整制氢反应器中，在空气输送管的入口还设置有鼓风装置。

所述的重整制氢反应器中，所述燃烧室腔体的上部设置有用于使燃料均匀分布的燃烧物料分布器。