[发明专利]一种基于太阳能热电综合利用的甲醇重整制氢反应器

说明书

本发明公开了一种基于太阳能热电综合利用的甲醇重整制氢反应器，包括通过管路依次串联的原料箱、泵、气化装置、主反应装置、气体处理装置和气体储存装置；所述气化装置包括气化管、缠绕于所述气化管外的线圈Ⅰ、光伏发电板Ⅰ和用于控制光伏发电板Ⅰ产生的电能输入所述线圈Ⅰ的电磁控制器Ⅰ；所述主反应装置包括主反应管、用于将太阳光聚集于所述主反应管的聚光板、涂覆于所述反应管冷点位置的金属颗粒、用于对所述金属颗粒进行感应加热的线圈Ⅱ、光伏发电板Ⅱ和用于控制光伏发电板Ⅱ产生的电能输入所述线圈Ⅱ的电磁控制器Ⅱ；本发明的反应器即能改善反应中温度的分布，并且还可以动态调整温度的情况，提高反应效率，优化能量利用情况，提高氢气的产率等优点。

技术领域

本发明涉及太阳能光电光热甲醇重整技术领域，具体是一种基于太阳能热电综合利用的甲醇重整制氢反应器。

背景技术

太阳能是一种一次能源，用其发电要解决并网，输电等难题。氢气由于其能量密度高便于运输等优点如今被广泛应用于工业与生活中，所以利用太阳能催化甲醇重整制氢是现阶段合理利用太阳能的一种重要方式。太阳能甲醇重整制氢属于太阳能热化学制氢，燃料重整是一个发生在重整器内部的非均相催化反应的过程。来自于主流体的反应物分子经外扩散后吸附到催化剂颗粒表面，再由外到内扩散至催化剂活性位迅速发生催化反应。但是重整反应的速度远高于分子扩散的的速度，这样便造成重整器入口处任一分子团内的绝大多数分子在床层的入口处便发生了化学反应，而到达床层中后部的分子数量急剧下降。这造成许多催化剂未能发挥其催化作用，反应物就已经流出了反应器，从而降低了催化剂的使用效率。更为重要的是甲醇水蒸汽重整是强吸热过程，这必然使得入口处反应的吸热量增加。由于反应器传热限制(如催化剂颗粒与反应器壁面、催化剂颗粒间的接触热阻等)，反应的吸热量不能得到足够的供给，于是吸热反应造成温度降低，形成冷点，在整个床层内出现了温度梯度，且在入口处的温度梯度最大。在此温度梯度作用下，致使部分催化剂甚至大部分催化剂的温度不能达到最佳操作温度。催化剂活性得不到充分发挥，进一步降低了催化剂的有效利用率，从而影响制氢效率。此冷点温度梯度最终导致催化剂的稳定性和寿命下降，且危及反应器材料。

发明内容

为弥补上述现有技术的不足，本发明提供一种基于电磁感应加热的太阳能重整制氢反应器。它即能改善反应中温度的分布，并且还可以动态调整温度的情况，提高反应效率，优化能量利用情况，提高氢气的产率等优点，因而是一种理想的甲醇重整反应器。

本发明的基于太阳能热电综合利用的甲醇重整制氢反应器，包括通过管路依次串联的原料箱、泵、气化装置、主反应装置、气体处理装置和气体储存装置；所述气化装置包括气化管、缠绕于所述气化管外的线圈Ⅰ、光伏发电板Ⅰ和用于控制光伏发电板Ⅰ产生的电能输入所述线圈Ⅰ的电磁控制器Ⅰ；所述主反应装置包括主反应管、用于将太阳光聚集于所述主反应管的聚光板、涂覆于所述反应管冷点位置的金属颗粒、用于对所述金属颗粒进行感应加热的线圈Ⅱ、光伏发电板Ⅱ和用于控制光伏发电板Ⅱ产生的电能输入所述线圈Ⅱ的电磁控制器Ⅱ；

进一步，所述金属颗粒外表面涂覆有催化剂涂层；

进一步，所述气化管和主反应管均由保温石棉包裹防止热量散失；

进一步，还包括用于检测所述气化管排出气体温度的测温热电偶Ⅰ，以及用于检测所述主反应管排出气体温度的测温热电偶Ⅱ；

进一步，所述气化管的末端设有三通阀；

进一步，所述主反应管的进气口的口径由前向后逐渐增大，且该进气口内设有用于稳定气体的砂芯；

进一步，所述线圈Ⅰ为环形缠绕线圈，线圈Ⅱ包括多组密度依次减小且相互串联的盘状缠绕线圈；

进一步，所述气化管包括不锈钢内管和铁质外管，其为弯形结构，其进气口的口径由前向后逐渐减小；

进一步，所述聚光板设有多块，其沿主反应管长度方向分布，且聚光板的宽度沿气体流动方向逐渐减小，其聚集的光线为沿主反应管纵向延伸的直线。