[发明专利]重整制氢装置及重整制氢方法

说明书

本发明提供了一种重整制氢装置及重整制氢方法。该重整制氢装置包括第一反应管、第二反应管、原料通道、产品气通道。本发明还提供了一种重整制氢方法，其是在上述重整制氢装置上进行的。本发明提供的重整制氢装置采用自热重整与一氧化碳脱除联用的技术，相比于常见的集成有燃烧室的蒸汽重整制氢反应器，具有简化反应器内部结构、缩小装置体积、提高系统热效率、缩短启动时间等优点；该装置产生的富含氢气的产品气无需额外纯化，能够直接满足各类燃料电池系统，尤其是低温质子交换膜燃料电池的运行要求，从而实现原位制氢反应装置与氢燃料电池堆的高效耦合。

技术领域

本发明涉及重整制氢领域，尤其涉及一种可与氢燃料电池直接联用的重整制氢装置及重整制氢方法。

背景技术

燃料电池是近年来新兴的一种高效电化学电源装置，其发电效率高，运行平稳、无噪声，清洁环保，在交通、建筑、军事、通讯等领域均具有广阔的应用前景。燃料电池种类繁多、技术路线多样。其中，质子交换膜燃料电池以其功率密度高、工作温度低、启动性能好、技术较成熟等优点，在中小型固定式电源、电动交通等行业成为主流，尤其是近年来新能源产业的迅猛发展使之占据了燃料电池市场约90％的主要份额。然而，随着近年来燃料电池汽车商业化进程的不断推进，与之相配套的超纯氢来源、成本及加注设施问题日益凸显，供氢问题亟待解决。

制氢技术的关键在于保证氢气品质、提高生产效率、降低产品成本、减小运行维护难度、扩大氢气供给范围等方面。目前，在化学制氢、电解水制氢、生物制氢这三种常见制氢方法中，以蒸汽重整为代表的化学制氢占主导地位，其原料涵盖天然气、醇、石油气、二甲醚、汽柴油等。其中，天然气重整制氢技术最为成熟、工业应用最多，其较高的反应温度更适合用作固定电源或热电联供设备；甲醇重整制氢反应温度较低，工艺过程简单、能耗低，且甲醇原料廉价易得、能量密度高、含氢量高，便于储存和运输，适宜作为模块式或移动式制氢装置用于备用电源、电动交通等领域。

氢能的大规模应用推广需要一套完整的制氢与燃料电池系统解决方案，而燃料电池用氢的原位制备是一条理想的技术路线。原位制氢燃料电池系统的研发涉及高效制氢催化剂开发、小型化反应器研制、燃料电池堆测试与控制、以及原位制氢燃料电池系统集成等四个主要方面。其中，小型化制氢反应器是实现与燃料电池高效集成的关键。制氢系统的小型化改造需要对不同工况下多段关联反应进行高效耦合；而燃料电池，尤其是低温质子交换膜燃料电池对氢气品质苛刻要求，燃料气中杂质气体浓度必须严格限制。这些因素使得一体化反应器设计成为继高效制氢催化剂之后小型化制氢技术的又一重点和难点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种重整制氢装置及重整制氢方法。该重整制氢装置采用自热重整制氢与一氧化碳脱除联用技术，具有一体化、小型化的特点，且产生的氢气可以直接向各类燃料电池系统提供，无需额外纯化。

为了达到上述目的，本发明提供了一种重整制氢装置，包括第一反应管、第二反应管、原料通道、产品气通道，其中：

所述第二反应管位于第一反应管的内部；

所述第一反应管和第二反应管之间的空间为第一反应腔、用于进行燃烧反应和重整制氢反应；所述第二反应管围成的空间为第二反应腔、用于脱除一氧化碳，所述第一反应腔与第二反应腔连通；

所述原料通道的出口与第一反应腔连通，所述产品气通道的入口与第二反应腔连通，所述原料通道和产品气通道相接触以实现原料与产品气之间的热交换；

所述原料通道的入口处设有进料口，所述产品气通道的出口处设有产品气出口。