[实用新型]一种复合重整制氢的设备

说明书

本实用新型公开了一种复合重整制氢的设备，其包括套筒和多个反应管束，反应管束安装在套筒中，套筒的一端布置有多个废气进气口，套筒的另一端布置有多个重整气出气口，反应管束中布置有管束滤网，管束滤网将反应管束内腔分为用于堆积贵金属催化剂的贵金属腔和用于堆积非贵金属催化剂的非贵金属腔，贵金属腔靠近废气进气口，非贵金属腔靠近重整气出气口。反应管束中，前段堆积贵金属催化剂，将大部分废气催化反应重整，后段堆积非贵金属催化剂，将剩余未经重整的废气催化反应。利用贵金属催化剂和非贵金属催化剂的组合来实现提高催化效率、保证催化效果以及降低成本的目的，本实用新型可广泛应用于内燃机燃烧技术领域。

技术领域

本实用新型涉及内燃机燃烧技术领域，特别涉及一种复合重整制氢的设备。

背景技术

目前，将废气-燃料重整再循环(REGR)技术应用于船用天然发动机，该技术可实现天然气发动机在线掺氢燃烧和废热回收，不仅可以改善天然气发动机排放性，而且还提高了发动机的经济性。天然气重整制氢设备是在催化剂的作用下，使天然气经过化学反应后变为氢气，它包括甲烷水蒸气重整、甲烷二氧化碳重整、甲烷催化部分氧化重整和自热重整。

传统的天然气蒸汽转化制氢的催化剂为镍基转化剂，水碳比为3～3.5，反应停留时间为几秒，转化温度820℃，转化压力1.5～3.0MPa。过量的蒸汽用来防止催化剂积碳失活，过量多少取决于天然气与所用催化剂的性质。碱金属(例如钾)、碱土金属(例如钙、镁)通常作为助剂加入到催化剂中，加速碳从催化剂表面除去，反应器出口的典型转化率为90％～92％。但是甲烷蒸汽转化过程中会产生积碳，镍表面生成的碳为碳纤维，镍位于碳纤维顶端，镍催化剂表面碳会破坏催化剂结构，引起转化管压降增大，严重时会堵塞反应管，导致局部管区过热，因此应尽量防止积碳发生。

天然气二氧化碳重整不仅在CO生产方面具有重要意义，而且在处理二氧化碳方面也具有重要意义。研究证实二氧化碳取代重整反应中的水蒸气，反应机理不会发生较大的变化，而且几种负载金属催化剂上的活性实验表明活性变化不大，但积碳更严重，研究表明贵金属催化剂上没有积碳。甲烷蒸汽转化制得的合成气中H₂/CO比例为3～4，而二氧化碳重整制得的合成气为1，适合F-T 合成与甲醇生产等用途。因此甲烷二氧化碳重整制氢受到广泛关注。研究发现，大多数第Ⅷ族过渡金属具有催化活性，其中Ru、Rh、Ir等贵金属是二氧化碳重整的优良催化剂，其催化活性高，抗积炭能力强，热稳定性好。据报道，镍和贵金属是二氧化碳重整的有效催化剂，铝负载的铑催化剂也具有催化活性，在不生成积碳的贵金属催化剂中，铑和铷的无积碳生成选择性最高，这是因为其重整的活性高而积碳生成速率低。对非贵金属的研究表明，活性顺序为Ni＞Co ＞Cu＞Fe，其中，镍催化剂的抗积碳能力较好，而且其活性、选择性与稳定性都较好，因而引起了广泛的关注。

甲烷部分氧化是放热量较小的反应，其能量效率比蒸汽转化高。甲烷直接氧化反应研究困难，且存在爆炸危险，其研究受到一定限制。而还原气氛的气相反应会导致催化剂表面积碳生成，为此催化剂的设计格外重要。研究发现第Ⅷ族过渡金属Fe、Co、Ni和贵金属Pd、Rh、Ru、Pt、Ir对甲烷部分氧化具有催化活性，其中Ni基催化剂活性高、稳定性好、成本低，对它的研究最为广泛。据报道，利用贵金属Rh负载的蜂窝陶瓷上甲烷部分氧化重整甲烷已完全转化 H₂与CO的选择性都在95％以上。

自热反应器提供一种新的高效的化学反应热量集成方法。它将反应混合物用作加热或冷却介质，而反应器作为热交换器。研究表明，对相同负载量的催化剂，催化剂活性顺序为Rh＞Pd＞Ni＞Pt＞Co。

由此可见，贵金属催化剂的活性、选择性、稳定性以及催化剂表面积碳情况，都好于非贵金属催化剂。但是，贵金属使用成本大，资源稀少，价格昂贵，会造成资源浪费。

实用新型内容

为解决上述技术问题中的至少之一，降低贵金属催化剂的使用成本，提高重整效率，本实用新型提供一种复合重整制氢的设备，所采用的技术方案如下：