[发明专利]一种基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器及方法

权利要求书

1.一种基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，其特征在于：包括催化燃烧腔、重整反应腔和高温烟气腔；

催化燃烧腔主要由对称布置的第一催化燃烧流场板(10)和第二催化燃烧流场板(11)构成，催化燃烧腔流场入口布置流体混合导流板，催化燃烧流场板内侧的流场为蜗壳结构，沿流场方向布置折流板，第一催化燃烧流场板(10)和第二催化燃烧流场板(11)中心位置设置排气孔，流场内表面涂覆燃烧催化剂；

重整反应腔由第一重整微通道板(9)和第二重整微通道板(12)在催化燃烧腔两侧对称布置形成，第一重整微通道板(9)和第二重整微通道板(12)圆周外沿均匀布置四块垂直圆周切线的气腔分隔板，重整微通道板内侧的流场内部布置钝体，沿流体流动方向的两侧面分别布置1/4圆弧腔壁，第一重整微通道板(9)和第二重整微通道板(12)中心位置设有不与重整流场连通的垂直气孔，流场内表面涂覆重整催化剂；

高温烟气腔由第一高温烟气微通道板(8)和第二高温烟气微通道板(13)在重整微通道板外侧布置形成，第一高温烟气微通道板(8)和第二高温烟气微通道板(13)圆周外沿均匀布置四块垂直圆周切线的气腔分隔板，并与重整微通道板的气腔分隔板相对应，温烟气微通道板内侧的流场内部布置钝体，温烟气微通道板的钝体排布方向与重整微通道板的钝体排布方向垂直，沿流体流动方向的两侧面分别布置1/4圆弧腔壁，高温烟气微通道板的圆弧腔壁与重整微通道板的圆弧腔壁的位置错开设置，第一高温烟气微通道板(8)和第二高温烟气微通道板(13)沿直径方向开狭槽形成高温烟气分布腔(17)；

第一高温烟气微通道板(8)和第二高温烟气微通道板(13)外侧分别布置上端盖(7)和下端盖(14)，下端盖(14)外侧设置罩壳(15)；上端盖(7)焊接第一天然气入口管(1)、第二天然气入口管(3)、空气入口管(2)、水蒸气入口管(4)、烟气废气出口管(5)和重整氢气出口管(6)。

2.根据权利要求1所述的基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，其特征在于：流体混合导流板采用平面导流板或螺旋导流板。

3.根据权利要求1所述的基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，其特征在于：第一催化燃烧流场板(10)设有对应第一天然气入口管(1)和空气入口管(2)的管道。

4.根据权利要求1所述的基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，其特征在于：第一催化燃烧流场板(10)和第二催化燃烧流场板(11)设有对应烟气废气出口管(5)的管道、对应第二天然气入口管(3)和水蒸气入口管(4)的管路以及对应重整氢气出口管(6)的管道。

5.根据权利要求1所述的基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，其特征在于：第一催化燃烧流场板(10)和第二催化燃烧流场板(11)上对应设置分隔板形成催化燃烧气体混合腔(18)，流体混合导流板位于催化燃烧气体混合腔(18)内。

6.根据权利要求1所述的基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，其特征在于：高温烟气微通道板两侧的圆弧腔壁外侧对应的腔室分别为重整气体分布腔(19)和重整气体收集腔(20)。

7.根据权利要求1所述的基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，其特征在于：重整微通道板两侧的圆弧腔壁外侧对应的腔室分别为烟气收集腔A(21)和烟气收集腔B(22)。

8.根据权利要求1所述的基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，其特征在于：下端盖(14)对应烟气收集腔A(21)和烟气收集腔B(22)下方开有两孔，其中位于烟气收集腔A(21)下方的孔对应催化燃烧流场板上的烟气回流管(16)，位于烟气收集腔B(22)下方的孔洞对应烟气废气出口管(5)。

9.根据权利要求1所述的基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，其特征在于：罩壳(15)与下端盖(14)之间留有缝隙。

10.一种如权利要求1所述的基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、天然气和空气分别通过第一天然气入口管(1)和空气入口管(2)进入催化燃烧腔入口，在催化燃烧气体混合腔(18)中混合后流入催化燃烧腔的蜗壳结构流场进行催化燃烧反应；

S2、催化燃烧反应生成的高温烟气从催化燃烧腔中心的排气孔向上下两侧扩散进入高温烟气分布腔(17)，在此处进行气体分布后流入高温烟气腔换热，然后排入烟气收集腔A(21)和烟气收集腔B(22)，其中烟气收集腔A(21)中的烟气经烟气回流管(16)进入罩壳(15)底部空间，然后上行进入烟气收集腔B(22)并与烟气收集腔B(22)中的烟气汇合后一同从烟气废气出口管(5)排出；

S3、用于重整反应的天然气和水蒸气分别通过第二天然气入口管(3)和水蒸气入口管(4)进入重整气体分布腔(19)，在该处进行气体混合和分布后流入重整反应腔，吸收高温烟气腔及催化燃烧腔传导过来的热量后发生重整反应，生成气排入重整气体收集腔(20)后从重整氢气出口管(6)排出。