[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

说明书

本发明涉及一种基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，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和第二催化燃烧流场板构成，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和第二催化燃烧流场板中心位置设置排气孔，流场内表面涂覆燃烧催化剂。本发明的有益效果是：本发明的反应器整体为中间层催化燃烧腔，两侧重整反应腔和高温烟气腔对称交错布置的柱形叠层结构，最外侧设置罩壳用于分布和收集气体，器件集成度高。

技术领域

本发明涉及天然气重整反应器，具体涉及一种基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器及方法。

背景技术

氢气作为一种绿色高效的清洁能源，用途十分广泛，将在我国未来能源体系中占据重要地位。我国天然气资源储备丰富，利用天然气与水蒸气在高温下发生重整反应制取氢气，制氢效率高，与氢气高温应用场景(如高温燃料电池)匹配性好。目前天然气重整反应器一般采用天然气直接燃烧方式供给重整所需热量，如宁波材料所、宁波索福人公司的天然气/甲烷重整器。该方式需要有较大的燃烧空间，不利于器件小型化；燃烧火焰分布不均匀会导致壁面温差较大，对材料耐高温性能(1000℃)要求高，且影响重整效率。若采用催化燃烧方式供热可解决前述问题，但为保证催化剂活性，催化燃烧反应温度相对较低，因此火焰稳定性不高。鉴于此，有必要提出一种可稳定催化燃烧的天然气重整反应器及方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器及方法。

这种基于催化燃烧的天然气重整微通道反应器，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和第二催化燃烧流场板构成，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和第二催化燃烧流场板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和第二重整微通道板在催化燃烧腔两侧对称布置形成，第一重整微通道板和第二重整微通道板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，第一重整微通道板和第二重整微通道板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和第二高温烟气微通道板在重整微通道板外侧布置形成，第一高温烟气微通道板和第二高温烟气微通道板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和第二高温烟气微通道板沿直径方向开狭槽形成高温烟气分布腔；

第一高温烟气微通道板和第二高温烟气微通道板外侧分别布置上端盖和下端盖，下端盖外侧设置罩壳；上端盖焊接第一天然气入口管、第二天然气入口管、空气入口管、水蒸气入口管、烟气废气出口管和重整氢气出口管。

作为优选：流体混合导流板采用平面导流板或螺旋导流板。

作为优选：第一催化燃烧流场板设有对应第一天然气入口管和空气入口管的管道。

作为优选：第一催化燃烧流场板和第二催化燃烧流场板设有对应烟气废气出口管的管道、对应第二天然气入口管和水蒸气入口管的管路以及对应重整氢气出口管的管道。

作为优选：第一催化燃烧流场板和第二催化燃烧流场板上对应设置分隔板形成催化燃烧气体混合腔，流体混合导流板位于催化燃烧气体混合腔内。

作为优选：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和重整气体收集腔。