[发明专利]一种高效紧凑甲醇制氢反应器

说明书

本发明涉及一种高效紧凑甲醇制氢反应器，巧妙地将甲醇重整反应所需的气化、过热与反应三个化工过程集成在一台设备中，无需过多的反应器及连接管道，加之本发明还利用换热介质气化潜热加热甲醇的气化及反应，并利用换热介质本身的相变回流以实现循环，无需设置外部油泵、油气分离器等设备进行处理，使得本发明提供的高效紧凑甲醇制氢反应器具有体积小巧、结构紧凑、并且内部温度场分布均匀、反应高效、无需借助外部动力便可实现换热介质循环使用等特点，特别适于小型移动式供氢装置应用，完美地解决了现有的制氢工艺所需场地较大的问题，具备很好的实用性。

技术领域

本发明涉及制氢设备技术领域，尤其涉及一种高效紧凑甲醇制氢反应器。

背景技术

氢能是一种来源广泛、清洁无碳、灵活高效、应用场景丰富的二次能源，是推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介，也是实现交通运输、电力、工业和建筑等领域大规模深度脱碳的最佳选择。氢能逐渐成为全球能源技术革命和产业发展的重要方向，也是未来能源绿色转型发展的重要载体。

但是，氢气的安全、高效储存一直是一个世界级难题。目前所有实际可用的储氢或在线制氢技术包括高压储氢、液氢储氢、合金储氢、有机液体储氢等。

高压氢气瓶的主要缺点是储氢密度较低，并且储氢量很难大幅度提高。另外还需要解决阀体与瓶体间接口的泄露问题。大规模运输时以长管拖车为主，经济半径200～300km以内。

液氢储存温度为-253℃，液化过程所需的能耗约是储存氢气热值的50％。此外液氢储存的装料和绝热不完善，氢气日蒸发损失率约2％。因此液氢技术复杂、成本高，运行过程中安全隐患较多，此外国内整个液氢供氢系统基础设施还不健全。

合金储氢优点是储氢压力与温度较为合适，主要问题是合金密度大，质量储氢储氢密度极低(1～2％)，为实现商业化还需解决储罐的体积膨胀、传热、气体流动等问题。

有机液态储氢优点是可以常温常压的储存氢气，质量储氢密度为6％左右，安全性高、储运与补给方便、储氢材料可重复使用。主要问题是释放氢气时需要外界提供大量的高品质热源，占氢气热值的20％以上，反应速率较慢，装置运行时需要较长的冷启动时间，氢气内杂质含量较高，无法直接满足燃料电池的使用要求。

而甲醇具有储氢密度高(12.5wt％)、储运方便等优点，因此甲醇储氢制氢已逐渐成为氢气储运的热点。经过多年的研发，其在技术上已经十分成熟，已经广泛应用于舰船、通讯基站、化工等领域。

例如，中国发明专利202010743795.0公开了一种催化加热耦合甲醇制氢工艺，其借助甲醇催化氧化反应，产生的热量为甲醇制氢系统提供能量。其可以使整个甲醇制氢工艺在常温下启动，不需外源加热启动，不需要额外增加外热源设备。

但是该专利中甲醇制氢反应器为普通的列管结构，并单独设有甲醇的汽化过热器，导热介质需经油气分离器处理后方可循环使用，因此体积较大。

其他的现有的甲醇制氢工艺与上述方案大同小异，虽然可以实现稳定的制氢，然而在应用过程中也暴露出装置体积较大的缺点，在移动式供氢领域应用受限。因此研制高效紧凑型甲醇重整反应器已经成为在移动式供氢应用的关键。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种高效紧凑甲醇制氢反应器，用以解决现有的制氢工艺中，使用的设备占地场地较大的问题。

本发明提供一种高效紧凑甲醇制氢反应器，包括：

重整反应单元，包括反应室、分散板和原料气化管，分散板内置于反应室，并将反应室的内部空间分隔为用于对甲醇进行重整并生成富氢气体的重整腔和气体腔，分散板还开设有连通重整腔和气体腔的多个分散孔；原料气化管内置于重整腔，其包括延伸出反应室的进料端和延伸至气体腔的出气端，用于将液态的甲醇原料气化并将气化后的后的原料通入气体腔；