[实用新型]高效控温的膜式重整器

说明书

本申请实施例提供了一种高效控温的膜式重整器，属于重整制氢技术领域。高效控温的膜式重整器包括罐体和反应管，罐体具有第一入口和第二入口，第一入口用于输入水蒸气，第二入口用于向罐体内输入甲醇水混合气；反应管内设有呈环形的氢气分离部，氢气分离部沿反应管的轴向延伸，以将反应管内空间分隔为第一反应区和第二反应区，第一反应区与第二入口相通，第一反应区用于进行重整裂解反应，第一反应区与第二反应区部分相通，第二反应区用于进行水煤气反应，氢气分离部用于供第一反应区和第二反应区所产生的氢气分离并导出。这种高效控温的膜式重整器能够稳定产氢，并分离得到高纯度的氢产物，温度控制精确，省去了复杂的控制传感设备。

技术领域

本申请涉及重整制氢技术领域，具体而言，涉及一种高效控温的膜式重整器。

背景技术

为了配合氢燃料电池电堆系统发电的推广应用，需要搭载便携简易可控性强的制氢设备，为电堆提供稳定可靠的氢原料，从而降低总成本，提高电堆适配性。对配合燃料电池的制氢设备需要满足的条件包括，高纯度的氢气以防破坏电堆内催化剂，升降载响应快也就是供氢响应快。除此之外在成本方面需要产氢率高，反应条件宽松，催化剂选择便宜，设备稳定可靠的要求。而普通重整器往往面临最大的问题就是氢气纯度和产率之间的矛盾，还有高温下反应温度控制不好造成催化剂破坏或副产物增多等问题。

实用新型内容

本申请实施例提供一种高效控温的膜式重整器，能够稳定产氢，分离纯度高，温度控制精确，省去了控制传感器的复杂设施。

本申请实施例提供一种高效控温的膜式重整器，高效控温的膜式重整器包括罐体和反应管，罐体具有相对设置的第一入口和第二入口，第一入口用于向罐体内输入水蒸气，第二入口用于向罐体内输入甲醇水混合气；反应管设于罐体内，反应管用于供甲醇水混合气进行重整反应以制氢，高压水蒸气用于提高所述罐体内的环境温度；其中，反应管内设有呈环形的氢气分离部，氢气分离部沿反应管的轴向延伸，以将反应管内空间分隔为第一反应区和第二反应区，第一反应区相较于第二反应区更靠近于反应管的外壁；第一反应区与第二入口相通，第一反应区用于进行重整裂解反应，第一反应区与第二反应区部分相通，以使第一反应区内经过重整裂解反应后的反应气能够进入第二反应区中，第二反应区用于进行水煤气反应，氢气分离部用于供第一反应区和第二反应区所产生的氢气分离并导出，第二反应区的底部连通有反应气排出口。

在本方案中，向罐体中充入的高压高温的水蒸气来控制反应管内重整反应的需求温度，由于水蒸气热力学特性固定易控，可通过水蒸气的压力来控制温度，一方面，因为水的热容大，通过这种方式减小水蒸气用量，减少了传热空间的体积需求，而降低重整设备的体积，另一方面在设定反应管的热交换壁厚度和材质的前提下，反应管的传热系数固定，因此反应管上的催化剂涂层的温度也就被热力学特性固定，反应均匀稳定。由于罐体中的水蒸气均匀分布在反应管外，水蒸气对反应管的传热和接触均匀。同时，通过氢气分离部将反应管内分隔为第一反应区和第二反应区，并且第一反应区为重整裂解反应，需要温度较高，因此位于靠近于反应管外壁的一侧，这样水蒸气对第一反应区的温度提升更高，而位于内侧的第二反应区为水煤气反应，需要温度相对低，因此反应管中的反应气经第一反应区反应后，汇合进入第二反应区，进行水煤气反应，而氢气分离部位于第一反应区和第二反应区之间，产生的氢气源源不断被分离进入氢气分离部。因此通过此种反应管结构并配合水蒸气进行温度控制，使得氢气与杂质的分离选择率可达1000:1，产氢率高，结构简单。

在一些实施例中，第二入口与反应管之间还设有预热管，预热管位于多个反应管所围合的区域内，预热管的外壁与罐体的水蒸气接触，以对预热管内的甲醇水混合气进行预热。

上述技术方案中，预热管的预热温度可由预热管的热交换壁面积和外周的水蒸气压力来决定，水蒸气在罐体中分布的温度是最高的，通过在第二入口与所述反应管之间还设有预热管，利用预热管的外壁与水蒸气接触，用来预热进入反应管前甲醇水混合气，便于后续进入反应管内温度能够顺利提升至需求温度，更利于重整反应的顺利进行。