[发明专利]一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器及反应方法

说明书

本发明提出了一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器及反应方法，属于燃料电池重整制氢技术领域。解决了现有填充床式重整制氢反应器燃料电池尾气无法充分利用，重整反应和催化燃烧过程中壁面受热不均匀、气体流动阻力大、催化剂性能不稳定、转化率低、无法适用于移动设备的问题。反应包括两个催化燃烧腔和重整腔，两个催化燃烧腔对称布置在重整腔的上下两侧，催化燃烧腔和重整腔内均设置有蛇形通道，蛇形通道内填充有催化剂，蛇形通道内催化剂沿反应流体的流动方向粒径逐渐减小，催化燃烧腔和重整腔为逆向流动布置。它主要用于重整制氢反应器。

技术领域

本发明属于燃料电池重整制氢技术领域，特别是涉及一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器及反应方法。

背景技术

燃料电池具有能量转换效率高、噪音低等巨大优势。常见的燃料电池种类有碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池等。其中质子交换膜燃料电池工作温度低、可快速启动而且比功率、比能量密度大，是一种极具优势的燃料电池。

燃料电池需要用到可靠的供氢系统，传统的供氢方式为储氢罐供氢，但这种方式不仅能量密度低而且在质量、安全上也存在明显的不足。因此，目前，使用碳氢化合物重整制备氢有望成为解决这一问题的有效措施。典型的碳氢化合物重整反应制氢可分为三种：水蒸气重整、部分氧化重整和自热重整，其中水蒸气重整制氢可以得到较高纯度的氢气，而且可以在一定程度上抑制结焦现象的发生，是目前的一个研究热点，但该反应是吸热反应，需要外部热源。

对于催化剂的担载方式，目前应用较多的为微流道壁覆盖式、多孔纤维毡/泡沫金属式、填充床式等。但是微流道壁覆盖式，催化效果较差；多孔纤维毡/泡沫金属式，技术尚不成熟；填充床式是目前应用最为广泛，技术最为成熟的一种方式，具有很高的反应效率，但在流动过程中压降较大，且化学反应集中于反应器的入口，导致壁面温度分布不均，造成了催化剂的浪费。同时，传统的填充床式反应为多为固定式填充床重整器，对于移动式设备例如燃料电池车等，会因为设备的移动导致重整器内部的催化剂产生较大的位移，从而导致催化剂分布不均，重整效率较低。

除了供氢方面的问题外，燃料电池虽然清洁环保，但是燃料的利用率不是很高，因此会浪费掉部分高热值的氢气，其次，燃料电池尾气中可燃成分含量低，无法直接燃烧，采用催化燃烧进行尾气处理是一种正在蓬勃发展的技术。

因此，如何提供一种对燃料电池尾气进行充分利用，且重整反应和催化燃烧过程中壁面受热均匀、气体流动阻力小、催化剂性能稳定、转化率高、适用于移动设备的填充床式重整器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器及反应方法，以解决现有填充床式重整制氢反应器燃料电池尾气无法充分利用，重整反应和催化燃烧过程中壁面受热不均匀、气体流动阻力大、催化剂性能不稳定、转化率低、无法适用于移动设备的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种变催化剂粒径的填充床式重整制氢反应器，它包括两个催化燃烧腔和重整腔，所述两个催化燃烧腔对称布置在重整腔的上下两侧，所述催化燃烧腔和重整腔内均设置有蛇形通道，所述蛇形通道内填充有催化剂，所述蛇形通道内催化剂沿反应流体的流动方向粒径逐渐减小，所述催化燃烧腔上开设有催化燃烧腔入口和催化燃烧腔出口，所述重整腔上开设有重整腔入口和重整腔出口，所述催化燃烧腔和重整腔为逆向流动布置。

更进一步的，所述蛇形通道内通过若干个多孔隔板均匀隔开，多孔隔板内放置不同大小的催化剂。

更进一步的，所述多孔隔板的孔径小于催化剂粒径。

更进一步的，所述多孔隔板包括大孔径隔板、中孔径隔板和小孔径隔板，所述大孔径隔板、中孔径隔板和小孔径隔板沿反应流体的流动方向依次均匀布置。

更进一步的，所述大孔径隔板、中孔径隔板和小孔径隔板均为铝制隔板。