[发明专利]一种天然气制富氢合成气电热蒸汽重整炉

说明书

本发明公开了一种天然气制富氢合成气电热蒸汽重整炉，属于电能天然气制氢技术领域。该天然气制富氢合成气电热蒸汽重整炉自外向内包括重整炉外壳、保温层和重整炉承压壳体；所述重整炉承压壳体内沿轴线方向设置多个反应段，各反应段内均沿竖直方向固定有金属电阻发热板，重整炉承压壳体内还填充有催化剂；各反应段的金属电阻发热板还均与温度控制单元和供电设备电连接。本发明天然气制富氢合成气电热蒸汽重整炉的炉内反应温度控制精确，可避免局部高温问题，提高了重整炉的寿命，同时可适用于风电、光伏发电等大规模消纳制氢并实现长时储能。

技术领域

本发明涉及电能与天然气制氢技术领域，具体涉及一种天然气制富氢合成气电热蒸汽重整炉。

背景技术

可再生能源近年来发展迅速，装机容量大大提升。但是可再生 能源具有波动性、地域性、随机性等特点使得大量可再生电能无法 被消纳，造成严重的弃风、弃光现象。氢能因其良好的性质得到了 各界的广泛关注，而将可再生电能与氢能相结合，有效实现可再生能源的消纳。

电解水制氢为目前的主要结合可再生能源于氢能的方式之一，然而其低效率、高成本、小规模等问题使其目前未在工业上大规模运用。目前世界上主流的制氢方式为天然气水蒸气重整工艺，相比于其他方式技术更加成熟、成本更少，得到了广泛应用。其过程中使用天然气燃烧提供反应热量，造成额外碳排放的同时热量也并不能充分利用。此外传统天然气水蒸气重整制氢规模巨大，难以适应广泛的可再生能源消纳工作。另外，工业广泛应用的炉型为顶烧炉，结构不完全对称，燃烧器和烟道存在使得系统复杂程度进一步提高，操作中难以保证各炉管受热均匀，从而影响设备寿命以及制氢效率，为设备安全运行带来隐患。

申请号为CN201610885116.7的专利公开了一种蒸汽重整炉及使用方法，通过布置多排催化剂管，及燃料、空气等进出管路设置在炉底，从而实现紧凑布置减少热损失，便于操作的目的。但是燃烧带来的碳排放以及排烟热损无法避免，管内温度难以实行均匀，容易造成重整炉局部高温，使得热应力不均匀从而影响重整炉寿命，且重整炉体型庞大。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种天然气制富氢合成气电热蒸汽重整炉，目的之一在于将电能引入天然气水蒸气重整制氢炉中，实现可再生电能的消纳，避免弃风、弃光现象。本发明的目的之二在于改变现有天然气重整炉以天然气为原料燃烧来提供热量的现状，使得CO₂排放减少。本发明的目的之三在于提供小型、紧凑的天然气制氢装置。通过波纹板型电阻的引用，使得炉管内温度均匀，同产量下反应体积大大减少，适合分布于风能光能资源富足地区的小规模氢能生产。

本发明提供了一种天然气制富氢合成气电热蒸汽重整炉，重整炉自外向内包括重整炉外壳、保温层和重整炉承压壳体；所述重整炉承压壳体内沿轴线方向设置多个反应段，各反应段内均沿竖直方向固定有金属电阻发热板，重整炉承压壳体内还填充有催化剂；各反应段的金属电阻发热板还均与温度控制单元和供电设备电连接。

较佳地，温度控制单元包括控制器以及与控制器信号连接的多个温度传感器，各温度传感器位于重整炉承压壳体内用于检测各反应段的温度；各反应段均设置三相调压器，各三相调压器与对应反应段的金属电阻发热板电连接；所述控制器还与各三相调压器电连接；

各反应段温度传感器获取温度，并将信号传输至控制器，控制器根据温度大小调节各反应段对应的三相调压器来控制各段金属电阻发热板的功率大小，温度低于设定值时调高三相调压器的输出电压，温度高于设定值时降低三相调压器的输出电压。

较佳地，金属电阻发热板包括金属电阻发热折板以及多个肋片，所述金属电阻发热折板为螺旋型或S型，所述金属电阻发热折板通过固定装置固定在重整炉承压壳体内，多个肋片分布在金属电阻发热板的各侧面。

较佳地，重整炉承压壳体的入口端还连接有绝缘管道，所述绝缘管道通过法兰和重整炉承压壳体连接，其中法兰之间装有绝缘密封圈，并通过绝缘螺栓连接。

较佳地，金属电阻发热折板和肋片分别由铁铬合金制成。