[实用新型]一种高压三相电热天然气蒸汽重整炉

说明书

本实用新型公开了一种高压三相电热天然气蒸汽重整炉，属于电气化天然气制氢技术领域。本实用新型上端为入口端，下端为出口端，出入口端通过法兰连接外部管路，所述重整炉自外向内包括外壳、绝热保温层和承压炉腔；所述重整炉承压炉腔沿轴线方向设置多个三相电加热器，三相电加热器固定有金属肋片，金属肋片上附着有催化剂；三相电加热器由三相调压器供电，三相电热管上固定有温度传感器，温度传感器和三相调压器连接在控制器上。本实用新型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，同时可实现风电、光伏发电等波动电能下的变负荷运行，进行大规模的可再生能源消纳。

技术领域

本实用新型涉及电能与天然气制氢技术领域，具体涉及一种高压三相电热天然气蒸汽重整炉。

背景技术

随着环境问题逐渐受到人们的重视，风电光电等可再生能源装机容量大大提升。但是由于风能光能等自然资源波动性的因素，大量可再生电能无法被消纳，造成严重的弃电现象。氢能由于其能量密度高，清洁等优势成为优秀的能量载体，将波动的可再生电能与氢能相结合，不仅可有效实现对富余可再生能源的消纳，同时可向建筑、交通、工业等领域提供清洁燃料。

可再生能源结合电解水制氢为目前的耦合方式之一，然而其低效率、高成本、小规模等问题限制了其规模化运用，电解水制氢目前在全球氢能生产占比中只占到4％。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有成本低、效率高、技术成熟等优势。该过程中使用部分天然气燃烧提供反应吸热，造成额外碳排放的同时带来大量的排烟热损失。此外，燃烧加热难以保证各炉管受热均匀，会发生局部过热导致积碳等问题，甚至影响设备寿命，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高压三相电热天然气蒸汽重整炉，以克服现有技术存在的缺陷，本实用新型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。本实用新型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。本实用新型的目的之三在于提供高功率密度的天然气制氢装置。通过三相电加热器的引入，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。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高压三相电热天然气蒸汽重整炉，包括自外向内设置的外壳、绝热保温层和承压炉腔，所述承压炉腔中设置有一个或多个三相电加热器；

当设置多个三相电加热器时，多个三相电加热器沿竖直方向设置在承压炉腔中，且多个三相电加热器将承压炉腔划分为多个反应段，反应物流在炉内流动方向与三相电加热器垂直；

当设置一个三相电加热器时，采用单反应段加热方式，三相电加热器竖直设置在承压炉腔中，反应物流在炉内流动方向与三相电加热器平行；

所述三相电加热器上固定有若干金属肋片，所述三相电加热器通过密封法兰固定在承压炉腔上，且三相电加热器通过接电座连接至设置在外壳外侧的三相调压器；重整炉入口设有入口管，出口设有出口管。

进一步地，还包括控制器和用于检测各反应段和重整炉出口温度的温度传感器，所述温度传感器与控制器信号连接，所述控制器与三相调压器连接。

进一步地，所述出口管通过管道法兰与原料管相连，所述原料管上设置有电磁阀，所述电磁阀与控制器相连。

进一步地，所述三相调压器通过高压接电座连接外部高压电，三相调压器通过接电座将三相电以三角形连接方式连接至三相电加热器。