CN113476996A - 一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法 - Google Patents

一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法，采用独立的混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、反应腔室、杂质气体出气腔室，同时在内部完成重整和氧化供热；引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入；引入杂质气体过滤膜管，完成重整进气中主要成分和杂质气体的分离，具有以下特点：去除重整进气中含碳杂质气体，使出气中高热成分和氢含量提高，提升后段燃烧设备和燃料电池的能量利用速率，减少积碳和二氧化碳排放；独特的催化加热，分散的热源加热均匀充分且更节能；引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入；集成度高，体积小，具有更广的应用范围。

Description

一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法。
背景技术
现有天然气、液化石油气等气体燃料的利用普遍采用直接燃烧或燃料电池发电方式来利用，尤其是第三代燃料电池(SOFC)应用可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料，大大扩大了应用范围，相对于传统燃烧方式具有热效率高和污染小的优点。
本发明的发明人发现的：直接开采出的矿物天然气是以甲烷等烃类为主混合气体，液化石油气成分更为复杂，共同特点是气体中CO2含量高，导致热值和发电效率低。现有技术针对以CO2为主要杂质气体的烃类气体提纯，多采用降温冷凝法、重整制甲醇法和膜提纯法。降温冷凝法去除CO2需要耗费大量的能量；重整制甲醇法制备的甲醇无直接用于燃料电池，大大限制了其应用范围；膜提纯法往往需要高温环境，且加热均匀性难以控制，对反应设备和加热介质选择提出了很高的要求，因而难以广泛应用。
发明内容
为解决背景技术中提及的至少一个问题，本发明基于天然气等膜提纯法提出一种燃气高效利用双膜重整器，较好的解决了现有技术中能耗高、加热均匀性差的问题，提高了能量利用效率，同时和燃料电池具有更好的匹配性。
一种燃气高效利用双膜重整器，包含混合氧化气体进气口、混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、氧化余气出气口、氧化气体过滤膜管、重整气体进气口、重整气体出气口、反应腔室、杂质气体出气腔室、杂质气体出气口和杂质气体过滤膜管；
所述混合氧化气体进气腔室为所述混合氧化气体收集暂存空间；所述氧化余气出气腔室为所述氧化余气收集暂存空间；所述杂质气体出气腔室为所述杂质气体收集暂存空间；所述反应腔室为所述氧化气体和所述重整气体反应场所；
所述氧化气体过滤膜管用于分离所述混合氧化气体中氧化气体和惰性组分，至少包含两个敞开端；
所述杂质气体过滤膜管用于收集并分离所述反应腔室内杂质气体，至少包含一个敞开端和一个封闭端。
所述氧化余气出气腔室与所述反应腔室密封连接并与所述氧化气体过滤膜管和所述氧化余气出气口联通；所述混合氧化气体进气腔室与所述反应腔室密封连接并与氧化气体过滤膜管和所述混合氧化气体进气口联通；所述杂质气体出气腔室与所述反应腔室或所述氧化余气出气腔室密封连接，并与所述杂质气体过滤膜管敞开端联通；所述杂质气体过滤膜管封闭端处于所述反应腔室内部；所述重整气体进气口、所述重整气体出气口与所述反应腔室分别联通，并分别处于所述反应腔室长径方向远腔室中心两端。
所述反应腔室还包含反应催化剂；所述反应催化剂分布于所述氧化气体过滤膜管和所述杂质气体过滤膜管外部。
所述反应催化剂包含甲烷重整催化剂、甲烷氧化催化剂和甲烷重整氧化催化剂一种以及上组合。
所述混合氧化气体同时包含氧气、臭氧、分子式NxOy、分子式CxOy中一种及以上的组合一和氮气、氦、氖、氩、氪、氙中一种及以上的组合二；所述x、y为任一正有理数。
所述重整气体包含分子式CaHbOc物质一种及以上的组合三；包含分子式CdHeOfNgPhSiFjClk物质一种及以上的组合四；所述a、b为≥1自然数；c、d、e、f、g、h、i、j和k为≥0自然数，反应温度600℃-900℃。
一种燃气高效利用双膜重整器系统，包含所述双膜重整器、温度测量装置、控制模块、加热装置、重整气体出气口组分检测装置、重整气体进气泵、重整气体进气阀门、混合氧化气体进气泵和混合氧化气体进气阀门；
所述温度测量装置包含多个温度探头位于所述双膜重整器内部均匀分布的若干点；
所述重整气体出气口组分检测装置用于检测所述重整气体出气成分变化；
所述重整气体进气泵作为重整气体进气动力源并调节重整进气量；
所述重整气体进气阀门作为重整气体进气开关；
所述混合氧化气体进气泵作为混合氧化气体体进气动力源并调节混合氧化气体进气量；
所述混合氧化气体进气阀门作为混合氧化气体进气开关；
所述加热装置为双膜重整器外置或双膜重整器内置；所述加热装置加热方式包括电加热和导热油加热。
燃气高效利用双膜重整器系统控制方法包括以下步骤：
(1)所述控制模块控制根据所述温度测量装置反馈控制所述加热装置对所述双膜重整器加热，待升至所需反应温度，期间所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀门均关闭；
(2)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度升至600℃-750℃，所述控制模块控制所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启，所述加热装置关闭，所述混合氧化气体和所述重整气体由小至大缓慢进气，所述混合氧化气体增大速率高于所述重整气体；
(3)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度高于850℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀关闭；待所述双膜重整器温度低于750℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启；如此循环控制，使所述双膜重整器温度稳定在600-900℃；
(4)待所述双膜重整器温度稳定在600-900℃，若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分A高于预设上限值，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量增大，并同时控制所述重整气体进气泵进气量减小；若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分A低于预设下限值，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量减小，并同时控制所述重整气体进气泵进气量增大；若所述双膜重整器温度超出600-900℃范围优先执行(3)所述操作。
加热装置为双膜重整器外置或双膜重整器内置；所述加热装置加热方式包括电加热和导热油加热；所述出气组分A为所述重整气体进气中参与所述重整反应组分。
有益效果包括:
本发明提供一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法，采用独立的混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、反应腔室、杂质气体出气腔室，同时在内部完成重整和氧化供热；引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入；引入杂质气体过滤膜管，完成重整进气中主要成分和杂质气体的分离，具有以下特点：1.去除重整进气中含碳杂质气体，使出气中高热成分和氢含量提高，提升后段燃烧设备和燃料电池的能量利用速率，减少积碳和二氧化碳排放；2..独特的催化加热，分散的热源加热均匀充分且更节能；3.引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入；4.集成度高，体积小，具有更广的应用范围。
附图说明
图1为双膜重整器原理示意图；
图2为实施例1双膜重整器结构图；
图3为实施例2双膜重整器结构图；
图4为实施例1、2双膜重整器系统原理示意图；
图5为对比例1双膜重整器结构图；
1双膜重整器；2温度测量装置；3加热装置；4重整气体出气口组分检测装置；5重整气体进气泵；6重整气体进气阀门；7混合氧化气体进气泵；8混合氧化气体进气阀门；1-1混合氧化气体进气口；1-2混合氧化气体进气腔室；1-3氧化余气出气腔室；1-4氧化余气出气口；1-5氧化气体过滤膜管；1-6重整气体进气口；1-7重整气体出气口；1-8反应腔室；1-9杂质气体出气腔室；1-10杂质气体出气口；1-11杂质气体过滤膜管；1-12反应催化剂。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护范围。
本实施例公开了一种燃气高效利用双膜重整器，如图1所示，包含混合氧化气体进气口、混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、氧化余气出气口、氧化气体过滤膜管、重整气体进气口、重整气体出气口、反应腔室、杂质气体出气腔室、杂质气体出气口和杂质气体过滤膜管；
所述混合氧化气体进气腔室为所述混合氧化气体收集暂存空间；所述氧化余气出气腔室为所述氧化余气收集暂存空间；所述杂质气体出气腔室为所述杂质气体收集暂存空间；所述反应腔室为所述氧化气体和所述重整气体反应场所；
所述氧化气体过滤膜管用于分离所述混合氧化气体中氧化气体和惰性组分，至少包含两个敞开端；所述氧化气体过滤膜管数量5-50；所述氧化气体过滤膜管径面总面积占所述双膜重整器径面面积比值为5％-30％。
所述杂质气体过滤膜管用于收集并分离所述反应腔室内杂质气体，至少包含一个敞开端和一个封闭端；所述杂质气体过滤膜管数量5-50；所述杂质气体过滤膜管径面总面积占所述双膜重整器径面面积比值为5％-50％。
所述氧化余气出气腔室与所述反应腔室密封连接并与所述氧化气体过滤膜管和所述氧化余气出气口联通；所述混合氧化气体进气腔室与所述反应腔室密封连接并与氧化气体过滤膜管和所述混合氧化气体进气口联通；所述杂质气体出气腔室与所述反应腔室或所述氧化余气出气腔室密封连接，并与所述杂质气体过滤膜管敞开端联通；所述杂质气体过滤膜管封闭端处于所述反应腔室内部；所述重整气体进气口、所述重整气体出气口与所述反应腔室分别联通，并分别处于所述反应腔室长径方向远腔室中心两端。
所述反应腔室还包含反应催化剂；所述反应催化剂分布于所述氧化气体过滤膜管和所述杂质气体过滤膜管外部。
所述反应催化剂包含甲烷重整催化剂、甲烷氧化催化剂和甲烷重整氧化催化剂一种以及上组合。
所述混合氧化气体同时包含氧气、臭氧、分子式NxOy、分子式CxOy中一种及以上的组合一和氮气、氦、氖、氩、氪、氙中一种及以上的组合二；所述x、y为任一正有理数。
所述重整气体包含分子式CaHbOc物质一种及以上的组合三；包含分子式CdHeOfNgPhSiFjClk物质一种及以上的组合四；所述a、b为≥1自然数；c、d、e、f、g、h、i、j和k为≥0自然数，反应温度600℃-900℃。
本实施例公开了一种燃气高效利用双膜重整器系统，包含所述双膜重整器、温度测量装置、控制模块、加热装置、重整气体出气口组分检测装置、重整气体进气泵、重整气体进气阀门、混合氧化气体进气泵和混合氧化气体进气阀门；
所述温度测量装置包含多个温度探头位于所述双膜重整器内部均匀分布的若干点；
所述重整气体出气口组分检测装置用于检测所述重整气体出气成分变化；
所述重整气体进气泵作为重整气体进气动力源并调节重整进气量；
所述重整气体进气阀门作为重整气体进气开关；
所述混合氧化气体进气泵作为混合氧化气体体进气动力源并调节混合氧化气体进气量；
所述混合氧化气体进气阀门作为混合氧化气体进气开关；
所述加热装置为双膜重整器外置或双膜重整器内置；所述加热装置加热方式包括电加热和导热油加热。
本实施例公开了一种燃气高效利用双膜重整器系统控制方法，包括以下步骤：
(1)所述控制模块控制根据所述温度测量装置反馈控制所述加热装置对所述双膜重整器加热，待升至所需反应温度，期间所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀门均关闭；
(2)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度升至600℃-750℃，所述控制模块控制所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启，所述加热装置关闭，所述混合氧化气体和所述重整气体由小至大缓慢进气，所述混合氧化气体增大速率高于所述重整气体；
(3)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度高于850℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀关闭；待所述双膜重整器温度低于750℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启；如此循环控制，使所述双膜重整器温度稳定在600-900℃；
(4)待所述双膜重整器温度稳定在600-900℃，若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分A高于预设上限值，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量增大，并同时控制所述重整气体进气泵进气量减小；若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分A低于预设下限值，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量减小，并同时控制所述重整气体进气泵进气量增大；若所述双膜重整器温度超出600-900℃范围优先执行(3)所述操作。
加热装置为双膜重整器外置或双膜重整器内置；所述加热装置加热方式包括电加热和导热油加热；所述出气组分A为所述重整气体进气中参与所述重整反应组分。
在一些可选的实施例，通过引入采用独立的混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、反应腔室、杂质气体出气腔室，同时在内部完成重整和氧化供热，.独特的催化加热，分散的热源加热均匀充分且更节能；
在一些可选的实施例，通过引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入；
在一些可选的实施例，通过引入杂质气体过滤膜管，完成重整进气中主要成分和杂质气体的分离，去除重整进气中含碳杂质气体，使出气中高热成分和氢含量提高，提升后段燃烧设备和燃料电池的能量利用速率，减少积碳和二氧化碳排放；
在一些可选的实施例，通过引入集成的混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、反应腔室、杂质气体出气腔室、氧化气体过滤膜管和杂质气体过滤膜管，具有集成度高，体积小特点和更广的应用范围。
实施例1
在已公开实施例基础上，本实施例公开了一种燃气高效利用双膜重整器，如图2所示，包含混合氧化气体进气口1-1、混合氧化气体进气腔室1-2、氧化余气出气腔室1-3、氧化余气出气口1-4、氧化气体过滤膜管1-5、重整气体进气口1-6、重整气体出气口1-7、反应腔室1-8、杂质气体出气腔室1-9、杂质气体出气口1-10和杂质气体过滤膜管1-11；
所述混合氧化气体进气腔室为空气收集暂存空间；所述氧化余气出气腔室为以N2为主余气收集暂存空间；所述杂质气体出气腔室为CO2收集暂存空间；所述反应腔室为O2和CH4反应场所；
所述氧化气体过滤膜管用于分离所述混合氧化气体中O2和N2，包含两个敞开端；所述氧化气体过滤膜管数量20；所述氧化气体过滤膜管径面总面积占所述双膜重整器径面面积比值为15％。
所述杂质气体过滤膜管用于收集并分离所述反应腔室内杂质气体CO2，包含一个敞开端和一个封闭端；所述杂质气体过滤膜管数量30；所述杂质气体过滤膜管径面总面积占所述双膜重整器径面面积比值为30％。
所述氧化余气出气腔室与所述反应腔室密封连接并与所述氧化气体过滤膜管和所述氧化余气出气口联通；所述混合氧化气体进气腔室与所述反应腔室密封连接并与氧化气体过滤膜管和所述混合氧化气体进气口联通；所述杂质气体出气腔室与所述反应腔室密封连接，并与所述杂质气体过滤膜管敞开端联通；所述杂质气体过滤膜管封闭端处于所述反应腔室内部；所述重整气体进气口、所述重整气体出气口与所述反应腔室分别联通，并分别处于所述反应腔室长径方向远腔室中心两端。
所述反应腔室包含反应催化剂1-12；所述反应催化剂分布于所述氧化气体过滤膜管和所述杂质气体过滤膜管外部。
所述反应催化剂为甲烷重整氧化催化剂。
所述混合氧化气体为氧气和氮气；所述重整气体为CH4；所述杂质气体为CO2；反应温度750℃-850℃。
本实施例公开了一种燃气高效利用双膜重整器系统，如图4所示，包含所述双膜重整器1、温度测量装置2、控制模块、加热装置3、重整气体出气口组分检测装置4、重整气体进气泵5、重整气体进气阀门6、混合氧化气体进气泵7和混合氧化气体进气阀门8；
所述温度测量装置包含10个温度探头位于所述双膜重整器内部均匀分布的若干点；
所述重整气体出气口组分检测装置用于检测所述重整气体出气成分变化；
所述重整气体进气泵作为重整气体进气动力源并调节重整进气量；
所述重整气体进气阀门作为重整气体进气开关；
所述混合氧化气体进气泵作为混合氧化气体体进气动力源并调节混合氧化气体进气量；
所述混合氧化气体进气阀门作为混合氧化气体进气开关；
所述加热装置为双膜重整器外置；所述加热装置加热方式为电加热。
本实施例公开了一种燃气高效利用双膜重整器系统控制方法，包括以下步骤：
(1)所述控制模块控制根据所述温度测量装置反馈控制所述加热装置对所述双膜重整器加热，待升至所需反应温度，期间所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀门均关闭；
(2)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度升至750℃，所述控制模块控制所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启，所述加热装置关闭，所述混合氧化气体和所述重整气体由小至大缓慢进气，所述混合氧化气体增大速率高于所述重整气体；
(3)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度高于850℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀关闭；待所述双膜重整器温度低于750℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启；如此循环控制，使所述双膜重整器温度稳定在750-850℃；
(4)待所述双膜重整器温度稳定在750-850℃，若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分CH4高于上限值90％，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量增大，并同时控制所述重整气体进气泵进气量减小；若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分CH4低于下限值60％，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量减小，并同时控制所述重整气体进气泵进气量增大；若所述双膜重整器温度超出750-850℃范围优先执行(3)所述操作。
加热装置为双膜重整器外置或双膜重整器内置；所述加热装置加热方式包括电加热和导热油加热；所述出气组分CH4为所述重整气体进气中参与所述重整反应组分。
通过引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入，实测重整气出气中N2含量0.01％，空气中.N2没有进入，证明了所述的有益效果。
通过引入杂质气体过滤膜管，完成重整进气中主要成分和杂质气体的分离，去除重整进气中含碳杂质气体，使出气中高热成分和氢含量提高，提升后段燃烧设备和燃料电池的能量利用速率，减少积碳和二氧化碳排放；实测重整气进气中CO2含量12.1％，重整气出气中CO2含量2.3％，证明了所述的有益效果。
通过引入集成的混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、反应腔室、杂质气体出气腔室、氧化气体过滤膜管和杂质气体过滤膜管，具有集成度高，体积小特点和更广的应用范围；实测重整气出气量10m3/h重整设备，可向20Kw·h燃料电池供给提纯气体，重整器质量20kg，体积0.3m3，证明了所述的有益效果。
实施例2
在已公开实施例基础上，本实施例公开了一种燃气高效利用双膜重整器，如图3所示，包含混合氧化气体进气口1-1、混合氧化气体进气腔室1-2、氧化余气出气腔室1-3、氧化余气出气口1-4、氧化气体过滤膜管1-5、重整气体进气口1-6、重整气体出气口1-7、反应腔室1-8、杂质气体出气腔室1-9、杂质气体出气口1-10和杂质气体过滤膜管1-11；
所述混合氧化气体进气腔室为空气收集暂存空间；所述氧化余气出气腔室为以N2为主余气收集暂存空间；所述杂质气体出气腔室为CO2收集暂存空间；所述反应腔室为O2和丁烷反应场所；
所述氧化气体过滤膜管用于分离所述混合氧化气体中O2和N2，包含两个敞开端；所述氧化气体过滤膜管数量20；所述氧化气体过滤膜管径面总面积占所述双膜重整器径面面积比值为15％。
所述杂质气体过滤膜管用于收集并分离所述反应腔室内杂质气体CO2，包含一个敞开端和一个封闭端；所述杂质气体过滤膜管数量30；所述杂质气体过滤膜管径面总面积占所述双膜重整器径面面积比值为30％。
所述氧化余气出气腔室与所述反应腔室密封连接并与所述氧化气体过滤膜管和所述氧化余气出气口联通；所述混合氧化气体进气腔室与所述反应腔室密封连接并与氧化气体过滤膜管和所述混合氧化气体进气口联通；所述杂质气体出气腔室与所述反应腔室、所述氧化余气出气腔室同时密封连接，并与所述杂质气体过滤膜管敞开端联通；所述杂质气体过滤膜管封闭端处于所述反应腔室内部；所述重整气体进气口、所述重整气体出气口与所述反应腔室分别联通，并分别处于所述反应腔室长径方向远腔室中心两端。
所述反应腔室包含反应催化剂；所述反应催化剂分布于所述氧化气体过滤膜管和所述杂质气体过滤膜管外部。
所述反应催化剂为丁烷重整氧化催化剂。
所述混合氧化气体为氧气和氮气；所述重整气体为丁烷；所述杂质气体为CO2；反应温度700℃-800℃。
本实施例公开了一种燃气高效利用双膜重整器系统，如图4所示，包含所述双膜重整器1、温度测量装置2、控制模块、加热装置3、重整气体出气口组分检测装置4、重整气体进气泵5、重整气体进气阀门6、混合氧化气体进气泵7和混合氧化气体进气阀门8；
所述温度测量装置包含20个温度探头位于所述双膜重整器内部均匀分布的若干点；
所述重整气体出气口组分检测装置用于检测所述重整气体出气成分变化；
所述重整气体进气泵作为重整气体进气动力源并调节重整进气量；
所述重整气体进气阀门作为重整气体进气开关；
所述混合氧化气体进气泵作为混合氧化气体体进气动力源并调节混合氧化气体进气量；
所述混合氧化气体进气阀门作为混合氧化气体进气开关；
所述加热装置为双膜重整器外置；所述加热装置加热方式为电加热。
本实施例公开了一种燃气高效利用双膜重整器系统控制方法，包括以下步骤：
(1)所述控制模块控制根据所述温度测量装置反馈控制所述加热装置对所述双膜重整器加热，待升至所需反应温度，期间所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀门均关闭；
(2)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度升至700℃，所述控制模块控制所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启，所述加热装置关闭，所述混合氧化气体和所述重整气体由小至大缓慢进气，所述混合氧化气体增大速率高于所述重整气体；
(3)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度高于800℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀关闭；待所述双膜重整器温度低于750℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启；如此循环控制，使所述双膜重整器温度稳定在700-800℃；
(4)待所述双膜重整器温度稳定在700-800℃，若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分丁烷高于上限值60％，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量增大，并同时控制所述重整气体进气泵进气量减小；若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分丁烷低于下限值50％，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量减小，并同时控制所述重整气体进气泵进气量增大；若所述双膜重整器温度超出700-800℃范围优先执行(3)所述操作。
加热装置为双膜重整器外置或双膜重整器内置；所述加热装置加热方式包括电加热和导热油加热；所述出气组分丁烷为所述重整气体进气中参与所述重整反应组分。
通过引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入，实测重整气出气中N2含量0.3％，空气中.N2没有进入，证明了所述的有益效果。
通过引入杂质气体过滤膜管，完成重整进气中主要成分和杂质气体的分离，去除重整进气中含碳杂质气体，使出气中高热成分和氢含量提高，提升后段燃烧设备和燃料电池的能量利用速率，减少积碳和二氧化碳排放；实测重整气进气中CO2含量15.5％，重整气出气中CO2含量0.3％，证明了所述的有益效果。
通过引入集成的混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、反应腔室、杂质气体出气腔室、氧化气体过滤膜管和杂质气体过滤膜管，具有集成度高，体积小特点和更广的应用范围；实测重整气出气量100m3/h重整设备，可向200Kw·h燃料电池供给提纯气体，重整器质量50kg，体积0.8m3，证明了所述的有益效果。
对比例1
在已公开实施例基础上，本实施例公开了一种燃气高效利用双膜重整器的对比例，用来模拟市场上常见的内置电加热方式，验证加热均匀性差异，如图5所示，包含混合氧化气体进气口1-1、混合氧化气体进气腔室1-2、氧化余气出气腔室1-3、氧化余气出气口1-4、氧化气体过滤膜管1-5、重整气体进气口1-6、重整气体出气口1-7、反应腔室1-8、杂质气体出气腔室1-9、杂质气体出气口1-10和杂质气体过滤膜管1-11；
所述混合氧化气体进气腔室为空气收集暂存空间；所述氧化余气出气腔室为以N2为主余气收集暂存空间；所述杂质气体出气腔室为CO2收集暂存空间；所述反应腔室为O2和CH4反应场所；
所述氧化气体过滤膜管用于分离所述混合氧化气体中O2和N2，包含两个敞开端；所述氧化气体过滤膜管数量1；所述氧化气体过滤膜管径面总面积占所述双膜重整器径面面积比值为15％。
所述杂质气体过滤膜管用于收集并分离所述反应腔室内杂质气体CO2，包含一个敞开端和一个封闭端；所述杂质气体过滤膜管数量1；所述杂质气体过滤膜管径面总面积占所述双膜重整器径面面积比值为30％。
其余同实施例1。
选取实施例1和对比例1的温度测量装置10个温度探头，分为靠近反应腔室内部区域、靠近反应腔室外部区域和反应腔室内外之间中部区域三类，选取稳定1h以上产气设备进行试验，加热均匀性差异试验结果如下表：
Figure BDA0003155191340000111
由试验结果可知，实施例1不同区域温度相差最大值为56℃，且所有测温点均在实施例所述工艺温控范围内；对比例1不同区域温度相差最大值为431℃，且各区域不能同时满足工艺温控范围内。因而实施例1通过引入采用独立的混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、反应腔室、杂质气体出气腔室，同时在内部完成重整和氧化供热，.独特的催化加热，分散的热源加热具有更均匀充分的有益效果。
以上所述的具体实例，对本发明的目的、技术方案和效果进行了进一步的详细说明，应理解的是，以上所述为本发明的具体实例而已，并不用限制本发明、凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，包含混合氧化气体进气口、混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、氧化余气出气口、氧化气体过滤膜管、重整气体进气口、重整气体出气口和反应腔室；
所述混合氧化气体进气腔室为所述混合氧化气体收集暂存空间；所述氧化余气出气腔室为所述氧化余气收集暂存空间；所述杂质气体出气腔室为所述杂质气体收集暂存空间；所述反应腔室为所述氧化气体和所述重整气体反应场所；
所述氧化气体过滤膜管用于分离所述混合氧化气体中氧化气体和惰性组分，至少包含两个敞开端。
2.根据权利要求1所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，还包含杂质气体出气腔室、杂质气体出气口和杂质气体过滤膜管；
所述杂质气体过滤膜管用于收集并分离所述反应腔室内杂质气体，至少包含一个敞开端和一个封闭端。
3.根据权利要求1所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，所述氧化余气出气腔室与所述反应腔室密封连接并与所述氧化气体过滤膜管和所述氧化余气出气口联通；所述混合氧化气体进气腔室与所述反应腔室密封连接并与氧化气体过滤膜管和所述混合氧化气体进气口联通；所述杂质气体出气腔室与所述反应腔室或所述氧化余气出气腔室密封连接，并与所述杂质气体过滤膜管敞开端联通；所述杂质气体过滤膜管封闭端处于所述反应腔室内部；所述重整气体进气口、所述重整气体出气口与所述反应腔室分别联通，并分别处于所述反应腔室长径方向远腔室中心两端。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，所述反应腔室还包含反应催化剂；所述反应催化剂分布于所述氧化气体过滤膜管和所述杂质气体过滤膜管外部。
5.根据权利要求4所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，所述反应催化剂包含甲烷重整催化剂、甲烷氧化催化剂和甲烷重整氧化催化剂一种以及上组合。
6.根据权利要求1所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，所述混合氧化气体同时包含氧气、臭氧、分子式NxOy、分子式CxOy中一种及以上的组合一和氮气、氦、氖、氩、氪、氙中一种及以上的组合二；所述x、y为任一正有理数。
7.根据权利要求1所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，所述重整气体包含分子式CaHbOc物质一种及以上的组合三；包含分子式CdHeOfNgPhSiFjClk物质一种及以上的组合四；所述a、b为≥1自然数；c、d、e、f、g、h、i、j和k为≥0自然数。
8.根据权利要求1所述的一种燃气高效利用双膜重整器，其特征在于，其反应温度600℃-900℃。
9.一种燃气高效利用双膜重整器的系统，其特征在于，包含权利要求1所述双膜重整器、温度测量装置、控制模块、加热装置、重整气体出气口组分检测装置、重整气体进气泵、重整气体进气阀门、混合氧化气体进气泵和混合氧化气体进气阀门；
所述温度测量装置包含多个温度探头位于所述双膜重整器内部均匀分布的若干点；
所述重整气体出气口组分检测装置用于检测所述重整气体出气成分变化；
所述重整气体进气泵作为重整气体进气动力源并调节重整进气量；
所述重整气体进气阀门作为重整气体进气开关；
所述混合氧化气体进气泵作为混合氧化气体体进气动力源并调节混合氧化气体进气量；
所述混合氧化气体进气阀门作为混合氧化气体进气开关；
所述加热装置为双膜重整器外置或双膜重整器内置；所述加热装置加热方式包括电加热和导热油加热。
10.根据权利要求9所述的一种燃气高效利用双膜重整器系统的控制方法，其特征在于，包含：
(1)所述控制模块控制根据所述温度测量装置反馈控制所述加热装置对所述双膜重整器加热，待升至所需反应温度，期间所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀门均关闭；
(2)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度升至600℃-750℃，所述控制模块控制所述重整气体进气泵、所述重整气体进气阀门、所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启，所述加热装置关闭，所述混合氧化气体和所述重整气体由小至大缓慢进气，所述混合氧化气体增大速率高于所述重整气体；
(3)待所述温度测量装置检测到所述双膜重整器温度高于850℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀关闭；待所述双膜重整器温度低于750℃，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵和所述混合氧化气体进气阀开启；如此循环控制，使所述双膜重整器温度稳定在600-900℃；
(4)待所述双膜重整器温度稳定在600-900℃，若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分A高于预设上限值，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量增大，并同时控制所述重整气体进气泵进气量减小；若所述重整气体出气口组分检测装置检测主要出气组分A低于预设下限值，所述控制模块控制所述混合氧化气体进气泵进气量减小，并同时控制所述重整气体进气泵进气量增大；若所述双膜重整器温度超出600-900℃范围优先执行(3)所述操作。
11.根据权利要求10所述的一种燃气高效利用双膜重整器系统的控制方法，其特征在于，所述加热装置为双膜重整器外置或双膜重整器内置；所述加热装置加热方式包括电加热和导热油加热；所述出气组分A为所述重整气体进气中参与所述重整反应组分。
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