CN114715847A - 一种双燃料供给式可变流量重整器及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双燃料供给式可变流量重整器及运行方法，重整器包括设有前端盖和后端盖的管道，管道的内腔固定有与其中心线共面的大隔板，大隔板将管道的内腔均分为第一反应区和第二反应区，第一反应区均分为三个催化反应区，第二反应区又均分为三个催化反应区，管道靠近前端盖的一端设有电机用于控制开启催化反应区的数量，本装置能够解决目前重整器中存在的重整燃料种类受限、反应面积固定以及积碳现象缩短重整器寿命等问题。

Description

一种双燃料供给式可变流量重整器及运行方法
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种双燃料供给式可变流量重整器及运行方法。
背景技术
燃料电池是一种利用电化学反应把燃料中的化学能直接转化为电能的新型发电装置。燃料电池常用的燃料分为氢气和氢载体两种。由于大自然中没有自然存在的氢单质，目前常用的技术手段是把化石燃料等氢载体通过蒸汽重整、干重整、部分氧化重整等方式，转化为富含氢气的合成气。因此，对于非氢燃料电池系统，重整器是决定燃料电池系统性能和稳定性的关键设备之一。
目前，用于燃料电池系统的重整器存在以下不足：(一)重整燃料种类受限；目前一个重整器一般只用于重整一种燃料，这在一定程度上限制了重整器及燃料电池系统的可使用场景的范围(即不同燃料采用不同的燃料电池系统)。(二)反应面积固定；目前一个重整器所能提供的反应面积一般是固定的，这就意味着：当重整燃料流量较大时，会有催化反应不足、重整后成品气质量不高的现象；而当重整燃料流量较小时，催化反应面积没有充分利用，重整设备使用率较低。(三)积碳缩短重整器寿命；积碳现象就是碳氢化合物在重整过程中反应生成碳单质沉积在催化剂表面上。在目前常见的重整器中，催化反应区始终集中在重整器的前部，随着设备运行时间的增加，重整器前部的积碳现象迅速恶化。积碳导致催化剂活性下降并阻塞气体在重整器内的流通。积碳现象严重时，会完全堵塞重整器前部的气流通道，缩短重整器使用寿命。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种双燃料供给式可变流量重整器及运行方法，其能够解决目前重整器中存在的重整燃料种类受限、反应面积固定以及积碳现象缩短重整器寿命等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种双燃料供给式可变流量重整器及运行方法，包括设有前端盖和后端盖的管道，所述管道的内腔固定有与其中心线共面的大隔板，所述大隔板将管道的内腔均分为第一反应区和第二反应区，所述大隔板的两侧面上分别设有两个小隔板，其中一侧的小隔板将第一反应区均分为三个催化反应区，另一侧的小隔板将第二反应区均分为三个催化反应区，四个所述小隔板均与管道的中心线共面，所述管道靠近前端盖的一端设有阀门，所述阀门包括分别布置在大隔板两侧的第一阀门和第二阀门，所述第一阀门与前端盖之间形成有第一腔体，所述第二阀门与前端盖之间形成第二腔体；所述阀门后侧的各个催化反应区内部均填充有催化剂颗粒，所述前端盖上设有连通第一腔体的第一入口和连通第二腔体的第二入口，所述后端盖上设有连通第一反应区的第一出口和连通第二反应区的第二出口。
优选地，所述催化反应区内的催化剂颗粒从入口到出口分三组且直径分别为φ5mm、φ3mm和φ1mm。
优选地，所述第一阀门与第二阀门结构相同且完全展开时均为半圆形结构，所述第一阀门包括若干片相互嵌套在一起的扇形金属片，其可开启的角度为0°到150°，所述第一阀门的中轴上设有用于控制各个扇形金属片折叠或开启的电机。
优选地，所述第一反应区被两个小隔板均分为A催化反应区、B催化反应区以及C催化反应区，所述第二反应区被两个小隔板均分为D催化反应区、E催化反应区以及F催化反应区。
本发明还提供一种双燃料供给式可变流量重整器的运行方法，包括以下步骤：
第一反应区内采用柴油作为燃料，第二反应区采用乙醇作为燃料，两路燃料互不混合，各自独立；
第一反应区使用镍/氧化铝作催化剂颗粒，第二反应区使用镍/氧化镁作催化剂颗粒；
柴油水蒸气混合气进口空速小于1000h-1时，调整第一阀门的开度为60°，即只开启C催化反应区；
当柴油水蒸气混合气进口空速大于1000h-1且小于2000h-1时，调整第一阀门的开度为120°，即开启B催化反应区、C催化反应区；
当柴油水蒸气混合气进口空速大于2000h-1时，调整第一阀门的开度为150°，即开启A催化反应区、B催化反应区以及C催化反应区；
当乙醇水蒸气混合气进口空速小于1000h-1时，调整第二阀门的开度为60°，即只开启D催化反应区；
乙醇水蒸气混合气进口空速大于1000h-1且小于2000h-1时，调整第二阀门的开度为120°，即开启D催化反应区、E催化反应区；
当乙醇水蒸气混合气进口空速大于2000h-1时，调整第二阀门的开度为150°，即开启D催化反应区、E催化反应区以及F催化反应区。
本发明的有益效果在于：
1、本装置能够使用柴油和乙醇分别作为燃料的两种燃料混合气，具有多场景适应的优点；根据燃料混合气进口流量的不同，调节阀门的开度，进而控制开启各个催化反应区的数量，有利于提高催化反应区的使用率，进而提升重整器整体的效率和寿命。
2、催化剂颗粒尺寸的梯度设计使反应在重整器空间内充分发生，而不是只集中于各个催化反应区的前部，可以有效改善积碳问题并使重整器内温度分布更为均匀，改良热管理问题，提高寿命。
3、本重整器能够解决目前重整器中存在的重整燃料种类受限、反应面积固定以及积碳现象缩短重整器寿命等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种双燃料供给式可变流量重整器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的阀门处的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第一阀门开启60°时的示意图。
图4为本发明实施例提供的第一阀门开启120°时的示意图；
图5为本发明实施例提供的第一阀门开启150°时的示意图。
附图标记说明：
1-1、第二腔体，1-2第一腔体、2、第二入口，3、第一入口，4、前端盖，5、阀门，5-1、第一阀门,5-2、第二阀门，6、第二反应区，7、第一反应区，8、催化剂颗粒，9、A催化反应区，10、后端盖，11、第一出口，12、F催化反应区，13、第二出口，14、大隔板，15、小隔板，16、D催化反应区，17、E催化反应区，18、F催化反应区，19、A催化反应区，20、B催化反应区，21、C催化反应区，22、电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，一种双燃料供给式可变流量重整器及运行方法，包括设有前端盖4和后端盖10的管道，所述管道的内腔固定有与其中心线共面的大隔板14，所述大隔板14将管道的内腔均分为第一反应区7和第二反应区6，所述大隔板14的两侧面上分别设有两个小隔板15，其中一侧的小隔板15将第一反应区7均分为三个催化反应区，另一侧的小隔板15将第二反应区6均分为三个催化反应区，四个所述小隔板15均与管道的中心线共面，所述管道靠近前端盖4的一端设有阀门5，所述阀门5包括分别布置在大隔板14两侧的第一阀门5-1和第二阀门5-2，所述第一阀门5-1与前端盖4之间形成有第一腔体41，所述第二阀门5-2与前端盖4之间形成第二腔体1-1；所述阀门5后侧的各个催化反应区内部均填充有催化剂颗粒8，所述前端盖上设有连通第一腔体4的第一入口3和连通第二腔体1-1的第二入口2，所述后端盖10上设有连通第一反应区7的第一出口11和连通第二反应区6的第二出口13。
所述催化反应区内的催化剂颗粒8从入口到出口分三组且直径分别为φ5mm、φ3mm和φ1mm；催化反应区前部催化面积小，越往后催化面积越大，可以有效使反应在整个管道内充分进行，而不是只集中在反应管道的前部，有效延长所述重整器的寿命。
所述第一阀门5-1与第二阀门5-2结构相同且完全展开时均为半圆形结构，所述第一阀门5-1包括若干片相互嵌套在一起的扇形金属片，其可开启的角度为0°到150°，所述第一阀门5-1的中轴上设有用于控制各个扇形金属片折叠或开启的电机22。
所述第一反应区7被两个小隔板15均分为A催化反应区19、B催化反应区20以及C催化反应区21，所述第二反应区6被两个小隔板15均分为D催化反应区16、E催化反应区17以及F催化反应区18。
使用时，第一反应区7内采用柴油作为燃料，第二反应区6采用乙醇作为燃料，两路燃料互不混合，各自独立；
第一反应区(7)使用镍/氧化铝(Ni/Al2O3)作催化剂颗粒8，第二反应区(6)使用镍/氧化镁(Ni/MgO)作催化剂颗粒8；
柴油水蒸气混合气进口空速小于1000h-1时，调整第一阀门5-1的开度为60°，即只开启C催化反应区21；
当柴油水蒸气混合气进口空速大于1000h-1且小于2000h-1时，调整第一阀门5-1的开度为120°，即开启B催化反应区20、C催化反应区21；
当柴油水蒸气混合气进口空速大于2000h-1时，调整第一阀门5-1的开度为150°，即开启A催化反应区19、B催化反应区20、C21催化反应区；
当乙醇水蒸气混合气进口空速小于1000h-1时，调整第二阀门5-2的开度为60°，即只开启D催化反应区16；
乙醇水蒸气混合气进口空速大于1000h-1且小于2000h-1时，调整第二阀门5-2的开度为120°，即开启D催化反应区16、E催化反应区17；
当乙醇水蒸气混合气进口空速大于2000h-1时，调整第二阀门5-2的开度为150°，即开启D催化反应区16、E催化反应区17、F催化反应区18。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种双燃料供给式可变流量重整器，其特征在于，包括设有前端盖(4)和后端盖(10)的管道，所述管道的内腔固定有与其中心线共面的大隔板(14)，所述大隔板(14)将管道的内腔均分为第一反应区(7)和第二反应区(6)，所述大隔板(14)的两侧面上分别设有两个与管道的中心线共面的小隔板(15)，其中一侧的小隔板(15)将第一反应区(7)均分为三个催化反应区，另一侧的小隔板(15)将第二反应区(6)均分为三个催化反应区，所述管道靠近前端盖(4)的一端设有阀门(5)，所述阀门(5)包括分别布置在大隔板(14)两侧的第一阀门(5-1)和第二阀门(5-2)，所述第一阀门(5-1)与前端盖(4)之间形成有第一腔体(1-2)，所述第二阀门(5-2)与前端盖(4)之间形成第二腔体(1-1)；所述阀门(5)后侧的各个催化反应区内部均填充有催化剂颗粒(8)，所述前端盖(4)上设有连通第一腔体(1-2)的第一入口(3)和连通第二腔体(1-1)的第二入口(2)，所述后端盖(10)上设有连通第一反应区(7)的第一出口(11)和连通第二反应区(6)的第二出口(13)。
2.如权利要求1所述的一种双燃料供给式可变流量重整器，其特征在于，所述催化反应区内的催化剂颗粒(8)从入口到出口分三组且直径分别为φ5mm、φ3mm和φ1mm。
3.如权利要求2所述的一种双燃料供给式可变流量重整器，其特征在于，所述第一阀门(5-1)与第二阀门(5-2)结构相同且完全展开时均为半圆形结构，所述第一阀门(5-1)包括若干片相互嵌套在一起的扇形金属片，其可开启的角度为0°到150°，所述第一阀门(5-1)的中轴上设有用于控制各个扇形金属片折叠或开启的电机(22)。
4.如权利要求3所述的一种双燃料供给式可变流量重整器，其特征在于，所述第一反应区(7)被两个小隔板(15)均分为A催化反应区(19)、B催化反应区(20)以及C催化反应区(21)，所述第二反应区(6)被两个小隔板(15)均分为D催化反应区(16)、E催化反应区(17)以及F催化反应区(18)。
5.一种如权利要求4所述的双燃料供给式可变流量重整器的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一反应区(7)内采用柴油作为燃料，第二反应区(6)采用乙醇作为燃料，两路燃料互不混合，各自独立；
第一反应区(7)使用镍/氧化铝作催化剂颗粒(8)，第二反应区(6)使用镍/氧化镁作催化剂颗粒(8)；
柴油水蒸气混合气进口空速小于1000h-1时，调整第一阀门(5-1)的开度为60°，即只开启C催化反应区(21)；
当柴油水蒸气混合气进口空速大于1000h-1且小于2000h-1时，调整第一阀门(5-1)的开度为120°，即开启B催化反应区(20)、C催化反应区(21)；
当柴油水蒸气混合气进口空速大于2000h-1时，调整第一阀门(5-1)的开度为150°，即开启A催化反应区(19)、B催化反应区(20)以及C(21)催化反应区；
当乙醇水蒸气混合气进口空速小于1000h-1时，调整第二阀门(5-2)的开度为60°，即只开启D催化反应区(16)；
乙醇水蒸气混合气进口空速大于1000h-1且小于2000h-1时，调整第二阀门(5-2)的开度为120°，即开启D催化反应区(16)、E催化反应区(17)；
当乙醇水蒸气混合气进口空速大于2000h-1时，调整第二阀门(5-2)的开度为150°，即开启D催化反应区(16)、E催化反应区(17)以及F催化反应区(18)。
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