CN116459748A - 燃料重整装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料重整装置，其包括预重整器、重整器、重整器燃烧器和排气供应管线，所述预重整器通过使燃料气体与水反应将燃料气体转化为甲烷，所述重整器通过使经预重整器预重整后的燃料气体与水反应来生成包括氢气的混合气体，所述重整器燃烧器将热量供应至重整器，所述排气供应管线将从重整器燃烧器排出的排气作为预重整器反应的热源供应至预重整器。

Description

燃料重整装置
相关申请的交叉引用
本发明要求2022年1月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0004222的优先权权益，该申请的全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种燃料重整装置。
背景技术
燃料重整装置为当以诸如城市燃气等天然气作为燃料时，通过重整器来制造氢气的一种装置。图1示出了常规的燃料重整装置。
参考图1，常规的燃料重整装置1包括燃料储存器20、预重整器30和重整器40。重整器40可以通过使燃料储存器20所供应的燃料气体与供水水源10所供应的水反应，来生成包括氢气的混合气体。此外，预重整器30为设置在重整器40前端处的装置，通过使燃料气体与水蒸气反应来生成甲烷，从而使甲烷在重整器40中使用。
由于在重整器40和预重整器30中的反应为吸热反应，因此必需连续地供应热量以维持较高的温度。相应地，常规的燃料重整装置1分别包括将热量供应至预重整器30的预重整器燃烧器35，和将热量供应至重整器40的重整器燃烧器45。预重整器燃烧器35可以通过第一供应管线21接收来自燃料储存器20的燃料气体，重整器燃烧器45可以通过第二供应管线22接收来自燃料储存器20的燃料气体。未说明的附图标记36和46为热量供应管线。
预重整器30和预重整器燃烧器35安装在同一反应器中，并且使用了通过预重整器燃烧器35将热量供应至预重整器管道的方案，所述预重整器管道安装在反应器的中心处或侧面。由于预重整器管道可以与预重整器燃烧器35中所生成的火焰直接地接触，因此使用了耐高温的耐热合金。
这样，由于常规的燃料重整装置1使用与重整器燃烧器45分离的预重整器燃烧器35，供应至预重整器燃烧器35的燃料量增加，因此重整装置的效率变差。此外，由于使用了价格较高的耐热合金作为预重整器管道的材料，成本可能会增加。
发明内容
本公开已经解决了现有技术中出现的上述问题，同时完整地保持了由现有技术所实现的优点。
本发明的一方面提供了一种燃料重整装置，其通过使用重整器燃烧器的高温排气将热量供应至预重整器，来减小预重整器的尺寸，并且提高整个系统的效率。
本发明要解决的技术问题不限于上述技术问题，并且本发明所属领域的技术人员通过如下说明将清楚地理解本文未提及的任何其它技术问题。
根据本发明的一方面，燃料重整装置包括预重整器、重整器、重整器燃烧器和排气供应管线，所述预重整器通过使燃料气体与水反应将燃料气体转化为甲烷，所述重整器通过使经预重整器预重整后的燃料气体与水反应来生成包括氢气的混合气体，所述重整器燃烧器将热量供应至重整器，所述排气供应管线将从重整器燃烧器排出的排气供应至预重整器作为预重整器反应的热源。
该燃料重整装置可以进一步包括储存燃料气体的储存器、将燃料气体从储存器供应至预重整器的第一燃料供应管线和将燃料气体从储存器供应至重整器燃烧器的第二燃料供应管线。
该燃料重整装置可以进一步包括控制阀和控制器，所述控制阀安装在排气供应管线中并且控制从重整器燃烧器供应至预重整器的排气的流量，所述控制器控制控制阀的操作。
该燃料重整装置可以进一步包括温度传感器，所述温度传感器测量排气供应管线的温度，所述控制器可以基于温度传感器所测得的温度控制控制阀的打开/关闭，从而能够对供应至预重整器的排气的流量进行控制。
该燃料重整装置可以进一步包括第一排出管线和第二排出管线，所述第一排出管线将预重整器所生成的排气排出，所述第二排出管线从排气供应管线分支并且与第一排出管线连接，从而能够将重整器燃烧器所生成的排气排出。
该燃料重整装置可以进一步包括转换反应器和气体净化器，所述转换反应器接收第一混合气体并且生成第二混合气体，所述第一混合气体为重整器所生成的混合气体，所述第二混合气体已通过水煤气转换(water gas shift,WGS)除去了其中的一氧化碳，所述气体净化器通过使用变压吸附(pressure swing adsorption,PSA)从转换反应器所生成的第二混合气体中净化和分离氢气，并且排出已分离氢气的废气。
该燃料重整装置可以进一步包括废气引入管线，所述废气引入管线将从气体净化器排出的废气供应至重整器燃烧器。
附图说明
通过结合附图进行的如下具体描述将更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征以及优点：
图1为常规的燃料重整装置的示意图；并且
图2为根据本发明实施方案的燃料重整装置的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的实施方案进行详细地描述。
首先，此处所描述的实施方案为适于理解根据本发明的燃料重整装置的技术特征的实施方案。然而，本发明不限于下文所描述的实施方案，或者本发明的技术特征不受所描述的实施方案限制，并且在不偏离本发明的技术范围的情况下可以对本发明进行各种地修改。
图1为常规的燃料重整装置的示意图。图2为根据本发明实施方案的燃料重整装置的示意图。
参考图2，根据本发明实施方案的燃料重整装置100包括预重整器300、重整器400、重整器燃烧器450和排气供应管线470。此外，根据本发明实施方案的燃料重整装置100可以包括储存器200、第一燃料供应管线210和第二燃料供应管线220。
储存器200可以配置为储存燃料气体。
例如，储存在储存器200中的燃料气体可以为包括C3H8和C4H10主要物质的液化石油气(下文称为“LPG”)。例如，燃料重整装置100可以包括位于储存器200后端处的压缩机(未示出)，并能够以特定压力(例如约8bar)压缩燃料气体，且将经压缩的燃料气体引入至预重整器300。
储存在储存器200中的燃料气体可以供应至预重整器300和重整器燃烧器450。具体地，本发明可以包括将燃料气体从储存器200供应至预重整器300的第一燃料供应管线210和将燃料气体从储存器200供应至重整器燃烧器450的第二燃料供应管线220。
预重整器300为通过使燃料气体与水反应将燃料气体转化为甲烷的装置。
具体地，预重整器300为通过将燃料气体中的丙烷和丁烷分解成甲烷(CH4)来提高甲烷纯度的装置，从而使燃料气体能够在重整器400中使用。预重整器300可以通过第一燃料供应管线210接收来自储存器200的燃料气体。由于预重整器300内部的反应为吸热反应，即通过使燃料气体在高温(300℃至600℃)下与特定量的水蒸气反应生成甲烷，因此必需有供应热源的装置以维持较高的温度。此外，燃料重整装置100可以包括供水水源101，所述供水水源101配置为向预重整器和重整器400供应超纯水。
重整器400可以配置为通过使经预重整器300预重整后的燃料气体与水反应来生成包括氢气的混合气体。
具体地，重整器400为通过使水蒸气和甲烷在高温和高压下反应来生成氢气的装置。燃料气体可以为包括氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合气体。由于重整器400进行吸热反应，即通过使甲烷在高温环境下与氧气反应将甲烷重整为氢气，因此需要连续供应热量的装置。
重整器燃烧器450可以配置为向重整器400供应热量。
具体地，重整器燃烧器450可以通过热量供应管线460与重整器400连接。重整器燃烧器450可以通过使燃烧器燃料和空气混合并燃烧燃料来产生燃烧热，并且可以通过热量供应管线460供应燃烧热，以将重整器400维持在重整反应所必需的较高温度。重整器燃烧器450的燃烧器燃料可以为通过第二燃料供应管线220从储存器200所接收的燃料气体。
排气供应管线470可以配置为将从重整器燃烧器450排出的排气供应至预重整器300作为预重整器300反应的热源。
具体地，排气供应管线470为将从重整器燃烧器450排出的高温排气供应至预重整器300，以提供预重整器300反应所必需的卡路里的装置。排气供应管线470可以与热量供应管线460分开设置，并且可以配置为使从重整器燃烧器450排出的高温排气流动。
这样，根据本发明实施方案的燃料重整装置100可以配置为将从重整器燃烧器450排出的高温排气供应至预重整器300，以提供预重整器300反应所必需的卡路里，从而无需传统的预重整器专用燃烧器，并且因此能够减小预重整器300的尺寸。
此外，与使用传统的预重整器专用燃烧器的情形相比，根据本发明的实施方案可以提高重整装置的总效率。具体地，引入至燃烧器的燃料量与燃料重整装置100的效率相关，并且根据本发明，由于可以构成通过使用重整器燃烧器450的高温排气来替代预重整器专用燃烧器的系统，能够减少预重整器专用燃烧器中所消耗的燃料，并且因此能够提高重整装置的总效率。
同时，根据本发明实施方案的燃料重整装置100可以进一步包括控制阀480、控制器500和温度传感器490。
控制阀480可以安装于排气供应管线470，并且可以配置为控制从重整器燃烧器450供应至预重整器300的排气的流量。此外，控制器500可以配置为控制控制阀480的操作。
温度传感器490可以配置为测量排气供应管线470的温度。此外，控制器500可以控制控制阀480的打开/关闭，从而能够基于温度传感器490所测得的温度对供应至预重整器300的排气的流量进行控制。
例如，温度传感器490可以相对于排气的流动方向，位于控制阀480下游侧的排气供应管线470上。相应的，温度传感器490可以测量供应至预重整器300的排气的温度。然而，温度传感器490的位置不限于此，并且其位置可以改变，只要能够对排气供应管线470的内部温度进行测量。
控制器500可以基于温度传感器490所测得的排气供应管线470的内部温度来控制控制阀480，使得控制阀480打开和关闭。例如，当温度传感器490所测得的排气供应管线470的温度低于预定范围时，控制器500可以打开控制阀480或增加控制阀480的打开程度，以增大供应至预重整器300的高温排气的量。
同时，本发明的实施方案可以包括第一排出管线910和第二排出管线920。
第一排出管线910可以配置为将预重整器300所生成的排气排出，并且第二排出管线920可以从排气供应管线470分支且与第一排出管线910连接，从而能够将重整器燃烧器450所生成的排气排出。
具体地，第二排出管线920可以相对于排气的流动方向，在控制阀480上游点处从排气供应管线470分支。通过第一排出管线910和第二排出管线920排出的排气800可以排出至外部。
同时，本发明的实施方案可以包括转换反应器610和气体净化器650。
转换反应器610可以配置为接收第一混合气体并且生成第二混合气体，所述第一混合气体为重整器400所生成的混合气体，所述第二混合气体已通过水煤气转换(watergas shift,WGS)除去了其中的一氧化碳。
具体地，转换反应器610为通过使重整器400所生成的第一混合气体中所包含的一氧化碳与水蒸气反应，来额外生产氢气的装置。转换反应器610中的反应可以是放热反应，即在低温(200℃至400℃)催化剂下通过反应额外生产氢气。通过水煤气转换，可以除去包含在第一混合气体中的一氧化碳。通过转换反应器610从第一混合气体除去一氧化碳所获得的气体被定义为第二混合气体。
气体净化器650可以配置为通过使用变压吸附(pressure swing adsorption,PSA)从转换反应器610所生成的第二混合气体中净化和分离氢气，并且排出已分离氢气的废气。
具体地，气体净化器650为仅分离第二混合气体中的氢气的装置，并且第二混合气体中除氢气以外的气体被定义为废气。例如，气体净化器650可以包括多个填充有吸附剂的吸附塔，并且可以配置为获得高浓度的氢气。
本发明的实施方案可以进一步包括废气引入管线660，所述废气引入管线660将气体净化器650所排出的废气供应至重整器燃烧器450。
通过气体净化器650分离出氢气后的废气，可以通过废气引入管线660供应至重整器燃烧器450，以作为燃料进行利用。因此，能够提高重整器400的效率。
例如，穿过气体净化器650的氢气700可以供应至燃料电池堆，并且燃料电池堆可以接收氢气来生成电能。然而，本发明不限于此，并且穿过气体净化器650的氢气700可以在使用氢气作为燃料的各种装置中使用。
这样，根据本发明实施方案的燃料重整装置可以配置为将从重整器燃烧器排出的高温排气供应至预重整器，以提供预重整器反应所必需的卡路里，从而可以省略传统的预重整器专用燃烧器，并且因此能够减小预重整器的尺寸。
此外，与单独使用传统的预重整器专用燃烧器的情形相比，根据本发明的实施方案可以提高燃料重整装置的总效率。
至此，尽管已经描述了本发明的特定实施方案，但本发明的精神和范围不限于这些特定实施方案，并且本发明所属领域的技术人员可以对本发明进行各种校正和修改，而不改变权利要求中所要求保护的本发明的本质。

Claims (7)

1.一种燃料重整装置，包括：
预重整器，所述预重整器配置为通过使燃料气体与水反应将燃料气体转化为甲烷；
重整器，所述重整器配置为通过使经预重整器预重整后的燃料气体与水反应来生成包括氢气的混合气体；
重整器燃烧器，所述重整器燃烧器配置为将热量供应至重整器；和
排气供应管线，所述排气供应管线配置为将从重整器燃烧器排出的排气供应至预重整器作为预重整器反应的热源。
2.根据权利要求1所述的燃料重整装置，进一步包括：
储存器，所述储存器配置为储存燃料气体；
第一燃料供应管线，所述第一燃料供应管线配置为将燃料气体从储存器供应至预重整器；和
第二燃料供应管线，所述第二燃料供应管线配置为将燃料气体从储存器供应至重整器燃烧器。
3.根据权利要求1所述的燃料重整装置，进一步包括：
控制阀，所述控制阀位于排气供应管线，并且配置为控制从重整器燃烧器供应至预重整器的排气的流量；和
控制器，所述控制器配置为控制控制阀。
4.根据权利要求3所述的燃料重整装置，进一步包括：
温度传感器，所述温度传感器配置为测量排气供应管线的温度，
其中，所述控制器基于温度传感器所测得的温度控制控制阀的打开和关闭，从而能够对供应至预重整器的排气的流量进行控制。
5.根据权利要求3所述的燃料重整装置，进一步包括：
第一排出管线，所述第一排出管线配置为将预重整器所生成的排气排出；和
第二排出管线，所述第二排出管线从排气供应管线分支并且与第一排出管线连接，从而能够将重整器燃烧器所生成的排气排出。
6.根据权利要求1所述的燃料重整装置，进一步包括：
转换反应器，所述转换反应器配置为接收第一混合气体并且生成第二混合气体，所述第一混合气体为重整器所生成的混合气体，所述第二混合气体已通过水煤气转换除去了其中的一氧化碳；和
气体净化器，所述气体净化器配置为通过使用变压吸附从转换反应器所生成的第二混合气体中净化和分离氢气，并且排出已分离氢气的废气。
7.根据权利要求6所述的燃料重整装置，进一步包括：
废气引入管线，所述废气引入管线配置为将从气体净化器排出的废气供应至重整器燃烧器。
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