CN205933210U - 甲醇重整反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及甲醇重整反应器，包括燃烧室、重整反应室、蒸发器以及壳体，燃烧室和重整反应室均为空腔柱体，燃烧室设置在壳体内中部，重整反应室设置在燃烧室下部，重整反应室内填充重整反应催化剂，燃烧室顶部连接燃料甲醇输入管和助燃剂输入管，蒸发器采用盘管结构，蒸发器盘绕于燃烧室外侧，蒸发器顶部与原料甲醇输入管和原料水输入管相连，蒸发器底部与重整反应室相连；CO净化反应室的输入端口连接重整反应室的重整合成气输出端口。本实用新型主要与质子交换膜燃料电池联用，直接使用液体燃料简化结构，另一方面点燃后即可快速加热至所需的反应温度，减少了启动时间，工作稳定，可靠性强。特别适用于可移动、便携式的小型燃料电池发电系统。

Description

甲醇重整反应器

技术领域

本实用新型涉及重整制氢技术领域，特别是一种甲醇重整制氢反应器。

背景技术

在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。在燃烧相同的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）需要纯氢作为燃料，但纯氢的运输、储存、加注技术及设施不能满足分散型电站，尤其是进入家庭使用的要求，因此通过现有的化石燃料的储运附加设施，利用燃料重整制氢的方式与PEMFC联合使用成为国际的通用方法。

甲醇重整制氢是甲醇与水蒸气在350℃-409℃温度下，1-5MPa的压力条件下，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和CO的变换反应，生成H₂和CO，这是一个多组分、多反应的气固相反应系统。反应方程如下：

CH₃OH→CO+H₂ （1）

H₂O+CO→CO₂+H₂ （2）

CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂ （3）

重整反应生成的H₂ 和CO₂，再经过钯膜分离器将H₂ 和CO₂分离，得到高纯氢气。

由于PEMFC燃料电池对重整氢气的质量有求高，同时要求制氢系统小型化和具有高的比功率，这就成为燃料电池制氢技术中的关键技术难点。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种甲醇重整反应器，以至少解决制氢系统小型化的技术问题。

为解决以上技术问题，本实用新型提供的一种甲醇重整反应器，包括燃烧室、重整反应室、蒸发器以及用于容置燃烧室、重整反应室和蒸发器的壳体，燃烧室和重整反应室均为空腔柱体，燃烧室设置在壳体内中部，重整反应室设置在燃烧室下部，重整反应室内填充重整反应催化剂，燃烧室顶部连接燃料甲醇输入管和助燃剂输入管，燃烧室顶部还安装有点火装置；蒸发器采用盘管结构，蒸发器盘绕于燃烧室外侧，蒸发器的输入端口设置在蒸发器顶部并与原料甲醇输入管和原料水输入管相连，蒸发器的输出端口设置在蒸发器底部并与重整反应室相连；重整反应室上设原料混合气输入端口和重整合成气输出端口，原料混合气输入端口与蒸发器的输出端口连接。

作为优选的技术方案，重整反应室外侧设置有空腔结构的CO净化反应室，CO净化反应室的输入端口连接重整反应室的重整合成气输出端口。

甲醇重整反应器启动时，燃料甲醇与助燃剂空气或氧气混合，喷到燃烧室中，在点火器的作用下迅速燃烧产生热。燃烧室产生的热量迅速向蒸发器和重整反应室内腔传导，原料甲醇和水在蒸发器内汽化形成原料混合气体，热的混合气体进入重整反应室在催化剂的作用下发生重整反应产生富氢气体。富氢气体进一步经过CO净化反应室降低CO含量，然后输送至燃料电池产生电力，没有完全使用的转化产物会送回燃烧室为反应提供热量。

本实用新型所述甲醇重整反应室主要与质子交换膜燃料电池联用，为质子交换膜燃料电池提供氢气。在启动时，使用工业甲醇燃烧产生热，提供重整反应所需要的温度，与传统甲醇重整反应器相比，一方面，直接使用液体燃料简化结构，另一方面点燃后即可快速加热至所需的反应温度，减少了启动时间，工作稳定，可靠性强。重整反应室和CO净化反应室采用一体化设计，进一步减轻了重量并使结构紧凑化。本实用新型特别适用于可移动、便携式的小型燃料电池发电系统。

附图说明

此处的附图用来提供对本实用新型的进一步说明，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用来解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的结构示意图。

图中，1-燃烧室，2-重整反应室，3-蒸发器，4-壳体，5-燃料甲醇输入管，6-助燃剂输入管，7-原料甲醇输入管，8-原料水输入管，9-法兰，10-CO净化反应室。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本实用新型，以下结合参考附图并结合实施例对本实用新型作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示的甲醇重整反应器包括燃烧室1、重整反应室2、蒸发器3以及用于容置燃烧室1、重整反应室2和蒸发器3的壳体4，燃烧室1和重整反应室2均为空腔柱体，优选为空腔圆柱体，燃烧室1设置壳体4内在中部，重整反应室2设置在燃烧室1下部，重整反应室2内填充重整反应催化剂，燃烧室1顶部连接燃料甲醇输入管5和助燃剂输入管6，燃烧室1顶部还安装有点火装置（图中未示出），上述燃料甲醇输入管5、助剂输入管6以及点装置均固定在法兰9上，该法兰9与燃烧室1顶部螺栓连接。蒸发器3采用盘管结构，蒸发器3盘绕于燃烧室外侧，蒸发器3的输入端口设置在蒸发器3顶部并与原料甲醇输入管7和原料水输入管8相连，蒸发器3的输出端口设置在蒸发器3底部并与重整反应室相连。

重整反应室2上设原料混合气输入端口和重整合成气输出端口，原料混合气输入端口与蒸发器3的输出端口连接。

燃烧室1为重整反应提供热量，燃料为甲醇，助燃剂为空气和氧气中的至少一种，燃烧产物是CO₂和H₂O，燃烧过程中放出热量，燃烧室1内有喷嘴、点火器以及空气分布管。该反应能够迅速燃烧产生热，从而使燃烧室1和重整反应室2迅速升温到所需的温度。燃料甲醇输入管5和助燃剂输入管6分别用于向燃烧室1内输入燃料甲醇和助燃剂。蒸发器3为原料甲醇和水的汽化场所，原料甲醇和水分别通过原料甲醇输入管7和原料水输入管8从蒸发器3的输入端口输入蒸发器3，汽化后的混合气体从蒸发器3的输出端口输出至重整反应室2。重整反应室2中甲醇和水反应生成重整合成气，甲醇重整催化剂主要有镍系催化剂、铂钯催化剂和铜系催化剂，其中，铜系催化剂的反应温度在230℃-270℃，其催化活性、反应选择性好。

甲醇重整制氢反应器启动时，燃料甲醇通过蠕动泵、燃料甲醇输入管5进入燃烧室顶部的喷嘴，与助燃剂空气或氧气混合，喷到燃烧室1中，在点火器的作用下迅速燃烧产生热，其启动时间短，操作和装置都很简单。燃烧室1产生的热量迅速向蒸发器3和重整反应室2内腔传导，原料甲醇和水在蒸发器内汽化形成原料混合气体，热的混合气体进入重整反应室2在催化剂的作用下发生重整反应产生富氢气体。

来自重整反应室2的富氢气体包含45-75%H₂、15-25%CO₂、0.5%-2%CO和少量的H₂O和N₂。因氢燃料电池的电极材料为Pt，CO不仅会毒化Pt电极而且极易吸附于催化剂表面，阻碍燃料的催化氧化。大量的研究表明极微量的CO就能是电池性能严重下降，因而，选择一种好的降低CO浓度的方法显得格外重要。可以将CO浓度控制在20ppm以下的方法有吸附、Pd膜分离、CO甲烷化以及CO选择性氧化反应。

作为优选的实施例，重整反应室2外侧设置有空腔结构的CO净化反应室10，CO净化反应室10的输入端口连接重整反应室2的重整合成气输出端口。CO净化反应室10内设置与CO去除方法相对应的吸附剂、膜、催化剂等或进行相应的结构设置。经过CO净化后的富氢气体进入质子交换膜燃料电池产生电力，没有完全使用的转化产物会送回甲醇重整反应器的燃烧室为反应提供热量。

本实用新型要求保护的范围不限于以上具体实施方式，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有多种变形和更改，凡在本实用新型的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种甲醇重整反应器，包括燃烧室（1）、重整反应室（2）、蒸发器（3）以及用于容置燃烧室（1）、重整反应室（2）和蒸发器（3）的壳体（4），其特征在于：燃烧室（1）和重整反应室（2）均为空腔柱体，燃烧室（1）设置在壳体（4）内中部，重整反应室（2）设置在燃烧室（1）下部，重整反应室（2）内填充重整反应催化剂；

燃烧室（1）顶部连接燃料甲醇输入管（5）和助燃剂输入管（6），燃烧室（1）顶部还安装有点火装置；

蒸发器（3）采用盘管结构，蒸发器（3）盘绕于燃烧室外侧，蒸发器（3）的输入端口设置在蒸发器（3）顶部并与原料甲醇输入管（7）和原料水输入管（8）相连，蒸发器（3）的输出端口设置在蒸发器（3）底部并与重整反应室（2）相连；

重整反应室（2）上设原料混合气输入端口和重整合成气输出端口，原料混合气输入端口与蒸发器（3）的输出端口连接。

2.根据权利要求1所述的甲醇重整反应器，其特征在于：重整反应室（2）外侧设置有空腔结构的CO净化反应室（10）,CO净化反应室（10）的输入端口连接重整反应室（2）的重整合成气输出端口。