CN217418189U - 一种模块化甲醇自热重整制氢器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于甲醇重整制氢反应器技术领域，尤其是涉及一种模块化甲醇自热重整制氢器，包括重整制氢器本体，所述重整制氢器本体的一端内部设置有催化燃烧室，所述重整制氢器本体的上半部内部沿重整制氢器本体长度方向依次设置有燃烧燃料气化室和重整制氢室，所述重整制氢器本体的下半部内部沿重整制氢器本体宽度方向设置有重整制氢换热室和重整制氢燃料气化室，所述催化燃烧室和气体分配预热单元连接。该制氢器实现催化剂、燃烧燃料气化换热模块等模块的产品升级更换，可以实现重整燃料和燃烧燃料统一或燃烧燃料多元化，适用与多种应用场景，整体热利用率高。

Description

一种模块化甲醇自热重整制氢器

技术领域

本实用新型属于甲醇重整制氢反应器技术领域，尤其是涉及一种模块化甲醇自热重整制氢器。

背景技术

氢气作为无碳绿色新能源，具有环保安全、能量密度大、转化效率高、储量丰富、多元化和适用范围广等特点，整个反应过程无污染，零排放，是应对日趋严峻环境危机和构建清洁低碳能源体系的重要载体。目前，电解水制氢、重整制氢是主要的制氢方式。工业副产氢杂质含量高，分离难度大、成本高。

电解水制氢，在制储运方面需要消耗大量的能量，需要配套庞大的基础设施，醇水重整制氢是目前最为经济、产率稳定的制氢方式，适用于中小型移/固定设备。醇水重整制氢反应器性能是制约重整反应效率的重要因素。

在小型移动及功率密度要求高的场合，目前，醇水重整制氢反应器结构采用焊接密封，换热结构无法进行互换升级，催化剂无法进行更换，严重削弱了重整制氢器的复用性，增加了使用和运维成本。并且现有技术中，醇水重整制氢反应器的结构复杂、不紧凑，整体热利用率低。本专利提出了一种模块化甲醇自热重整制氢器，解决重整制氢器上述问题。

实用新型内容

针对背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种各部分部件模块化程度高、组装容易的甲醇自热重整制氢器，可以实现催化剂、燃烧燃料气化换热模块等模块的产品升级更换，可以实现重整燃料和燃烧燃料统一或燃烧燃料多元化，适用与多种应用场景，整体热利用率高。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

一种模块化甲醇自热重整制氢器，包括重整制氢器本体，所述重整制氢器本体的一端内部设置有催化燃烧室，所述重整制氢器本体的上半部内部沿重整制氢器本体长度方向依次设置有燃烧燃料气化室和重整制氢室，所述重整制氢器本体的下半部内部沿重整制氢器本体宽度方向设置有重整制氢换热室和重整制氢燃料气化室，所述催化燃烧室和气体分配预热单元连接；所述燃烧燃料气化室、催化燃烧室、重整制氢换热室依次连通设置；所述重整制氢燃料气化室和重整制氢室连通设置。

可选的，所述燃烧燃料气化室、催化燃烧室、重整制氢换热室、重整制氢燃料气化室和重整制氢室均采用在重整制氢器本体上开设腔体制成，并通过碳纸密封垫片和盖板密封连接。

可选的，所述气体分配预热单元包括导流进气盖和导流块，所述催化燃烧室上设置有隔环，隔环的内部构成催化燃烧预室，所述导流块内壁上均布有若干个叶片，所述导流块的内腔外圈上贯通设置有和催化燃烧预室连通的环形缺口。

可选的，所述导流块内腔中央设置有球形的导流螺帽，用于将气流均匀导流到环形缺口中。

可选的，所述导流块两端设置有供加热棒插入的安装孔。

可选的，所述隔环和重整制氢器本体之间构成进气腔体，所述进气腔体和燃烧燃料气化室连通，所述隔环圆周均布有若干个燃料均气孔。

可选的，所述燃烧燃料气化室设置成蛇形的弯折通道，并于燃烧燃料气化室底部设置有燃料气化换热模块，所述燃料气化换热模块位于重整制氢换热室内。

可选的，所述重整制氢室设置成蛇形的弯折通道，并设置有与弯折通道相契合的蛇形的催化剂碳纸垫片。

可选的，所述重整制氢换热室位于重整制氢室的底部，所述重整制氢换热室中设置有重整制氢换热模块。

可选的，所述重整制氢燃料气化室内设置有加热模块。

本实用新型具有如下优点和有益效果：

一、本实用新型中，催化燃烧预室、催化燃烧室、燃烧燃料气化室、重整制氢室、重整制氢换热室、重整制氢燃料气化室功能区块均设置在制氢器本体上，制氢器结构紧凑，整体成型换热效率高。

二、本实用新型中，通过在重整制氢器本体上开设若干腔体，并通过碳纸密封垫片和盖板密封连接。模块化设计的甲醇自热重整制氢器，可以实现重整燃料和燃烧燃料可以统一或燃烧燃料多元化，适用与多种应用场景，通用性高。

三、本实用新型中，通过增加碳纸垫片，把颗粒状催化剂平整，碳纸具有一定压缩性，可以减小颗粒催化和碳纸的间隙，甚至紧密贴合，再通过盖板紧密贴合，实现低压(≤0.3mPa)密封，进而可以实现催化剂的更换。同样的方式，可以对燃烧燃料气化换热模块和重整制氢换热模块进行产品升级更换，以实现甲醇自热重整制氢器关键部件模块化。从而使得重整制氢器的换热结构可以进行互换升级，催化剂能够进行更换，大大提升了重整制氢器的复用性，降低了使用和运维成本。

附图说明

图1为本实用新型提供的模块化甲醇自热重整制氢器的三维结构图；

图2为本实用新型提供的模块化甲醇自热重整制氢器的第一爆炸视图；

图3为本实用新型提供的模块化甲醇自热重整制氢器的第二爆炸视图；

图4为本实用新型提供的模块化甲醇自热重整制氢器的等轴测剖面视图

图5为本实用新型提供的模块化甲醇自热重整制氢器的气体分配预热单元结构的爆炸视图；

图6为本实用新型提供的模块化甲醇自热重整制氢器的第一结构图；

图7为本实用新型提供的模块化甲醇自热重整制氢器的第二结构图；

图8为本实用新型提供的模块化甲醇自热重整制氢器的第三结构图；

图标：1-风机，11-转接头，12-导流进气盖，13-导流螺帽，2-导流块， 21-安装孔，211-第一加热棒，22-叶片，23-螺纹孔，24-第一进口，25-第一碳纸密封垫片，26-连接螺钉，3-重整制氢器本体，31-燃烧燃料气化室， 311-第二进口，312-第二加热棒，32-隔环，32a-催化燃烧预室，32b-进气腔体，321-燃料均气孔，33-重整制氢换热室，331-第二出气口，34-重整制氢室，341-第三进口，3411-过滤网，35-重整制氢燃料气化室，351-第四进口，36-温度检测点，4-催化燃烧催化剂，5-燃料气化换热模块，6-重整制氢换热模块，7-上盖板，71-第一上盖板，711-第二碳纸密封垫片，712- 催化剂碳纸垫片，72-第二上盖板，8-下盖板，81-第一下盖板，811-第三碳纸密封垫片，82-第二下盖板，9-加热模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1～8所示，一种模块化甲醇自热重整制氢器，包括重整制氢器本体3。

重整制氢器本体3的一端内部设置有催化燃烧室。如6所示，催化燃烧室优选设置成圆形状，并于催化燃烧室设置有催化燃烧催化剂4。催化燃烧催化剂4与催化燃烧室内壁之间设置有耐高温缓冲垫(用于缓冲在高温下催化剂的膨胀)。

如图2所示，重整制氢器本体3的上半部内部沿重整制氢器本体3长度方向依次设置有燃烧燃料气化室31和重整制氢室34，其中燃烧燃料气化室31位于催化燃烧室所在的一侧。如图3所示，重整制氢器本体3的下半部内部沿重整制氢器本体3宽度方向设置有重整制氢换热室33和重整制氢燃料气化室35，且重整制氢换热室33和重整制氢室34位于重整制氢器本体3的同一侧。催化燃烧室和气体分配预热单元连接。

本实用新型中，燃烧燃料气化室31、催化燃烧室、重整制氢换热室33、重整制氢燃料气化室35和重整制氢室34均采用在重整制氢器本体3上开设腔体制成，将这些腔室集成设计，并通过碳纸密封垫片和盖板密封连接。

其中，燃烧燃料气化室31、催化燃烧室、重整制氢换热室33依次连通设置；重整制氢燃料气化室35和重整制氢室34连通设置。

具体的：

如图1、图8所示，燃烧燃料气化室31上设置有第二进口311，燃烧燃料气化室31的底侧设置有第二加热棒312。当催化燃烧燃料为液态(甲醇水溶液)时，燃烧启动前需要对燃料加热气化。液体从第二进口311进入到燃烧燃料气化室31被加热气化后通到催化燃烧室中，在燃烧催化剂的作用下无焰燃烧放热。

如图8所示，重整制氢燃料气化室35上设置有第四进口351，重整制氢燃料气化室35内设置有加热模块9。燃料液体从第四进口351进入到重整制氢燃料气化室35被加热气化后通到重整制氢室34中。

气体分配预热单元的作用预热分配气体，热气间接预热催化燃烧催化剂4(催化剂预热的目的是防止温度过低催化燃烧不起燃)。如图5所示，本实用新型中，气体分配预热单元包括依次连接的风机1、转接头11、导流进气盖12和导流块2。气体分配预热单元是由风机1(其他供气设备) 与单向空气转接头11连接供气，转接头11与导流进气盖12焊接或螺纹连接，导流进气盖12与导流块2焊接连接。

催化燃烧室上设置有隔环32，隔环32的内部构成催化燃烧预室32a，催化燃烧预室32a是导流块2与重整制氢器本体3连接，形成一个燃料和空气预混的空间。导流块2内壁上均布有若干个叶片22，导流块2的内腔外圈上贯通设置有和催化燃烧预室32a连通的环形缺口。空气分配是通过叶片22状的导流块结构实现的，空气导流可以是叶片22或按一定规则排列的圆孔、槽孔等实现。导流块2上设置有第一进口24(气体燃料接口)，用于气体燃烧供热或尾气处理。

气体分配预热单元为模块化结构，可以根据使用环境和状态进行更换。导流块2和催化燃烧室通过第一碳纸密封垫片25连接密封，导流块2两侧设置有安装孔21，安装孔21内设置有第一加热棒211，可以将风机1输入的风进行预热。气体分配预热单元与重整制氢器本体3通过连接螺钉26进行连接。

进一步的，导流块2内腔中央设置有球形的导流螺帽13，可以将预热的气流均匀导流到环形缺口中并到达催化燃烧室内。

进一步的，隔环32和重整制氢器本体3之间构成进气腔体32b，进气腔体32b和燃烧燃料气化室31连通，隔环32圆周均布有若干个燃料均气孔321。燃烧燃料气化室31的高温气体先到达进气腔体32b中，再通过燃料均气孔321均匀的到达催化燃烧预室32a内后到达催化燃烧室内。

进一步的，燃烧燃料气化室31设置成蛇形的弯折通道，并于燃烧燃料气化室31底部设置有第二加热棒312和燃料气化换热模块5，燃料气化换热模块5位于重整制氢换热室33内，可实现方便的拆装更换。当催化燃烧正常工作后，燃料气化第二加热棒312关闭，高温气体经燃料气化换热模块5供热，保持燃料气化状态。燃料气化换热模块5与重整制氢器本体3 之间设置有碳纸(起到均热和缓冲的作用)垫片，通过螺栓连接。燃料气化换热模块5是一个独立换热模块，可以升级更换。

进一步的，重整制氢室34设置成蛇形的弯折通道，并设置有与弯折通道相契合的蛇形的催化剂碳纸垫片712。重整制氢室34上设置有第三进口 341。

本实用新型中，盖板包括上盖板7和下盖板8。重整制氢室34通过第二碳纸密封垫片711和第一上盖板71连接密封；燃烧燃料气化室31通过第二上盖板72密封。

重整制氢换热室33位于重整制氢室34的底部，重整制氢换热模块6 设置在重整制氢换热室33中，重整制氢换热室33通过第三碳纸密封垫片 811和第一下盖板81连接密封；重整制氢燃料气化室35内设置有加热模块 9，重整制氢燃料气化室35通过第二下盖板82密封。

重整制氢室34是重整燃料进行重整制氢的场所，其内部填充颗粒铜基催化剂，重整混合气经第三进口341的过滤网3411后和相关部件后供给相关设备使用。催化剂顶部设置碳纸垫片用于平整催化剂和均热。当重整催化剂性能衰减和损坏时，拆掉盖板即可进行更换催化剂。重整制氢换热室 33位于重整制氢室34的下方，重整制氢换热模块6与重整制氢室34之间设置有碳纸垫片，并通过螺栓连接。从催化燃烧室过来的高温气体通过重整制氢换热模块6将热量供给重整制氢，换热后从第二出气口331流出。重整制氢换热模块6是独立的模块，该换热结构可以翅片式、多孔介质、网状结构等，并且可以根据使用环境和成本进行更换。

重整燃料在进入重整制氢室34前要进行预热气化，燃料从第四进口351 进到重整制氢燃料气化室35内，气化后通入重整制氢室34中。重整制氢燃料气化室35的第二下盖板82与制氢器结构通过激光焊接连接。

制氢器结构设置有若干温度检测点36，用于检测催化燃烧状态和重整制氢状态。制氢器结构紧凑，整体成型换热效率高。模块化甲醇自热重整制氢器设置有20～40mm保温层，减小热量散失，高温尾气可以进一步利用，整体热利用率≥70％。

重整制氢铜基催化剂都是颗粒状的，颗粒状的催化剂与盖板之间有很大的间隙难以杜绝，氢气的逃逸性很强，所以醇水重整制氢反应器结构采用焊接密封，造成催化剂无法更换。本专利通过增加碳纸垫片，把颗粒状催化剂平整，碳纸具有一定压缩性，可以减小颗粒催化和碳纸的间隙，甚至紧密贴合。通过重整制氢室盖板螺栓紧压使得碳纸密封垫片紧密贴合，实现低压(≤0.3mPa)密封，进而可以实现催化剂的更换。同样的方式，可以对燃烧燃料气化换热模块等模块进行产品升级更换，以实现甲醇自热重整制氢器关键部件模块化。同时模块化甲醇自热重整制氢器，可以实现重整燃料和燃烧燃料统一或燃烧燃料多元化，适用与多种应用场景。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化甲醇自热重整制氢器，其特征在于:包括重整制氢器本体(3)，所述重整制氢器本体(3)的一端内部设置有催化燃烧室，所述重整制氢器本体(3)的上半部内部沿重整制氢器本体(3)长度方向依次设置有燃烧燃料气化室(31)和重整制氢室(34)，所述重整制氢器本体(3)的下半部内部沿重整制氢器本体(3)宽度方向设置有重整制氢换热室(33)和重整制氢燃料气化室(35)，所述催化燃烧室和气体分配预热单元连接；所述燃烧燃料气化室(31)、催化燃烧室、重整制氢换热室(33)依次连通设置；所述重整制氢燃料气化室(35)和重整制氢室(34)连通设置。

2.根据权利要求1所述的模块化甲醇自热重整制氢器，其特征在于：所述燃烧燃料气化室(31)、催化燃烧室、重整制氢换热室(33)、重整制氢燃料气化室(35)和重整制氢室(34)均采用在重整制氢器本体(3)上开设腔体制成，并通过碳纸密封垫片和盖板密封连接。

3.根据权利要求2所述的模块化甲醇自热重整制氢器，其特征在于：所述气体分配预热单元包括导流进气盖(12)和导流块(2)，所述催化燃烧室上设置有隔环(32)，隔环(32)的内部构成催化燃烧预室(32a)，所述导流块(2)内壁上均布有若干个叶片(22)，所述导流块(2)的内腔外圈上贯通设置有和催化燃烧预室(32a)连通的环形缺口。

4.根据权利要求3所述的模块化甲醇自热重整制氢器，其特征在于：所述导流块(2)内腔中央设置有球形的导流螺帽(13)，用于将气流均匀导流到环形缺口中。

5.根据权利要求3所述的模块化甲醇自热重整制氢器，其特征在于：所述导流块(2)两端设置有供加热棒插入的安装孔(21)。

6.根据权利要求3所述的模块化甲醇自热重整制氢器，其特征在于：所述隔环(32)和重整制氢器本体(3)之间构成进气腔体(32b)，所述进气腔体(32b)和燃烧燃料气化室(31)连通，所述隔环(32)圆周均布有若干个燃料均气孔(321)。

7.根据权利要求1所述的模块化甲醇自热重整制氢器，其特征在于：所述燃烧燃料气化室(31)设置成蛇形的弯折通道，并于燃烧燃料气化室(31)底部设置有燃料气化换热模块(5)，所述燃料气化换热模块(5)位于重整制氢换热室(33)内。

8.根据权利要求1所述的模块化甲醇自热重整制氢器，其特征在于：所述重整制氢室(34)设置成蛇形的弯折通道，并设置有与弯折通道相契合的蛇形的催化剂碳纸垫片(712)。

9.根据权利要求7所述的模块化甲醇自热重整制氢器，其特征在于：所述重整制氢换热室(33)位于重整制氢室(34)的底部，所述重整制氢换热室(33)中设置有重整制氢换热模块(6)。

10.根据权利要求1所述的模块化甲醇自热重整制氢器，其特征在于：所述重整制氢燃料气化室(35)内设置有加热模块(9)。

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