制氢反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种由包含碳化合物和水的原料生成含氢的重整气的反应器，所述反应器包括：重整部，通过重整所述原料来生成含氢的重整气；燃烧部，通过燃烧所述原料而向上述重整部供给热；一氧化碳去除反应部，去除含氢的重整气内的一氧化碳；加热原料输送管；以及重整原料相变管，位于燃烧部内，并对原料进行加热，其中，从外侧以同心结构依次相隔设置有第一壳体、第二壳体和加热原料输送管，所述重整部及燃烧部分别由所述第一壳体和所第二壳体的相隔空间以及所述第二壳体和所述加热原料输送管的相隔空间而独立形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制氢反应器，该制氢反应器通过重整碳化合物而转化为含氢的重整气并供给到燃料电池中。具体地，涉及一种由碳化合物生产氢气的制氢反应器，该制氢反应器是通过蒸发混合碳化合物和水的液体原料的相变部气化的原料在填充有催化剂的重整反应部中转化为含氢的重整气，为了促进该反应而在与重整反应部分离的邻接流路上设置燃烧反应部，并诱导部分液体原料在催化剂上进行燃烧反应，从而将燃烧反应产生的热作为反应热供给到重整反应部中。
技术介绍
近年来，随着对环境问题的关注度的增加，对以氢气为燃料的洁净燃料的关注和需求也在增加。高分子型燃料电池系统作为高效的发电装置，该系统的工作温度低且能够快速启动，因此若与适当的氢气供给装置连接，则能够用作多用途电力供给装置。包含甲醇的碳化合物不含硫磺成分并具有较高的氢/碳-比特性的分子结构，同时易于与水混合，且在常温、常压下为液态，因此该碳化合物为容易以高能量密度储存的燃料。作为由包括甲醇在内的碳化合物生产氢气的方法之一，已开发出水蒸气重整方法，并且该水蒸气重整方法被广泛使用。为了由碳化合物进行水蒸气重整反应，首先需要用于使液态的碳化合物和水的混合物气化的气化器、用于向重整反应器供给热的燃烧器以及用于使燃烧用液体燃料气化的气化器，当供给至如高分子燃料电池的易受一氧化碳影像的高分子燃料电池中时，为了去除一氧化碳而需要额外的净化器。由甲醇生产氢气的反应按下述反应式1进行反应。[反应式1]CH3OH+H2O＝CO2+3H2ΔH＝49.4kJ/mol(1)CH3OH＝CO+2H2ΔH＝90.5kJ/mol(2)CO+H2O＝CO2+H2ΔH＝-41.1kJ/mol(3)如上述，使用甲醇的重整反应按上述反应式1的(1)进行反应的同时，部分在高温下产生(2)的反应。但是，(1)及(2)的反应为吸热反应，为了进行这些吸热反应需要持续供给热，并且为了调节反应速度，必须同时调节产生重整反应的催化剂温度。此外，在上述(2)的反应中反应器的温度过高的情况下，进行甲醇的直接分解反应和上述(3)的反应的逆反应，从而生成物中的一氧化碳浓度变高，在温度过低的情况下，发生水蒸气冷凝的同时催化剂层的反应速度下降，从而甲醇燃料的转化容量减少，因此需要切实维持重整部的温度。为了解决这种问题，在韩国授权专利10-0314829中记载了用于使重整器的温度维持一定温度而具备双重管的甲醇重整装置。但是，该甲醇重整装置具有如下缺点：反应器的大小整体上为大型，燃烧催化剂并不完全接触重整催化剂的侧面，并且燃烧催化剂并未填充在一个管中，而是分散填充到多处，从而难以向重整部有效地供给热。此外，在美国太平洋西北国家实验室(PacificNorthNationalLaboratory)的论文J.ofPowersource，108(2002)21-27中记载了将甲醇同时用作燃烧燃料和重整燃料的小型甲醇水蒸气重整装置。但是，该小型甲醇水蒸气重整装置具有如下缺点：具备200mW左右的较低的输出功率，并且为了维持反应温度，投入到燃烧器中的燃料即甲醇量较多，从而整体热效率非常低，为5至10％。因此，需要不断研发保持反应器的大小为小型的同时，热效率及氢转化率较高的反应器。<现有技术文献>专利文献：韩国授权专利10-0314829(2001年11月02日)非专利文献：PacificNorthNationalLaboratory，J.ofPowersource，108(2002)21-27
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种用于由碳化合物生产氢气的热交换型反应器，该热交换型反应器能够使相变中所需要的能量消耗最小化，同时隔着壳体而相邻地填充重整催化剂和燃烧催化剂，使热传递距离最小化，由此能够以简单的结构制造成小型的反应器。此外，本专利技术的目的在于提供一种制氢反应器，其通过将蒸发液体燃料的部分配置在反应器内部来快速启动反应器，由此能够向紧急电力供给用燃料电池迅速且稳定的供给氢气。此外，本专利技术的目的在于提供一种制氢反应器，该制氢反应器有效去除了由碳化合物生成的富含氢气的气体中的一氧化碳，从而即使作为燃料供给至高分子燃料电池中，也不会导致燃料电池的劣化。(二)技术方案本专利技术涉及一种由碳化合物生产氢气的制氢反应器。本专利技术的一方面涉及一种反应器，该反应器由包含碳化合物和水的原料生成含氢的重整气，所述反应器包括：重整部，通过重整所述原料来生成含氢的重整气；燃烧部，通过燃烧所述原料而向所述重整部供给热；加热原料输送管；以及重整原料相变管，位于燃烧部内，并对原料进行加热，其中，从外侧以同心结构依次相隔设置有第一壳体、第二壳体和加热原料输送管，所述重整部及燃烧部分别由所述第一壳体和所述第二壳体的相隔空间以及所述第二壳体和所述加热原料输送管的相隔空间而独立形成。此时，所述反应器可具备：重整部，所述第一壳体和所述第二壳体的相隔空间中填充有重整催化剂；以及燃烧部，所述第二壳体和所述加热原料输送管的相隔空间中填充有燃烧催化剂。本专利技术的另一方面涉及一种反应器，其包括：重整部，通过重整包含碳化合物和水的原料来生成含氢的重整气；以及燃烧部，通过燃烧所述原料而向重整部供给热，其中，从内部向外部以同心圆状依次设置有加热原料输送管、第一壳体和第二壳体，所述重整部由第一壳体和第二壳体的相隔空间形成，所述燃烧部由第二壳体和加热原料输送管的相隔空间形成，在所述燃烧部的内部包括对原料进行加热的重整原料相变管，在所述重整部的一端包括一氧化碳去除部。此时，在与所述一氧化碳去除部邻接的相同高度位置可设置有围绕第二壳体的内侧面的重整原料相变管。此外，所述反应器可具备：重整部，所述第一壳体和所述第二壳体的相隔空间填充有重整催化剂；一氧化碳去除部，所述重整部的末端填充有一氧化碳去除催化剂；以及燃烧部，所述第二壳体和所述加热原料输送管的相隔空间填充有燃烧催化剂。本专利技术中，在所述加热原料输送管的内部可还具备加热器或燃烧催化剂，所述加热原料输送管的下端和所述第二壳体的下端相互隔开而形成第一隔室，并且所述第二壳体的下端和所述第一壳体的下端相互隔开而形成第二隔室。本专利技术中，所述燃烧催化剂可从所述燃烧部的下端填充，并填充成与所述燃烧部的上端、所述原料相变管的内侧下端和所述加热器的内侧下端相互隔开，所述重整催化剂可从所述重整部的下端填充，并与所述重整部的上端相户隔开。本专利技术中，所述反应器在所述加热原料输送管的上端还可具备将所述加热原料输送管、所述第一壳体和所述第二壳体与外部隔离的水平隔离板，并且可设置为加热原料输送管、燃烧生成物排出管、重整原料供给管和重整原料排出管贯穿所述水平隔离板。本专利技术中，所述加热原料供给管可与所述加热原料输送管连接，所述燃烧生成物排出管可与所述燃烧部连接，所述述重整原料供给管和重整原料排出管可分别与所述原料相变管的一端连接，所述重整原料排出管可通过预热管道与所述第二隔室连接。此外，与所述重整原料排出管连接的预热管道可以以线圈形状包覆所述第一壳体的侧面。此外，在所述燃烧部中的未填充有燃烧催化剂的空间还可具备导热网，所述重整部还可具备一个以上的传热销。本专利技术中，燃烧催化剂、重整催化剂或一氧化碳去除催化剂可包含选自金、银、铁、钴、镍、铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应器，包括：重整部，通过重整包含碳化合物和水的原料来生成含氢的重整气；以及燃烧部，通过燃烧所述原料而向重整部供给热，其中，从内部向外部以同心结构依次设置有加热原料输送管、第一壳体和第二壳体，所述重整部由第一壳体和第二壳体的相隔空间形成，所述燃烧部由第二壳体和加热原料输送管的相隔空间形成，所述燃烧部的内部包括对原料进行加热的重整原料相变管。

【技术特征摘要】
2015.06.26 KR 10-2015-0090915;2016.06.08 KR 10-2011.一种反应器，包括：重整部，通过重整包含碳化合物和水的原料来生成含氢的重整气；以及燃烧部，通过燃烧所述原料而向重整部供给热，其中，从内部向外部以同心结构依次设置有加热原料输送管、第一壳体和第二壳体，所述重整部由第一壳体和第二壳体的相隔空间形成，所述燃烧部由第二壳体和加热原料输送管的相隔空间形成，所述燃烧部的内部包括对原料进行加热的重整原料相变管。2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述反应器包括：重整部，所述第一壳体和所述第二壳体的相隔空间中填充有重整催化剂；以及燃烧部，所述第二壳体和所述加热原料输送管的相隔空间中填充有燃烧催化剂。3.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述重整部的一端还包括一氧化碳去除部。4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，在隔着第二壳体与所述一氧化碳去除部相对并邻接的位置设置有围绕第二壳体的内侧面的重整原料相变管。5.根据权利要求3所述的反应器，其中，所述反应器在重整部的末端包括填充有一氧化碳去除催化剂的一氧化碳去除部。6.根据权利要求1所述的反应器，其中，在所述加热原料输送管的内部还包括加热器或燃烧催化剂。7.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述加热原料输送管的下端与所述第二壳体的下端相互隔开而形成第一隔室，所述第二壳体的下端与所述第一壳体的下端相互隔开而形成第二隔室。8.根据权利要求1所述的反应器，其中，在所述加热原料输送管的上端还具备将所述加热原料输送管、所述第一壳体和所述将第二壳体与外部隔离的水平隔离板。9.根据权利要求8所述的反应器，其中，所述水平隔离板设置为加热原料供给管、燃烧生成物排出管、重整原料供给管和重整原料排出管贯穿所述水平隔离板。10.根据权利要求9所述的反应器，其中，所述加热原料供给管与加热原料输送管连接，所述燃烧生成物排出管与燃烧部连接，所述重整原料供给管和重整原料排出管分别与重整原料相变管的一端和另一端连接。11.根据权利要求10所述的反应器，其中，所述重整原料排出管与所述第二隔室连接。12.根据权利要求9所述的反应器，其中，所述重整原料排出管与预热管道连接，所述预热管道以线圈形状包覆第一壳体的外侧面。13.根据权利要求1所述的反应器，其中，在所述第一壳体的外侧面中填充有重整催化剂的部分还具备一个以上的温度传感器。14.根据权利要求1所述的反应器，其中，在所述燃烧部中未填充燃烧催化剂的空间还具备导热网。15...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东柱，黄英在，郑云浩，尹旺来，朴相浩，金宇铉，具己暎，
申请(专利权)人：韩国能量技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR