甲醇重整反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种甲醇重整反应器，包括燃烧室、重整反应室、蒸发器、CO净化器以及外壳，燃烧室和重整反应室均为空腔柱体，蒸发器设于燃烧室内，燃烧室设于重整反应室内，重整反应室设于CO净化器内，燃烧室顶部通有内设喷嘴的进料腔体，进料腔体顶部设有点火装置及散热风扇，重整反应室和CO净化器内设有热电偶。本发明专利技术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，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；另一方面本发明专利技术具有CO净化及温度监控功能，从而使得甲醇重整反应器功能更强大。特别适用于可移动、便携式的小型燃料电池发电系统。

Methanol reforming reactor

The invention relates to a methanol reforming reactor, comprising a combustion chamber, reforming reaction chamber, evaporator, CO purifier and shell, the combustion chamber and reforming reaction chamber are hollow cylinder, the combustion chamber is arranged on the evaporator, the combustion chamber is arranged on the reforming reaction chamber, reforming reaction chamber at CO within the purifier, the top of the combustion chamber with internal nozzle the feeding cavity, feeding cavity is arranged at the top of the ignition device and a cooling fan, reforming reaction chamber and CO purifier with thermocouple. The present invention and proton exchange membrane fuel cell combined with the direct use of liquid fuel, simplifying the structure, reaction temperature after ignition can be quickly heated to the required, reduces the startup time, stable operation, high reliability; another aspect of the invention has CO purification and temperature control function, so that the function of methanol reforming reactor strong. The utility model is especially suitable for a portable and portable small fuel cell power generation system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及重整制氢
，特别是一种甲醇重整反应器。
技术介绍
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。现有的重整反应器普遍存在如下问题：1）制成的氢气中含有CO：来自重整反应器的富氢气体包含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就能使电池性能严重下降。2）重整反应器的反应温度不易控制：采用燃料燃烧为重整反应提供热量的甲醇重整反应器通常包括重整反应室，燃烧室和蒸发器。燃料在点火装置的作用下通过喷嘴在燃烧室内迅速燃烧产生热，并将通入蒸发器内的原料甲醇和水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。甲醇重整反应器与质子交换膜燃料电池联用时，产生的富氢气体经CO净化后输送至质子交换膜燃料电池产生电力。甲醇重整反应中要求温度控制在350℃-409℃范围内，因此需要对燃烧室内温度进行精确控制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种甲醇重整反应器，以至少解决降低重整反应器产生的富氢气体中CO含量以及重整反应器反应温度可监控的问题。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种带有CO净化及温度监控功能的甲醇重整反应器，包括燃烧室、重整反应室、蒸发器、CO净化器和外壳；燃烧室和重整反应室均为空腔柱体，燃烧室置于重整反应器内，燃烧室与重整反应室之间的间隙内填充重整反应催化剂；重整反应室上方设有与燃烧室相通的进料腔体，进料腔体内设有正对燃烧室的喷嘴，喷嘴上设有甲醇燃料进口和空气进口；进料腔体上方设有点火装置，且点火装置的点火正、负电极置于喷嘴的出口处；蒸发器采用盘管结构，蒸发器置于燃烧室内，蒸发器的出口与重整反应室的进口连接，重整反应室的进口处设有第一热电偶；CO净化器包括上环形腔管、下环形腔管以及连通于上、下环形腔管之间的若干竖管；上环形腔管的右侧端设有气体出口，且在上环形腔管内靠近气体出口的两侧分别设有上隔板，气体出口处设有第二热电偶；下环形腔管的左侧端设有气体进口，且在下环形腔管内靠近气体进口的两侧分别设有下隔板；CO净化器的上、下环形腔管及各竖管内设有CO反应催化剂；CO净化器整体套装于重整反应室外侧，CO净化器的气体进口与重整反应室的出口连接；燃烧室、重整反应室、蒸发器、CO净化器和进料腔体都位于同一轴线上，且都封装于外壳内。作为优选的技术方案，点火装置上设有第一散热风扇，外壳内的壳顶上位于点火装置正上方的位置设有第二散热风扇。作为优选的技术方案，外壳上部的壳壁上均布有若干散热孔。作为优选的技术方案，CO净化器的底部设有支撑于外壳壳底的支撑腿。作为优选的技术方案，CO净化器中的竖管共有二十根，均布于上、下环形腔管之间，上隔板之间、下隔板之间以及上、下隔板之间各分布五根竖管。甲醇重整反应器启动时，甲醇燃料与空气在喷嘴中混合并从喷嘴处喷出至燃烧室，同时点火装置通电，在点火正、负电极的作用下在燃烧室内迅速燃烧产生热。燃烧室产生的热量迅速向蒸发器和重整反应室内腔传导，原料甲醇和水从蒸发器的进口进入蒸发器，并在盘管状蒸发器内汽化形成原料混合气体，热的混合气体从蒸发器出口经重整反应室进口进入重整反应室，并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净化器降低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。本专利技术中，CO净化器工作时，重整反应室出来的富氢气体从CO净化器的气体进口进入到下环形腔管内，由于下隔板的阻隔作用，富氢气体会沿着部分竖管向上流动，进入到上环形腔管内，由于上隔板的阻隔作用，富氢气体会折向沿着部分竖管向下流动，重新流入到下环形腔管内，同时还是由于下隔板的阻隔作用，富氢气体又会折向沿着剩余的竖管向上流动，重新流入到上环形腔管内，并最终从气体出口排出。CO净化器的该结构特点使得富氢气体能够在CO净化器内尽可能流经更长距离、停留更长时间的、与CO催化剂接触更多的面积，使得富氢气体与CO净化器内的CO反应催化剂能够更充分的反应，最终进一步降低富氢气体中CO的含量。本专利技术中，在重整反应室的进口处设有第一热电偶，在CO净化器的出口处设有第二热电偶，通过两个热电偶对重整反应室进口及CO净化器出口的温度进行实时监测，从而可得知整个重整反应器反应温度的运行情况。在点火装置上设有第一散热风扇，外壳内的壳顶上位于点火装置正上方的位置设有第二散热风扇，两个散热风扇可对重整反应器的温度进行控制，使得重整反应器的反应温度始终保持在正常范围内。本专利技术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；二方面，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；三方面，使用特殊结构构造的CO净化器，大大降低了富氢气体中CO的含量；四方面，散热风扇及热电偶的加入，可实时对重整反应器的温度情况进行监控，确保反应的顺利进行和安全问题。本专利技术特别适用于可移动、便携式的小型燃料电池发电系统。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术中CO净化器的结构示意图。图3为图2中的X-X剖视图。图4为图2中的Y-Y剖视图。图5为本专利技术CO净化器结构展开及气体流向示意图。图中：1-燃烧室、2-重整反应室、3-蒸发器、4-CO净化器、4-1-上环形腔体、4-2-下环形腔体、4-3-竖管、4-4-气体出口、4-5-上隔板、4-6-气体进口、4-7-下隔板、6-进料腔体、7-甲醇燃料进口、8-空气进口、9-点火装置、10-第一热电偶、11-第二热电偶、12-第一散热风扇、13-第二散热风扇、14-散热孔、15-支撑腿、A-蒸发器的进口、B-蒸发器的出口、C-重整反应室的进口、D-重整反应室的出口。具体实施方式为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术，以下结合参考附图并结合实施例对本专利技术作进一步清楚、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。图1至图5所示的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、CO净化器4和外壳5；燃烧室1和重整反应室2均为本文档来自技高网...

【技术保护点】
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）、CO净化器（4）和外壳（5），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）置于重整反应器（2）内，燃烧室（1）与重整反应室（2）之间的间隙内填充重整反应催化剂；重整反应室（2）上方设有与燃烧室（1）相通的进料腔体（6），进料腔体（6）内设有正对燃烧室（1）的喷嘴，喷嘴上设有甲醇燃料进口（7）和空气进口（8）；进料腔体（6）上方设有点火装置（9），且点火装置（9）的点火正、负电极置于喷嘴的出口处；蒸发器（3）采用盘管结构，蒸发器（3）置于燃烧室（1）内，蒸发器（3）的出口与重整反应室（2）的进口连接，重整反应室（2）的进口处设有第一热电偶（10）；CO净化器（4）包括上环形腔管（4‑1）、下环形腔管（4‑2）以及连通于上、下环形腔管（4‑1、4‑2）之间的若干竖管（4‑3）；上环形腔管（4‑1）的右侧端设有气体出口（4‑4），且在上环形腔管（4‑1）内靠近气体出口（4‑4）的两侧分别设有上隔板（4‑5），气体出口（4‑4）处设有第二热电偶（11）；下环形腔管（4‑2）的左侧端设有气体进口（4‑6），且在下环形腔管（4‑2）内靠近气体进口（4‑6）的两侧分别设有下隔板（4‑7）；CO净化器（4）的上、下环形腔管（4‑1、4‑2）及各竖管（4‑3）内设有CO反应催化剂；CO净化器（4）整体套装于重整反应室（2）外侧，CO净化器（4）的气体进口（4‑6）与重整反应室（2）的出口连接；燃烧室（1）、重整反应室（2）、蒸发器（3）、CO净化器（4）和进料腔体（6）都位于同一轴线上，且都封装于外壳（5）内。...

【技术特征摘要】
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）、CO净化器（4）和外壳（5），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）置于重整反应器（2）内，燃烧室（1）与重整反应室（2）之间的间隙内填充重整反应催化剂；重整反应室（2）上方设有与燃烧室（1）相通的进料腔体（6），进料腔体（6）内设有正对燃烧室（1）的喷嘴，喷嘴上设有甲醇燃料进口（7）和空气进口（8）；进料腔体（6）上方设有点火装置（9），且点火装置（9）的点火正、负电极置于喷嘴的出口处；蒸发器（3）采用盘管结构，蒸发器（3）置于燃烧室（1）内，蒸发器（3）的出口与重整反应室（2）的进口连接，重整反应室（2）的进口处设有第一热电偶（10）；CO净化器（4）包括上环形腔管（4-1）、下环形腔管（4-2）以及连通于上、下环形腔管（4-1、4-2）之间的若干竖管（4-3）；上环形腔管（4-1）的右侧端设有气体出口（4-4），且在上环形腔管（4-1）内靠近气体出口（4-4）的两侧分别设有上隔板（4-5），气体出口（4-4）处设有第二热电偶（11）；下环形腔管（4-2）的左侧端设有气体进口（4-6），且在下环形...

【专利技术属性】
技术研发人员：碗海鹰，明其敏，碗山鹰，张晋丽，司若飞，王源，
申请(专利权)人：晋城市阿邦迪能源有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14