本发明专利技术属于制氢设备技术领域，公开了一种用于集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置。采用甲醇重整制氢反应器供氢剩余的富氢尾气或低品位燃料电池尾气为燃烧腔提供燃料，燃烧腔作为主要热源通过高热传导腔体为重整腔供热。同时，耦合重整腔内设置的电加热器和温度传感器。温度传感器实时监测重整腔内的温度，并根据实际重整腔内温度和目标温度之间的差值，动态控制重整腔内的电加热装置为重整腔辅助供热，从而实现重整腔内的温度均匀分布以及减小重整腔内的温度分布梯度，提升甲醇重整制氢的产氢效率和稳定性。重整制氢的产氢效率和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种用于集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置
[0001]本专利技术属于制氢设备
，具体涉及一种用于集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置。
技术介绍
[0002]氢能是世界上最理想的清洁能源，具有能量密度大、燃烧热值高、可再生、零污染、零碳排、来源广泛和应用场景丰富等优点。相比于传统的天然气制氢，甲醇蒸汽重整制氢具有投资低、装置简单、易储运、产物气中氢含量高、甲醇原料可通过再生资源制取、低污染低排放的特点，能够为燃料电池提供可靠的氢源，在分布式能源存储、新能源汽车、通信站等领域应用潜力巨大。
[0003]甲醇重整反应是吸热反应，需要源源不断的提供热量才能维持反应的持续进行。催化燃烧是放热反应，具有无火焰燃烧、起燃温度低、燃烧效率高和燃烧稳定等特点，能够为甲醇重整的吸热反应提供热量，利用来自反应器供氢剩余的富氢尾气或低品位燃料电池尾气，能够大幅提升甲醇重整制氢反应的能量利用效率。但催化燃烧反应供热温度难以精确控制，此外，受制于空间热传导的不非均匀性，导致甲醇水蒸气重整反应腔受热不均匀，存在较为严重的温度梯度，严重影响催化剂的性能以及制氢的稳定性。采用电加热方式给重整反应供热，尽管控温精度和稳定性大幅提升、反应腔受热更均匀，但电加热需要额外的电力能源消耗，且自身产生的低品位或剩余的富氢尾气无法得到充分利用，从而大幅降低甲醇重整制氢反应器的能量利用效率。
技术实现思路
[0004]为了在催化燃烧供热的基础上，解决燃烧供热带来的重整腔的温度波动大、温度分布不均匀导致甲醇重整制氢催化剂催化效率低、产氢效率低的问题，本专利技术提供一种集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置。采用甲醇重整制氢反应器供氢剩余的富氢尾气或低品位燃料电池尾气为燃烧腔提供燃料，燃烧腔作为主要热源通过高热传导腔体为重整腔供热。同时，耦合重整腔内设置的电加热器和温度传感器。温度传感器实时监测重整腔内的温度，并根据实际重整腔内温度和目标温度之间的差值，动态控制重整腔内的电加热装置为重整腔辅助供热，从而实现重整腔内的温度均匀分布以及减小重整腔内的温度分布梯度，提升甲醇重整制氢的产氢效率和稳定性。
[0005]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]用于集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置，包括燃烧腔、重整腔、气化腔；重整腔处于燃烧腔和气化腔之间；燃烧腔与重整腔之间由高热传导材料将两个腔体阻隔开，防止腔体间气体的混合；燃烧腔设有内外两层，中间由不锈钢板焊接阻隔开，但内层和外层的底部留有气体流通通道；燃烧腔内层顶部设有燃料气入口、空气管路、燃烧催化剂；燃烧气体和空气分别通过燃料气入口和空气管路进入燃烧腔内层；燃烧催化剂采用固定床工艺填充到燃烧腔内层和外层。燃烧腔外层设有燃烧腔出气口，燃烧腔内层催化燃烧
反应后的气体通过底部的气体流通通道进入燃烧腔外层，在外层燃烧催化剂的作用下进一步发生催化燃烧反应，随后由燃烧腔出气口将气体排出；重整腔顶部开设有重整气出口；重整腔内部设有电加热器和重整催化剂；电加热器设置于重整腔体的中心位置，避免和重整腔的侧壁发生物理接触，重整催化剂放置在电加热器的外周；所述气化腔包括高热传导腔体和气化腔室，气化腔顶部设有原料输入管路，甲醇水溶液经过气化腔气化后，通过通道进入重整腔进行重整反应；重整腔腔壁和重整腔中心位置分别设有若干个温度传感器。
[0007]高热传导材料为316不锈钢、304不锈钢、201不锈钢、FeCrAl、陶瓷的一种或两种以上。
[0008]进一步的，所述用于集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置，可以应用于管式反应器，也可以应用于板式反应器。
[0009]进一步的，燃烧腔采用催化燃烧，燃烧催化剂为铂基催化剂，可以在200
‑
300℃下进行无火焰燃烧。
[0010]进一步的，燃烧腔的燃烧气为气态化石燃料、重整反应产生的部分富氢尾气、以及燃料电池尾气中的一种或两种以上。
[0011]进一步的，重整腔腔体为高热传导腔体，腔体材质为高热传导材料，为316不锈钢、304 不锈钢、201不锈钢、FeCrAl、陶瓷的一种或两种以上。
[0012]进一步的，所述重整催化剂，为贵金属和铜基非贵金属中的一种或两种以上，粒径尺寸从100μm至3cm。
[0013]进一步，所述电加热器通过设置在重整腔中心位置的电加热提升重整腔侧壁和中心位置温度的一致性，从而改善重整腔内温度分布的均匀性。该电加热器可选用电阻丝加热、陶瓷加热、电阻圈加热、石英管加热形式的电加热器，不限制具体型号，实现其工作功能即可。
[0014]进一步的，燃烧腔与重整腔由导热良好的金属材料将其分隔为互相独立的两个腔体。隔板采用钎焊或激光焊工艺将燃烧腔和重整腔分为互相独立的两个腔体，气体无法穿透，腔体之间只进行热量的传导。
[0015]进一步的，所述气化腔和重整腔底部通过通道相连通，利用重整腔余热为气化腔的原料 (甲醇和水)预热和气化提供热量，同时由于气化腔的存在降低了重整腔的散热速率，从而提升反应器整体的能量利用率。
[0016]进一步的，所述原料输入管路设有流量泵和开关阀用于甲醇和水的反应原料输入，输入的甲醇和水的摩尔比为1:0.8～1:3。
[0017]启动时，通过燃烧腔的燃料气入口为燃烧腔提供初始气态化石燃料。当稳定后，燃烧气体主要来源于供氢剩余的富氢尾气以及低品位燃料电池尾气。燃烧耦合电加热装置的燃烧腔通过燃烧催化剂降低起燃温度，提升燃烧效率和燃烧稳定，无火焰的催化燃烧进一步提升了燃烧的安全性。
[0018]进一步的，重整气出口外接重整气出气管路。重整气出口设有两条气体支路，每一条气体支路都单独设有针型调节阀。一条气体支路将部分重整气通过燃料气入口返回燃烧腔用于催化燃烧，另外一条气体支路将重整气输送至用氢终端。
[0019]进一步的，所述燃料气入口、空气管路、燃烧腔出气口、重整气出气口处均设置开关阀用于开闭。
[0020]进一步的，燃烧耦合电加热装置配设有PLC系统，所述电加热器、针型调节阀、温度传感器、泵、流量泵、流量阀、开关阀分别与PLC系统连接，所述PLC系统、温度传感器、泵、流量阀、开关阀均不限定某一具体型号，实现其工作功能即可。电加热器优选电阻丝加热：重整腔内的电加热器，根据温度传感器反馈数据，动态补偿调整热量释放，根据目标温度和温度传感器之间的实际差值，动态实时调整电加热器电流大小进而控制释放的热量，从而确保温度传感器的温度与目标设定温度基本一致，实现重整腔侧壁和中心位置温度的一致。当重整腔从燃烧腔得到的热量较低时或重整腔中心位置温度低于设定的目标值，电加热器启动，直至重整腔中心位置温度达到目标温度后停止工作。
[0021]进一步的，所述输入管路为富氢尾气或其它化石燃料的输入管路。富氢尾气来自于低品位或多余的甲醇重整反应器的产气。
[0022]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0023]本专利技术提供的用于集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置，其特征是，包括燃烧腔(1)、重整腔(2)、气化腔(3)；重整腔(2)处于燃烧腔(1)和气化腔(3)之间；燃烧腔(1)与重整腔(2)之间设置隔板使两个腔体不相通，隔板由高热传导材料构成；气化腔(3)和重整腔(2)通过通道相连通，甲醇水溶液经过气化腔(3)气化后，通过通道进入重整腔(2)进行重整反应；燃烧腔(1)设有内外两层，中间由不锈钢板焊接阻隔开，但内层和外层的底部留有气体流通通道；燃烧腔(1)内层设有燃料气入口(4)、空气管路(5)、燃烧催化剂(7)；燃烧气体和空气分别通过燃料气入口(4)和空气管路(5)进入燃烧腔(1)的内层，燃烧催化剂(7)采用固定床工艺填充到燃烧腔(1)内层和外层；燃烧腔(1)的外层设有燃烧腔出气口(6)，燃烧腔(1)内层催化燃烧反应后的气体通过底部的气体流通通道进入燃烧腔(1)的外层，在外层燃烧催化剂(7)的作用下进一步发生催化燃烧反应，随后由燃烧腔出气口(6)将气体排出；重整腔(2)顶部开设有重整气出口(11)；重整腔(2)内部设有电加热器(10)、重整催化剂(9)；电加热器(10)放置于重整腔(2)体的中心位置，避免和重整腔(2)的侧壁发生物理接触，重整催化剂(9)放置在电加热器(10)的外周；所述气化腔(3)包括高热传导腔体(8)和气化腔室，气化腔(3)顶部设有原料输入管路(12)，甲醇水溶液经过气化腔(3)气化后，通过通道进入重整腔(2)进行重整反应；重整腔(2)腔壁和重整腔(2)中心位置分别设有若干个温度传感器。2.如权利要求1所述的一种用于集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置，其特征是，燃烧耦合电加热装置的燃烧腔(1)与重整腔(2)由隔板隔开，隔板采用钎焊工艺将燃烧腔(1)和重整腔(2)分为互相独立的两个腔体；气化腔(3)和重整腔(2)底部通过通道相连通，气化原料由原料输入管路(12)经过气化腔(3)进入重整腔(2)。3.如权利要求2所述的一种用于集成式甲醇重整制氢反应器的燃烧耦合电加热装置，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘立卫，李金晓，宋仁升，张晶，钟和香，陈淑花，靳文尧，于波，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：
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