【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及甲醇制氢领域，具体涉及一种降低温差的甲醇制氢反应器及控制方法。
技术介绍
1、随着社会用电量的增加，化石燃料发电的污染问题和用电缺口的增加。燃料电池发电具有清洁、高效的特点，是解决电力短缺和提供绿色能源的新技术。氢具有燃烧热值高、污染低的优势，是燃料电池最主要且最合适的燃料；但燃料电池技术发展受限于氢储运技术发展的限制。为了解决氢储运技术的瓶颈，近年来提出了以液态低醇作为原料，通过现场重整制氢技术为燃料电池提供燃料。液态低醇中甲醇具有价格低廉、碳氢比高、储运方便等优点，是目前现场重整制氢使用最为广泛的原料。甲醇水蒸气重整制氢工艺因其获得的富氢气体含氢量高、反应温度低等优势，成为主要的甲醇制氢工艺。
2、目前甲醇水蒸气重整制氢反应器主要包括板式反应器、管式反应器、膜反应器以及微反应器等几种类型，无论是哪种类型在运行过程中，都容易因结构局限导致反应器内部出现温差较大的现象，进而影响获得的富氢气体质量、导致燃料电池的发电性能不佳，因此有必要对现有甲醇制氢反应器的内部结构进行改进优化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种降低温差的甲醇制氢反应器及控制方法，以解决现有技术中反应器内部温差较大，影响获得的富氢气体质量、导致燃料电池的发电性能不佳的问题，实现降低反应器内部温差，提高富氢气体质量的目的。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种降低温差的甲醇制氢反应器，包括反应器壳体，位于反应器壳体内的燃烧腔、重整腔和预热腔，所述
4、还包括第一气化管道、第二气化管道，所述第一气化管道穿过预热腔进入第一填料腔、并与所述第一螺旋流道连通，所述第二气化管道穿过预热腔进入第二填料腔、并与所述第二螺旋流道连通；
5、所述第一螺旋流道远离第一填料腔的一端与第二填料腔连通，所述第二螺旋流道连通远离第二填料腔的一端与第一填料腔连通。
6、针对现有技术中反应器内部温差较大，影响获得的富氢气体质量、导致燃料电池的发电性能不佳的问题，本专利技术首先提出一种降低温差的甲醇制氢反应器，其中燃烧腔、重整腔、预热腔均位于反应器壳体内部，燃烧腔位于重整腔的内部，燃烧腔内燃烧放热产生的烟气向下游方向流动，进而加热预热腔。
7、本申请在重整腔外侧设置两个相互独立的填料腔，定义为第一填料腔、第二填料腔，第一填料腔和第二填料腔均与气液分离器连通；本申请还在重整腔内设置两个独立的螺旋流道，定义为第一螺旋流道、第二螺旋流道；对应的，还设置有两条用于通入甲醇水溶液的气化管道，定义为第一气化管道、第二气化管道。
8、本申请通过对反应器内部结构的优化改进，在反应器内部形成两条相互独立的重整流道，仅需控制对应的供液阀门启闭即可控制反应的流向切换，进而使得两条重整流道可实现交替工作，在其中一条重整流道工作时，另外一条重整流道可实现自动回温，以此显著降低反应器内部及重整腔温差，提高富氢气体质量、提高燃料电池的发电性能。
9、进一步的，所述燃烧腔位于燃烧腔壳体内部，所述燃烧腔壳体上开设燃料入口；燃烧腔壳体与反应器壳体可拆卸连接。
10、本方案中的燃烧腔壳体与反应器壳体采用分体式设计，两者可通过任意现有方式实现可拆卸连接，相较于现有技术而言，可快速拆卸燃烧腔壳体、快速更换内部的燃烧催化剂。
11、进一步的，还包括套设在燃烧腔壳体外的换热腔壳体，所述换热腔壳体与燃烧腔壳体之间形成换热腔，所述燃烧腔壳体上开设若干与换热腔连通的排气孔。
12、本方案在在燃烧腔壳体外部设置换热腔壳体，使得换热腔壳体与燃烧腔壳体之间形成一夹层，该夹层定义为换热腔；由于若干排气孔的存在，因此燃烧腔内燃烧产生的烟气经各排气孔进入换热腔内，再向下游方向流动。本方案首先能够在换热腔内形成稳定的温度场，进而与外侧的重整腔进行稳定可靠的热量交换，有利于保证重整腔的温度稳定、降低重整腔内部的温差；其次避免了烟气直接向下游流出，而是使烟气能够在换热腔内适当聚集停留，使得热量更直接的传递至重整腔、避免了现有技术中热量需要经多次传递才能抵达重整腔的不足，降低了热量损失、提高了能量利用效率；此外，甲醇的催化燃烧是一个熵增的过程，在反应空间体积不变的前提下，反应后压力会增大，因此本方案中的换热腔可起到压力缓冲的作用，避免燃烧腔内压力过大，进而提高甲醇制氢的安全性；最后，换热腔的存在还能够便于燃烧腔壳体的拆卸与更换。
13、进一步的，还包括位于预热腔内的烟气管道，所述烟气管道与换热腔连通，且烟气管道与换热腔的连通处设置若干烟气出口；还包括设置在所述烟气管道外的换热翅片，所述换热翅片位于预热腔内。
14、燃烧腔内燃烧产生的烟气首先进入换热腔对重整腔进行加热，之后经烟气出口进入烟气管道，从烟气管道排出至反应器外部；高温烟气在经过烟气管道的过程中即可对预热腔进行加热，进而对经过预热腔的第一气化管道、第二气化管道内的甲醇水溶液进行预热。此外，通过换热翅片可显著提高对预热腔内升温的效率与能力。
15、进一步的，所述换热腔壳体外部固定套设有第一螺旋叶片、第二螺旋叶片；所述第一螺旋叶片与第二螺旋叶片之间构成所述第一螺旋流道、第二螺旋流道。
16、本方案由两组螺旋叶片组成两个螺旋流道，两个螺旋流道之间可互不干扰，形成独立的流动空间。
17、进一步的，所述重整腔与第一填料腔之间通过第一隔板分隔，所述重整腔与第二填料腔之间通过第二隔板分隔；
18、还包括设置在反应器壳体与第一隔板之间的第一挡板、设置在反应器壳体与第二隔板之间的第二挡板；所述第一挡板、第二挡板上开设若干通孔；
19、所述第一隔板上开设第一甲醇水蒸气出口、第二富氢气体出口，所述第一甲醇水蒸气出口位于第一挡板远离预热腔所在方向的一侧，所述第二富氢气体出口位于第一挡板靠近预热腔所在方向的一侧；
20、所述第二隔板上开设第二甲醇水蒸气出口、第一富氢气体出口，所述第二甲醇水蒸气出口位于第二挡板远离预热腔所在方向的一侧，所述第一富氢气体出口位于第二挡板靠近预热腔所在方向的一侧；
21、所述第一气化管道穿过第一挡板并连通至第一甲醇水蒸气出口，所述第一甲醇水蒸气出口与第一螺旋流道连通；
22、所述第二气化管道穿过第二挡板并连通至第二甲醇水蒸气出口，所述第二甲醇水蒸气出口与第二螺旋流道连通。
23、本方案中，第一隔板、第二隔板可作为重整腔的外壁，同时也可作为第一填料腔、第二填料腔的内壁。
24、第一挡板将第一填料腔分为两部分，即靠近预热腔所在方向的部分腔体与远离预热腔所在方向的部分腔体，在靠近预热腔所在方向的部分腔体内开设第二富氢气体出口，用于与第二螺旋流道连通，使第二螺旋流道的流体进入第一填料腔内；在远离预热腔所在方向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种降低温差的甲醇制氢反应器，包括反应器壳体(28)，位于反应器壳体(28)内的燃烧腔(25)、重整腔(21)和预热腔(4)，所述重整腔(21)位于燃烧腔(25)外侧，所述预热腔(4)位于燃烧腔(25)下游端，其特征在于，还包括位于所述重整腔(21)外侧的第一填料腔(33)、第二填料腔(12)，与第一填料腔(33)、第二填料腔(12)均连通的气液分离器(17)，位于所述重整腔(21)内的第一螺旋流道、第二螺旋流道；
2.根据权利要求1所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述燃烧腔(25)位于燃烧腔壳体(36)内部，所述燃烧腔壳体(36)上开设燃料入口(24)；燃烧腔壳体(36)与反应器壳体(28)可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，还包括套设在燃烧腔壳体(36)外的换热腔壳体(22)，所述换热腔壳体(22)与燃烧腔壳体(36)之间形成换热腔(23)，所述燃烧腔壳体(36)上开设若干与换热腔(23)连通的排气孔(37)。
4.根据权利要求3所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述换热腔壳体(22)外部固定套设有第一螺旋叶片(41)、第二螺旋叶片(42)；所述第一螺旋叶片(41)与第二螺旋叶片(42)之间构成所述第一螺旋流道、第二螺旋流道。
6.根据权利要求1所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述重整腔(21)与第一填料腔(33)之间通过第一隔板(38)分隔，所述重整腔(21)与第二填料腔(12)之间通过第二隔板(39)分隔；
7.根据权利要求6所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述第一气化管道(3)在第一挡板(32)靠近预热腔(4)所在方向一侧的第一填料腔(33)内、所述第二气化管道(10)在第二挡板(14)靠近预热腔(4)所在方向一侧的第二填料腔(12)内，均设置有先分流、后汇合的支路组件。
8.根据权利要求7所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述支路组件包括对称分布的第一弧形支路(43)、第二弧形支路(44)，所述第一弧形支路(43)、第二弧形支路(44)所对应的圆心角均大于90°、小于180°。
9.根据权利要求8所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述支路组件还包括位于第一弧形支路(43)与第二弧形支路(44)汇合处下游端的第三弧形支路(45)、直线支路(46)；
10.基于权利要求1～9中任一项所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种降低温差的甲醇制氢反应器，包括反应器壳体(28)，位于反应器壳体(28)内的燃烧腔(25)、重整腔(21)和预热腔(4)，所述重整腔(21)位于燃烧腔(25)外侧，所述预热腔(4)位于燃烧腔(25)下游端，其特征在于，还包括位于所述重整腔(21)外侧的第一填料腔(33)、第二填料腔(12)，与第一填料腔(33)、第二填料腔(12)均连通的气液分离器(17)，位于所述重整腔(21)内的第一螺旋流道、第二螺旋流道；
2.根据权利要求1所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，所述燃烧腔(25)位于燃烧腔壳体(36)内部，所述燃烧腔壳体(36)上开设燃料入口(24)；燃烧腔壳体(36)与反应器壳体(28)可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，还包括套设在燃烧腔壳体(36)外的换热腔壳体(22)，所述换热腔壳体(22)与燃烧腔壳体(36)之间形成换热腔(23)，所述燃烧腔壳体(36)上开设若干与换热腔(23)连通的排气孔(37)。
4.根据权利要求3所述的一种降低温差的甲醇制氢反应器，其特征在于，还包括位于预热腔(4)内的烟气管道(6)，所述烟气管道(6)与换热腔(23)连通，且烟气管道(6)与换热腔(23)的连通处设置若干烟气出口(7)；还包括设置在所述烟气管道(6)外的换热翅片(5)，所述换热翅片(5)位于预热腔(4)内。
5.根据权利要求3所述的一种降...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡洋，韩传军，袁果，严文学，杨延兵，高祥荣，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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