甲醇重整反應器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種甲醇重整反應器，包括燃燒室、重整反應室、蒸發器、CO凈化器以及外殼，燃燒室和重整反應室均為空腔柱體，蒸發器設于燃燒室內，燃燒室設于重整反應室內，重整反應室設于CO凈化器內，燃燒室頂部通有內設噴嘴的進料腔體，進料腔體頂部設有點火裝置及散熱風扇，重整反應室和CO凈化器內設有熱電偶。本實用新型專利技術主要與質子交換膜燃料電池聯用，直接使用液體燃料簡化結構，點燃后即可快速加熱至所需的反應溫度，減少了啟動時間，工作穩定，可靠性強；另一方面本實用新型專利技術具有CO凈化及溫度監控功能，從而使得甲醇重整反應器功能更強大。特別適用于可移動、便攜式的小型燃料電池發電系統。

【技術實現步驟摘要】
甲醇重整反應器
本技術涉及重整制氫
，特別是一種甲醇重整反應器。
技術介紹
在眾多的新能源中，氫能將會成為21世紀最理想的能源。在燃燒相同的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產生的能量最多，而且它燃燒的產物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環境。質子交換膜燃料電池（PEMFC）需要純氫作為燃料，但純氫的運輸、儲存、加注技術及設施不能滿足分散型電站，尤其是進入家庭使用的要求，因此通過現有的化石燃料的儲運附加設施，利用燃料重整制氫的方式與PEMFC聯合使用成為國際的通用方法。甲醇重整制氫是甲醇與水蒸氣在350℃-409℃溫度下，1-5MPa的壓力條件下，在催化劑的作用下，發生甲醇裂解反應和CO的變換反應，生成H2和CO，這是一個多組分、多反應的氣固相反應系統。反應方程如下：CH3OH→CO+H2（1）H2O+CO→CO2+H2（2）CH3OH+H2O→CO2+3H2（3）重整反應生成的H2和CO2，再經過鈀膜分離器將H2和CO2分離，得到高純氫氣。現有的重整反應器普遍存在如下問題：1）制成的氫氣中含有CO：來自重整反應器的富氫氣體包含45-75%H2、15-25%CO2、0.5%-2%CO和少量的H2O和N2。因氫燃料電池的電極材料為Pt，CO不僅會毒化Pt電極而且極易吸附于催化劑表面，阻礙燃料的催化氧化。大量的研究表明極微量的CO就能使電池性能嚴重下降。2）重整反應器的反應溫度不易控制：采用燃料燃燒為重整反應提供熱量的甲醇重整反應器通常包括重整反應室，燃燒室和蒸發器。燃料在點火裝置的作用下通過噴嘴在燃燒室內迅速燃燒產生熱，并將通入蒸發器內的原料甲醇和水汽化形成原料混合氣體，熱的混合氣體進入重整反應室在催化劑的作用下發生重整反應產生富氫氣體。甲醇重整反應器與質子交換膜燃料電池聯用時，產生的富氫氣體經CO凈化后輸送至質子交換膜燃料電池產生電力。甲醇重整反應中要求溫度控制在350℃-409℃范圍內，因此需要對燃燒室內溫度進行精確控制。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是提供一種甲醇重整反應器，以至少解決降低重整反應器產生的富氫氣體中CO含量以及重整反應器反應溫度可監控的問題。本技術是通過如下技術方案實現的：一種帶有CO凈化及溫度監控功能的甲醇重整反應器，包括燃燒室、重整反應室、蒸發器、CO凈化器和外殼；燃燒室和重整反應室均為空腔柱體，燃燒室置于重整反應器內，燃燒室與重整反應室之間的間隙內填充重整反應催化劑；重整反應室上方設有與燃燒室相通的進料腔體，進料腔體內設有正對燃燒室的噴嘴，噴嘴上設有甲醇燃料進口和空氣進口；進料腔體上方設有點火裝置，且點火裝置的點火正、負電極置于噴嘴的出口處；蒸發器采用盤管結構，蒸發器置于燃燒室內，蒸發器的出口與重整反應室的進口連接，重整反應室的進口處設有第一熱電偶；CO凈化器包括上環形腔管、下環形腔管以及連通于上、下環形腔管之間的若干豎管；上環形腔管的右側端設有氣體出口，且在上環形腔管內靠近氣體出口的兩側分別設有上隔板，氣體出口處設有第二熱電偶；下環形腔管的左側端設有氣體進口，且在下環形腔管內靠近氣體進口的兩側分別設有下隔板；CO凈化器的上、下環形腔管及各豎管內設有CO反應催化劑；CO凈化器整體套裝于重整反應室外側，CO凈化器的氣體進口與重整反應室的出口連接；燃燒室、重整反應室、蒸發器、CO凈化器和進料腔體都位于同一軸線上，且都封裝于外殼內。作為優選的技術方案，點火裝置上設有第一散熱風扇，外殼內的殼頂上位于點火裝置正上方的位置設有第二散熱風扇。作為優選的技術方案，外殼上部的殼壁上均布有若干散熱孔。作為優選的技術方案，CO凈化器的底部設有支撐于外殼殼底的支撐腿。作為優選的技術方案，CO凈化器中的豎管共有二十根，均布于上、下環形腔管之間，上隔板之間、下隔板之間以及上、下隔板之間各分布五根豎管。甲醇重整反應器啟動時，甲醇燃料與空氣在噴嘴中混合并從噴嘴處噴出至燃燒室，同時點火裝置通電，在點火正、負電極的作用下在燃燒室內迅速燃燒產生熱。燃燒室產生的熱量迅速向蒸發器和重整反應室內腔傳導，原料甲醇和水從蒸發器的進口進入蒸發器，并在盤管狀蒸發器內汽化形成原料混合氣體，熱的混合氣體從蒸發器出口經重整反應室進口進入重整反應室，并在催化劑的作用下發生重整反應產生富氫氣體。富氫氣體進一步經過CO凈化器降低CO含量，然后輸送至燃料電池產生電力，沒有完全使用的轉化產物會送回燃燒室為反應提供熱量。本技術中，CO凈化器工作時，重整反應室出來的富氫氣體從CO凈化器的氣體進口進入到下環形腔管內，由于下隔板的阻隔作用，富氫氣體會沿著部分豎管向上流動，進入到上環形腔管內，由于上隔板的阻隔作用，富氫氣體會折向沿著部分豎管向下流動，重新流入到下環形腔管內，同時還是由于下隔板的阻隔作用，富氫氣體又會折向沿著剩余的豎管向上流動，重新流入到上環形腔管內，并最終從氣體出口排出。CO凈化器的該結構特點使得富氫氣體能夠在CO凈化器內盡可能流經更長距離、停留更長時間的、與CO催化劑接觸更多的面積，使得富氫氣體與CO凈化器內的CO反應催化劑能夠更充分的反應，最終進一步降低富氫氣體中CO的含量。本技術中，在重整反應室的進口處設有第一熱電偶，在CO凈化器的出口處設有第二熱電偶，通過兩個熱電偶對重整反應室進口及CO凈化器出口的溫度進行實時監測，從而可得知整個重整反應器反應溫度的運行情況。在點火裝置上設有第一散熱風扇，外殼內的殼頂上位于點火裝置正上方的位置設有第二散熱風扇，兩個散熱風扇可對重整反應器的溫度進行控制，使得重整反應器的反應溫度始終保持在正常范圍內。本技術所述甲醇重整反應室主要與質子交換膜燃料電池聯用，為質子交換膜燃料電池提供氫氣。在啟動時，使用工業甲醇燃燒產生熱，提供重整反應所需要的溫度，與傳統甲醇重整反應器相比，一方面，直接使用液體燃料簡化結構；二方面，點燃后即可快速加熱至所需的反應溫度，減少了啟動時間，工作穩定，可靠性強；三方面，使用特殊結構構造的CO凈化器，大大降低了富氫氣體中CO的含量；四方面，散熱風扇及熱電偶的加入，可實時對重整反應器的溫度情況進行監控，確保反應的順利進行和安全問題。本技術特別適用于可移動、便攜式的小型燃料電池發電系統。附圖說明圖1為本技術的結構示意圖。圖2為本技術中CO凈化器的結構示意圖。圖3為圖2中的X-X剖視圖。圖4為圖2中的Y-Y剖視圖。圖5為本技術CO凈化器結構展開及氣體流向示意圖。圖中：1-燃燒室、2-重整反應室、3-蒸發器、4-CO凈化器、4-1-上環形腔體、4-2-下環形腔體、4-3-豎管、4-4-氣體出口、4-5-上隔板、4-6-氣體進口、4-7-下隔板、6-進料腔體、7-甲醇燃料進口、8-空氣進口、9-點火裝置、10-第一熱電偶、11-第二熱電偶、12-第一散熱風扇、13-第二散熱風扇、14-散熱孔、15-支撐腿、A-蒸發器的進口、B-蒸發器的出口、C-重整反應室的進口、D-重整反應室的出口。具體實施方式為了使本領域技術人員更好的理解本技術，以下結合參考附圖并結合實施例對本技術作進一步清楚、完整的說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。圖1至圖5所示的一種甲醇重整反應器，包括燃燒室1、重整反應室本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種甲醇重整反應器，包括燃燒室（1）、重整反應室（2）、蒸發器（3）、CO凈化器（4）和外殼（5），其特征在于：燃燒室（1）和重整反應室（2）均為空腔柱體，燃燒室（1）置于重整反應器（2）內，燃燒室（1）與重整反應室（2）之間的間隙內填充重整反應催化劑；重整反應室（2）上方設有與燃燒室（1）相通的進料腔體（6），進料腔體（6）內設有正對燃燒室（1）的噴嘴，噴嘴上設有甲醇燃料進口（7）和空氣進口（8）；進料腔體（6）上方設有點火裝置（9），且點火裝置（9）的點火正、負電極置于噴嘴的出口處；蒸發器（3）采用盤管結構，蒸發器（3）置于燃燒室（1）內，蒸發器（3）的出口與重整反應室（2）的進口連接，重整反應室（2）的進口處設有第一熱電偶（10）；CO凈化器（4）包括上環形腔管（4?1）、下環形腔管（4?2）以及連通于上、下環形腔管（4?1、4?2）之間的若干豎管（4?3）；上環形腔管（4?1）的右側端設有氣體出口（4?4），且在上環形腔管（4?1）內靠近氣體出口（4?4）的兩側分別設有上隔板（4?5），氣體出口（4?4）處設有第二熱電偶（11）；下環形腔管（4?2）的左側端設有氣體進口（4?6），且在下環形腔管（4?2）內靠近氣體進口（4?6）的兩側分別設有下隔板（4?7）；CO凈化器（4）的上、下環形腔管（4?1、4?2）及各豎管（4?3）內設有CO反應催化劑；CO凈化器（4）整體套裝于重整反應室（2）外側，CO凈化器（4）的氣體進口（4?6）與重整反應室（2）的出口連接；燃燒室（1）、重整反應室（2）、蒸發器（3）、CO凈化器（4）和進料腔體（6）都位于同一軸線上，且都封裝于外殼（5）內。...

【技術特征摘要】
1.一種甲醇重整反應器，包括燃燒室（1）、重整反應室（2）、蒸發器（3）、CO凈化器（4）和外殼（5），其特征在于：燃燒室（1）和重整反應室（2）均為空腔柱體，燃燒室（1）置于重整反應器（2）內，燃燒室（1）與重整反應室（2）之間的間隙內填充重整反應催化劑；重整反應室（2）上方設有與燃燒室（1）相通的進料腔體（6），進料腔體（6）內設有正對燃燒室（1）的噴嘴，噴嘴上設有甲醇燃料進口（7）和空氣進口（8）；進料腔體（6）上方設有點火裝置（9），且點火裝置（9）的點火正、負電極置于噴嘴的出口處；蒸發器（3）采用盤管結構，蒸發器（3）置于燃燒室（1）內，蒸發器（3）的出口與重整反應室（2）的進口連接，重整反應室（2）的進口處設有第一熱電偶（10）；CO凈化器（4）包括上環形腔管（4-1）、下環形腔管（4-2）以及連通于上、下環形腔管（4-1、4-2）之間的若干豎管（4-3）；上環形腔管（4-1）的右側端設有氣體出口（4-4），且在上環形腔管（4-1）內靠近氣體出口（4-4）的兩側分別設有上隔板（4-5），氣體出口（4-4）處設有第二熱電偶（11）；下環形腔管（4-2）的左側端設有氣體進口（4-6），且在下環形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：碗海鷹，明其敏，碗山鷹，張晉麗，司若飛，王源，
申請(專利權)人：晉城市阿邦迪能源有限公司，
類型：新型
國別省市：山西,14