一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置及工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置及工藝，該制氫裝置將可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)、解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)、催化燃燒過渡區(qū)、空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)、重整原料混合區(qū)、天然氣重整制氫區(qū)和重整原料氣緩沖區(qū)等多個(gè)不同區(qū)域集成在一起；重整制氫需要的原料可在室溫下直接進(jìn)入天然氣重整制氫裝置；天然氣重整制氫和變壓吸附解析氣的回收及轉(zhuǎn)化利用均在天然氣重整制氫裝置內(nèi)部完成。該制氫工藝強(qiáng)化了水路管理，可提供H2濃度達(dá)99.9%以上的產(chǎn)品氣；該制氫工藝可為燃料電池提供氫氣，同時(shí)和燃料電池系統(tǒng)聯(lián)合為用戶供電、供熱；該制氫工藝的原料不僅可采用天然氣，還可采用甲醇、乙醇等醇類及烴類含氫化合物。
【專利說明】—種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置及工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置及工藝，尤其是涉及一種注重提升天然氣重整制氫裝置集成度、強(qiáng)化熱量管理和水路管理、提高全系統(tǒng)能量效率的可以回收利用變壓吸附解析氣的天然氣重整制氫裝置及工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)，能源安全和環(huán)境保護(hù)已成為全球化的問題，解決好我國的能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略問題，是實(shí)現(xiàn)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)我國多煤少氣貧油的能源結(jié)構(gòu)，我國未來的能源發(fā)展戰(zhàn)略要求提高能源效率，清潔使用化石能源，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，增加替代能源，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。氫能在利用時(shí)不產(chǎn)生任何污染排放，是未來清潔能源載體的理想選擇，將有可能在人類社會(huì)由化石能源順利過渡到最終不依賴化石能源的可持續(xù)循環(huán)進(jìn)程中發(fā)揮主流作用。
[0003]氫是最豐富的元素，但自然氫存在極少，必須消耗大量的能量將含氫物質(zhì)分解后才能得到氫氣，因此尋找一種低能耗、高效率制氫方法是大勢(shì)所趨。最豐富的含氫物質(zhì)是水(H2O),其次就是各種礦物燃料(煤、石油、天然氣)及各種生物質(zhì)等。氫氣的生產(chǎn)、凈化、輸運(yùn)和儲(chǔ)存都需要有相應(yīng)的基礎(chǔ)建設(shè)，需要大量的投資，涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，并且各個(gè)環(huán)節(jié)涉及的技術(shù)難點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)性和安全性等都存在一些瓶頸問題需要去完善解決。我國天然氣資源主要分布在西部、西北部等偏遠(yuǎn)地區(qū)，導(dǎo)致其壓縮、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、利用等成本較高。目前，為了實(shí)現(xiàn)天然氣的經(jīng)濟(jì)利用，通常把天然氣作為初始原料進(jìn)行加工，將天然氣轉(zhuǎn)化成CO和H2 (即合成氣)，這也是一條較為理想的制氫技術(shù)路線。
[0004]變壓吸附(Pressure Swing Adsorpt1n, PSA)氣體分離與提純技術(shù)是在上世紀(jì)六十年代迅速發(fā)展起來的，目前已成為化工工業(yè)的一種生產(chǎn)工藝和獨(dú)立的單元操作過程。由于變壓吸附氣體分離技術(shù)是依靠壓力的變化來實(shí)現(xiàn)吸附與再生的，因而再生速度快、能耗低，屬節(jié)能型氣體分離技術(shù)。并且，該工藝過程簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定、對(duì)于含多種雜質(zhì)的混合氣可將雜質(zhì)一次脫除得到高純度產(chǎn)品，近年來發(fā)展非常迅速，而其中變壓吸附制取純氫技術(shù)的發(fā)展尤其令人矚目。
[0005]本發(fā)明就從制氫全系統(tǒng)考慮，以提高系統(tǒng)能量效率為目的，提供一種改進(jìn)的制氫反應(yīng)工藝，包括天然氣重整制氫裝置、分水器、變壓吸附裝置和變壓吸附解析氣回收轉(zhuǎn)化器等。采用催化燃燒技術(shù)將解析氣中的可燃?xì)怏w全部回收并轉(zhuǎn)化成有效熱量并提供給天然氣制氫反應(yīng)，最終達(dá)到提高系統(tǒng)能量效率的目的。
[0006]分布式熱電聯(lián)供系統(tǒng)(Combined Heat and Power, CHP)具有能源梯級(jí)利用效率高、電能供應(yīng)可靠、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)；作為傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的有機(jī)補(bǔ)充，對(duì)緩解我國終端能源即電和熱的生產(chǎn)和供應(yīng)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)具有重要意義。隨著氫能及燃料電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于燃料電池技術(shù)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)正逐漸成為分布式熱電聯(lián)供新的重要發(fā)展方向。
[0007]質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)以氫為燃料，通過陽極的氫氣和陰極的氧氣之間的電極反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。采用化石原料重整制氫技術(shù)和質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)聯(lián)合，在固定式或移動(dòng)式燃料電池供電系統(tǒng)或燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而化石原料重整制氫技術(shù)提供的富氫重整氣體中殘留的CO對(duì)PEMFC的陽極影響很大，通常要求CO濃度在30ppm以下。
[0008]針對(duì)富氫重整氣中殘留的CO，傳統(tǒng)的方法是采用化學(xué)反應(yīng)法，最終可控制CO濃度在3-30ppm，但此種技術(shù)路線會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)物料管理和能量管理帶來技術(shù)上的難點(diǎn)，包括反應(yīng)器設(shè)計(jì)、換熱器設(shè)計(jì)和熱量管理等技術(shù)等，同時(shí)對(duì)CO選擇性氧化催化劑性能要求很高，尤其是對(duì)催化劑在CO和H2之間的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)選擇性要求很高，同時(shí)也要嚴(yán)格要求催化劑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性(3000-10000h)，另外Pt、Pd等貴金屬作為催化劑活性組分較為有效，但是存在經(jīng)濟(jì)成本方面的問題。
[0009]專利文獻(xiàn)(CN101054160A，US6793698BI, EP1094031 Al)公開了一種重整制氫反應(yīng)器，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能源利用率低，解析氣體的剩余氣體無法充分利用，重整制氫效率不高。另外，平衡燃燒反應(yīng)速率和重整制氫反應(yīng)速率的存在差異，該重整制氫反應(yīng)器不能實(shí)現(xiàn)兩種不同化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定進(jìn)行。
[0010]本發(fā)明提供的天然氣制氫裝置及工藝采用變壓吸附裝置替代CO變換反應(yīng)器和CO凈化反應(yīng)器，直接對(duì)富氫重整尾氣進(jìn)行分離提純，相對(duì)于采用化學(xué)反應(yīng)法消除CO，采用變壓吸附裝置工藝直接提純H2,具有能耗低、流程簡(jiǎn)單、H2純度高、裝置操作彈性大、以及環(huán)境效益好等優(yōu)點(diǎn)。可為燃料電池系統(tǒng)提供高品質(zhì)的H2原料，與燃料電池系統(tǒng)聯(lián)合組成分布式熱電聯(lián)供系統(tǒng)，同時(shí)將變壓吸附裝置解析氣和燃料電池陽極尾氣中的H2加以回收利用，提高整個(gè)系統(tǒng)的H2回收率，進(jìn)而降低系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)的能量效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置及工藝，尤其回收利用變壓吸附解析氣的天然氣重整制氫裝置及工藝，首先通過重整制氫裝置，將碳?xì)浠衔?烴類、醇類化合物，特別是天然氣等)轉(zhuǎn)化為富氫氣體，之后采用變壓吸附裝置分離提純得到高品質(zhì)的氫氣。產(chǎn)生的高品質(zhì)氫氣可以儲(chǔ)存或供給用戶使用，也可以供給燃料電池系統(tǒng)發(fā)電；同時(shí)回收變壓吸附裝置解析氣中的氫氣，將其轉(zhuǎn)化為有效能量作用于制氫系統(tǒng)中，進(jìn)而提聞系統(tǒng)的能量效率。
[0012]一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置，所述裝置的中心區(qū)域依次包括可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)(A)、解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)(B)、催化燃燒過渡區(qū)(C);所述裝置的中心區(qū)域的外部依次為重整制氫第一區(qū)(F)、空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)(D)、重整原料混合區(qū)(E)、重整制氫第二區(qū)(G);所述裝置的底部設(shè)置有制氫原料緩沖區(qū)(H);其中所述可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)(A)設(shè)有可燃?xì)怏w入口(a)和空氣入口(b)，可燃?xì)怏w和空氣混合后依次通過可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)(A)、解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)(B)、催化燃燒過渡區(qū)(C)、空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)(D)，反應(yīng)后的燃燒尾氣由燃燒尾氣出口(c)排出；制氫原料緩沖區(qū)(H)設(shè)有制氫原料入口(f)及制氫原料導(dǎo)流腔(107)，其中制氫原料導(dǎo)流腔(107)伸入重整原料混合區(qū)(E)內(nèi)，制氫原料經(jīng)制氫原料緩沖區(qū)(H)后通過制氫原料導(dǎo)流腔(107)在重整原料混合區(qū)
(E)和原料水入口(d)進(jìn)入的原料水混合，再依次進(jìn)入重整制氫第一區(qū)(F)和重整制氫第二區(qū)(G )，經(jīng)換熱器換熱后，由產(chǎn)品氣出口( e )排出；產(chǎn)品氣出口( e )與變壓吸附裝置連接；變壓吸附裝置通過解析氣回收管道連接可燃?xì)怏w入口(a);所述解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)(B)、可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)(D)內(nèi)裝填燃燒催化劑；所述催化燃燒過渡區(qū)(C)裝填大熱容的蓄熱材料。
[0013]重整原料為天然氣，也可以為甲醇或乙醇，重整原料為醇類或烴類的含氫化合物或混合物都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。所述重整制氫第二區(qū)(G)通過設(shè)置于制氫原料緩沖區(qū)(H)內(nèi)的換熱器(106)與產(chǎn)品氣出口(e)連接。所述設(shè)置于制氫原料緩沖區(qū)(H)內(nèi)的管道為S形或螺旋狀。所述制氫原料導(dǎo)流腔(107)設(shè)有呈倒“凸”狀制氫原料排放端，該制氫原料排放端的底面和周面區(qū)域設(shè)有制氫原料排放孔。所述燃燒催化劑為鈀系、鉬系或它們的合金催化齊U?？扇?xì)怏w入口和空氣入口處均設(shè)置有氣體分布器?？扇?xì)怏w混合緩沖區(qū)(A)內(nèi)設(shè)置有可燃?xì)怏w再分布器(105)。產(chǎn)品氣出口(e)與變壓吸附裝置之間設(shè)置分水器。
[0014]該重整制氫裝置還包括水循環(huán)系統(tǒng)，所述水循環(huán)系統(tǒng)依次包括多個(gè)分水器、水處理器、循環(huán)水箱，循環(huán)水箱連接重整原料水入口(d)。所述燃燒尾氣出口(C)與換熱器連接，換熱器連接分水器?？諝膺M(jìn)入空氣入口(b)前經(jīng)換熱器預(yù)熱。所述可燃?xì)怏w為天然氣、煤氣，或天然氣或煤氣和回收的變壓吸附解析氣的混合氣。天然氣原料儲(chǔ)罐管道連接天然氣經(jīng)脫硫裝置，然后管道分為兩路，其中一路連接可燃?xì)怏w入口(a);另一路天然氣直接連接制氫原料入口(f)。變壓吸附裝置連接燃料電池系統(tǒng)，燃料電池陽極產(chǎn)生的尾氣經(jīng)管道輸送連接可燃?xì)怏w入口(a)。連接可燃?xì)怏w入口(a)的管道上均設(shè)有溫控調(diào)節(jié)閥和阻火器；通過溫度反饋控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫控調(diào)節(jié)閥。
[0015]一種權(quán)利要求1所述重整制氫裝置的制氫工藝，可燃?xì)怏w經(jīng)可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)(A)混合后，在解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)(B)、催化燃燒過渡區(qū)(C)、空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)(D)內(nèi)與空氣發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，并為重整制氫反應(yīng)提供熱量，燃燒尾氣經(jīng)燃燒尾氣出口(c)排出；制氫原料經(jīng)制氫原料入口(f)進(jìn)入制氫原料緩沖區(qū)(H)，換熱后進(jìn)入制氫原料導(dǎo)流腔(107)，在重整原料混合區(qū)(E)和原料水入口(d)進(jìn)入的原料水混合，經(jīng)過換熱、預(yù)熱后,在重整制氫第一區(qū)(F)、重整制氫第二區(qū)(G)進(jìn)行重整反應(yīng)生成富氫重整產(chǎn)品氣，重整產(chǎn)品氣進(jìn)入變壓吸附裝置，對(duì)氫氣進(jìn)行分離提純；變壓吸附裝置分離提純后剩余的解析氣通過解析氣回收管道回收，并作為可燃?xì)廨斎肟扇細(xì)怏w入口。
[0016]在重整制氫運(yùn)行初期時(shí)，可燃?xì)怏w為天然氣；當(dāng)重整制氫穩(wěn)定運(yùn)行后，變壓吸附裝置分離提純后剩余的解析氣通過解析氣回收管道回收，并作為可燃?xì)廨斎肟扇細(xì)怏w入口(a)。天然氣原料儲(chǔ)罐提供天然氣，經(jīng)脫硫裝置脫硫后，分為兩路，其中一路天然氣進(jìn)入可燃?xì)怏w入口(a)，另一路天然氣直接連接原料氣入口(f)。分離出來的高純度氫氣提供給燃料電池系統(tǒng)，燃料電池陽極產(chǎn)生的尾氣返回可燃?xì)怏w入口(a)作為可燃?xì)怏w利用。連接可燃?xì)怏w入口(a)的管道上均設(shè)有溫控調(diào)節(jié)閥和阻火器；通過溫度反饋控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫控調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)天然氣、解析氣和燃料電池陽極尾氣進(jìn)料流量的實(shí)時(shí)匹配，保證重整制氫反應(yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0017]制備的重整產(chǎn)品氣通過產(chǎn)品氣出口( e )排出，進(jìn)入產(chǎn)品氣出口( e )與變壓吸附裝置連接的產(chǎn)品氣分水器，在產(chǎn)品氣分水器內(nèi)得到的水經(jīng)水處理器凈化處理后輸送至循環(huán)水箱作為原料水。燃燒尾氣出口(C)的燃燒尾氣經(jīng)換熱器后進(jìn)入分水器分水，燃燒過程中產(chǎn)生的水由分水器底部排出，進(jìn)入水處理器處理后直接循環(huán)回水箱；燃料電池陰極尾氣進(jìn)入陰極尾氣分水器中分水經(jīng)水處理器進(jìn)行凈化處理后輸送至循環(huán)水箱作為原料水?？扇?xì)怏w與混合后的重整原料逆向流動(dòng)，保證了熱量的利用率。
[0018]本發(fā)明提供一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置及工藝，既解決了制氫過程中變壓吸附解析氣的排放問題，又可以回收利用變壓吸附解析氣，將其用于重整制氫過程；部分重整制氫原料水和變壓吸附解析氣回收利用過程中生成的水都可以循環(huán)再利用，有效地節(jié)約了水資源；在該重整制氫裝置內(nèi)部即可回收利用變壓吸附解析氣，簡(jiǎn)化了制氫流程、提高了制氫效率。
[0019]本發(fā)明提供的可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置及工藝，在回收利用變壓吸附解析氣時(shí)采用催化燃燒技術(shù)，與直接燃燒相比，催化燃燒溫度較低，燃燒比較完全，對(duì)環(huán)境極其友好。
[0020]本發(fā)明提供的可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置，為了提高制氫效率，在該重整制氫裝置內(nèi)部集成了可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A、解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)B、催化燃燒過渡區(qū)C、空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)D、重整原料混合區(qū)域E、重整制氫第一區(qū)F、重整制氫第二區(qū)G和重整原料氣緩沖區(qū)H等多個(gè)主要區(qū)域，通過相鄰區(qū)域內(nèi)的冷熱流體的合理分配，同時(shí)通過相鄰區(qū)域之間的間壁換熱，減小吸熱過程和放熱過程的傳熱阻力，提高了重整制氫裝置的緊湊性。
[0021]本發(fā)明提供的可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置，通過在重整制氫裝置內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A，可以避免由于重整制氫裝置的供熱入口 a和空氣入口 b處氣體壓力的波動(dòng)而對(duì)整個(gè)制氫系統(tǒng)的壓力產(chǎn)生影響，從而保證裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。在可燃?xì)怏w混合后，設(shè)置可燃?xì)怏w再分布器105，可以保證可燃?xì)怏w與空氣充分混合并均勻進(jìn)入解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)B，很好地避免燃燒熱點(diǎn)的出現(xiàn)。由于解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)B內(nèi)的燃燒反應(yīng)速率和相鄰天然氣重整制氫第一區(qū)F內(nèi)的重整制氫反應(yīng)速率相差較大，因此在催化燃燒過渡區(qū)C，設(shè)置大量熱容較大的蓄熱材料，用以平衡燃燒反應(yīng)速率和重整制氫反應(yīng)速率的差異，從而保證兩種不同化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定進(jìn)行。
[0022]本發(fā)明提供的可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫工藝，通過變壓吸附裝置對(duì)重整產(chǎn)品氣進(jìn)行分離提純，可以為用戶提供純度99.9%以上的氫氣，同時(shí)可以將變壓吸附裝置解析氣全部回收并轉(zhuǎn)化為有效能量作用于重整制氫裝置，大大提高了系統(tǒng)的能量效率。
[0023]本發(fā)明提供的可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫工藝，可以與燃料電池系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)電，并提供熱量。燃料電池陽極尾氣中的氫氣可以完全回收，并轉(zhuǎn)化為有效能量作用于天然氣重整制氫裝置，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的能量效率。
[0024]本發(fā)明提供的可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫工藝，不僅可以采用天然氣為制氫原料，還可廣泛采用甲醇、乙醇、城市煤氣、液化氣等多種醇類及烴類的含氫化合物作為制氫原料。
[0025]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是可以回收利用變壓吸附解析氣的天然氣重整制氫裝置及內(nèi)部實(shí)驗(yàn)流程圖；
圖2是可以回收利用變壓吸附解析氣的天然氣重整制氫裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
圖3是可以回收利用變壓吸附解析氣的天然氣重整制氫工藝的流程圖；
圖4是與燃料電池系統(tǒng)聯(lián)合的可以回收利用變壓吸附解析氣的天然氣重整制氫工藝的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]以天然氣為制氫原料，對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說明。
[0027]天然氣重整制氫裝置(圖1)，主要包括了可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A、解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)B、催化燃燒過渡區(qū)C、空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)D、重整原料混合區(qū)E、天然氣重整制氫第一區(qū)F、天然氣重整制氫第二區(qū)G和重整原料氣緩沖區(qū)H等多個(gè)主要功能區(qū)域。首先由天然氣重整制氫裝置的供熱入口 a和空氣入口 b分別通入一定量的需回收處理的變壓吸附解析氣和空氣，兩者混合后依次通過可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A、解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)B、催化燃燒過渡區(qū)C、空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)D，燃燒尾氣由燃燒尾氣出口 c排出系統(tǒng)。天然氣重整制氫所需原料氣由天然氣重整制氫裝置的原料氣入口 f進(jìn)入，經(jīng)重整原料氣緩沖區(qū)H后在重整原料混合區(qū)E和由天然氣重整制氫裝置的原料水入口 d進(jìn)入的天然氣重整制氫所需原料水混合，再依次進(jìn)入天然氣重整制氫第一區(qū)F和天然氣重整制氫第二區(qū)G，通過天然氣重整制氫的化學(xué)反應(yīng)過程產(chǎn)生重整產(chǎn)品氣，最終由天然氣重整制氫裝置的產(chǎn)品氣出口e排出系統(tǒng)。
[0028]本發(fā)明的天然氣重整制氫裝置在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)采用了如下描述的流程(圖2)，首先由天然氣重整制氫裝置的供熱入口 a通入一定量的回收的變壓吸附解析氣，變壓吸附解析氣經(jīng)可燃?xì)怏w緩沖區(qū)101進(jìn)入可燃?xì)怏w分布器104，均勻進(jìn)入空氣和可燃?xì)怏w的混合區(qū)A，同時(shí)空氣由天然氣重整制氫裝置的空氣入口 b進(jìn)入空氣緩沖區(qū)102，再由空氣分布器103進(jìn)入空氣和可燃?xì)怏w的混合區(qū)A，在空氣和可燃?xì)怏w的混合區(qū)A內(nèi)，空氣和可燃?xì)怏w充分混合，并經(jīng)過可燃?xì)怏w再分布器105進(jìn)入空氣和可燃?xì)怏w的反應(yīng)區(qū)域，在此反應(yīng)區(qū)域的上半部分為解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)B，在解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)B內(nèi)裝填有對(duì)空氣與可燃?xì)怏w發(fā)生化學(xué)反應(yīng)有催化作用的催化劑，催化劑為鈀系、鉬系或它們的合金催化劑，使得空氣和可燃?xì)怏w在催化劑的作用下，不需外加熱、加壓條件下進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)，同時(shí)放出大量的熱。反應(yīng)后的高溫氣體直接進(jìn)入空氣和可燃?xì)怏w的反應(yīng)區(qū)域的下半部分即催化燃燒過渡區(qū)C，在此位置裝填熱容較大的蓄熱材料。反應(yīng)后的高溫氣體在經(jīng)過蓄熱材料層后，溫度小幅下降并進(jìn)入空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)D，在此區(qū)域內(nèi)裝有燃燒催化劑，其和解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)B內(nèi)的催化劑相同，保證空氣和可燃?xì)怏w通過空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)D后，可燃?xì)怏w全部轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，并由燃燒尾氣出口 c排出系統(tǒng)。
[0029]天然氣重整制氫所需的水由天然氣重整制氫裝置的原料水入口 d進(jìn)入，原料水首先由液體分配器108均勻分配后進(jìn)入重整原料混合區(qū)E，同時(shí)天然氣重整制氫所需的天然氣由天然氣重整制氫裝置的原料氣入口 f進(jìn)入重整原料氣緩沖區(qū)H，在此和流經(jīng)天然氣重整制氫裝置內(nèi)部換熱器106的重整制氫產(chǎn)品氣進(jìn)行換熱，預(yù)熱后的天然氣由原料氣導(dǎo)流管107均勻噴射進(jìn)入重整原料混合區(qū)E，在重整原料混合區(qū)E內(nèi)的原料氣導(dǎo)流管107出口附近，天然氣和水能夠劇烈混合，混合后的天然氣和水從重整原料混合區(qū)E的中部向下部流動(dòng)，并最終進(jìn)入天然氣重整制氫第一區(qū)F，在此區(qū)域裝填有天然氣重整制氫催化劑，在催化劑的催化作用下，天然氣和水通過反應(yīng)生成富氫產(chǎn)品氣，富氫產(chǎn)品氣進(jìn)入天然氣重整制氫第二區(qū)G，在此區(qū)域，重整原料可以完全轉(zhuǎn)化為富氫混合氣體，并通過天然氣重整制氫裝置內(nèi)部換熱器106和原料氣進(jìn)行換熱后由天然氣重整制氫裝置的產(chǎn)品氣出口 e流出。
[0030]本發(fā)明的天然氣重整制氫裝置在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部不同物流之間很好地實(shí)現(xiàn)了能量的合理匹配。由天然氣重整制氫裝置的原料氣入口 f進(jìn)入的重整原料氣首先在重整原料氣緩沖區(qū)H內(nèi)通過天然氣重整制氫裝置內(nèi)部換熱器106和重整制氫的產(chǎn)品氣進(jìn)行換熱，通過調(diào)節(jié)操作參數(shù)，能保證重整制氫的產(chǎn)品氣的溫度降低并滿足下一工序的需求，與此同時(shí)，原料氣可以預(yù)熱到較高的溫度，并在原料氣導(dǎo)流管107出口附近和原料水混合，直接將部分熱量高效地傳遞給原料水。原料氣和原料水混合進(jìn)入天然氣重整制氫第一區(qū)F后，在此區(qū)域原料氣和原料水在催化劑的作用下進(jìn)行天然氣重整制氫反應(yīng)，由于此反應(yīng)需要吸取大量的熱，此部分熱量全部來自于相鄰區(qū)域內(nèi)空氣與可燃?xì)怏w的催化燃燒反應(yīng)。為了保證吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)之間的高效換熱，天然氣重整制氫第一區(qū)F內(nèi)的物料和相鄰的解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)B及催化燃燒過渡區(qū)C的物料采用逆流流動(dòng)方式，保證最快的傳熱速率，避免了催化燃燒過程中反應(yīng)熱點(diǎn)的產(chǎn)生。天然氣重整制氫所需的水由天然氣重整制氫裝置的原料水入口 d進(jìn)入，較低溫度的原料水在重整原料混合區(qū)E與空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)D內(nèi)較高溫度的催化燃燒尾氣同樣采用逆流流動(dòng)方式，原料水和催化燃燒尾氣間充分的換熱也使得催化燃燒反應(yīng)后的燃燒尾氣的溫度大幅度下降，基本達(dá)到了排放所要求的溫度。
[0031]本發(fā)明的可以回收利用變壓吸附解析氣的天然氣重整制氫工藝的流程如圖3所示，主要包括天然氣燃燒放熱反應(yīng)物流支路、天然氣重整制氫反應(yīng)物流支路、變壓吸附裝置解析氣回收物流支路、溫度反饋控制調(diào)節(jié)器支路、水回收物流支路和供用戶熱水支路。
[0032]天然氣燃燒放熱反應(yīng)物流支路:天然氣原料儲(chǔ)罐301提供天然氣，經(jīng)脫硫罐302脫硫后，分為兩路，其中一路天然氣經(jīng)過溫控調(diào)節(jié)閥303和阻火器304進(jìn)入天然氣重整制氫裝置309中可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A內(nèi)，同時(shí)原料空氣儲(chǔ)罐306中的空氣進(jìn)入換熱器307進(jìn)行預(yù)熱，之后經(jīng)過阻火器308進(jìn)入天然氣重整制氫裝置309中可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A內(nèi)，與天然氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，放出的熱量供給天然氣重整制氫裝置309中的天然氣重整反應(yīng)。天然氣重整制氫裝置309內(nèi)燃燒尾氣進(jìn)入換熱器307與原料空氣進(jìn)行換熱，之后進(jìn)入換熱器310，與水箱313提供的冷水進(jìn)行二次換熱，使得燃燒尾氣溫度降至500C以下，之后進(jìn)入分水器311分水后排空。在燃燒反應(yīng)原料管路中設(shè)置天然氣阻火器304和空氣阻火器308，防止燃燒混合氣回火，以保障系統(tǒng)的安全。
[0033]天然氣重整制氫反應(yīng)物流支路:天然氣原料儲(chǔ)罐301提供天然氣，經(jīng)脫硫罐302脫硫后，分為兩路，其中一路天然氣直接進(jìn)入天然氣重整制氫裝置309中重整原料氣緩沖區(qū)H內(nèi)，同時(shí)由水箱313提供的原料水直接進(jìn)入天然氣重整制氫裝置309中重整原料混合區(qū)E內(nèi)，在天然氣重整制氫裝置309內(nèi)部經(jīng)過換熱、預(yù)熱后，與天然氣進(jìn)行重整反應(yīng)生成富氫重整氣。重整尾氣經(jīng)天然氣重整制氫裝置309內(nèi)部的換熱器與原料氣換熱后進(jìn)入分水器314，經(jīng)分水后的重整氣進(jìn)入變壓吸附裝置315，對(duì)氫氣進(jìn)行分離提純，分離出來的高純度氫氣儲(chǔ)存起來或供給終端用戶316使用。
[0034]變壓吸附裝置解析氣回收物流支路:變壓吸附裝置的解析氣先后經(jīng)過溫控調(diào)節(jié)閥318和阻火器319進(jìn)入天然氣重整制氫裝置309中可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A內(nèi)與空氣進(jìn)行反應(yīng)，放出的熱量供給天然氣重整制氫裝置309中的重整制氫吸熱反應(yīng)。在制氫系統(tǒng)運(yùn)行初期時(shí)，燃燒反應(yīng)的燃料以天然氣為主，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，天然氣重整制氫裝置309中重整制氫反應(yīng)生成的重整氣經(jīng)變壓吸附裝置315分離提純后，剩余的解析氣返回可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A內(nèi)，將變壓吸附裝置解析氣全部回收。在保障重整制氫反應(yīng)順利進(jìn)行的同時(shí)，通過溫度反饋控制調(diào)節(jié)器305監(jiān)測(cè)溫度并根據(jù)實(shí)時(shí)溫度調(diào)節(jié)天然氣溫控調(diào)節(jié)閥303和變壓吸附裝置解析氣溫控調(diào)節(jié)閥318控制天然氣和解析氣的進(jìn)料流量分配。在天然氣重整制氫裝置309內(nèi)將變壓吸附裝置解析氣轉(zhuǎn)化成有效能量并用于重整制氫反應(yīng)，充分利用了變壓吸附裝置解析氣的能量，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的能量效率。在解析氣回收物流管路上設(shè)置解析氣阻火器319，防止燃燒混合氣回火，以保障系統(tǒng)的安全。
[0035]溫度反饋控制調(diào)節(jié)器支路:當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，在保障天然氣重整制氫裝置309內(nèi)重整反應(yīng)順利進(jìn)行的前提下，通過溫度反饋控制調(diào)節(jié)器305監(jiān)測(cè)溫度并根據(jù)實(shí)時(shí)溫度調(diào)節(jié)天然氣溫控調(diào)節(jié)閥303和變壓吸附裝置解析氣溫控調(diào)節(jié)閥318，控制天然氣和解析氣的進(jìn)料流量分配，將變壓吸附裝置315解析氣充分利用。隨著天然氣重整制氫裝置309負(fù)荷的加大，氫氣產(chǎn)量逐漸升高，變壓吸附裝置解析氣的流量逐漸加大，進(jìn)而調(diào)控燃燒原料天然氣的進(jìn)料量持續(xù)降低，即系統(tǒng)總體能量的輸入量降低，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的能量效率。
[0036]水回收物流支路:天然氣重整制氫裝置309中燃燒反應(yīng)尾氣經(jīng)換熱器307和換熱器310換熱后進(jìn)入分水器311進(jìn)行分水，之后排空。分水器311中分離得到的冷水進(jìn)入水處理器317進(jìn)行凈化處理，得到的水可以循環(huán)回水箱313中，提高了系統(tǒng)內(nèi)水的利用效率。同時(shí)天然氣重整制氫裝置309中重整制氫反應(yīng)尾氣在分水器314中經(jīng)分水后得到的冷水同樣進(jìn)入水處理器317進(jìn)行凈化處理，得到的水可以循環(huán)回水箱313中，進(jìn)一步提高系統(tǒng)內(nèi)水的利用效率。
[0037]供用戶熱水支路:水箱313提供一路冷水經(jīng)過換熱器310與天然氣重整制氫裝置309中燃燒反應(yīng)尾氣充分換熱后，得到的熱水進(jìn)入熱水儲(chǔ)罐312中儲(chǔ)存，可以為用戶提供生活熱水。
[0038]本發(fā)明的可以回收利用變壓吸附解析氣的天然氣重整制氫裝置及工藝可以和燃料電池系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，提供電能和熱能，工藝流程如圖4所示，主要包括天然氣燃燒放熱反應(yīng)物流支路、天然氣重整制氫反應(yīng)物流支路、變壓吸附裝置解析氣回收物流支路、燃料電池陽極尾氣回收物流支路、溫度反饋控制調(diào)節(jié)器支路、水回收物流支路和供用戶熱水支路。
[0039]天然氣燃燒放熱反應(yīng)物流支路:天然氣原料儲(chǔ)罐401提供天然氣，經(jīng)脫硫罐402脫硫后，分為兩路，其中一路天然氣經(jīng)過溫控調(diào)節(jié)閥403和阻火器404進(jìn)入天然氣重整制氫裝置409中可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A內(nèi)，同時(shí)原料空氣儲(chǔ)罐406中的空氣進(jìn)入換熱器407進(jìn)行預(yù)熱，之后經(jīng)過阻火器408進(jìn)入天然氣重整制氫裝置409中可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A內(nèi)，與天然氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，放出的熱量供給天然氣重整制氫裝置309中的天然氣重整反應(yīng)。天然氣重整制氫裝置409內(nèi)燃燒尾氣進(jìn)入換熱器407與原料空氣進(jìn)行換熱，之后進(jìn)入換熱器410，與水箱413提供的冷水進(jìn)行二次換熱，使得燃燒尾氣溫度降至50oC以下，之后進(jìn)入分水器411分水后排空。在燃燒反應(yīng)原料管路中設(shè)置天然氣阻火器404和空氣阻火器408，防止燃燒混合氣回火，以保障系統(tǒng)的安全。
[0040]天然氣重整制氫反應(yīng)物流支路:天然氣原料儲(chǔ)罐401中提供天然氣，經(jīng)脫硫罐402脫硫后，分為兩路，其中一路天然氣直接進(jìn)入天然氣重整制氫裝置409中重整原料氣緩沖區(qū)H內(nèi)，同時(shí)由水箱413提供的原料水直接進(jìn)入天然氣重整制氫裝置409中重整原料混合區(qū)E內(nèi)，在天然氣重整制氫裝置409內(nèi)部經(jīng)過換熱、預(yù)熱后，與天然氣進(jìn)行重整反應(yīng)生成富氫重整氣。重整尾氣經(jīng)天然氣重整制氫裝置409內(nèi)部的換熱器與原料水換熱后進(jìn)入分水器414，經(jīng)分水后的重整氣進(jìn)入變壓吸附裝置415，對(duì)氫氣進(jìn)行分離提純，分離出來的高純度氫氣提供給燃料電池系統(tǒng)416，由燃料電池發(fā)電并提供給用戶使用。
[0041]變壓吸附裝置解析氣回收物流支路:變壓吸附裝置的解析氣先后經(jīng)過溫控調(diào)節(jié)閥419和阻火器420進(jìn)入天然氣重整制氫裝置409中可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A內(nèi)與空氣進(jìn)行反應(yīng)，放出的熱量供給天然氣重整制氫裝置409中發(fā)生的重整制氫吸熱反應(yīng)。在制氫系統(tǒng)運(yùn)行初期時(shí)，燃燒反應(yīng)的燃料以天然氣為主，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，天然氣重整制氫裝置409中重整制氫反應(yīng)產(chǎn)生的重整氣經(jīng)變壓吸附裝置415分離提純后，剩余的解析氣返回可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A內(nèi)，將變壓吸附裝置解析氣全部回收。在保障重整制氫反應(yīng)順利進(jìn)行的同時(shí)，通過溫度反饋控制調(diào)節(jié)器405監(jiān)測(cè)溫度并根據(jù)實(shí)時(shí)溫度調(diào)節(jié)天然氣溫控調(diào)節(jié)閥403和變壓吸附裝置解析氣溫控調(diào)節(jié)閥419控制天然氣和解析氣的進(jìn)料流量分配。在天然氣重整制氫裝置409內(nèi)將變壓吸附裝置解析氣轉(zhuǎn)化成有效能量并用于重整制氫反應(yīng)，充分利用了變壓吸附裝置解析氣的能量，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的能量效率。在解析氣回收物流管路上設(shè)置解析氣阻火器420，防止燃燒混合氣回火，以保障系統(tǒng)的安全。
[0042]燃料電池陽極尾氣回收物流支路:燃料電池陽極尾氣中氫含量約為20%以上(取決于燃料電池燃料利用率)，將這部分氫氣回收利用有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的能量效率。燃料電池陽極尾氣先后經(jīng)過溫控調(diào)節(jié)閥421和阻火器422進(jìn)入天然氣重整制氫裝置409中可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)A內(nèi)與空氣進(jìn)行反應(yīng)，放出的熱量供給天然氣重整制氫裝置409中發(fā)生的重整制氫吸熱反應(yīng)。在保障天然氣重整制氫裝置409內(nèi)重整反應(yīng)順利進(jìn)行的同時(shí)，通過溫度反饋控制調(diào)節(jié)器405監(jiān)測(cè)溫度并根據(jù)實(shí)時(shí)溫度調(diào)節(jié)天然氣溫控調(diào)節(jié)閥403和燃料電池陽極尾氣溫控調(diào)節(jié)閥421控制天然氣和燃料電池陽極尾氣的進(jìn)料流量分配。隨著天然氣重整制氫裝置409負(fù)荷的加大，氫氣產(chǎn)量逐漸升高，供給燃料電池的氫氣量逐漸增加，燃料電池陽極尾氣流量逐漸加大，進(jìn)而調(diào)控燃燒原料天然氣的進(jìn)料量持續(xù)降低。在天然氣重整制氫裝置內(nèi)409將燃料電池陽極尾氣轉(zhuǎn)化成有效能量并用于重整制氫反應(yīng)，充分利用了燃料電池陽極尾氣的能量，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的能量效率。在燃料電池陽極尾氣回收物流管路上設(shè)置陽極尾氣阻火器422，防止燃燒混合氣回火，以保障系統(tǒng)的安全。
[0043]溫度反饋控制調(diào)節(jié)器支路:當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，在保障天然氣重整制氫裝置409內(nèi)重整反應(yīng)順利進(jìn)行的前提下，通過溫度反饋控制調(diào)節(jié)器405監(jiān)測(cè)溫度并根據(jù)實(shí)時(shí)溫度調(diào)節(jié)天然氣溫控調(diào)節(jié)閥403、變壓吸附裝置解析氣溫控調(diào)節(jié)閥419和燃料電池陽極尾氣溫控調(diào)節(jié)閥421，控制天然氣、解析氣和陽極尾氣的進(jìn)料流量分配，將變壓吸附裝置解析氣和陽極尾氣充分利用。隨著天然氣重整制氫裝置409負(fù)荷的加大，氫氣產(chǎn)量逐漸升高，變壓吸附裝置解析氣的流量逐漸加大，燃料電池陽極尾氣氫含量逐漸升高，調(diào)控燃燒原料天然氣的進(jìn)料量持續(xù)降低，即系統(tǒng)總體能量的輸入量降低，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的能量效率。
[0044]水回收物流支路:天然氣重整制氫裝置409中燃燒反應(yīng)尾氣經(jīng)換熱器407和換熱器410換熱后進(jìn)入分水器411進(jìn)行分水，之后排空。分水器411中分離得到的冷水進(jìn)入水處理器418進(jìn)行凈化處理，得到的水可以循環(huán)回水箱413中，提高了系統(tǒng)內(nèi)水的利用效率。天然氣重整制氫裝置409中重整制氫反應(yīng)尾氣經(jīng)過分水器414，分水后得到的冷水進(jìn)入水處理器418進(jìn)行凈化處理，得到的水可以循環(huán)回水箱413中，提高了系統(tǒng)內(nèi)水的利用效率。燃料電池陰極尾氣進(jìn)入分水器417中經(jīng)分水后得到的冷水同樣進(jìn)入水處理器418進(jìn)行凈化處理，得到的水可以循環(huán)回水箱413中，進(jìn)一步提高系統(tǒng)內(nèi)水的利用效率。同時(shí)燃料電池陰極尾氣中的空氣可以進(jìn)行回收壓縮補(bǔ)充到原料空氣儲(chǔ)罐406中。
[0045]供用戶熱水支路:水箱413提供一路冷水經(jīng)過換熱器410與天然氣重整制氫裝置409中燃燒反應(yīng)尾氣充分換熱后，得到的熱水進(jìn)入熱水儲(chǔ)罐412中儲(chǔ)存，可以為用戶提供生活熱水。
[0046]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置，所述裝置的中心區(qū)域依次包括可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)(A)、解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)(B)、催化燃燒過渡區(qū)(C);所述裝置的中心區(qū)域的外部依次為重整制氫第一區(qū)(F)、空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)(D)、重整原料混合區(qū)(E)、重整制氫第二區(qū)(G);所述裝置的底部設(shè)置有制氫原料緩沖區(qū)(H);其中所述可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)(A)設(shè)有可燃?xì)怏w入口(a)和空氣入口(b)，可燃?xì)怏w和空氣混合后依次通過可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)(A)、解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)(B)、催化燃燒過渡區(qū)(C)、空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)(D)，反應(yīng)后的燃燒尾氣由燃燒尾氣出口(c)排出；制氫原料緩沖區(qū)(H)設(shè)有制氫原料入口(f)及制氫原料導(dǎo)流腔(107)，其中制氫原料導(dǎo)流腔(107)伸入重整原料混合區(qū)(E)內(nèi)，制氫原料經(jīng)制氫原料緩沖區(qū)(H)后通過制氫原料導(dǎo)流腔(107)在重整原料混合區(qū)(E)和原料水入口(d)進(jìn)入的原料水混合，再依次進(jìn)入重整制氫第一區(qū)(F)和重整制氫第二區(qū)(G)，經(jīng)換熱器(106 )換熱后，由產(chǎn)品氣出口( e )排出；產(chǎn)品氣出口( e )與變壓吸附裝置連接；變壓吸附裝置通過解析氣回收管道連接可燃?xì)怏w入口(a);所述解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)(B)、可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)(D)內(nèi)裝填燃燒催化劑；所述催化燃燒過渡區(qū)(C)裝填大熱容的蓄熱材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述重整制氫第二區(qū)(G)通過設(shè)置于制氫原料緩沖區(qū)(H)內(nèi)的換熱器(106)與產(chǎn)品氣出口(e)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述設(shè)置于制氫原料緩沖區(qū)(H)內(nèi)的換熱器(106)為S形或螺旋狀的管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述制氫原料導(dǎo)流腔(107)設(shè)有呈倒“凸”狀制氫原料排放端，該制氫原料排放端的底面和周面區(qū)域設(shè)有制氫原料排放孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述燃燒催化劑為鈀系、鉬系或它們的合金催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，可燃?xì)怏w入口和空氣入口處均設(shè)置有氣體分布器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)(A)內(nèi)設(shè)置有可燃?xì)怏w再分布器(105)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，產(chǎn)品氣出口(e)與變壓吸附裝置之間設(shè)置分水器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，制氫原料為醇類或烴類的含氫化合物或混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，制氫原料為天然氣、甲醇或乙醇。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括水循環(huán)系統(tǒng)，所述水循環(huán)系統(tǒng)依次包括分水器、水處理器、循環(huán)水箱，循環(huán)水箱連接原料水入口(d)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述燃燒尾氣出口(c)與換熱器連接，換熱器連接分水器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，空氣進(jìn)入空氣入口(b)前經(jīng)換熱器預(yù)熱。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述可燃?xì)怏w為天然氣、煤氣，或天然氣或煤氣和回收的變壓吸附解析氣的混合氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，天然氣原料儲(chǔ)罐管道連接天然氣經(jīng)脫硫裝置，然后管道分為兩路，其中一路連接可燃?xì)怏w入口(a);另一路天然氣直接連接制氫原料入口⑴。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，變壓吸附裝置連接燃料電池系統(tǒng)，燃料電池陽極產(chǎn)生的尾氣經(jīng)管道輸送連接可燃?xì)怏w入口(a)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或15或16所述的裝置，其特征在于，連接可燃?xì)怏w入口(a)的管道上均設(shè)有溫控調(diào)節(jié)閥和阻火器；通過溫度反饋控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫控調(diào)節(jié)閥。
18.—種權(quán)利要求1所述重整制氫裝置的制氫工藝，可燃?xì)怏w經(jīng)可燃?xì)怏w混合緩沖區(qū)(A)混合后，在解析氣回收轉(zhuǎn)化區(qū)(B)、催化燃燒過渡區(qū)(C)、空氣和可燃?xì)怏w的第二反應(yīng)區(qū)(D)內(nèi)與空氣發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，并為重整制氫反應(yīng)提供熱量，燃燒尾氣經(jīng)燃燒尾氣出口(c)排出；制氫原料經(jīng)制氫原料入口(f)進(jìn)入制氫原料緩沖區(qū)(H)，換熱后進(jìn)入制氫原料導(dǎo)流腔(107)，在重整原料混合區(qū)(E)和原料水入口(d)進(jìn)入的原料水混合，經(jīng)過換熱、預(yù)熱后,在重整制氫第一區(qū)(F)、重整制氫第二區(qū)(G)進(jìn)行重整反應(yīng)生成富氫重整產(chǎn)品氣，重整產(chǎn)品氣進(jìn)入變壓吸附裝置，對(duì)氫氣進(jìn)行分離提純；變壓吸附裝置分離提純后剩余的解析氣通過解析氣回收管道回收，并作為可燃?xì)廨斎肟扇細(xì)怏w入口。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的工藝，其特征在于，在重整制氫運(yùn)行初期時(shí)，可燃?xì)怏w為天然氣；當(dāng)重整制氫穩(wěn)定運(yùn)行后，變壓吸附裝置分離提純后剩余的解析氣通過解析氣回收管道回收，并作為可燃?xì)廨斎肟扇細(xì)怏w入口(a)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的工藝，其特征在于，天然氣原料儲(chǔ)罐提供天然氣，經(jīng)脫硫裝置脫硫后，分為兩路，其中一路天然氣進(jìn)入可燃?xì)怏w入口(a)，另一路天然氣直接連接原料氣入口⑴。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的工藝，其特征在于，分離出來的高純度氫氣提供給燃料電池系統(tǒng)，燃料電池陽極產(chǎn)生的尾氣返回可燃?xì)怏w入口(a)作為可燃?xì)怏w利用。
22.根據(jù)權(quán)利要求19-21任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，連接可燃?xì)怏w入口(a)的管道上均設(shè)有溫控調(diào)節(jié)閥和阻火器；通過溫度反饋控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫控調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)天然氣、解析氣和燃料電池陽極尾氣進(jìn)料流量的實(shí)時(shí)匹配，保證重整制氫反應(yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其特征在于，制備的重整產(chǎn)品氣通過產(chǎn)品氣出口(e)排出，進(jìn)入產(chǎn)品氣出口(e)與變壓吸附裝置連接的產(chǎn)品氣分水器，在產(chǎn)品氣分水器內(nèi)得到的水經(jīng)水處理器凈化處理后輸送至循環(huán)水箱作為原料水。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的工藝，其特征在于，燃燒尾氣出口(c)的燃燒尾氣經(jīng)換熱器后進(jìn)入分水器分水，燃燒過程中產(chǎn)生的水由分水器底部排出，進(jìn)入水處理器處理后直接循環(huán)回水箱；燃料電池陰極尾氣進(jìn)入陰極尾氣分水器中分水經(jīng)水處理器進(jìn)行凈化處理后輸送至循環(huán)水箱作為原料水。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK104134811SQ201410356317
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】潘立衛(wèi) 申請(qǐng)人:北京正拓氣體科技有限公司