[发明专利]利用蒸气重整反应的氢气产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用蒸气重整产生氢气的装置，其通过天然气或碳氢化合物的蒸气重整反应连续地供应氢气。更具体而言，本发明涉及利用蒸气重整而产生氢气的装置，其中，用于支撑发生高温重整反应的催化剂管的支撑部件的结构得以改进且耐用性提高，从而可确保稳定的性能和可靠性。

背景技术

近年来，由于随着技术革新的发展，能源消耗逐渐增加，因而矿物燃料储备紧缺的问题及环境污染问题亟待解决，同时人们对使用清洁的氢燃料作为能源载体的氢能的兴趣也与日俱增。然而，在从替代能源(太阳能、风能、潮汐能等)制取氢气的过程中，在经济效率方面仍存在许多困难与局限。

因此，提出了从现有技术中所用的矿物燃料即包括天然气在内的碳氢化合物来制取清洁的氢燃料的技术。

现有制取氢气的方法包括：蒸气重整、矿物燃料(煤、石油、天然气、丙烷、丁烷等)的部分氧化或自热重整以及水电解，其中，蒸气重整被视为经济可行的方法，其在商业上的应用最为广泛。

当蒸气重整器在高压(15-25bar)、高温(高于850℃)的条件下操作时利用上述的蒸气重整方法大规模地制取氢气的过程有利于制取氢气。然而，若所述大规模的制氢过程缩减至家用或用于分布式发电的中等规模或小规模，则必须解决包括操作时间、初始操作、稳定蒸气供应、安装规模及大小在内的多种限制。

作为解决这些限制而做出的努力，已尝试了如下各种方法：组合单元过程，开发适用于小型燃料电池系统的催化剂，优化热流体分析，简化系统结构以便提高加工性能和生产率，以及在整合系统各元件的同时减小尺寸以便缩减初始操作时间、降低热量损失并且提高热效率。

用于现有的这种中小规模处理的蒸气重整器主要具有这样的结构：大型的热交换器安装于重整器的外部，以便在通过燃烧气体供应在重整器中发生重整反应所需的热量之后，利用高温燃烧废气辅助地将原料/水的温度提升到适于蒸气重整器的温度(500-700℃)。

相反，如果热交换器安装于重整器的内部，则可预料到系统的结构将简化、总体积将下降并且热效率将提高。然而，存在的问题是：由于在重整器内部设置复杂的热交换器结构，因此重整器的初始生成及稳定操作是困难的，并且由于暴露于高温下的部分直接接触因被低温水或原料冷却而保持低温的部分，因此该重整器无法承受频繁的热循环。

图1为示出根据现有技术的重整器的结构的示意图。如图1所示，在根据现有技术的重整器100中，在外壳110内设有用于产生蒸气反应所需热量的燃烧部分115。在该燃烧部分115内安装有用于燃烧从外部供应的气体/燃料的燃烧器。

这里，在燃烧部分中产生的高温热量向催化剂管120供应反应热，然后通过燃烧气体出口117被排出到外部。

同时，现有的重整器100具有这样的结构：包括催化剂管120的催化床相对于燃烧部分115同心地布置。这里，催化床与设置在外壳100内的原料供应歧管130连接，由此向催化床供应原料/蒸气。

具体地，如图1所示，原料供应歧管130具有这样的结构：其与用于从外部供应原料/蒸气的导入管连接，并且与各个催化剂管120连接，从而向各个催化剂管120供应原料/蒸气。

被供应至催化剂管120的原料/蒸气经过由燃烧部分115提供反应热的重整反应，并且通过与催化剂管120的一侧相连的重整产物歧管140而被排出。

这里，重整产物歧管140的一端与催化剂管120连接，另一端与暴露于外壳110外部的排出管连接。

与此同时，催化剂管120插入支撑部件150中并且由该支撑部件150支撑，其中支撑部件150水平设置在筒状的外壳110内。

图2为现有的支撑部件150的透视图。如图所示，支撑部件150设置为具有给定厚度的圆形板材的形式，并且在中心处形成有具有给定尺寸的安装孔150h1。此外，相对于安装孔150h1同心地形成有管孔150h2，催化剂管120的一端插入管孔150h2内。

具有上述结构的支撑部件150的外周侧通过焊接安装在外壳110的内壁侧上，并且支撑部件150的内周侧与设置在外壳110内的管状火焰引导件114接合。

具体地，支撑部件150的安装孔150h1安装在与外壳110的内周侧相距一定距离的位置，并且安装孔150h1的尺寸与限定燃烧部分115和催化剂管120的安装空间的管状火焰引导件114的外周侧相对应，从而可使安装孔150h1插设在管状火焰引导件114的外周侧的周围。这里，火焰引导件114的一端与外壳110连接。

发明内容

要解决的技术问题