[发明专利]一种可强化反应效率的在线分离重整制氢气方法及实现该方法的装置

说明书

本发明公开了一种可强化反应效率的在线分离重整制氢气方法及实现该方法的装置。该方法的反应器由三种不同材料制造的内、中、外同心圆管以及上下端盖组成，三个同心圆管构成构成三个腔道，分别是内腔、中腔、外腔三个腔体，腔道上下安装有上、下端盖。下端盖将中、外腔体的下端密封，上端盖有多个孔，给内腔提供高温流体入口以及给中腔提供进气入口。内管流入高温流体，为反应提供能量。内管外壁面涂覆催化剂。中腔道通入反应物气体；反应物气体和催化剂发生催化反应。中管采用不同种分离膜制备，将气体生成物分离到外腔。外腔道被对应隔离成不同气体生成物区域。采用本发明方法可显著提高反应物的转化率，缩小了整个重整反应系统的体积和重量。

技术领域

本发明属于合成气体技术领域，具体涉及一种可强化反应效率的在线分离重整制氢气方法及实现该方法的装置。

背景技术

氢能是未来分布式能源中的重要一员，加氢站和家庭用氢是未来分布式能源网络的重要组成部分。目前大规模制氢方法绝大部分是采用天然气制氢。但是加氢站以及家庭应用由于空间和用量限制，并不适合采用大规模制氢装置。未来随着城市天然气管路布置更加完善，考虑到原料的输运成本以及便捷性，加氢站和家庭中使用天然气制氢的方案具备明显竞争力。

但是另一方面，在加氢站和家庭使用的天然气制氢装置如何小型化是需要解决的问题。目前国内的小型制氢装备主要是采用甲醇制氢或电解水制氢的方法，但是甲醇制氢原料输运不方便，而且这两种方法制氢成本相对较高。对于天然气重整制氢，目前有采用微反应器来缩小重整反应系统的体积和重量。但是，微反应器所制备的气体，最终还是需要经过气体分离设备进行分离。常用的变压吸附分离装备和变温分离装备，其体积都较为庞大，不适用于小型重整反应系统。采用边反应边分离的在线分离手段，有利于可逆反应向着正向移动，有利于转化率的提高，同时也可以降低反应温度，降低整个系统危险性。

综上所述，随着天然气管路的完善，天然气制氢具备明显的竞争力。但是传统的天然气重整制氢装备体积较大，不适合小型化制氢装备的利用。因此，本发明设计一种可强化反应效率的在线分离重整制氢气方法，将反应和分离工艺集成，缩小整个系统的体积。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可强化反应效率的在线分离重整制氢气方法及实现该方法的装置。本发明的在线分离重整制氢气方法能够将反应和分离工艺集成，大幅度缩小系统的体积和重量，为装备小型化提供设计方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种可强化反应效率的在线分离重整制氢气装置，是由三种不同材料制造的三个内、中、外同心圆管以及上下端盖组成，三个同心圆管构成三个腔道，分别是内腔(3)、中腔(2)、外腔(1)三个腔体；腔道的上下面安装有上、下端盖，下端盖将中、外腔体的下端密封，上端盖有多个孔，给内腔提供高温流体入口以及给中腔提供进气入口；内管的外壁面涂覆反应催化剂；中管采用不同的选择性分离膜制备，将中腔中的气体生成物分离到外腔；外腔被对应隔离成不同气体生成物区域，包括氢气区域(4)和碳氧化物区域(5)。

作为优选的，装置的中腔下端是密封的，气体生成物通过中管的选择性分离膜流向外腔不同隔离区；根据隔离区气体流量变化，在上端盖进气孔处，通过阀门控制注入反应物气体的流量。

作为优选的，装置上端盖的进气孔连接进气系统；上端盖中腔的孔数量，根据反应物气体的种类进行设计。

作为优选的，所述的反应物气体包括甲烷和水蒸气。中腔的反应物气体和催化剂发生表面催化反应。

作为优选的，装置内管采用高导热以及防腐蚀材料制造，外管采用保温材料制造。优选，内管采用耐高温合金材料。

作为优选的，装置内管的外壁面涂覆的反应催化剂为贵金属、镍基或铜基。