[发明专利]一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法

说明书

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法，采用独立的混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、反应腔室、杂质气体出气腔室，同时在内部完成重整和氧化供热；引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入；引入杂质气体过滤膜管，完成重整进气中主要成分和杂质气体的分离，具有以下特点：去除重整进气中含碳杂质气体，使出气中高热成分和氢含量提高，提升后段燃烧设备和燃料电池的能量利用速率，减少积碳和二氧化碳排放；独特的催化加热，分散的热源加热均匀充分且更节能；引入氧化气体过滤膜管，系统进行氧化加热同时避免了惰性杂质气体引入；集成度高，体积小，具有更广的应用范围。

技术领域

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种燃气高效利用双膜重整器系统及其控制方法。

背景技术

现有天然气、液化石油气等气体燃料的利用普遍采用直接燃烧或燃料电池发电方式来利用，尤其是第三代燃料电池(SOFC)应用可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料，大大扩大了应用范围，相对于传统燃烧方式具有热效率高和污染小的优点。

本发明的发明人发现的：直接开采出的矿物天然气是以甲烷等烃类为主混合气体，液化石油气成分更为复杂，共同特点是气体中CO₂含量高，导致热值和发电效率低。现有技术针对以CO₂为主要杂质气体的烃类气体提纯，多采用降温冷凝法、重整制甲醇法和膜提纯法。降温冷凝法去除CO₂需要耗费大量的能量；重整制甲醇法制备的甲醇无直接用于燃料电池，大大限制了其应用范围；膜提纯法往往需要高温环境，且加热均匀性难以控制，对反应设备和加热介质选择提出了很高的要求，因而难以广泛应用。

发明内容

为解决背景技术中提及的至少一个问题，本发明基于天然气等膜提纯法提出一种燃气高效利用双膜重整器，较好的解决了现有技术中能耗高、加热均匀性差的问题，提高了能量利用效率，同时和燃料电池具有更好的匹配性。

一种燃气高效利用双膜重整器，包含混合氧化气体进气口、混合氧化气体进气腔室、氧化余气出气腔室、氧化余气出气口、氧化气体过滤膜管、重整气体进气口、重整气体出气口、反应腔室、杂质气体出气腔室、杂质气体出气口和杂质气体过滤膜管；

所述混合氧化气体进气腔室为所述混合氧化气体收集暂存空间；所述氧化余气出气腔室为所述氧化余气收集暂存空间；所述杂质气体出气腔室为所述杂质气体收集暂存空间；所述反应腔室为所述氧化气体和所述重整气体反应场所；

所述氧化气体过滤膜管用于分离所述混合氧化气体中氧化气体和惰性组分，至少包含两个敞开端；

所述杂质气体过滤膜管用于收集并分离所述反应腔室内杂质气体，至少包含一个敞开端和一个封闭端。

所述氧化余气出气腔室与所述反应腔室密封连接并与所述氧化气体过滤膜管和所述氧化余气出气口联通；所述混合氧化气体进气腔室与所述反应腔室密封连接并与氧化气体过滤膜管和所述混合氧化气体进气口联通；所述杂质气体出气腔室与所述反应腔室或所述氧化余气出气腔室密封连接，并与所述杂质气体过滤膜管敞开端联通；所述杂质气体过滤膜管封闭端处于所述反应腔室内部；所述重整气体进气口、所述重整气体出气口与所述反应腔室分别联通，并分别处于所述反应腔室长径方向远腔室中心两端。

所述反应腔室还包含反应催化剂；所述反应催化剂分布于所述氧化气体过滤膜管和所述杂质气体过滤膜管外部。

所述反应催化剂包含甲烷重整催化剂、甲烷氧化催化剂和甲烷重整氧化催化剂一种以及上组合。

所述混合氧化气体同时包含氧气、臭氧、分子式N_xO_y、分子式C_xO_y中一种及以上的组合一和氮气、氦、氖、氩、氪、氙中一种及以上的组合二；所述x、y为任一正有理数。