[发明专利]变催化剂分布的泡沫铜一体化重整器

说明书

本发明涉及燃料电池重整制氢技术领域，公开了一种变催化剂分布的泡沫铜一体化重整器，包括从上至下依次层叠布置的重整腔、催化燃烧腔和蒸发腔；所述重整腔和所述催化燃烧腔内均设置有催化剂载体，且所述催化剂载体为多孔介质泡沫铜；所述重整腔一端设置有催化燃烧腔入口和重整气出口，所述催化燃烧腔入口通过气态燃料通道连接至所述催化燃烧腔，所述重整腔另一端设置有尾气排出通道和重整腔入口，所述重整腔入口通过气态燃料通道连接至所述蒸发腔；所述重整腔与所述催化燃烧腔的进、出口与所述催化剂载体之间均设置有用于分流的均流板。本发明的重整器集尾气催化燃烧、燃料预热、重整制氢于一体，可以使得转化效率进一步提高。

技术领域

本发明涉及燃料电池重整制氢技术领域，更具体的说是涉及变催化剂分布的泡沫铜一体化重整器。

背景技术

燃料电池具有能量转换效率高、噪音低等巨大优势。常见的燃料电池种类有碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池等。其中质子交换膜燃料电池工作温度低、可快速启动而且比功率、比能量密度大，是一种极具优势的燃料电池。

燃料电池需要用到可靠的供氢系统，传统的供氢方式为储氢罐供氢，但这种方式不仅能量密度低而且在质量、安全上也存在明显的不足。因此，目前，使用碳氢化合物重整制备氢有望成为解决这一问题的有效措施。典型的碳氢化合物重整反应制氢可分为三种：水蒸气重整、部分氧化重整和自热重整，其中水蒸气重整制氢可以得到较高纯度的氢气，而且可以在一定程度上抑制结焦现象的发生，是目前的一个研究热点，但该反应是吸热反应，需要外部热源。

对于催化剂的担载方式，目前应用较多的为填充床式，微流道壁覆盖式，陶瓷材料担载式，多孔纤维毡/泡沫金属式等。但是填充床式存在阻力较大、导热系数低的缺点；微流道壁覆盖式，催化效果较差。目前利用多孔纤维毡/泡沫金属式是较为理想的方式，但是如图1所示，使用泡沫金属作为材料，在流动过程中压降较大，且化学反应集中于反应器的入口，导致壁面温度分布不均，浪费了部分催化剂。

除了供氢方面的问题外，燃料电池虽然清洁环保，但是燃料的利用率不是很高，因此会浪费掉部分高热值的氢气，其次，燃料电池尾气中可燃成分含量低，无法直接燃烧，采用催化燃烧进行尾气处理是一种正在蓬勃发展的技术。现在虽然对于重整器的研究工作很多，但大部分的反应器各个模块是分开的，这造成了重整器的集成度低、系统体积庞大等一系列问题。

因此，如何提供一种对燃料尾气进行充分利用，且集成度高、转化率高的重整器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种变催化剂分布的泡沫铜一体化重整器，将尾气进行催化燃烧，为重整反应提供热量，同时集燃料预热于一体，使整个系统结构紧凑、转化率进一步提高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

变催化剂分布的泡沫铜一体化重整器，包括从上至下依次层叠布置的重整腔、催化燃烧腔和蒸发腔；所述重整腔和所述催化燃烧腔内均设置有催化剂载体，且所述催化剂载体为多孔介质泡沫铜；

所述重整腔一端设置有催化燃烧腔入口和重整气出口，所述催化燃烧腔入口通过气态燃料通道连接至所述催化燃烧腔，使燃料可以在催化燃烧腔内进行化学反应，所述重整腔另一端设置有尾气排出通道和重整腔入口，所述重整腔入口通过气态燃料通道连接至所述蒸发腔，使受热蒸发的气体进入所述重整腔内进行化学反应；

所述重整腔与所述催化燃烧腔的进、出口与所述催化剂载体之间均设置有用于分流的均流板。

本发明变催化剂分布的泡沫铜一体化重整器整体装置为板型，采用蒸发腔-催化燃烧腔-重整腔的布置形式，通过催化燃烧为整个装置提供热量。

优选的，在上述变催化剂分布的泡沫铜一体化重整器中，所述重整腔的催化剂载体依次为大间距泡沫铜、中等间距泡沫铜、小间距泡沫铜和完整泡沫铜片，且所述大间距泡沫铜靠近所述重整腔入口一侧。