[发明专利]一种制氢装置

说明书

本发明公开了一种制氢装置，包括：设在外壳中的燃烧机构、燃料通道、助燃物料通道、高温废气通道、反应物料通道、反应室，反应室包括第一区域反应室，燃烧机构包括点火机构和燃烧热辐射机构，反应物料通道中设置有螺旋向下导向的导流板，反应物料通道连接加压输入机构，燃烧机构、燃料通道、助燃物料通道以及高温废气通道都设在反应物料通道内侧的容纳腔中，燃烧热辐射机构包括：燃烧筒，燃烧筒位于热辐射导流筒中，燃烧筒的外侧壁与热辐射导流筒的内侧壁之间形成热辐射通道；第一区域反应室位于容纳腔内且环绕在热辐射通道外，反应物料通道的底部与第一区域反应室连通。本发明的优点在于：物料混合均匀，预热充分，反应效率大大提高。

技术领域

本发明涉及重整制氢装置技术领域。

背景技术

氢能已成为全球能源向绿色低碳转型的核心驱动力之一。全面突破氢能及燃料电池关键技术装备，攻克高效氢气制、储、运、加、燃料电池关键技术，开展核能制氢、“热-电-氢”多联产应用等技术研究，是新能源创新的目标和趋势。

制氢装置最广泛的工艺是轻烃水蒸气转化法。其转化过程为：首先，甲烷与水蒸气在500℃至1000℃左右的高温以及催化剂条件下发生反应，生成氢气及一氧化碳，也即重整反应，然后大量一氧化碳再经过CO变换反应进一步生成氢气和二氧化碳，最后少量的一氧化碳经过甲烷化催化剂后被还原成甲烷和水。主要反应过程如下：

重整反应过程：CH₄+H₂O→CO+3H₂ △H₂₉₈=206kJ/mol；

CO变换反应过程：CO+H₂O→CO₂+H₂ △H₂₉₈=-36kJ/mol；

选择性甲烷化反应过程： CO+3H₂→CH₄+H₂O △H₂₉₈=-206kJ/mol；

上述反应过程中，重整反应是整个制氢工艺的关键。

目前的制氢装置存在以下缺陷：一、反应物料混合的均匀性以及进料的稳定性相对较差，这些都导致重整反应效率低下。二、制氢装置的体积大。三、热效率利用低下。四、重整反应区域随着反应物料浓度的变化，其所需的温度不同，反应物料浓度越高，所需热量越大，反应物料浓度降低，其所需热量降低，而目前的燃烧机构供热则无法根据重整反应区域物料浓度的变化均衡热量供应，这也是目前重整反应效率低下的原因。

发明内容

本发明的目的是：提供一种制氢装置，其反应物料混合的均匀性以及进料的稳定性都大大提高，重整反应效率大大提高，结构也更加紧凑。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制氢装置，包括：外壳，外壳中设置有燃烧机构、为燃烧机构输送燃料的燃料通道、为燃烧机构输送助燃物料的助燃物料通道、用于排放燃烧机构燃烧产生的废气的高温废气通道、用于进行制氢反应的反应室，反应室包括用于进行重整反应的第一区域反应室，所述的燃烧机构包括点火机构和燃烧热辐射机构，外壳中还设置有用于输送反应物料的反应物料通道，反应物料通道包括环状的反应物料本体通道，反应物料本体通道中设置有用于将物料螺旋向下导向的螺旋导流机构；反应物料本体通道下端设置有反应物料底部通道，反应物料通道的顶部连接有加压输入机构，反应物料通道的内侧形成容纳腔，燃烧机构、燃料通道、助燃物料通道以及高温废气通道都设置在容纳腔中，燃烧热辐射机构包括：底部开口的燃烧筒，燃烧筒设置在底部封闭的热辐射导流筒中，燃烧筒的外侧壁与热辐射导流筒的内侧壁之间形成与燃烧筒相连通的热辐射通道，热辐射通道与高温废气通道相连通；所述的第一区域反应室位于容纳腔内且环绕设置在热辐射通道外，反应物料底部通道的内侧壁上设置有反应物料出口，反应物料出口与第一区域反应室相连通。

进一步地，前述的一种制氢装置，其中，反应物料本体通道以及反应物料底部通道的宽度都为2～50mm。