[发明专利]一种重整制氢一氧化碳选择性氧化反应器

说明书

本申请公开一种重整制氢一氧化碳选择性氧化反应器，包括氧化反应器本体和进气管道。氧化反应器本体内部具有沿纵向延伸的氧化反应腔。进气管道延伸至所述氧化反应腔内，所述进气管道具有多个出气口，各所述出气口沿纵向依次分布在所述氧化反应腔内。本申请中，通过在氧化反应器本体的氧化反应腔内沿纵向依次设置多个出气口，在氧化反应腔内形成了多段式进气，使得气体能够均匀分布在氧化反应器本体内，增加一氧化碳选择性氧化的空间，防止氧化反应腔内仅局部发生一氧化碳选择性氧化过程，从而显著地降低了重整气体中CO的浓度。

技术领域

本发明涉及天然气重整制氢技术领域，尤其涉及一种重整制氢一氧化碳选择性氧化反应器。

背景技术

氢气作为一种清洁能源，具有燃烧热值大、产物无污染等优点，是一种理想的二次能源。目前，氢气制备主要有三种方法，分别是矿物燃料制备、电解水制备以及生物质气化。但电解水制备及生物质气化产氢成本较高，因此约90%的氢气是以矿物燃料为原料制备的。天然气储量丰富，是一种较为经济且合理的原料选择。

天然气重整制氢技术包括水蒸气重整、部分氧化重整和自热重整制氢技术，其中天然气水蒸汽重整是传统的主要制氢方法，从1926年工业应用至今已有 90 多年，并不断发展与完善。通常，向质子交换膜燃料电池（PEMFC）提供氢气作为燃料的天然气重整系统由四个单元过程组成：脱硫、水蒸气重整、水气转换、选择性氧化。经过选择性氧化过程的重整气体的出口组成通常包括40%-75%的H₂、15%-20%的CO₂、10%-20%的H₂O、1%-2%的CO和0-25%的N₂。即使是微量的CO也会在质子交换膜燃料电池的Pt-Ru阳极上发生化学吸附，使催化剂中毒，导致PEMFC性能急剧下降，因此必须将一氧化碳的浓度脱除到1×10^-4%以下。通常脱除CO的方法有：吸附法、Pd膜提纯法、CO甲烷化法和CO选择性氧化法。吸附法受容量限制，并且设备体积庞大，应用受到限制。Pd膜提纯法成本很高，并要求在较高温度(350-500℃)的条件下操作；甲烷化法脱除1 mol的CO需要消耗3 mol 的H₂，且重整气中含有20 %左右的CO₂，容易发生甲烷化，反应会消耗大量的H₂。综合分析，采用CO选择性氧化法将重整气中的CO脱除到1 ×10^-4%以下是比较经济、有效的方法。在选择性氧化的反应器设计中，应同时考虑到重整气体和空气的混合问题，以及反应器的换热装置，使CO的氧化反应保持在适当的温度范围内，避免氢气被氧化。

现有的一氧化碳选择性氧化反应器的仅包括一个进气管，进气管延伸至氧化反应腔的顶部，由进气管排入氧化反应腔顶部的混合其他会直接发生剧烈反应，温度急剧升高，而氧气反应器的其他部位却没有发生反应，降低了CO的氧化效率，且最终CO浓度的降低效果变差。

发明内容

本公开实施例提供一种重整制氢一氧化碳选择性氧化反应器，能显著地降低了重整气体中CO的浓度。

为了解决上述问题，本公开采用下述技术方案：

一种重整制氢一氧化碳选择性氧化反应器，包括：

氧化反应器本体，所述氧化反应器本体内部具有沿纵向延伸的氧化反应腔;

进气管道，所述进气管道延伸至所述氧化反应腔内，所述进气管道具有多个出气口，各所述出气口沿纵向依次分布在所述氧化反应腔内。

可选的，所述进气管道包括主进气管道和附加进气管道；

所述主进气管道延伸至所述氧化反应腔内，且所述主进气管道的出气口位于所述氧化反应腔的顶部；

所述附加进气管道包括多个分管道，所述分管道延伸至所述氧化反应腔内，且各所述分管道的出气口沿纵向依次分布在所述氧化反应腔内。

可选的，所述附加进气管道包括总管道，各所述分管道沿所述总管道的延伸方向依次连接在所述总管道上。