CN118649650A - 一种用于燃料电池的反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于燃料电池的反应器，涉及化工技术技术领域，包括：高温腔体、降温装置和中温腔体，降温装置的高温输入端与高温腔体连通，降温装置的中温输出端与中温腔体连通。本发明提供的用于燃料电池的反应器能够在高温腔体和中温腔体内分别进行燃料电池的两步反应，从而提高燃料电池中重整反应的氢气收率。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术技术领域，特别是涉及一种用于燃料电池的反应器。
背景技术
燃料电池系统在进行甲烷重整时主要有两步反应，第一步甲烷和水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，该反应是吸热反应，高温有利于反应的进行；第二步反应一氧化碳和水蒸气反应生成氢气和二氧化碳，该反应为放热反应，中温下反应效率更高。当前的燃料电池内的重整反应器只有一个反应腔室，温度是恒定的，若设置为高温状态，则第二步反应的转化率会降低，若设置为中温状态，则第一步反应的转化率会降低，这就导致燃料电池系统中重整反应的氢气收率远低于工业上用两个独立且温度不同的重整反应器进行重整反应时氢气的收率，因此，亟需一种能够提高燃料电池中重整反应的氢气收率的用于燃料电池的反应器。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于燃料电池的反应器，以解决上述现有技术存在的问题，提高燃料电池中重整反应的氢气收率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种用于燃料电池的反应器，包括：高温腔体、降温装置和中温腔体，所述降温装置的高温输入端与所述高温腔体连通，所述降温装置的中温输出端与所述中温腔体连通。
优选的，还包括反应装置，所述反应装置内具有一个空腔，所述空腔内设置有第一隔热板和第二隔热板，所述第一隔热板和所述第二隔热板将所述空腔分隔为依次排布的所述高温腔体、降温腔体和所述中温腔体，所述降温装置设置在所述降温腔体内。
优选的，所述高温腔体、所述降温腔体和所述中温腔体自所述反应装置的下端至上端沿直线依次设置。
优选的，所述反应装置上设置有连通所述高温腔体和所述反应装置外部的进气口，所述反应装置上还设置有连通所述中温腔体和所述反应装置外部的出气口，所述高温腔体和所述中温腔体中分别设置有第一催化剂层和第二催化剂层，所述进气口位于所述第一催化剂层的下方，所述出气口位于所述第二催化剂层的上方。
优选的，所述第一催化剂层采用镍系催化剂，所述第二催化剂层采用铁系催化剂。
优选的，所述降温装置为换热器，所述换热器的所述热介质入口形成所述高温输入端，所述换热器的热介质出口形成所述中温输出端，所述换热器的低温介质入口用于通入低温介质，所述低温介质为所述高温腔体中进行的反应的原料，所述换热器的低温介质出口用于与加热装置的输入端连通，所述进气口用于与所述加热装置的输出端连通。
优选的，所述降温装置与所述降温腔体的内侧壁之间填充有隔热材料。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的用于燃料电池的反应器，在进行反应时，先将高温的原料通入高温腔体内，在高温腔体内进行燃料电池的第一步反应，高温状态下更有利于吸热反应的进行，反应的转化率提高，接着，第一步反应的产物进入降温装置内，降温装置降降低第一步反应时产物的温度，并输出至中温腔体内，第一步反应的产物在中温腔体内作为第二步反应的原料进行第二步反应，中温状态下有利于放热反应的进行，反应的转化率提高，在高温腔体和中温腔体内分别进行第一步反应和第二步反应后，甲烷重整反应的氢气收率也大大提高。
进一步的，使用第一隔热板和第二隔热板将一个反应装置内的分隔为高温腔体、降温腔体和中温腔体，就能够仅使用两个连接件在电池内安装反应装置，从而减少反应装置占用的空间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的用于燃料电池的反应器的结构示意图；
图中：1-高温腔体、2-降温装置、3-中温腔体、4-降温腔体、5-反应装置、6-第一隔热板、7-第二隔热板、8-热介质入口、9-热介质出口、10-低温介质入口、11-低温介质出口、12-第一催化剂层、13-第二催化剂层、14-进气口、15-出气口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于燃料电池的反应器，以解决上述现有技术存在的问题，提高燃料电池中重整反应的氢气收率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种用于燃料电池的反应器，如图1所示，包括：高温腔体1、降温装置2和中温腔体3，降温装置2的高温输入端与高温腔体1连通，降温装置2的中温输出端与中温腔体3连通。
本发明提供的用于燃料电池的反应器，在进行反应时，先将高温的天然气、水和催化剂通入高温腔体1内进行燃料电池的第一步反应，其主反应为CH4+2H2O→CO2+4H2，副反应为CH4+ H2O→CO +3H2，高温状态下更有利于这两个吸热反应的进行，反应的转化率更高。第一步反应的产物包含水蒸气、甲烷、氢气、一氧化碳和二氧化碳，其中，一氧化碳的体积含量在10％至15％。接着，将第一步反应后的产物通入降温装置2内，降温装置2降低第一步反应的产物的温度并输出至中温腔体3内，第一步反应的产物在中温腔体3内作为第二步反应的原料进行第二步反应，其主反应为CO+ H2O→CO2+ H2；副反应为 CH4+2H2O→CO2+4H2，中温状态下有利于这两个放热反应的进行，反应的转化率也更高，一氧化碳的体积含量降低到3％，在高温腔体1和中温腔体3内分别进行第一步反应和第二步反应后，甲烷重整反应的氢气收率也大大提高，这与只在处于高温状态或中温状态的反应腔体内进行重整反应相比，氢气的收率可达到70%-80%。其中，在进行第一步反应时，可将催化剂和原料同时投入高温腔体1内，在进行第二步反应时，可在第一步反应产生产物后向中温腔体3内投入催化剂。高温腔体1中的反应温度在750℃-850℃，中温腔体3中的反应温度在350℃-450℃。
于本实施例一优选的实施方式中，本发明提供的用于燃料电池的反应器还包括反应装置5，反应装置5内具有一个空腔，空腔内设置有第一隔热板6和第二隔热板7，第一隔热板6和第二隔热板7将空腔分隔为依次排布的高温腔体1、降温腔体4和中温腔体3，降温装置2设置在降温腔体4内。由于燃料电池体积的限制，燃料电池内的反应器不能占据较大的空间，如果在两个相互独立的装置内分别设置高温腔体1和中温腔体3，并将两个相互独立的装置均设置在燃料电池内部，则需要至少四个连接件（例如，每个装置的两端分别使用一个法兰进行连接）以确保两个装置能够稳固的连接在燃料电池内，但这样的连接方式需要的连接件的数量多，占用的空间较大，而使用第一隔热板6和第二隔热板7将一个反应装置5内的分隔为高温腔体1、降温腔体4和中温腔体3，就能够仅使用两个连接件在电池内安装反应装置5，比如反应装置的两端分别通过一个法兰与其他结构连接，减少了连接件的数量，从而减少反应装置5占用的空间。
于本实施例一优选的实施方式中，高温腔体1、降温腔体4和中温腔体3自反应装置5的下端至上端沿直线依次设置。将降温腔体4设置在中温腔体3和高温腔体1之间能够利用降温腔体4作为阻隔，减少高温腔体1和中温腔体3之间的热传递，
于本实施例一优选的实施方式中，反应装置5上设置有连通高温腔体1和反应装置5外部的进气口14，反应装置5上还设置有连通中温腔体3和反应装置5外部的出气口15，高温腔体1和中温腔体3中分别设置有第一催化剂层12和第二催化剂层13，进气口14位于第一催化剂层12的下方，出气口15位于第二催化剂层13的上方。反应过程中，第一步反应的原料从进气口14通入，第一步反应的原料自下而上流动，经过第一催化剂层12进行反应；第一步反应的产物从降温装置2输出后，进入中温腔体3并继续自下而上流动，经过第二催化剂层13并进行第二步反应，第二步反应生成的气体通过出气口15排出。通过设置第一催化剂层12和第二催化剂层13能够减少投料次数，简化工艺流程。
为了提高反应的转化率，于本实施例一优选的实施方式中，第一催化剂层12采用镍系催化剂，第二催化剂层13采用铁系催化剂。
于本实施例一优选的实施方式中，降温装置2为换热器，换热器的热介质入口8形成高温输入端，换热器的热介质出口9形成中温输出端，换热器的低温介质入口10用于通入低温介质，低温介质为高温腔体1中进行的反应的原料，换热器的低温介质出口11用于与加热装置的输入端连通，进气口14用于与加热装置的输出端连通。在反应过程中，高温腔体1内的产物通过换热器的热介质入口8进入换热器并与低温介质发生热传递，由于换热器中的低温介质为第一步反应的原料，而低温介质能够在换热器中吸收第一步反应的热量，换热器就实现了对第一步反应的产物进行降温的同时对第一步反应的原料进行预热，预热后的原料再通入加热装置进行加热，这样就能够减少加热装置的能源消耗，减少了热量的浪费。其中，高温腔体1内进行的反应的原料为天然气和水蒸气，低温介质通入换热器时的温度不高于140℃。
于本实施例一优选的实施方式中，降温装置2与降温腔体4的内侧壁之间填充有隔热材料。降温腔体4内设置隔热材料能够增强降温腔体4的隔热性能。其中，隔热材料优选为轻质粘土、高铝砖等。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种用于燃料电池的反应器，其特征在于：包括：高温腔体、降温装置和中温腔体，所述降温装置的高温输入端与所述高温腔体连通，所述降温装置的中温输出端与所述中温腔体连通。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的反应器，其特征在于：还包括反应装置，所述反应装置内具有一个空腔，所述空腔内设置有第一隔热板和第二隔热板，所述第一隔热板和所述第二隔热板将所述空腔分隔为依次排布的所述高温腔体、降温腔体和所述中温腔体，所述降温装置设置在所述降温腔体内。
3.根据权利要求2所述的用于燃料电池的反应器，其特征在于：所述高温腔体、所述降温腔体和所述中温腔体自所述反应装置的下端至上端沿直线依次设置。
4.根据权利要求3所述的用于燃料电池的反应器，其特征在于：所述反应装置上设置有连通所述高温腔体和所述反应装置外部的进气口，所述反应装置上还设置有连通所述中温腔体和所述反应装置外部的出气口，所述高温腔体和所述中温腔体中分别设置有第一催化剂层和第二催化剂层，所述进气口位于所述第一催化剂层的下方，所述出气口位于所述第二催化剂层的上方。
5.根据权利要求4所述的用于燃料电池的反应器，其特征在于：所述第一催化剂层采用镍系催化剂，所述第二催化剂层采用铁系催化剂。
6.根据权利要求4所述的用于燃料电池的反应器，其特征在于：所述降温装置为换热器，所述换热器的所述热介质入口形成所述高温输入端，所述换热器的热介质出口形成所述中温输出端，所述换热器的低温介质入口用于通入低温介质，所述低温介质为所述高温腔体中进行的反应的原料，所述换热器的低温介质出口用于与加热装置的输入端连通，所述进气口用于与所述加热装置的输出端连通。
7.根据权利要求3所述的用于燃料电池的反应器，其特征在于：所述降温装置与所述降温腔体的内侧壁之间填充有隔热材料。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001068135A (ja) * | 1999-08-25 | 2001-03-16 | Daikin Ind Ltd | 燃料電池用改質システム |
| JP2003123819A (ja) * | 2001-10-10 | 2003-04-25 | Babcock Hitachi Kk | 燃料電池用水素製造装置 |
| JP2005281097A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置 |
| CN101373839A (zh) * | 2007-08-20 | 2009-02-25 | 北京科技大学 | Co去除方法及装置和质子交换膜燃料电池发电方法及系统 |
| JP2009209011A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用改質装置 |
| US20160236166A1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-18 | Korea Gas Corporation | Fuel processor |
| CN118387835A (zh) * | 2024-03-28 | 2024-07-26 | 华北电力大学 | 串联式重整变换制氢装置及重整变换制氢方法 |
-
2024
- 2024-08-19 CN CN202411131631.7A patent/CN118649650A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001068135A (ja) * | 1999-08-25 | 2001-03-16 | Daikin Ind Ltd | 燃料電池用改質システム |
| JP2003123819A (ja) * | 2001-10-10 | 2003-04-25 | Babcock Hitachi Kk | 燃料電池用水素製造装置 |
| JP2005281097A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Aisin Seiki Co Ltd | 改質装置 |
| CN101373839A (zh) * | 2007-08-20 | 2009-02-25 | 北京科技大学 | Co去除方法及装置和质子交换膜燃料电池发电方法及系统 |
| JP2009209011A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用改質装置 |
| US20160236166A1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-18 | Korea Gas Corporation | Fuel processor |
| CN118387835A (zh) * | 2024-03-28 | 2024-07-26 | 华北电力大学 | 串联式重整变换制氢装置及重整变换制氢方法 |
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