一種碳基燃料重整制氫裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于氫能源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種碳基燃料重整制氫裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氫氣具有廣泛的用途，氫是十分理想的載能體，與傳統(tǒng)的能源物質(zhì)相比，氫能作為二次能源具有能量密度高、熱轉(zhuǎn)化效率高、輸送成本低、對(duì)環(huán)境零污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，是未來最具競爭力的能源。對(duì)燃料電池汽車所用氫源來說，直接用氫作為燃料有存儲(chǔ)難、體積大、加氫既費(fèi)時(shí)又危險(xiǎn)等缺點(diǎn)，而車載制氫技術(shù)能夠克服直接用氫作燃料的缺點(diǎn)，將成為以燃料電池為動(dòng)力的汽車的必然選擇。目前，制氫的常規(guī)反應(yīng)器有大型重整爐、小型再生重整器、螺旋重整器、集約化重整器等。這些重整器在技術(shù)上都比較成熟，但由于常規(guī)尺度下傳熱與傳質(zhì)過程速率的提高有一定的限度，導(dǎo)致設(shè)備體積龐大、啟動(dòng)慢、催化劑用量大、反應(yīng)速度和效率也難以大幅度提高以及催化劑床層存在“冷點(diǎn)”等問題而難以實(shí)現(xiàn)等溫操作。然而，為了開發(fā)與車載燃料電池匹配的小型可移動(dòng)燃料重整制氫反應(yīng)器，必須滿足體積小、重量輕、啟動(dòng)和負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間短以及可靠性高和成本低的特殊要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種碳基燃料重整制氫裝置，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)小巧，加工方便，成本較低，適合應(yīng)用推廣。
[0004]本實(shí)用新型提出的一種碳基燃料重整制氫裝置，其特征在于，該裝置包括列管反應(yīng)器、上端蓋板、環(huán)形套管、下端蓋板、氣化裝置、加熱裝置;其中，氣化裝置嵌在列管反應(yīng)器的內(nèi)部，加熱裝置安裝在氣化裝置內(nèi)；環(huán)形套管套在列管反應(yīng)器的外部;上端蓋板、下端蓋板分別連接在列管反應(yīng)器的上下兩端。
[0005]所述的列管反應(yīng)器包括多個(gè)反應(yīng)管、氣體混合腔、氣體分散腔、氣體聚集腔、重整氣體出口管、重整催化劑裝載區(qū)；其中，氣體分散腔為上端敞開，下端設(shè)置有底板的圓筒所圍成的區(qū)域，該底板中心開有安裝孔，在安裝孔周圍開有多個(gè)反應(yīng)管的連接孔，氣體混合腔為與氣體分散腔圓筒同心設(shè)置在安裝孔圓周的內(nèi)圓筒形成的區(qū)域，氣體聚集腔為下端敞開，上端設(shè)置有底板的圓筒圍成的區(qū)域，該底板與氣體分散腔相應(yīng)位置開有安裝孔和多個(gè)反應(yīng)管的連接孔，該圓筒的側(cè)壁與重整氣體出口管連通，側(cè)壁的另一側(cè)開有通孔;多根反應(yīng)管的兩端分別連接在氣體分散腔、氣體聚集腔底板之間，多根反應(yīng)管的內(nèi)腔與氣體分散腔、氣體聚集腔相通形成重整催化劑裝載區(qū)。
[0006]所述氣體分散腔、氣體聚集腔、氣體混合腔的容積分別為150ml、150ml、30ml;每根反應(yīng)管的容積為2.0-3.0ml，重整催化劑裝載區(qū)總?cè)莘e為50ml，同氣體分散腔的體積比約為1:3。
[0007]所述上端蓋板為一圓盤，裝配于列管反應(yīng)器氣體分散腔圓筒上端，圓盤表面中心安裝有與氣體分散腔相通的氣體物料進(jìn)口管，用于向氣體分散腔輸送物料。
[0008]所述的環(huán)形套管為四周安裝有四個(gè)熱電偶插入管的圓筒，套裝于列管反應(yīng)器之夕卜，兩端分別與氣體分散腔、氣體聚集腔下、上底板固定，四個(gè)熱電偶插入管安裝高度依次增加。
[0009]所述的下端蓋板裝配于列管反應(yīng)器下端，下端蓋板為圓形，中心開有加熱裝置插入孔。
[0010]所述的氣化裝置為上端封閉，下端敞開的雙層套管結(jié)構(gòu)；內(nèi)層為加熱裝置腔室，夾層為液態(tài)物料氣化腔，雙層套管壁上端均開有多個(gè)氣體出口；下端外側(cè)壁安裝有液態(tài)物料進(jìn)口管;氣化裝置是從下端蓋板插入孔插入，裝配于列管反應(yīng)器中間位置安裝孔內(nèi)并伸入到氣體混合腔中，下端與下蓋板連接固定。
[0011]所述的加熱裝置為電加熱棒或者整裝自熱燃燒催化劑裝置中的一種。
[0012]本實(shí)用新型提出的一種碳基燃料重整制氫裝置，其特點(diǎn)如下:
[0013]本實(shí)用新型重整制氫裝置，采用集成式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得加熱、氣化、重整、分散等多功能部件有機(jī)的結(jié)合在一起，大大減小了裝置的設(shè)計(jì)尺寸，減小了裝置占有空間，降低了裝置成本，實(shí)現(xiàn)了小型、微型化的目的，便于移動(dòng)、便攜式制氫裝置的推廣。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型提出的碳基燃料重整制氫裝置整體結(jié)構(gòu)外觀示意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型提出的碳基燃料重整制氫裝置整體結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型提出的碳基燃料重整制氫裝置中列管反應(yīng)器的俯視圖；
[0017]圖4是本實(shí)用新型提出的碳基燃料重整制氫裝置中列管反應(yīng)器全剖側(cè)視圖；
[0018]圖5是本實(shí)用新型提出的碳基燃料重整制氫裝置中上端蓋板的俯視圖；
[0019]圖6是圖5所示的上端蓋板的側(cè)視圖；
[0020]圖7是本實(shí)用新型提出的碳基燃料重整制氫裝置中環(huán)形套管的俯視圖；
[0021 ]圖8是圖7所示的環(huán)形套管的側(cè)視圖；
[0022]圖9是本實(shí)用新型提出的碳基燃料重整制氫裝置中下端蓋板的俯視圖；
[0023]圖10是本實(shí)用新型提出的碳基燃料重整制氫裝置中氣化裝置的俯視圖；
[0024]圖11是圖10所示的氣化裝置的全剖側(cè)視圖；
[0025]圖12是本實(shí)用新型提出的碳基燃料重整制氫裝置的剖視圖及工作原理圖。
[0026]圖13是590度下甲烷水蒸氣重整制氫的結(jié)果圖。
[0027]各圖中:I為列管反應(yīng)器，2為上端蓋板，3為環(huán)形套管，4為下端蓋板，5為氣化裝置，6為加熱裝置，11為反應(yīng)管，12為氣體混合腔，13為安裝孔，14為氣體分散腔，15為氣體聚集腔，16為重整氣體出口管，17為重整催化劑裝載區(qū)，21為氣體物料進(jìn)口管，31為熱電偶插入管一，32為熱電偶插入管二，33為熱電偶插入管三，34為熱電偶插入管四，41為加熱裝置插入孔，51為液態(tài)物料進(jìn)口管，52為液態(tài)物料氣化腔，53為氣體出口，54為加熱裝置腔室。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本實(shí)用新型提出的一種碳基燃料重整制氫裝置結(jié)合附圖及實(shí)施例說明如下:
[0029]本實(shí)用新型提出的一種碳基燃料重整制氫裝置，如圖1和2所示，該裝置包括列管反應(yīng)器1、上端蓋板2、環(huán)形套管3、下端蓋板4、氣化裝置5、加熱裝置6;其中，氣化裝置5嵌在列管反應(yīng)器I的內(nèi)部，加熱裝置6安裝在氣化裝置5內(nèi)；環(huán)形套管3套在列管反應(yīng)器I的外部；上端蓋板2、下端蓋板4分別連接在列管反應(yīng)器I的上下兩端。
[0030]本實(shí)施例中各器件的功能和【具體實(shí)施方式】說明如下:
[0031 ]本碳基燃料重整制氫裝置實(shí)施例為圓柱形，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，外形尺寸為Φ100mm*100mm;上端和下端連接有7根Φ6的不銹鋼管，為進(jìn)出燃料和熱電偶連接通道；
[0032]該裝置由六部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中包括列管反應(yīng)器1、上端蓋板2、環(huán)形套管3、下端蓋板4、氣化裝置5、加熱裝置6;
[0033]本實(shí)用新型中所述的列管反應(yīng)器I實(shí)施例結(jié)構(gòu)，如圖3和圖4所示，包括20個(gè)反應(yīng)管U、氣體混合腔12、安裝孔13、氣體分散腔14、氣體聚集腔15、重整氣體出口管16、重整催化劑裝載區(qū)17;其中，氣體分散腔14為上端敞開，下端設(shè)置有底板的圓筒所圍成的區(qū)域，該底板中心開有安裝孔13和在安裝孔周圍開有多個(gè)反應(yīng)管11的連接孔，氣體混合腔12為與氣體分散腔14圓筒同心設(shè)置在中心大孔圓周的內(nèi)圓筒形成的區(qū)域，氣體聚集腔15為下端敞開，上端設(shè)置有底板的圓筒圍成的區(qū)域，該底板與氣體分散腔14相應(yīng)位置開有安裝孔和多個(gè)反應(yīng)管11的連接小孔，該圓筒的側(cè)壁與重整氣體出口管16連通;側(cè)壁的另一側(cè)開有通孔，多根反應(yīng)管11的兩端分別連接在氣體分散腔14、氣體聚集腔15底板之間，多根反應(yīng)管11的內(nèi)腔與氣體分散腔14、氣體聚集腔15相通形成重整催化劑裝載區(qū)17。其中，反應(yīng)管為長度為(54mm)，內(nèi)徑為(8mm)的空心管件。
[0034]本實(shí)施例中，氣體分散腔14、氣體聚集腔15、氣體混合腔12的容積為