一种化学链甲烷重整制氢装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114408865A(43)申请公布日2022.04.29(21)申请号202210198327.9(22)申请日2022.03.01(71)申请人浙江浙能技术研究院有限公司地址311121浙江省杭州市余杭区五常街道余杭塘路2159-1号1幢5楼(72)发明人丁浩然骆周扬秦刚华孙士恩韩龙祁志福(74)专利代理机构杭州九洲专利事务所有限公司33101代理人张羽振(51)Int.Cl.C01B3/34(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种化学链甲烷重整制氢装置(57)摘要本发明涉及化学链甲烷重整制氢装置，包括步骤：启动水蒸气发生器，并通过进气管阀向整体式蜂窝氧载体内通入惰性气体进行吹扫，随后在惰性气体气氛下启动预热器和阵列感应加热器，直至预热器和阵列感应加热器达到设定温度；预热器内部设置的加热炉体通过电加热的方式对进气进行预热，预热器将进气提升至设定温度后，将预热后的气体送入整体式蜂窝氧载体中。本发明的有益效果是：通过对整体式蜂窝氧载体的加热过程中感应加热温控方式、传热/传质时序控制等方面的设计和研究，与现有固定床、流化床工艺相比，高效稳定的化学链甲烷重整制氢装置具有反应过程响应速度快、无颗粒磨蚀的优点，避免了传统流化床反应器中氧载体破碎、反应器磨蚀问题。CN114408865ACN114408865A权利要求书1/2页1.一种化学链甲烷重整制氢装置，其特征在于，包括：进气管阀(1)、水蒸气发生器(2)、预热器(3)、阵列感应加热器(4)、整体式蜂窝氧载体(5)、产物气热交换器(6)和产物气体流量控制装置(7)；水蒸气发生器(2)连接进气管阀(1)一端，进气管阀(1)另一端连接产物气热交换器(6)；产物气热交换器(6)上的一个气体出口连接预热器(3)的气体进口，预热器(3)的一个气体出口依次连接预热器(3)内部设置的气体管路和加热炉体；预热器(3)的气体出口连接整体式蜂窝氧载体(5)的气体入口，整体式蜂窝氧载体(5)的气体出口连接产物气热交换器(6)上的另一个气体进口；产物气热交换器(6)上的另一个气体出口连接气体流量控制装置(7)上的气体入口；阵列感应加热器(4)为多级串联的感应加热装置；阵列感应加热器(4)内包括电源、感应线圈组、红外测温系统和反应器壳体；电源用于调整供电的电压、电流和频率；感应线圈组位于反应器壳体外侧，用于对整体式蜂窝氧载体(5)进行加热；红外测温系统用于监测整体式蜂窝氧载体(5)的温度；反应器壳体具有进出口和非金属管壳，进出口用于连接管路，非金属管壳用于承载整体式蜂窝氧载体(5)；整体式蜂窝氧载体(5)为具有特定孔道结构的整体式氧载体。2.根据权利要求1所述化学链甲烷重整制氢装置，其特征在于：产物气热交换器(6)上设有管路、气体流量计、阀门和缓冲罐。3.根据权利要求1所述化学链甲烷重整制氢装置，其特征在于：产物气体流量控制装置(7)上设有管路、气体流量计、阀门和缓冲罐。4.根据权利要求1所述化学链甲烷重整制氢装置，其特征在于：整体式蜂窝氧载体(5)的载体材料包括进行感应加热的载体材料和表面涂覆的氧载体活性材料；其中进行感应加热的载体材料为掺杂质量比例10～25％不锈钢粉末的挤出式蜂窝陶瓷或多层不锈钢网折叠形成的多孔金属蜂窝；表面涂覆的氧载体活性材料为NiFe2O4尖晶石型氧化物、Sr掺杂BaCoO3钙钛矿型氧化物或CeO2。5.根据权利要求4所述化学链甲烷重整制氢装置，其特征在于：进行感应加热的载体材料为掺杂质量比例15～25％不锈钢粉末的挤出式蜂窝陶瓷或多层不锈钢网折叠形成的多孔金属蜂窝；表面涂覆的氧载体活性材料在整体式蜂窝氧载体(5)上的负载质量比例为20～25％。6.一种如权利要求1至5任一项所述化学链甲烷重整制氢装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、启动水蒸气发生器(2)，并通过进气管阀(1)向整体式蜂窝氧载体(5)内通入惰性气体进行吹扫，随后在惰性气体气氛下启动预热器(3)和阵列感应加热器(4)，直至预热器(3)和阵列感应加热器(4)达到设定温度；水蒸气发生器(2)生成定量的水蒸气，进气管阀(1)和水蒸气发生器(2)按设定时序将甲烷、设定温度的水蒸气、氮气和空气通入预热器(3)；步骤2、预热器(3)内部设置的加热炉体通过电加热的方式对进气进行预热，预热器(3)将进气提升至设定温度后，将预热后的气体送入整体式蜂窝氧载体(5)中；步骤3、按设定工况的运行时序控制阵列感应加热器(4)对整体式蜂窝氧载体(5)进行温控感应加热；并根据时序在任一化学链甲烷蒸汽重整反应阶段结束后停止加热，避免在2CN114408865A权利要求书2/2页高温下发生副反应或反应过热造成烧结；化学链甲烷蒸汽重整