一种微型天然气转化制氢反应器的制作方法

本技术涉及天然气制氢，具体涉及一种微型天然气转化制氢反应器。

背景技术：

1、天然气基础设施网络完善，是最贴近用户需求的一次能源。基于天然气网络的小型、灵活的制氢方式，是发展氢能产业，降低氢气储运成本和风险，获取低碳、低成本氢源的重要途径之一。小微型天然气制氢方式的规模为2nm3/h～50nm3/h，其设备紧凑度极高，且其相比传统大型天然气制氢方式需要在工艺流程、反应器形式、催化剂、换热方式、控制等方面做大量创新改进。

2、现有技术中，大型天然气制氢方式采用的重整反应器一般为列管式结构，其进口温度为450℃～650℃，出口温度为700℃～950℃；该反应器中一部分天然气作为燃料燃烧辐射传热，为重整反应供热，燃烧的热量约50％被辐射传至反应管内进入反应体系，另外50％热量随着烟气离开重整反应炉，用于预热和副产蒸汽。但如果制氢规模仅为2nm3/h～50nm3/h时，若采用传统列管式重整反应器则成本非常高，难以实现小型化制氢，需要对反应器结构进行改进创新。

3、公告号为“cn206480705u”的中国实用新型文献公开了一种天然气重整制氢的转化炉，其虽然是传统天然气转化炉的小型化改进结构，但其仍存在难以适用于微型2nm3/h～50nm3/h的制氢规模，以及结构复杂、加工难度高、能耗高、制氢成本高的问题。

4、公开号为“cn101054160a”的中国发明专利文献公开了一种微型重整制氢反应器，其作为套筒式重整制氢反应器也包括燃烧器、炉管等内部结构，其虽然适用于狭小空间内的换热，使得反应器整体结构更加紧凑；但其仍然存在结构复杂、加工难度大、催化剂不容易装填和卸出的问题。

5、公开号为“cn101494294a”的中国发明专利文献公开了一种用于固体氧化物燃料电池的催化重整装置，其反应器由重整反应单元、气道上、下密封组件构成，而重整器又是由一个或几个结构相同的重整反应器叠合堆积，其虽然结构较为小巧、易拆装，但其却存在有明火燃烧，导致安全和控制隐患的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的至少一个问题，本实用新型的目的是提供一种微型天然气转化制氢反应器，使其结构更加紧凑小巧，易于加工制造，降低成本；有效降低转化能耗，保障热量的高效传递，大幅提升转化效率和换热效率；便于设置催化剂，避免明火燃烧，提高安全性能。

2、为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

3、一种微型天然气转化制氢反应器，包括封闭的外壳；

4、所述外壳的侧壁下部、中部和上部分别开设有原料气入口、燃料气入口和重整气出口；

5、所述外壳的内部由下至上依次设置有换热层、燃烧层和重整反应层；

6、所述换热层与所述原料气入口相连通；

7、所述燃烧层与所述燃料气入口相连通，所述燃烧层的内壁设置燃烧催化剂；

8、所述重整反应层与所述重整气出口相通，所述重整反应层的内壁设置重整催化剂；所述换热层和所述重整反应层分别相邻设置在所述燃烧层的下面和上面，所述燃烧层设置有用于连通其相邻上下两个层之间的通道。

9、优选地，所述换热层设置有至少两个，最下面的所述换热层与所述原料气入口相连通；相邻两个所述换热层之间分别设置有所述燃烧层。

10、优选地，所述重整反应层设置有至少两个，最上面的所述重整反应层与所述重整气出口相连通；相邻两个所述重整反应层之间分别设置有所述燃烧层。

11、优选地，所述燃烧层和所述燃料气入口均设置有至少两个，每个所述燃烧层分别与一个所述燃料气入口相连通。

12、优选地，至少两个所述燃料气入口由下至上均匀分布。

13、优选地，所述外壳内由下至上依次密封连接有至少三个隔板，最下面的所述隔板与所述外壳的底面之间形成所述换热层，最下面的两个相邻所述隔板之间形成所述燃烧层，最上面的两个相邻所述隔板之间形成所述重整反应层，其余的两个相邻所述隔板之间形成所述换热层或所述重整反应层。

14、优选地，所述燃烧层的上、下两侧所述隔板的相邻侧面上分别设置有燃烧催化剂。

15、优选地，所述重整反应层的上、下两侧所述隔板的相邻侧面上分别设置有重整催化剂。

16、优选地，所述换热层的上、下两侧所述隔板均开设有通孔，所述通孔之间通过管道相连接形成所述通道。

17、优选地，所述隔板相互平行。

18、本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

19、本实用新型提供的微型天然气转化制氢反应器，通过设置燃烧层，使得作为燃料的天然气和空气混合气体在燃烧层中燃烧释放热量，能够满足天然气重整反应的强吸热需求，从而解决传统板式天然气制氢反应与燃料供热平衡的难题；能够保障热量的高效传递，有效降低转化能耗，提升换热效率；能够便于在燃烧层的侧壁上设置燃烧催化剂，通过催化燃烧避免明火燃烧，提高安全性能；通过在重整反应层的侧壁上设置重整催化剂，利于提升转化效率，实现高效、深度转化，并且利于实现低温、低压下天然气制氢反应的高效、深度转化；并且结构更加紧凑小巧，易于加工制造，降低成本。

技术特征：

1.一种微型天然气转化制氢反应器，其特征在于，包括封闭的外壳(1)；

2.根据权利要求1所述的微型天然气转化制氢反应器，其特征在于，所述换热层(2)设置有至少两个，最下面的所述换热层(2)与所述原料气入口(110)相连通；相邻两个所述换热层(2)之间分别设置有所述燃烧层(3)。

3.根据权利要求2所述的微型天然气转化制氢反应器，其特征在于，所述重整反应层(4)设置有至少两个，最上面的所述重整反应层(4)与所述重整气出口(130)相连通；相邻两个所述重整反应层(4)之间分别设置有所述燃烧层(3)。

4.根据权利要求2所述的微型天然气转化制氢反应器，其特征在于，所述燃烧层(3)和所述燃料气入口(120)均设置有至少两个，每个所述燃烧层(3)分别与一个所述燃料气入口(120)相连通。

5.根据权利要求4所述的微型天然气转化制氢反应器，其特征在于，至少两个所述燃料气入口(120)由下至上均匀分布。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的微型天然气转化制氢反应器，其特征在于，所述外壳(1)内由下至上依次密封连接有至少三个隔板(140)，最下面的所述隔板(140)与所述外壳(1)的底面之间形成所述换热层(2)，最下面的两个相邻所述隔板(140)之间形成所述燃烧层(3)，最上面的两个相邻所述隔板(140)之间形成所述重整反应层(4)，其余的两个相邻所述隔板(140)之间形成所述换热层(2)或所述重整反应层(4)。

7.根据权利要求6所述的微型天然气转化制氢反应器，其特征在于，所述燃烧层(3)的上、下两侧所述隔板(140)的相邻侧面上分别设置有燃烧催化剂(310)。

8.根据权利要求7所述的微型天然气转化制氢反应器，其特征在于，所述重整反应层(4)的上、下两侧所述隔板(140)的相邻侧面上分别设置有重整催化剂(410)。

9.根据权利要求6所述的微型天然气转化制氢反应器，其特征在于，所述换热层(2)的上、下两侧所述隔板(140)均开设有通孔，所述通孔之间通过管道相连接形成所述通道(320)。

10.根据权利要求6所述的微型天然气转化制氢反应器，其特征在于，所述隔板(140)相互平行。

技术总结
本技术涉及一种微型天然气转化制氢反应器，包括外壳，外壳设置为封闭筒状；外壳的侧壁下部、中部和上部分别开设有原料气入口、燃料气入口和重整气出口；外壳的内部由下至上依次设置有换热层、燃烧层和重整反应层；换热层与原料气入口相连通；燃烧层与燃料气入口相连通，燃烧层的内壁设置燃烧催化剂；重整反应层与重整气出口相通，重整反应层的内壁设置重整催化剂；换热层和重整反应层分别相邻设置在燃烧层的下面和上面，燃烧层设置有用于连通其相邻上下两个层之间的通道；其结构更加紧凑小巧，易于加工制造，降低成本；有效降低转化能耗，保障热量的高效传递，大幅提升转化效率和换热效率；便于设置催化剂，避免明火燃烧，提高安全性能。

技术研发人员：宋鹏飞,卢璐,聂锁府,姚辉超,张瑜,侯建国,隋依言
受保护的技术使用者：中海石油气电集团有限责任公司
技术研发日：20240105
技术公布日：2024/11/21