催化燃烧反应器、自供热一体化反应设备和系统及其应用以及含氢原料制氢的方法与流程

本发明涉及氢能及氢储能，具体地涉及一种催化燃烧反应器、自供热一体化反应设备和系统及其应用以及含氢原料制氢的方法。

背景技术：

1、氢燃料电池技术在新能源方面发挥越来越重要的作用，直接使用纯氢气作为燃料时，因为纯氢气的存储成本非常高，限制了其应用范围，尤其是在移动或固定电源方面，需要探索新型、高效的在线制氢燃料电池技术，以满足未来低碳氢能社会的能源需求。

2、在线制氢的燃料电池技术，依赖于放氢温度低、储氢密度大的含氢化合物，高度集成制氢装备，而现有的制氢系统能耗高、体积庞大。关于含氢化合物，是利用储氢介质在一定条件下能与氢气反应生成稳定化合物，再通过改变条件实现放氢的技术，主要包括有机液体、液氨与甲醇等。在线制氢过程都是吸热反应，对于氢燃料移动或固定电源，需要用自身携带物质进行热量供给。催化燃烧技术可以直接燃烧携带的含氢化合物，从而给制氢过程供热，是较为理想的热量供给方式。为了满足制氢设备的高度集成目标，催化燃烧反应器也需要微型化。

3、关于高度集成制氢装备，cn212503986u提出了一种多回程式甲醇重整制氢反应器，其包括反应部，反应部被配置为：由多个中心筒嵌套且依次首尾连通；制氢原料经过反应部时，具有正向与逆向的多个回程。但并未提供与之匹配的微型催化燃烧反应器结构。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的现有的含氢液体制氢技术系统能耗高、体积庞大的问题，提供一种催化燃烧反应器、自供热一体化反应设备和系统及其应用以及含氢原料制氢的方法，本发明具有体积小，能量利用效率高，启动速度快的优点。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供自预热的催化燃烧反应器，包括：燃烧反应器本体，采用导热材料制备；

3、催化燃烧室，设置在所述燃烧反应器本体内部，燃烧反应物料在所述催化燃烧室内催化燃烧生成高温烟气；

4、预热部，设置在所述催化燃烧室外围且嵌设在所述燃烧反应器本体外侧壁，设置有物料入口，燃烧反应物料在所述预热部被预热；

5、具有混合腔的燃烧反应物料分配部，设置在所述燃烧反应器本体顶部且通过混合腔连通所述预热部和所述催化燃烧室；

6、其中，所述催化燃烧室内高温烟气的热量通过燃烧反应器本体传导至所述预热部以预热燃烧反应物料，预热后的燃烧反应物料通过所述燃烧反应物料分配部进入所述催化燃烧室内燃烧。

7、本发明第二方面提供一种用于吸热反应的自供热一体化反应设备，该一体化反应设备包括：

8、反应发生装置，包括壳体和所述壳体围绕限定的腔体，所述壳体内设置有隔板，所述隔板将所述腔体分隔形成为烟气流通腔和用于发生吸热反应的吸热反应腔；

9、本发明所述的催化燃烧反应器，设置在所述反应发生装置的顶端，所述催化燃烧室通过烟气入口连通所述烟气流通腔，催化燃烧室内产生的高温烟气为所述吸热反应腔内的吸热反应提供热量。

10、本发明第三方面提供一种用于吸热反应的自供热一体化反应系统，该一体化反应系统包括：

11、本发明所述的一体化反应设备、换热装置以及将所述一体化反应设备和所述换热装置连接形成为一个整体的连接装置；

12、该换热装置包括：

13、通过所述连接装置连通所述吸热反应腔的原料一级预热室，用于对进入所述吸热反应腔的原料进行预热；

14、通过所述连接装置接入所述一体化反应设备排出的热物料的换热部，利用所述一体化反应设备排出的热物料的余热预热所述原料一级预热室中的吸热反应原料。

15、本发明第四方面提供本发明所述的自供热一体化反应设备或用于吸热反应的自供热一体化反应系统在含氢化合物制氢中的应用。

16、本发明第五方面提供一种含氢原料制氢的方法，该方法在本发明所述的一体化反应系统中进行，包括：

17、1)通过所述助燃原料入口进入的空气和通过所述可燃物料进料口进入的可燃物料在所述催化燃烧室内催化燃烧生成高温烟气，高温烟气通过所述烟气入口进入所述烟气流通腔为下述步骤2)供热后从所述烟气出口排出；

18、2)来自所述原料一级预热室的含氢原料通过原料入口进入所述吸热反应腔内与制氢催化剂，在步骤1)高温烟气的供热氛围下接触反应，生成含有氢气的反应产物通过所述反应产物出口排出；

19、其中，步骤1)中排出的烟气和步骤2)中排出的含有氢气的反应产物通过所述连接装置进入所述换热装置的换热部，利用烟气和反应产物的余热加热所述原料一级预热室的含氢原料；加热后的含氢原料进入步骤2)发生制氢制氢反应。

20、通过上述技术方案，本发明中自预热催化燃烧反应器将预热部和催化燃烧室设置在导热材料制备的燃烧反应器本体上，使得预热部和催化燃烧室能够发生间壁换热，一方面将进液体可燃物料进行汽化，助燃物料进行预热，使得催化燃烧反应更加充分，提高能量利用率，产生的高温烟气可供给需热装置，尤其可用于制氢反应的热量供给；另一方面将燃烧反应物料分配部、预热部和催化燃烧室集成在燃烧反应器本体上，使得本发明的结构具有体积小，能量利用效率高，适用于可移动设备的供热。

技术特征：

1.一种自预热的催化燃烧反应器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的催化燃烧反应器，其中，

3.根据权利要求2所述的催化燃烧反应器，其中，所述第一预热腔(212)内设置有第一物料隔板；使得第一预热腔(212)内分隔形成有平行于高度方向设置的直形通道和与所述直形通道底端连通且顶端设置可燃物料过口(212b)的主预热室；

4.根据权利要求1所述的催化燃烧反应器，其中，所述燃烧反应物料分配部包括可燃物料分配结构和助燃原料分配结构；

5.根据权利要求1所述的催化燃烧反应器，其中，燃烧反应器本体(21)顶端伸出设置有内外嵌套的内圆筒(213)和外圆筒(214)，所述内圆筒(213)周壁围绕形成连通催化燃烧室(211)的所述混合腔(217)。

6.根据权利要求5所述的催化燃烧反应器，其中，所述内圆筒(213)和所述外圆筒(214)之间的环形间隙腔室形成为与第一预热腔(212)连通的缓冲腔(215)；

7.根据权利要求1所述的催化燃烧反应器，其中，所述反应器还包括盖设在所述燃烧反应器本体(21)上的盖体(22)；

8.根据权利要求7所述的催化燃烧反应器，其中，所述盖体(22)包括：

9.根据权利要求8所述的催化燃烧反应器，其中，

10.根据权利要求9所述的催化燃烧反应器，其中，所述盖体筒体(221)外壁并沿径向延伸的凸缘(226)，所述凸缘(226)盖合在外圆筒(224)上；

11.一种用于吸热反应的自供热一体化反应设备，其特征在于，该自供热一体化反应设备包括：

12.根据权利要求11所述的自供热一体化反应设备，其中，所述吸热反应腔(11)内沿高度方向的两侧壁之间交错间隔设置有回程隔板(113)，相邻两块所述回程隔板(113)之间形成迂回的物料通道，所述物料通道两端分别连通原料入口(1231)和反应产物出口(111)。

13.根据权利要求11所述的自供热一体化反应设备，其中，所述烟气流通腔(12)的底壁上设置有烟气出口(1212)；

14.一种用于吸热反应的自供热一体化反应系统，其特征在于，该自供热一体化反应系统包括：

15.根据权利要求14所述的自供热一体化反应系统，其中，所述连接装置(4)和所述换热装置(3)各自设置为方块形；

16.根据权利要求14所述的自供热一体化反应系统，其中，所述换热部包括：

17.根据权利要求16所述的自供热一体化反应系统，其中，所述尾气换热室(32)、所述原料一级预热室(31)和所述产物换热室(33)沿宽度方向层叠设置，且所述原料一级预热室(31)位于所述尾气换热室(32)和所述产物换热室(33)之间。

18.根据权利要求14、16或17中任意一项所述的自供热一体化反应系统，其中，所述原料一级预热室(31)内沿高度方向或沿长度方向的两侧壁之间交错间隔设置有预热隔板(313)，相邻所述预热隔板(313)之间形成有弯折迂回的用于流通吸热反应原料的预热通道。

19.根据权利要求20所述的自供热一体化反应系统，其中，原料进料口(311)通过设置在原料一级预热室(31)内的波纹流道(314)连通所述预热通道，所述波纹流道(314)的波峰和波谷沿吸热反应原料流向交替出现。

20.根据权利要求14-16中任意一项所述的自供热一体化反应系统，其中，所述连接装置(4)设置有：

21.权利要求11-13中任意一项所述的自供热一体化反应设备或权利要求14-20中任意一项所述的用于吸热反应的自供热一体化反应系统在氢气制备中的应用。

22.一种含氢原料制氢的方法，其特征在于，该方法在权利要求15-21中任意一项所述的自供热一体化反应系统中进行，包括：

23.根据权利要求22所述的方法，其中，步骤1)中，

24.根据权利要求22或23所述的方法，其中，

25.根据权利要求22-24中任意一项所述的方法，其中，

技术总结本发明涉及氢能及氢储能技术领域，具体地涉及一种催化燃烧反应器、自供热一体化反应设备和系统及其应用以及含氢原料制氢的方法。本发明中自预热催化燃烧反应器将预热部和催化燃烧室设置在导热材料制备的燃烧反应器本体上，使得预热部和催化燃烧室能够发生间壁换热，一方面将进液体可燃物料进行汽化，助燃物料进行预热，使得催化燃烧反应更加充分，提高能量利用率，产生的高温烟气可供给需热装置，尤其可用于制氢反应的热量供给；另一方面将燃烧反应物料分配部、预热部和催化燃烧室集成在燃烧反应器本体上，使得本发明的结构具有体积小，能量利用效率高，适用于可移动设备的供热。技术研发人员：童凤丫,王昊,田豪,张涛受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11