CN105776135A - 火用泵式天然气改质*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火用泵式天然气改质***，包括反应器(1)、加热器(2)、热管(3)，所述反应器(1)下部设置有天然气入口和热工质入口，所述热工质为二氧化碳或水蒸气，反应器(1)上部设置有热改质气出口，所述热管(3)的一部分设置在所述反应器(1)中，另一部分设置在加热器(2)中。本发明采用天然气与水蒸汽或二氧化碳等化学工质进行外热式改质反应，将低火用值热能提升为天然气改质气的高火用值化学能，本发明具有下述有益效果：(1)、天然气改质过程效率高，具有较高的节能效益。(2)、太阳能提升为燃气的化学能便于储存，既解决太阳能的储存问题，又解决了天然气的调峰问题。(3)、采用二氧化碳为化学工质，可达到减排二氧化碳的效果。

Description

火用泵式天然气改质***
技术领域
本发明涉及一种基于利用太阳能为外热源，采用化学工质与天然气进行改质反应，将热源的低火用值热能提升为天然气改质气高火用值化学能的火用泵***。
背景技术
天然气是环境友好型能源，在化石能源中占有重要的地位。但是天然气为不可再生能源，随着人类能耗的日益增加，不久的将来将会出现资源枯竭的问题。为此，要尽量提高天然气转换过程的效率，以达到节约使用天然气的目的。天然气利用的重要方向是其燃烧热能的利用。由于燃烧和热能利用过程为熵增加的过程，即火用值降低的过程。本专利目的是为了提高天然气能源利用过程的火用效率。
上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种火用泵式天然气改质***，其可以提高天然气能源利用过程的火用效率。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种火用泵式天然气改质***，包括反应器、加热器、热管，所述反应器下部设置有天然气入口和热工质入口，所述热工质为二氧化碳或水蒸气，所述反应器上部设置有热改质气出口，所述热管的一部分设置在所述反应器中，另一部分设置在加热器中。
其中，还包括换热器，所述换热器的高温侧设有热改质气入口和外供燃气出口，所述热改质气入口与反应器的热改质气出口连接，所述换热器的低温侧设有工质入口和工质出口，所述工质出口与反应器的热工质入口连接。
其中，还包括太阳能聚光镜，所述太阳能聚光镜的焦点处于所述加热器中的热管上。
其中，所述反应器和加热器的外壳为一体结构，通过中间隔板分隔。
其中，所述热管穿过所述隔板。
由于采用了上述的结构，本发明采用天然气与水蒸汽或二氧化碳等化学工质进行外热式改质反应，将低火用值热能提升为天然气改质气的高火用值化学能，本发明具有下述有益效果：
(1)、天然气改质过程效率高，具有较高的节能效益。
(2)、太阳能提升为燃气的化学能便于储存，既解决太阳能的储存问题，又解决了天然气的调峰问题。
(3)、采用二氧化碳为化学工质，可达到减排二氧化碳的效果。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是火用泵式天然气改质***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明所述的火用泵式天然气改质***，种火用泵式天然气改质***，包括反应器1、加热器2、热管3，换热器4、太阳能聚光镜5。所述反应器1和加热器2的外壳为一体结构，通过中间隔板分隔。所述反应器1下部设置有天然气入口和热工质入口，所述热工质为二氧化碳或水蒸气，所述反应器1上部设置有热改质气出口，所述热管3的一部分设置在所述反应器1中，另一部分设置在加热器2中，所述热管3穿过所述隔板，热管3将加热器2的热量输送到反应器1中。热管3可由多根热管构成，其数量取决于反应器的处理能力。所述换热器4的高温侧设有热改质气入口和外供燃气出口，所述热改质气入口与反应器1的热改质气出口连接，所述换热器4的低温侧设有工质入口和工质出口，所述工质出口与反应器1的热工质入口连接。热改质气通过换热器4将热量传递给工质，对工质进行预热。所述太阳能聚光镜5的焦点处于所述加热器2中的热管上，加热器2直接吸收太阳能聚光镜5聚集的太阳能高温热能。
本发明的工作步骤如下：
天然气和化学工质(二氧化碳或水蒸汽)通入反应器1中；由太阳能聚光镜5收集到太阳能的高温热能送进加热器2，再由热管3将太阳能的高温热能传递到反应器1提供反应所需热量；在反应器1中，天然气与化学工质进行反应，产生的高温改质气进入换热器4中；换热器4中经换热而降温的改质气供作燃气送到用户；低温工质(二氧化碳或水蒸汽)进入换热器4中与高温改质气换热而升温后进入反应器1中。
本发明采用天然气与水蒸汽或二氧化碳等化学工质进行外热式改质反应，将低火用值热能提升为天然气改质气的高火用值化学能。本发明对天然气改质的原理如下所述：
天然气主要成分为甲烷，甲烷的主要改质反应为：
CH4+CO2＝2CO+2H2ΔH＝+246.39kJ/mol
CH4+H2O＝CO+3H2ΔH＝+205.15kJ/mol
天然气及其改质气的燃烧反应：
CH4+2O2＝CO2+2H2OΔH＝-803.07kJ/mol
CO+0.5O2＝CO2ΔH＝-282.99kJ/mol
H2+0.5O2＝H2OΔH＝-241.75kJ/mol
设环境温度为25℃，反应温度为700℃，1kJ热能的火用值为0.694kJ，燃料的火用值取其燃烧热，1摩尔甲烷根据盖斯定律和火用值计算方法得出的结果如下。
(1)用二氧化碳进行改质
改质耗火用值＝803.07+246.39×0.694＝974.07kJ，
改质气火用值＝2×(282.99+241.75)＝1049.48kJ，
改质火用效率＝974.09/974.09＝107.74％。
(2)用水蒸汽进行改质
改质耗火用值＝803.07+205.15×0.694＝945.44kJ，
改质气火用值＝282.99+3×241.75＝1008.24kJ，
改质火用效率＝1008.24/945.44＝106.64％。
计算结果表明，天然气与二氧化碳、水蒸汽反应生成改质气的火用效率均为106％以上。
上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种火用泵式天然气改质***，其特征在于：包括反应器(1)、加热器(2)、热管(3)，所述反应器(1)下部设置有天然气入口和热工质入口，所述热工质为二氧化碳或水蒸气，所述反应器(1)上部设置有热改质气出口，所述热管(3)的一部分设置在所述反应器(1)中，另一部分设置在加热器(2)中。
2.根据权利要求1所述的火用泵式天然气改质***，其特征在于：还包括换热器(4)，所述换热器(4)的高温侧设有热改质气入口和外供燃气出口，所述热改质气入口与反应器(1)的热改质气出口连接，所述换热器(4)的低温侧设有工质入口和工质出口，所述工质出口与反应器(1)的热工质入口连接。
3.根据权利要求1所述的火用泵式天然气改质***，其特征在于：还包括太阳能聚光镜(5)，所述太阳能聚光镜(5)的焦点处于所述加热器(2)中的热管上。
4.根据权利要求1或2或3所述的火用泵式天然气改质***，其特征在于：所述反应器(1)和加热器(2)的外壳为一体结构，通过中间隔板分隔。
5.根据权利要求4所述的火用泵式天然气改质***，其特征在于：所述热管(3)穿过所述隔板。
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