CN115231521A - 一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,包括主容器、管道体、螺旋型预热导流装置、重整反应装置、钯膜提纯组件、流体控压装置和加热装置;所述主容器具有溶液入口;所述管道体首端配置在所述主容器内,所述管道体具有高纯氢气出口;所述螺旋型预热导流装置固定地配置在所述主容器和管道体之间并形成有预热流道;所述钯膜提纯组件位于所述重整反应装置的上方;所述流体控压装置用于联接所述主容器和管道体;其中,所述溶液入口配置为与所述预热流道连通;该高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置解决了目前重整催化反应中重整催化剂与醇水蒸汽的接触面积较小,重整反应腔内受热不均等不足和缺陷。

Description

一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置
技术领域
本发明涉及甲醇重整制氢技术领域,具体涉及一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置。
背景技术
甲醇作为一种常见的化工原料,价格低廉;甲醇含氢量高,重整制氢过程中氢元素利用率高;甲醇便于储存和运输,适合开发分布式制氢装置。
目前甲醇重整制氢技术广泛应用在燃料电池领域,其核心结构单元为蒸发预热器对甲醇水溶液进行蒸发预热为甲醇水蒸汽、重整器内重整催化剂与甲醇水蒸气发生重整反应产生重整气,氢气提纯器对重整气进行提纯产出氢气。其中,重整器的常用的结构形式主要包括管式、板式、和微通道等,管式与板式重整器普遍出现问题的是预热效果较差,重整催化反应过程中接触面积小,重整反应腔内受热温度不均匀,导致重整反应产生的重整气效率低,同时可能产生过热点,造成重整催化剂的烧结失活;微通道重整器相比其他重整器拥有更大的表面积,但其因为复杂的工艺结构,投入实际使用中时加工成本过高,且不便于日常维护,难以进行长期使用。
发明内容
本发明为解决上述的技术问题而提供一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置;解决目前常见的重整制氢装置中,蒸发预热管路存在醇水流速快、停留时间较短等不足,导致蒸发预热效果较差的问题;解决了目前重整催化反应中重整催化剂与醇水蒸汽的接触面积较小,重整反应腔内受热不均等不足和缺陷,导致副产物生成增加,重整催化反应效率降低的问题。
为解决上述问题,本发明采用如下技术方案:
本公开的至少一实施例提供一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,包括主容器、管道体、螺旋型预热导流装置、重整反应装置、钯膜提纯组件、流体控压装置和加热装置;所述主容器具有溶液入口;所述管道体首端配置在所述主容器内,所述管道体末端位于所述主容器外并具有高纯氢气出口,用于排出高纯氢气;所述螺旋型预热导流装置固定地配置在所述主容器和管道体之间并形成有预热流道;所述重整反应装置配置在所述管道体内;所述钯膜提纯组件配置在所述管道体内,且位于所述重整反应装置的上方;所述流体控压装置用于联接所述主容器和管道体,并控制进入所述管道体内的流体压力;所述加热装置用于对所述重整反应装置、钯膜提纯组件和螺旋型预热导流装置加热;其中,所述溶液入口配置为与所述预热流道连通。
例如,本公开的至少一实施例提供的高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述管道体的外管壁上设置有换热片,所述换热片具有孔体,所述换热片配置为与所述管道体固定连接,所述换热片位于所述螺旋型预热导流装置的下方。
例如,本公开的至少一实施例提供的高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述螺旋型预热导流装置包含有螺旋叶片和缓速板;
所述螺旋叶片内边沿配置为与所述管道体的外壁固定连接,所述螺旋叶片外边沿配置为与所述主容器的内壁固定连接;
所述缓速板配置在所述预热流道内,所述缓速板用于在所述预热流道内形成收窄口,以能减缓醇水溶液在所述预热流道内的流速。
例如,本公开的至少一实施例提供的高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述重整反应装置包含有套管、波浪型换热板和副容器;
所述波浪型换热板呈环形阵列地分布在所述套管的外壁,且所述波浪型换热板配置为与所述套管固定连接;
所述副容器配置在所述波浪型换热板上;
其中,所述副容器内具有相变材料层,用于保持重整温度均衡;
其中,所述管道体、波浪型换热板与套管之间形成有容纳腔,用于填充催化剂。
例如,本公开的至少一实施例提供的高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述流体控压装置包含有连接板、增压阀和减压阀;
所述连接板具有装配孔;
所述增压阀配置在所述连接板上;
所述减压阀配置在所述连接板上;
其中,所述管道体的末端穿过所述装配孔,且所述管道体配置为与所述连接板固定连接,所述连接板与所述主容器固定连接。
例如,本公开的至少一实施例提供的高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述主容器底部具有重整催化剂更换口,所述主容器底部可拆卸地配置有封堵件,用于封堵住所述重整催化剂更换口。
例如,本公开的至少一实施例提供的高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述加热装置包含有控制器和电热管;
所述控制器配置在所述主容器外;
所述电热管位于所述管道体内;
其中,所述电热管的末端***所述套管内,所述钯膜提纯组件配置为与所述电热管固定连接。
例如,本公开的至少一实施例提供的高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述副容器呈环形设置。
例如,本公开的至少一实施例提供的高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述波浪型换热板和容纳腔均设置有一个以上,所述波浪型换热板上设置有通孔,所述通孔配置为将一个以上的所述容纳腔连通,用于均衡一个以上的所述容纳腔的压力。
本发明的有益效果为:通过螺旋型预热导流装置形成的预热流道对醇水溶液进行第一次预热,相比传统的管式和板式预热方式,拥有更大的预热接触面积,预热流道长度提升,醇水溶液在流道内预热得到时间提升;可以利用管道体的管壁预热醇水溶液,同时重整反应装置配置在管道体内,能够有效的延长流道,能够有效的提升换热时间,减少受热不均的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开一些实施例中高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置的剖面图。
图2为本公开一些实施例中螺旋型预热导流装置与管道体的连接示意图。
图3为本公开一些实施例中重整反应装置的立体图。
图4为本公开一些实施例中重整反应装置的俯视图。
图5为本公开一些实施例中流体控压装置的俯视图。
图6为本公开一些实施例中流体控压装置的立体图。
图7为本公开一些实施例中高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置的视图。
图8为本公开一些实施例中电热管与重整反应装置的连接示意图。
图9为图1中A处的放大图。
图10为本发明数值模拟计算结果的纵向压力场与速度场数值分布图。
图11为本发明数值模拟计算结果的纵向温度场数值布图。
图12为本发明数值模拟计算结果的气相体积分数(左)和水相体积分数(右)分布图。
图13为本发明数值模拟计算结果的切向温度场数值布图。
图中:
10、主容器;11、溶液入口;12、重整催化剂更换口;13、封堵件;
20、管道体;21、换热片;22、孔体;23、高纯氢气出口;
30、螺旋型预热导流装置;31、螺旋叶片;32、缓速板;33、收窄口;
40、重整反应装置;41、套管;42、波浪型换热板;43、副容器;44、延伸部;45、通孔;
50、钯膜提纯组件;
60、流体控压装置;61、连接板;62、增压阀;63、减压阀;64、装配孔;
70、加热装置;71、控制器;72、电热管。
具体实施方式
下面将结合实施例中的附图,对实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是一部分实施例,而不是全部的实施例。
在实施例中,需要理解的是,术语“中间”、“上”、“下”、“顶部”、“右侧”、“左端”、“上方”、“背面”、“中部”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。
另外,在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,安装、连接和相连等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本公开的至少一实施例提供一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,包括主容器、管道体、螺旋型预热导流装置、重整反应装置、钯膜提纯组件、流体控压装置和加热装置;所述主容器具有溶液入口;所述管道体首端配置在所述主容器内,所述管道体末端位于所述主容器外并具有高纯氢气出口,所述高纯氢气出口用于排出高纯氢气;所述螺旋型预热导流装置固定地配置在所述主容器和管道体之间并形成有预热流道;所述重整反应装置配置在所述管道体内;所述钯膜提纯组件配置在所述管道体内,且所述钯膜提纯组件位于所述重整反应装置的上方;所述流体控压装置用于联接所述主容器和管道体,并控制进入所述管道体内的流体压力;所述加热装置用于对所述重整反应装置、钯膜提纯组件和螺旋型预热导流装置加热;其中,所述溶液入口配置为与所述预热流道连通。所述主容器底部具有重整催化剂更换口,所述主容器底部可拆卸地配置有封堵件,用于封堵住所述重整催化剂更换口。
本公开的至少一实施例提供一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述管道体的外管壁上设置有换热片,所述换热片具有孔体,所述换热片配置为与所述管道体固定连接,所述换热片位于所述螺旋型预热导流装置的下方。
本公开的至少一实施例提供一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述螺旋型预热导流装置包含有螺旋叶片和缓速板;所述螺旋叶片内边沿配置为与所述管道体的外壁固定连接,所述螺旋叶片外边沿配置为与所述主容器的内壁固定连接;所述缓速板配置在所述预热流道内,所述缓速板用于在所述预热流道内形成收窄口,以能减缓醇水溶液在所述预热流道内的流速。
本公开的至少一实施例提供一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述重整反应装置包含有套管、波浪型换热板和副容器;所述波浪型换热板呈环形阵列地分布在所述套管的外壁,且所述波浪型换热板配置为与所述套管固定连接;所述副容器配置在所述波浪型换热板上;其中,所述副容器内具有相变材料层,用于保持重整温度均衡;其中,所述管道体、波浪型换热板与套管之间形成有容纳腔,用于填充催化剂。
例如,所述副容器呈环形设置。所述波浪型换热板和容纳腔均设置有一个以上,所述波浪型换热板上设置有通孔,所述通孔配置为将一个以上的所述容纳腔连通,用于均衡一个以上的所述容纳腔的压力。
本公开的至少一实施例提供一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述流体控压装置包含有连接板、增压阀和减压阀;所述连接板具有装配孔;所述增压阀配置在所述连接板上;其中,所述管道体的末端穿过所述装配孔,且所述管道体配置为与所述连接板固定连接,所述连接板与所述主容器固定连接。
本公开的至少一实施例提供一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置中,所述加热装置包含有控制器和电热管;所述控制器配置在所述主容器外;所述电热管位于所述管道体内;其中,所述电热管的末端***所述套管内,所述钯膜提纯组件配置为与所述电热管固定连接。
下面将结合附图对本公开实施例的高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置进行总体介绍。
如图1至9所示,根据本公开至少一实施例的高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,其包括主容器10、管道体20、螺旋型预热导流装置30、重整反应装置40、钯膜提纯组件50、流体控压装置60和加热装置70。
主容器10具有溶液入口11和重整催化剂更换口12;主容器10侧壁为中空设置,侧壁内部填充石棉防止内部热量散失导致的换热不均。采用一支管焊接于主容器10顶部,并且支管与主容器10连通形成溶液入口11;重整催化剂更换口12的边缘均匀分布有8个螺纹孔,重整催化剂更换口12处配备有封堵件13,封堵件13使用螺栓连接与主容器10连接,为了提升密封效果,封堵件13与主容器10之间配备有密封橡胶圈(未图示)。
螺旋型预热导流装置30包含有螺旋叶片31和缓速板32;螺旋叶片31内边沿配置为与管道体20的外壁焊接,螺旋叶片31外边沿配置为与主容器10的内壁焊接;螺旋叶片31的螺旋节距为重整器总长度的1/10-1/12,优先选取1/12;缓速板32一侧与管道体20固定连接,缓速板32另一侧与主容器10的内壁面之间具有间隙,形成收窄口33。通过管道体20的壁面对甲醇水进行预热,能够将少量甲醇水蒸发为甲醇水蒸汽,螺旋叶片31和缓速板32能够延长甲醇水的流动时间,为后续换热过程预留充足的时间,换热效率更高。
管道体20的外管壁上设置有换热片21,换热片21具有孔体22,换热片21配置为与管道体20焊接,换热片21位于螺旋型预热导流装置30的下方,管道体20具有高纯氢气出口23;
示例性地,换热片21选用钢铝复合型片材,换热片21为圆环片结构均匀焊接于管道体20外壁面底部,每个换热片21均匀分布8-10个孔体22,优先选用为8个。孔体22之间的圆心夹角为45°,孔体22的直径选用换热片21半径的60%-70%,孔体22与主容器10内壁面的间距为主容器与管道体之间间距的1/4-1/5。
重整反应装置40包含有套管41、波浪型换热板42和副容器43;波浪型换热板42具有8个,波浪型换热板42呈环形阵列地分布在套管41的外壁,且波浪型换热板42配置为与套管41固定连接;副容器43配置在波浪型换热板42上;其中,副容器43内具有相变材料层,相变材料层用于保持重整温度均衡;其中,管道体20、波浪型换热板42与套管41之间形成有容纳腔,容纳腔用于填充催化剂;
套管41与加热装置70采用可拆卸连接;为了防止加热装置70直接加热催化剂导致的催化剂失活,波浪型换热板42上设置有延伸部44,延伸部44延伸至重整催化剂更换口处,对可能存在的部分未完全蒸发的甲醇水进行换热,确保进行重整催化反应前完全转换为甲醇水蒸汽,同时延伸部44还能起到支撑作用;波浪型换热板42具有较大接触面,能够有利于重整反应均匀加热,减少副产物的产生。
相变材料层为无机盐,当温度超过300℃时,无机盐由固体吸热相变为液态,当温度低于300℃时,由液态相变放热为固态。
波浪型换热板42上设置有通孔45,通孔45配置为将各个容纳腔连通,通孔可以均衡各个容纳腔的压力。
流体控压装置60包含有连接板61、增压阀62和减压阀63;连接板61具有装配孔64;其中,管道体20的末端穿过装配孔64,且管道体20配置为与连接板61固定连接,连接板61与主容器10固定连接;
连接板61使用铸钢材质,增压阀62设置有4个,增压阀62螺栓连接于连接板61上,增压阀62将甲醇蒸汽压力增加至2-3Mpa,减压阀63设置有2个,减压阀63用于防止内管路中的压力过大,保持压力维持在2-3Mpa。
加热装置70包含有控制器71、电热管72和热电偶(未图示);控制器71和电热管72电性连接,控制器71配置在主容器10外;电热管72位于管道体20内;其中,电热管72的末端***套管41内,钯膜提纯组件50配置为与电热管72固定连接;
电热管72为两段式圆柱状热管,使用电加热的形式,采用热电偶测温,控制器71与热电偶配合提供实时温度控制反馈,两段式的电热管72有利于控制管道体20上下的温度。
钯膜提纯组件50包含有多个圆环形钯膜,多个圆环形钯膜均匀地分布在电热管72上;利用钯膜的透氢性能,对重整气提纯产出高纯度氢气。
为了更清楚完整地说明本公开的有益效果,现使用计算流体力学方法验证其有益效果。为了简化数值计算过程,流体将甲醇水溶液近似为水,带均分分布的圆孔的换热片近似为圆柱,高度40mm,相同位置的8个圆形通孔近似为8个圆管,直径4mm,控压管路近似为将氢气提纯管路设置为多孔介质区域,相变材料管路因fluent目前不能模拟出其高温吸热低温放热的特性,对其进行省略;模型计算时选取的模拟尺寸为:主容器的总长度为113mm,直径40mm,高纯氢气出口至重整催化剂更换口总长度为125mm,甲醇重整腔内径为20mm;电热管的直径为4mm,螺旋叶片的厚度为1.5mm,氢气提纯管路的长度为64mm,氢气提纯管路的直径为20mm。
溶液入口的流量为:300L/h;
其中,300L/h=0.3m3/h=0.3/3600m3/s。
水流流速:
Figure BDA0003802637060000131
水:Re=ρud/μ=4148.4,属于紊流,Pr=Cpμ/λ=1.23,Nu=0.023Re0.8Pr0.4=24.39,根据努塞尔数可计算得出换热片表面的换热系数,
h=Nuλ/l=5356.0(W/(m2·K));
使用spaceclaim软件建立模型,导入ICEM中划分网格,因为螺旋叶片和波浪型换热板含有一定曲率,因此采用四面体的非结构网格。将划分好的网格导入fluent进行数值模拟,采用多相流模型、双精度求解器、打开能量方程。多相流模型中将三项分别设置为空气、水和水蒸气,设置水蒸发为水蒸气的相变温度为90℃,因为雷诺数大于2300,螺旋叶片形成的螺旋的预热流道,故采用k-e湍流模型Realizable增强壁面函数,使得模拟更加接近实际情况中的流动。
氢气提纯段中电热管的温度设置为500℃,重整催化反应段中电热管温度设置为400℃,换热片部分设置为对流换热和传热系数5356.0(w/(m2-K),入口湍流强度I=0.16Re-1/8=5.6,8个圆管的水力直径均取10mm。数值计算结果得到的压力场和速度场如图10所示,从数值中可以看外流道压力分布均匀,最大值压力为202961pa,说明本发明的带均匀分布孔体的换热片结构与甲醇水有较大接触面积的同时,且不会导致换热时局部压力过大,有效防止局部压力过大对设备的损坏,充分利用了内部结构。从速度场分布中可以看出,入口流速为1.06m/s,而最大流速仅为3.61m/s,说明本发明的螺旋叶片与内外壁面组成的预热流道可有效的减缓甲醇水的流速,提升甲醇水的预热时间,有效防止了后续与换热片的二次换热。
数值计算结果得到的温度场如图12所示,气相与水相分布图如图13所示,从图12中可以看出重整段热管温度为400℃,提纯段热管温度为500℃,结合切向的温度分布图13可以看出本发明的螺旋预热管路温度为74-168℃,近内管壁面处的温度较高,从气相与水相体积分数分布图12中可以看出甲醇水在预热流道部分转换为甲醇水蒸汽。换热片4结构因其良好的导热性能,温度保持在216-263℃,结合图12和图13可以看出甲醇水溶液流至换热片部分充分接触,甲醇水在80-90℃充分蒸发为甲醇水蒸汽,保证在进入重整反应腔前完全蒸发为甲醇水蒸气,避免甲醇水在反应中蒸发导致反应温度不均,造成副产物的增加,重整腔内受热均匀,使得催化剂活性提高,重整催化反应的副产物减少,重整效率更高。
从图13中可以看出换热片切面和钯膜提纯管路切面的切向温度分布均匀,温度控制在405-452℃,有效防止了钯膜过冷点和过热点的出现,延长了贵金属材料的使用寿命。从图10中可以看出内管路压力保持在202650-202868pa。
在本说明书的描述中,参考术语“本实施例”、“一些实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,但本发明的保护范围并不局限于此,任何不经过创造性劳动想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内;除非明确说明,否则本文中使用的任何元件、动作或指令都不应解释为关键或必要的。

Claims (9)

1.一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,其特征在于,包括:
主容器,具有溶液入口;
管道体,首端配置在所述主容器内,末端位于所述主容器外并具有高纯氢气出口,用于排出高纯氢气;
螺旋型预热导流装置,固定地配置在所述主容器和管道体之间并形成有预热流道;
重整反应装置,配置在所述管道体内;
钯膜提纯组件,配置在所述管道体内,且位于所述重整反应装置的上方;
流体控压装置,用于联接所述主容器和管道体,并控制进入所述管道体内的流体压力;以及
加热装置,用于对所述重整反应装置、钯膜提纯组件和螺旋型预热导流装置加热;
其中,所述溶液入口配置为与所述预热流道连通。
2.根据权利要求1所述的一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,其特征在于,所述管道体的外管壁上设置有换热片,所述换热片具有孔体,所述换热片配置为与所述管道体固定连接,所述换热片位于所述螺旋型预热导流装置的下方。
3.根据权利要求1所述的一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,其特征在于,所述螺旋型预热导流装置包含有:
螺旋叶片,内边沿配置为与所述管道体的外壁固定连接,外边沿配置为与所述主容器的内壁固定连接;以及
缓速板,配置在所述预热流道内,用于在所述预热流道内形成收窄口,以能减缓醇水溶液在所述预热流道内的流速。
4.根据权利要求1所述的一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,其特征在于,所述重整反应装置包含有:
套管;
波浪型换热板,呈环形阵列地分布在所述套管的外壁,且所述波浪型换热板配置为与所述套管固定连接;以及
副容器,配置在所述波浪型换热板上;
其中,所述副容器内具有相变材料层,用于保持重整温度均衡;
其中,所述管道体、波浪型换热板与套管之间形成有容纳腔,用于填充催化剂。
5.根据权利要求1所述的一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,其特征在于,所述流体控压装置包含有:
连接板,具有装配孔;
增压阀,配置在所述连接板上;以及
减压阀,配置在所述连接板上;
其中,所述管道体的末端穿过所述装配孔,且所述管道体配置为与所述连接板固定连接,所述连接板与所述主容器固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,其特征在于,所述主容器底部具有重整催化剂更换口,所述主容器底部可拆卸地配置有封堵件,用于封堵住所述重整催化剂更换口。
7.根据权利要求4所述的一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,其特征在于,所述加热装置包含有:
控制器,配置在所述主容器外;以及
电热管,位于所述管道体内;
其中,所述电热管的末端***所述套管内,所述钯膜提纯组件配置为与所述电热管固定连接。
8.根据权利要求4所述的一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,其特征在于,所述副容器呈环形设置。
9.根据权利要求4所述的一种高效的羟基化合物催化重整耦联提纯制氢装置,其特征在于,所述波浪型换热板和容纳腔均设置有一个以上,所述波浪型换热板上设置有通孔,所述通孔配置为将一个以上的所述容纳腔连通,用于均衡一个以上的所述容纳腔的压力。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5861137A (en) * 1996-10-30 1999-01-19 Edlund; David J. Steam reformer with internal hydrogen purification
CN114436210A (zh) * 2022-03-07 2022-05-06 广东工业大学 一种高效集成的分布式甲醇重整制氢提纯***

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5861137A (en) * 1996-10-30 1999-01-19 Edlund; David J. Steam reformer with internal hydrogen purification
CN114436210A (zh) * 2022-03-07 2022-05-06 广东工业大学 一种高效集成的分布式甲醇重整制氢提纯***

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116425113A (zh) * 2023-02-23 2023-07-14 浙江工业大学 一种电加热式氨制氢反应器

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