多燃料水蒸氣重整制氫實驗臺

多燃料水蒸氣重整制氫實驗臺用于在實驗室規模下，研究不同碳氫燃料（如天然氣、生物質氣化氣、甲醇、乙醇、生物油、沼氣、汽油/柴油模擬物等）在水蒸氣氛圍、催化劑作用下發生重整反應制取氫氣的關鍵設備。其核心反應為：

CnHm + nH?O → nCO + (n + m/2)H? （重整反應）

CO + H?O → CO? + H? （水氣變換反應）

可控制、采集、整理反應溫度、反應時間、氣相實時/累積流量、反應壓力等數據。可實現催化劑性能評估、反應機理、反應動力學等研究，并能準確進行物料衡算。

構成模塊

該裝置工藝流程由多燃料進料單元、混合預熱和反應系統、產物處理與在線分析系統、控制系統與安全保障組成。

多燃料進料單元

氣體燃料： 高純氣瓶（CH?、模擬合成氣等）→ 質量流量控制器（精確控制流量）。

液體燃料： 儲液罐（甲醇、乙醇、生物油等）→ 精密計量泵/蒸發器（將液體汽化并精確計量）。

可凝性氣體/復雜燃料： 預熱管線防止冷凝。

水蒸氣發生系統：

蒸汽流量控制： 與燃料流量聯動，精確控制 水碳比（S/C）（核心參數！）。

載氣/稀釋氣： N? 或 Ar 鋼瓶 → 用于啟動吹掃、停機保護或研究稀釋效應。

預熱混合與反應系統

混合器： 確保燃料氣、水蒸氣、載氣均勻混合（避免局部冷點導致冷凝）。

預熱段： 獨立控溫的預熱管（常與反應器同軸），將混合氣加熱至 重整起始溫度（防止“冷混合氣"沖擊催化劑床層）。

核心反應器：

類型： 固定床管式反應器、微反應器（高通量篩選）。

材質： 耐高溫合金（Inconel 600/800H）、石英管（可視，適用于非高壓）。

催化劑裝填： 床層中放置催化劑顆粒（Ni基、貴金屬等），兩端用石英棉/惰性瓷球固定，確保氣流均勻通過。

溫度控制： 多段獨立控溫（預熱區+反應區），反應區需高精度（±1°C）熱電偶監測床層溫度（軸向/徑向）。

壓力控制（可選）： 背壓閥實現加壓操作（工業重整常在 20-30 bar）。

產物處理與在線分析系統

高溫產物管線保溫： 維持 >200°C 至冷凝器入口，防止重質烴/焦油冷凝堵塞。

冷凝除水單元：

冰水浴冷凝器 → 快速冷凝大部分水蒸氣。

低溫冷阱（-10°C ~ -20°C）→ 深度脫水并捕集微量有機冷凝物。

氣液分離器： 分離冷凝水與粗氫氣。

在線氣體分析：

微氣相色譜（μ-GC）： 實時分析 H?, CO, CO?, CH?, C?+ 含量（關鍵！）。

質譜儀（MS）： 快速全組分分析，監測痕量副產物。

離線取樣： Tedlar氣袋收集干氣，用于詳細GC-MS/FID/TCD分析。

積碳監測（關鍵）：

反應后催化劑TPO（程序升溫氧化）→ 在線CO?分析量化積碳量。

反應器壓差監測（積碳導致床層堵塞）。

控制系統與安全保障

中央控制平臺： PLC或工控機集成控制流量、溫度、壓力、閥門。

聯鎖保護：

溫度超高/熱電偶故障 → 自動切斷燃料/加熱電源。

水供應中斷 → 立即切斷燃料進料（防催化劑積碳燒結）。

可燃氣體泄漏（H?, CH?）→ 聲光報警+緊急切斷+強制排風。

安全防護：

反應器及高溫管線置于防爆通風柜。

管路安裝阻火器、安全閥、爆破片。

氫氣探測器（多點布置）、CO報警器。

緊急氮氣吹掃系統（用于停機或事故時置換可燃氣體）。