CN218665413U - 一种高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，包括壳体、进气管和出气管，所述壳体的外部缠绕有电加热机构，所述壳体的内部设有气体分配机构、第一搁置板和第二搁置板，所述第一搁置板和所述第二搁置板之间填充有催化剂；所述出气管连通有过滤机构；通过将反应气流从进气管进入经气体分配机构将气流均匀分配后进入壳体，在电加热机构的加热作用下，反应气流穿过催化剂的过程中产生催化反应，反应生成的气体穿过催化剂时带走粉尘颗粒，在过滤机构的作用下粉尘颗粒被过滤掉，如此实现天然气的催化重整反应，使得进入电池电堆的气体粉尘颗粒含量大幅度降低，减少电池流道堵塞的几率。

Description

一种高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器

技术领域

本实用新型涉及高温固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器。

背景技术

高温固体氧化物燃料电池发电系统采用天然气和空气作为原料，燃料电池中发生电化学反应的物质实际是氢气和氧气，氧气可以直接由空气供给，但外部供给的天然气并不能直接用于电化学反应，天然气必须先物理脱硫处理，然后在一定温度区间范围、借助催化剂作用进行甲烷水蒸汽反应，将天然气中的C2、C3转换成C1，C1再和水蒸汽发生反应转换成一氧化碳、氢气、二氧化碳等物质，反应物中的氢气进入电池后与氧气发生电化学反应，实现电子转移，形成电压，如果电池的正负极接通，就会有电流产生。

因此采用天然气参与高温固体氧化物燃料电池进行发电的关键步骤之一就是天然气的水蒸汽重整反应，该反应需要镍基催化剂参与其中，然而目前的镍基催化剂大多是以多孔的氧化铝陶瓷作为基体材料，将镍、钌、铷等贵金属喷涂在基本表面，然而这些催化剂在使用过程中容易出现粉末，当天然气进入到重整反应器，经过催化剂床层时，气流会带出一些催化剂表面的粉末，这些粉末跟随反应气流流出重整器后进入燃料电池电堆就会堵塞电池流道。

实用新型内容

为了解决背景技术所提出的问题，本实用新型设计了一种高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：包括壳体、进气管和出气管，所述进气管和所述出气管分别与壳体的两端连通，所述壳体的外部缠绕有电加热机构，所述电加热机构包括电加热丝和电加热丝电源，所述电加热丝与所述电加热丝电源电气连接，所述壳体的内部设有气体分配机构、第一搁置板和第二搁置板，所述第一搁置板和所述第二搁置板上均设有多个第一通孔，所述第一搁置板和所述第二搁置板之间填充有催化剂；所述气体分配机构安装在所述进气管与所述壳体的连通处，所述壳体在所述第一搁置板和所述第二搁置板之间连接有热电偶接管，所述热电偶接管安装有热电偶，所述热电偶和所述电加热丝电源均与控制器电气连接，所述壳体在所述第一搁置板和所述第二搁置板之间还连通有催化剂装卸机构，所述催化剂装卸机构位于所述壳体靠近所述出气管的一侧，所述热电偶接管位于所述壳体靠近进气管的一侧；所述出气管连通有过滤机构。

进一步，所述气体分配机构包括管道和气体分配板，所述气体分配板上设有多个第二通孔，所述管道与所述进气管连通，所述气体分配板的边缘与所述管道的边缘连接。

进一步，所述管道为喇叭状结构，所述气体分配板为球形曲面状结构。

进一步，所述催化剂装卸机构包括装卸管和安装在装卸管一侧的支座；所述装卸管的一端与所述壳体连通，另一端连接有第一连接法兰，第一连接法兰通过螺栓连接有第一法兰盲板。

进一步，所述第一连接法兰与所述第一法兰盲板之间安装有石墨垫圈。

进一步，所述热电偶接管与所述催化剂装卸机构位于所述壳体的对立面。

进一步，所述过滤机构包括与所述出气管连通的沉降筒体，所述沉降筒体的侧面连通有出口管，所述沉降筒体的内部设有过滤网筒，所述沉降筒体的底部连接有第二连接法兰，所述第二连接法兰连接有第二法兰盲板。

进一步，所述过滤网筒包括两层过滤筛网，两层所述过滤筛网之间存在间隙，且内层所述过滤筛网比外层所述过滤筛网的网孔大。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：通过将反应气流从进气管进入经气体分配机构将气流均匀分配后进入壳体，在电加热机构的加热作用下，反应气流穿过催化剂的过程中产生催化反应，经裂解重整反应生成CO、H₂O、CO₂，反应生成的气体穿过催化剂时带走催化剂的粉尘颗粒，粉尘颗粒随着气体沿着出气管进入过滤机构，在过滤机构的作用下粉尘颗粒被过滤掉，气体沿着过滤机构的出口进入后续工艺流程；如此实现天然气的水蒸汽催化重整反应，且将反应后气体所夹杂的粉尘颗粒过滤掉，使得进入电池电堆的气体粉尘颗粒含量大幅度降低，减少电池流道堵塞的几率。

第一搁置板和第二搁置板的作用其一是搁置催化剂，其二是对气体有整流作用；催化剂装卸机构方便催化剂的添加或取出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的剖视图；

图中所标各部件的名称如下：

1、壳体；2、进气管；3、出气管；4、管道；5、气体分配板；6、第二通孔；7、第一搁置板；8、第二搁置板；9、热电偶接管；10、第一连接法兰；11、第一法兰盲板；12、支座；13、装卸管；14、出口管；15、过滤网筒；16、第二连接法兰；17、第二法兰盲板；18、沉降筒体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：请参考图1-2，一种高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，包括壳体1、进气管2和出气管3，进气管2和出气管3分别与壳体1的两端连通，壳体1的外部缠绕有电加热机构，电加热机构包括电加热电源和电加热丝，电加热丝与电加热丝电源电气连接，电加热丝的外部包有保温层，壳体1的内部设有气体分配机构、第一搁置板7和第二搁置板8，第一搁置板7和第二搁置板8上均设有多个第一通孔，第一搁置板7和第二搁置板8之间填充有催化剂；气体分配机构安装在进气管2与壳体1的连通处，壳体1在第一搁置板7和第二搁置板8之间连接有热电偶接管9，热电偶接管9安装有热电偶，热电偶和电加热丝均与控制器电气连接；热电偶用于监控催化剂层温度，防止超温，利用热电偶采集的温度反馈给控制器，根据控制器温度设定值，决定电加热丝电源的启停，如果温度高于热电偶预先设定值就停止电加热丝继续加热，如果温度低于设定值，则启动电加热丝电源工作，使电加热丝加热。壳体1在第一搁置板7和第二搁置板8之间还连通有催化剂装卸机构，催化剂装卸机构位于壳体1靠近出气管3的一侧，热电偶接管9位于壳体1靠近进气管2的一侧；热电偶接管9与催化剂装卸机构位于壳体1的对立面；如此设置方便热电偶能够感应位于壳体1内部的催化剂部分的温度。

气体分配机构包括喇叭状的管道4和球形曲面状的气体分配板5，气体分配板5上设有多个第二通孔6，管道4与进气管2连通，气体分配板5的边缘与管道4的边缘连接。如此设置，第二通孔6起到均匀分配气流的作用，外部气流从进气管2流入，经过喇叭状的管道4增大气流量后沿着气体分配板5整流均匀的进入壳体1。

催化剂装卸机构包括装卸管13和安装在装卸管13一侧的支座12，支座12用于支撑该重整器；装卸管13的一端与壳体1连通，另一端连接有第一连接法兰10，第一连接法兰10通过螺栓连接有第一法兰盲板11，第一连接法兰10与第一法兰盲板11之间安装有石墨垫圈，石墨垫圈起密封作用。如此设置，在该装置启动工作前，先拆开第一法兰盲板11，将催化剂通过装卸管13装入壳体1中，填充催化剂完成后，将第一法兰盲板11安装到第一连接法兰10上；若需要卸下催化剂时，拆开第一法兰盲板11即可清理。

出气管3连通有过滤机构，过滤机构包括与出气管3连通的沉降筒体18，沉降筒体18的侧面连通有出口管14，沉降筒体18的内部设有过滤网筒15，过滤网筒15为环状过滤网筒，沉降筒体18的底部连接有第二连接法兰16，第二连接法兰16连接有第二法兰盲板17；第二连接法兰16与第二法兰盲板17之间安装有石墨垫圈，石墨垫圈起密封作用。如此设置，重整后的气体经过出气管3流入沉降筒体18，经过滤网筒15过滤后沿着出口管14流出；当需要排污时，打开连接第二连接法兰16的第二法兰盲板17，即可清理过滤机构。过滤网筒15包括两层过滤筛网，两层过滤筛网之间存在间隙，且内层过滤筛网比外层过滤筛网的网孔大。两层过滤筛网的目数可以不同，可以根据需要过滤的粉尘粒径来选择，两层过滤筛网为同轴固定且存在环形缝隙，过滤筛网的上端面与沉降筒体18的顶部接触，出气管3正对着内层过滤筛网的中心；过滤筛网的底部与沉降筒体18上的第二法兰盲板17抵接。

本装置的安装步骤及工作原理：

第1步：将过滤网筒15安装到沉降筒体18中，将第二法兰盲板17与第二连接法兰16固定连接。

第2步：安装热电偶，在热电偶接管9位置插入热电偶，并拧紧。

第3步：装填催化剂，拆开第一法兰盲板11，称量一定量的催化剂，通过漏斗将称量好的催化剂装入装卸管13，催化剂沿着装卸管13进入壳体1，然后将第一法兰盲板11与第一连接法兰10通过螺栓紧固连接，完成催化剂装填工作。

第4步，在壳体1的外部缠绕电加热丝，并缠绕保温层。

第5步，启动电加热丝电源，电加热丝将壳体1内部的催化剂加热到设定温度时，水蒸汽和天然气组成的混合反应原料气从进气管2进入，经气体分配机构将气流均匀分配后进入壳体1，在电加热丝加热的作用下，反应气流穿过催化剂的过程中产生催化反应，经裂解重整反应生成CO、H2O、CO2，反应生成的气体穿过催化剂时带走粉尘颗粒，粉尘颗粒随着气体沿着出气管3进入过滤机构，在过滤机构的作用下粉尘颗粒被过滤掉，气体沿着过滤机构的出口进入后续工艺流程；如此实现天然气的水蒸汽催化重整反应，且将反应后气体所夹杂的粉尘颗粒过滤掉，使得进入电池电堆的气体粉尘颗粒含量大幅度降低，减少电池流道堵塞的几率。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”以及类似的表述只是为了说明的目的。

Claims (10)

1.一种高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，包括壳体(1)、进气管(2)和出气管(3)，所述进气管(2)和所述出气管(3)分别与壳体(1)的两端连通，所述壳体(1)的外部缠绕有电加热机构，其特征在于：所述壳体(1)的内部设有气体分配机构、第一搁置板(7)和第二搁置板(8)，所述第一搁置板(7)和所述第二搁置板(8)上均设有多个第一通孔；所述第一搁置板(7)和所述第二搁置板(8)之间填充有催化剂；所述气体分配机构安装在所述进气管(2)与所述壳体(1)的连通处，所述壳体(1)在所述第一搁置板(7)和所述第二搁置板(8)之间还连通有催化剂装卸机构；所述出气管(3)连通有过滤机构。

2.根据权利要求1所述的高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，其特征在于：所述气体分配机构包括管道(4)和气体分配板(5)，所述气体分配板(5)上设有多个第二通孔(6)，所述管道(4)与所述进气管(2)连通，所述气体分配板(5)的边缘与所述管道(4)的边缘连接。

3.根据权利要求2所述的高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，其特征在于：所述管道(4)为喇叭状结构，所述气体分配板(5)为球形曲面状结构。

4.根据权利要求1所述的高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，其特征在于：所述催化剂装卸机构包括装卸管(13)和安装在装卸管(13)一侧的支座(12)；所述装卸管(13)的一端与所述壳体(1)连通，另一端连接有第一连接法兰(10)，第一连接法兰(10)通过螺栓连接有第一法兰盲板(11)。

5.根据权利要求4所述的高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，其特征在于：所述第一连接法兰(10)与所述第一法兰盲板(11)之间安装有石墨垫圈。

6.根据权利要求1所述的高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，其特征在于：所述过滤机构包括与所述出气管(3)连通的沉降筒体(18)，所述沉降筒体(18)的侧面连通有出口管(14)，所述沉降筒体(18)的内部设有过滤网筒(15)，所述沉降筒体(18)的底部连接有第二连接法兰(16)，所述第二连接法兰(16)连接有第二法兰盲板(17)。

7.根据权利要求6所述的高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，其特征在于：所述过滤网筒(15)包括两层过滤筛网，两层所述过滤筛网之间存在间隙，且内层所述过滤筛网比外层所述过滤筛网的网孔大。

8.根据权利要求1所述的高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，其特征在于：所述壳体(1)在所述第一搁置板(7)和所述第二搁置板(8)之间连接有热电偶接管(9)，所述热电偶接管(9)位于所述壳体(1)靠近进气管(2)的一侧，所述热电偶接管(9)安装有热电偶；所述热电偶、电加热机构均与控制器电气连接。

9.根据权利要求8所述的高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，其特征在于：所述热电偶接管(9)与所述催化剂装卸机构位于所述壳体(1)的对立面。

10.根据权利要求1所述的高温固体氧化物燃料电池天然气重整反应器，其特征在于：所述催化剂装卸机构位于所述壳体(1)靠近所述出气管(3)的一侧。

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