專利名稱：一種熱耦合天然氣重整器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)反應(yīng)器，尤其涉及一種用于固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的
微型熱耦合天然氣重整反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
燃料電池(Fuel Cell)經(jīng)歷了第1代堿性燃料電池(AFC)，第2代磷酸燃料電池(PAFC)，第3代熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)后，在20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起了新型固體氧化物燃料電池(SOFC)。該電池具有諸多的優(yōu)點，比如避免了使用液態(tài)電解質(zhì)所帶來的腐蝕和電解質(zhì)流失等問題；電極反應(yīng)過程相當(dāng)迅速；無需采用貴金屬電極因而降低了成本；能量的綜合利用效率可從單純60%電效率提高到80%以上；燃料范圍廣泛，不僅可以用H2， CO等作燃料，而且可以用天然氣、煤氣化氣和其它碳?xì)浠衔锶缂状嫉茸魅剂?；可以承受較高濃度的硫化物和CO的毒害，因此對電極的要求大大降低；使用具有電催化作用的陽極可以在發(fā)電同時生產(chǎn)化學(xué)品，如制成燃料電池反應(yīng)器等。 固體氧化物燃料電池主要由電解質(zhì)、陽極、陰極構(gòu)成，一般工作在700 IOO(TC。向陽極一側(cè)持續(xù)通入燃料氣，例如&、天然氣、煤氣等，同時向陰極一側(cè)持續(xù)通入氧氣或空氣，固體氧化物燃料電池將會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)不斷向外輸出電能，但是直接將天然氣通入到電池堆中會導(dǎo)致積碳并最終導(dǎo)致整個系統(tǒng)發(fā)電性能的惡化，因此需要對天然氣進(jìn)行一定催化轉(zhuǎn)變使之滿足要求。 為此，出現(xiàn)了很多重整器，以滿足固體氧化物燃料電池堆的需要，如專利號為ZL200510069799. 0的中國發(fā)明專利《重整器和具有該重整器的燃料電池系統(tǒng)》(授權(quán)公告號CN100379072C)，該專利中的重整器包括重整部分和完全覆蓋重整部分的絕熱部分，而絕熱部分又具有第一和第二絕熱層，使熱反應(yīng)時，絕熱性良好，并且，滯留熱應(yīng)力均勻地分布于重整器表面。又如申請?zhí)枮?00610068134. 2的中國發(fā)明申請公開《板式重整器和包括這種重整器的燃料電池系統(tǒng)》(公開號CN1848500A)，該專利中的重整器包括板式燃燒反應(yīng)器、板式預(yù)熱器及板式重整反應(yīng)器，熱效率和驅(qū)動性能較佳。 綜上所述，目前，能耗低、結(jié)構(gòu)緊湊且催化重整的同時能完成熱交換的微型天然氣重整器還不多見，該類重整器可應(yīng)用于便攜式燃料電池上，需要繼續(xù)開發(fā)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種能耗低、結(jié)構(gòu)緊湊且催化重整的同時能完成熱交換的熱耦合天然氣重整器。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種熱耦合天然氣重整器，包括反應(yīng)本體，其特征在于所述的反應(yīng)本體具有彼此獨立的第一氣流通道和第二氣流通道，第一氣流通道和第二氣流通道各自均對應(yīng)設(shè)置有一軸向端口和一徑向端口 ，并且，前述第一氣流通道內(nèi)布置有燃燒催化劑，前述第二氣流通道內(nèi)布置有重整催化劑。
作為改進(jìn)，所述的反應(yīng)本體內(nèi)由一截面為多折邊而呈"弓"形的分割導(dǎo)熱板，該分割導(dǎo)熱板將所述反應(yīng)本體內(nèi)部分割成第一氣流通道和第二氣流通道，該分割導(dǎo)熱板長度方向的兩端分別設(shè)置有與所述軸向端口適配的蓋板，第一氣流通道和第二氣流通道接觸面積大，熱交換充分，熱能利用率高。 進(jìn)一步，所述的燃燒催化劑和重整催化劑自上而下交替布置于所述分割導(dǎo)熱板上。 便于更換催化劑，所述的燃燒催化劑和重整催化劑負(fù)載于金屬網(wǎng)或箔片上，而前述金屬網(wǎng)或金屬箔片則置于所述分割導(dǎo)熱板上。 便于外接導(dǎo)管連接，所述的兩個徑向端口分別密封式連接有徑向接頭，所述的二
個軸向端口分別密封式設(shè)置有連接法蘭，而該連接法蘭上設(shè)置有軸向接頭。 所述的徑向接頭和軸向接頭可以采用卡套接頭、VCR接頭、NPT接頭或衛(wèi)生接頭。 所述的徑向接頭焊接于所述徑向端口上，而所述的連接法蘭通過螺栓可脫卸式設(shè)
于所述軸向端口上，便于更換催化劑，并且，所述連接法蘭與軸向端口之間設(shè)有耐高溫的密
封材料。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于反應(yīng)本體中同時填充了兩種催化劑，一種是重整催化劑，一種是燃燒催化劑，天然氣催化重整反應(yīng)和天然氣催化燃燒反應(yīng)同時進(jìn)行使得兩種反應(yīng)過程實現(xiàn)了熱耦合，完成熱交換；也正是這種熱耦合的實現(xiàn)，使得反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，效率高，便于微型化設(shè)計，整體具有良好的可安裝性和催化劑易更換性，應(yīng)用非常方便。


圖1為實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為反應(yīng)本體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為圖2中去除徑向端口和軸向端口后的放大圖。
圖4為分割導(dǎo)熱板放大示意圖。
圖5為蓋板的放大圖。 圖6為圖2中負(fù)載了催化劑的金屬箔片放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 實施例參考圖1、圖2和圖3，本實施例中的熱耦合天然氣重整器包括反應(yīng)本體l，反應(yīng)本體1具有彼此獨立的第一氣流通道和第二氣流通道。 反應(yīng)本體1內(nèi)由一截面為多折邊而呈"弓"形的分割導(dǎo)熱板7，該分割導(dǎo)熱板7將反應(yīng)本體1內(nèi)部分割成第一氣流通道和第二氣流通道，第一氣流通道和第二氣流通道均對應(yīng)設(shè)置有軸向端口 12、徑向端口 14和軸向端口 13、徑向端口 ll，并且，第一氣流通道內(nèi)布置有燃燒催化劑，第二氣流通道內(nèi)布置有重整催化劑。 軸向端口 12和軸向端口 13用于通氣和更換催化劑，徑向端口 11和徑向端口 14僅用于通氣，軸向端口 12與徑向端口 14相通，軸向端口 13與徑向端口 11相通(如圖2箭頭所示)。 分割導(dǎo)熱板7用于導(dǎo)熱交換，分割導(dǎo)熱板7長度方向的兩端分別設(shè)置有與軸向端口 12和軸向端口 13適配的蓋板5，而分割導(dǎo)熱板7的兩個通氣端口分別設(shè)于二個徑向通氣 端口一側(cè)并用蓋板5分割開(參考圖3所示)，蓋板5的作用是使得兩種流向流道間不會發(fā) 生串氣。 燃燒催化劑和重整催化劑自上而下交替布置于分割導(dǎo)熱板7上，燃燒催化劑和重 整催化劑負(fù)載于金屬箔片6上，金屬箔片6則置于分割導(dǎo)熱板上。具體地將負(fù)載天然氣重 整催化劑的金屬箔片6記為A，將負(fù)載天然氣燃燒催化劑的金屬箔片6記為B。從上到下或 者下到上以ABABAB. AB或者BABABA. BA或者ABABAB. A或者BABABA. B交替的方式 向流道中填充燃燒催化劑和重整催化劑。 徑向端口 11和徑向端口 14分別密封式連接有徑向接頭8，軸向端口 12和軸向端 口 13分別密封式設(shè)置有連接法蘭4，而連接法蘭4上設(shè)置有軸向接頭8。
軸向接頭8和徑向接頭3可以采用卡套接頭、VCR接頭、NPT接頭或衛(wèi)生接頭。
徑向接頭3焊接于徑向端口 ll和徑向端口 14上，連接法蘭4通過螺栓2可脫卸 式設(shè)于軸向端口 12和軸向端口 13上，連接法蘭4與軸向端口之間設(shè)有耐高溫的密封材料。
向裝有重整催化劑的第一流道的徑向端口 12通入天然氣和水蒸汽的混合氣，同 時向裝有燃燒催化劑的第二流道對應(yīng)的軸向端口 11通入天然氣和空氣或者氧氣的混合 氣。由于蒸汽重整過程是吸熱反應(yīng)，而催化燃燒過程是放熱反應(yīng)，因此通過反應(yīng)器本體1實 現(xiàn)了熱耦合。正是采用了這種熱耦合方式才使得反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，效率高。水蒸汽和天然 氣的混合氣在通過含有重整催化劑的流道后會變成以H2， CO為主要成分的混合氣，而這種 混合氣通入電池堆就不會造成電池堆性能的惡化。天然氣和空氣或者氧氣的混合氣通過含 有燃燒催化劑的流道后充分燃燒變成以水蒸汽和C02為主要成分的混合氣，這種混合氣或 者直接排空，或者通過熱交換器進(jìn)行余熱回收。
權(quán)利要求
一種熱耦合天然氣重整器，包括反應(yīng)本體，其特征在于所述的反應(yīng)本體具有彼此獨立的第一氣流通道和第二氣流通道，第一氣流通道和第二氣流通道各自均對應(yīng)設(shè)置有一軸向端口和一徑向端口，并且，前述第一氣流通道內(nèi)布置有燃燒催化劑，前述第二氣流通道內(nèi)布置有重整催化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱耦合天然氣重整器，其特在于所述的反應(yīng)本體內(nèi)由一截面 為多折邊而呈"弓"形的分割導(dǎo)熱板，該分割導(dǎo)熱板將所述反應(yīng)本體內(nèi)部分割成第一氣流 通道和第二氣流通道，該分割導(dǎo)熱板長度方向的兩端分別設(shè)置有與所述軸向端口適配的蓋 板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱耦合天然氣重整器，其特征在于所述的燃燒催化劑和重整 催化劑自上而下交替布置于所述分割導(dǎo)熱板上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱耦合天然氣重整器，其特征在于所述的燃燒催化劑和重整 催化劑負(fù)載于金屬網(wǎng)或箔片上，而前述金屬網(wǎng)或金屬箔片則置于所述分割導(dǎo)熱板上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的熱耦合天然氣重整器，其特征在于所述 的二個徑向端口分別密封式連接有徑向接頭，所述的二個軸向端口分別密封式設(shè)置有連接 法蘭，而該連接法蘭上設(shè)置有軸向接頭。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱耦合天然氣重整器，其特征在于所述的徑向接頭和軸向接 頭采用卡套接頭、VCR接頭、NPT接頭或衛(wèi)生接頭。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱耦合天然氣重整器，其特征在于所述的徑向接頭焊接于所 述徑向端口上，而所述的連接法蘭通過螺栓可脫卸式設(shè)于所述軸向端口上，并且，所述連接 法蘭與軸向端口之間設(shè)有耐高溫的密封材料。
全文摘要
一種熱耦合天然氣重整器，包括反應(yīng)本體，其特征在于所述的反應(yīng)本體具有彼此獨立的第一氣流通道和第二氣流通道，第一氣流通道和第二氣流通道各自均對應(yīng)設(shè)置有一軸向端口和一徑向端口，并且，前述第一氣流通道內(nèi)布置有燃燒催化劑，前述第二氣流通道內(nèi)布置有重整催化劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于天然氣催化重整反應(yīng)和天然氣催化燃燒反應(yīng)同時進(jìn)行使得兩種反應(yīng)過程實現(xiàn)了熱耦合，完成熱交換；也正是這種熱耦合的實現(xiàn)，使得反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，效率高，整體具有良好的可安裝性和催化劑易更換性，應(yīng)用非常方便。
文檔編號H01M8/06GK101771160SQ20081016395
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者沈圣成, 王蔚國, 程宏輝, 闕加雄 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所