一种天然气重整器的制作方法

1.本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种天然气重整器，用于天然气重整制备氢气。


背景技术：

2.燃料电池发电系统是一种将化学能转化为电能的装置，一般以氢气为燃料，而氢气则由天然气重整器所制取。因此，天然气重整器是燃料电池发电系统中的一个重要组成部分。在天然气重整器内，可进行天然气水蒸气重整制氢，天然气催化部分氧化制氢，天然气自热重整制氢等反应。
3.燃料电池发电系统所使用的富氢气体需要由重整制氢设备生成，制备氢气的反应为吸热反应，需要加热装置提供反应所需热量。现有的重整制氢设备主要以电加热方式提供热源，少部分使用化石燃料加热的重整制氢设备也需要持续从外部通入燃料，二者均未对电堆废气中的可燃组分及热量进行回收利用，无法利用电堆中的放热反应为重整反应提供热量来形成循环。
4.使用化石燃料加热的重整制氢设备多采用直接燃烧或催化燃烧的方式放热。但是这二种方式都具有缺陷：采用催化燃烧的重整制氢设备具有结构复杂、维护困难、成本高、升温慢以及启动时间长的缺陷；采用直接燃烧的重整制氢设备的燃烧器的结构庞大，具有点火困难、燃烧不稳定以及燃烧不完全等缺陷。
5.经查，现有专利号为cn202222548814.1的中国专利《一种固体氧化物燃料电池系统用燃料重整器》包括重整气加热腔、原料气进料腔以及重整气出气腔；重整气加热腔的一端与原料气进料腔连通，另一端与重整气出气腔连通；原料气进气通道与原料气进料腔连通；重整气出气通道与重整气出气腔连通；重整气加热腔内设置有高温烟气通过区域和原料气重整通道；原料气重整通道内部设置有用于重整反应的催化剂，原料气进料腔通过原料气重整通道与重整气出气腔相连通；高温烟气入口通道、高温烟气通过区域、高温烟气出口通道依次连通以使高温烟流经高温烟气通过区域与原料气重整通道进行热交换；重整气加热腔设置有用于延长高温烟气在高温烟气通过区域内流动行程的折流结构。该重整器通过设置折流结构来提高转换效率，但是折流结构比较复杂，成本高，且不易维护。
6.因此，需要提供一种用于sofc发电系统的天然气重整装置，以解决现有技术中的问题。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种结构设计合理、换热效率高的天然气重整器。
8.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种天然气重整器，包括壳体，其特征在于：所述壳体将内层和外层空间分隔成连通的燃烧室和重整室，重整管为多个倒u形管，分别呈环向间隔设置在重整室和燃烧室之间，燃烧室内设有热电偶，壳体的下部一侧设
有连通重整管进口的混合气进气管，壳体的下部另一侧设有连通重整管出口的重整气体出气管，壳体的上端一侧设有尾气出气管，壳体的下端还设有与燃烧室相连通的阴极气体进气管和阳极气体进气管。
9.作为优选，所述重整室在外层空间，燃烧室在内层空间，重整管呈环向均匀间隔设置。
10.作为改进，所述壳体包括同轴的外筒和内筒，内筒的上端低于外筒，内筒的下端伸出于外筒底部，外筒的上端设有上封板，内筒的下端设有下封板，外筒的下端与内筒外壁之间设有中封板，重整管呈倒u形设置，壳体内下部横向设有供重整管、热电偶定位的管板，重整管的一端穿过管板设置在内筒内、另一端设置在内筒与外筒之间，混合气进气管设置在内筒的下端右侧与重整管相连通，重整气体出气管设置在外筒的下端左侧，尾气出气管设置在外筒的上端右侧。
11.进一步，所述管板的上端中部竖直设有供热电偶插置定位的套管，套管的下端定位在管板上，热电偶插置在套管内，其上端穿过上封板伸出壳体外，热电偶与控制器相连接，管板的下端设有混合燃烧管，混合燃烧管穿过下封板伸出壳体外，阴极气体进气管和阳极气体进气管连接并构成混合燃烧管与壳体内的燃烧室相连通。
12.再进一步，所述混合气体进气管、阴极气体进气管、阳极气体进气管与壳体的连通处安装有气体分配板和过滤板，管板的下端对应与重整管的位置设有挡板和过滤板。
13.进一步，所述重整管内填充有用于重整反应的催化剂，催化剂的内径小于重整管内径1-6mm，在燃烧室和重整室内设置有多层、呈同轴心分布的铁铬铝网套，用于过滤和蓄热。
14.进一步，所述外筒的下部为扩径部，扩径部与外筒的外壁之间通过过渡板密封连接，管板和重整气体出气管均设置在扩径部。
15.进一步，所述重整气体出气管与过滤机构相连接，重整气体经过滤机构过滤除去粉尘颗粒后进入后续工艺流程。
16.最后，所述壳体的右侧凸设有尾气腔，尾气出气管设置在尾气腔的上部。
17.与现有技术相比，本发明的优点在于：重整管设计为u型管式，这样有效增加换热面积、使得换热效率更高，同时还降低了高度，使得流程变得简洁，安装更加方便；壳体设计为外筒和内筒，混合气体进气管与内筒相连，重整气体出气管、尾气出气管与外筒相连，并在进气管与壳体连接处设置气体分配板和过滤板，使得气体均匀进入各个重整管进行反应；重整室内中部设置燃烧室，并安装热电偶，有效监控催化剂层温度，防止超温；重整气体出气管连接过滤机构，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。本发明不仅结构设计合理、紧凑、轻巧，还安装方便，换热效率高，可用于燃料电池发电系统的天然气重整。
附图说明
18.图1为本发明实施例的结构示意图；
19.图2为图1的俯视图；
20.图3为图2沿a-a线的剖视图；
21.图4为本发明实施例的结构剖视图；
具体实施方式
22.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
23.如图1～4所示，一种天然气重整器，包括壳体1、设置在壳体1内的重整管2和热电偶3，壳体1内设有在外层空间的重整室2a和在内层空间的燃烧室2b并连通的，重整管2为多个u形管，分别呈环向均匀间隔设置在重整室2a和燃烧室2b之间，重整室2a以内中部设有燃烧室2b，热电偶3为二根，设置在燃烧室2b内，壳体1的下部右侧设有混合气进气管1a连通重整管2的进口，壳体1的下部左侧设有重整气体出气管1d连通重整管2的出口，壳体1的上端右侧设有尾气出气管1e连通尾气腔17，壳体1的下端还设有与燃烧室2b相连通的阴极气体进气管1b和阳极气体进气管1c。
24.具体结构为：壳体1包括同轴的外筒11和内筒12，内筒12的上端低于外筒11，内筒12的下端伸出于外筒11底部，外筒11的上端设有上封板13，内筒12的下端设有下封板14，外筒11的下端与内筒12外壁之间设有中封板15，重整管2呈倒u形设置，壳体1内下部横向设有供重整管2、热电偶3定位的管板4，重整管2的一端进口穿过管板4设置在内筒12内通过挡板6固定，内筒12的右侧下部连接有混合气进气管1a，从而使重整管2的进口和混合气进气管1a连通，重整管2的另一端设置在内筒12与外筒11之间，外筒11的左侧下部连接有整气体出气管1d，从而使重整管2的出口连通整气体出气管1d，这样混合气进气管1a设置在内筒12的下端右侧与重整室2a内重整管2相连通，重整气体出气管1d设置在外筒11的下端左侧与重整管2相连通，尾气出气管1e设置在外筒的上端右侧，与壳体内的尾气腔17连通。管板4的上端中部竖直设有供热电偶3插置定位的套管30，套管30的下端定位在管板4上，热电偶3插置在套管30内，其上端穿过上封板13伸出壳体1外，热电偶3与控制器相连接，热电偶3的作用是用于监控催化剂层温度，防止超温，利用热电偶3采集的温度反馈给控制器，根据控制器温度设定值，决定气体加热的启停，如果温度高于热电偶3预先设定值就停止继续加热，如果温度低于设定值，则启动加热工作。管板4的下端设有混合燃烧管10，混合燃烧管10的上端与燃烧室2b连通，混合燃烧管10穿过下封板14伸出壳体1外，阴极气体进气管1b和阳极气体进气管1c连接并构成了混合燃烧管10中与壳体1内的燃烧室2b相连通。
25.在混合气体进气管1a、阴极气体进气管1b、阳极气体进气1c管与壳体1的连通处安装有气体分配板和过滤板。重整管2内填充有用于重整反应的催化剂，催化剂的内径小于重整管2内径1-6mm，在燃烧室2b内设置有用于多层、呈同轴心分布的铁铬铝网套5，可以用于过滤和蓄热，在重整室2a内也可以设置呈同轴心分布的铁铬铝网套5。
26.外筒11的下部为扩径部，扩径部与外筒11的外壁之间通过过渡板16密封连接，部分管板6和重整气体出气管1d均设置在扩径部。重整气体出气管1d与过滤机构相连接，重整气体经过滤机构过滤除去粉尘颗粒后进入后续工艺流程。
27.壳体1的右侧凸设有尾气腔17，尾气出气管1e设置在尾气腔17的上部。
28.工作原理是这样的：
29.通过将反应气流从进气管进入经气体分配板将气流均匀分配后进入壳体1，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、h 2
o、co 2
、h2气体，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。
30.由于本实施例的重整管2设计为倒u型管式，大大增加换热面积、换热效率更高，减小高度，流程变得简洁，安装方便，结构轻巧。
31.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种天然气重整器，包括壳体，其特征在于：所述壳体将内层和外层空间分隔成连通的燃烧室和重整室，重整管为多个倒u形管，分别呈环向间隔设置在重整室和燃烧室之间，燃烧室内设有热电偶，壳体的下部一侧设有连通重整管进口的混合气进气管，壳体的下部另一侧设有连通重整管出口的重整气体出气管，壳体的上端一侧设有尾气出气管，壳体的下端还设有与燃烧室相连通的阴极气体进气管和阳极气体进气管。2.根据权利要求1所述的天然气重整器，其特征在于：所述重整室在外层空间，燃烧室在内层空间，重整管呈环向均匀间隔设置。3.根据权利要求2所述的天然气重整器，其特征在于：所述壳体包括同轴的外筒和内筒，内筒的上端低于外筒，内筒的下端伸出于外筒底部，外筒的上端设有上封板，内筒的下端设有下封板，外筒的下端与内筒外壁之间设有中封板，重整管呈倒u形设置，壳体内下部横向设有供重整管、热电偶定位的管板，重整管的一端穿过管板设置在内筒内、另一端设置在内筒与外筒之间，混合气进气管设置在内筒的下端右侧与重整管相连通，重整气体出气管设置在外筒的下端左侧，尾气出气管设置在外筒的上端右侧。4.根据权利要求3所述的天然气重整器，其特征在于：所述管板的上端中部竖直设有供热电偶插置定位的套管，套管的下端定位在管板上，热电偶插置在套管内，其上端穿过上封板伸出壳体外，热电偶与控制器相连接，管板的下端设有混合燃烧管，混合燃烧管穿过下封板伸出壳体外，阴极气体进气管和阳极气体进气管连接并构成混合燃烧管与壳体内的燃烧室相连通。5.根据权利要求4所述的天然气重整器，其特征在于：所述混合气体进气管、阴极气体进气管、阳极气体进气管与壳体的连通处安装有气体分配板和过滤板，管板的下端对应与重整管的位置设有挡板和过滤板。6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的天然气重整器，其特征在于：所述重整管内填充有用于重整反应的催化剂，催化剂的内径小于重整管内径1-6mm，在燃烧室和重整室内设置有多层、呈同轴心分布的铁铬铝网套，用于过滤和蓄热。7.根据权利要求3至5任一权利要求所述的天然气重整器，其特征在于：所述外筒的下部为扩径部，扩径部与外筒的外壁之间通过过渡板密封连接，部分管板和重整气体出气管均设置在扩径部。8.根据权利要求2至5任一权利要求所述的天然气重整器，其特征在于：所述重整气体出气管与过滤机构相连接，重整气体经过滤机构过滤除去粉尘颗粒后进入后续工艺流程。9.根据权利要求2至5任一权利要求所述的天然气重整器，其特征在于：所述壳体的右侧凸设有尾气腔，尾气出气管设置在尾气腔的上部。

技术总结
一种天然气重整器，包括壳体，其特征在于：所述壳体将内层和外层空间分隔成连通的燃烧室和重整室，重整管为多个倒U形管，分别呈环向间隔设置在重整室和燃烧室之间，燃烧室内设有热电偶，壳体的下部一侧设有连通重整管进口的混合气进气管，壳体的下部另一侧设有连通重整管出口的重整气体出气管，壳体的上端一侧设有尾气出气管，壳体的下端还设有与燃烧室相连通的阴极气体进气管和阳极气体进气管。本发明不仅结构设计合理、紧凑、轻巧，还安装方便，换热效率高，可用于燃料电池发电系统的天然气重整。整。整。


技术研发人员：陈涛 李淇 陆涵 杜琳琳 罗庆林 姜松林 陈俊杰 魏勇 何长荣 王蔚国 杨光 刘建辉 孟伟
受保护的技术使用者：深圳市燃气集团股份有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/6