专利名称：一种用于固体氧化物燃料电池的天然气裂解反应器的利记博彩app
技术领域：
本发明提出一种用于固体氧化物燃料电池的天然气裂解反应器，具体地说，是用于燃料气生产的中小型反应器，该燃料气用于固体氧化物燃料电池。
背景技术：
天然气裂解反应器生产的燃料气主要成分即合成气。生产合成气的反应器及方法是人们所熟知的。早期的天然气转化制合成气大多采用非催化部分氧化工艺，后来逐步被水蒸气转化工艺取代，由于蒸汽转化工艺的能耗较大，又发展了联合自供热转化工艺及催化部分氧化工艺，而催化部分氧化仍未应用于大规模的工业的生产。
固体氧化物燃料电池(SOFC)是第四代燃料电池，合成气作为燃料气直接应用于SOFC是可行的。鉴于SOFC的燃料特点和高温条件，燃料气在高温情况下直接进入SOFC负极。但是蒸汽重整需要大量能耗提供蒸汽和供给反应吸热，且产品气中有大量水蒸气，进入SOFC负极会影响电极性能及电池效率。自供热重整气中亦有大量的水蒸气。非催化部分氧化的反应温度很高，对反应器材质要求苛刻。催化部分氧化是温和的放热反应，催化部分氧化制富氢燃料气，与其相比效率高，能耗低，具有明显的经济和社会效益。
发明内容
本发明提出一种可以满足中小型中温固体氧化物燃料电池燃气需求的反应器。该反应器的特点是列管式(多根管)，保持管内径向温度一致。本发明的另一特点是电加热启动。反应达到稳态后停止电加热，依靠反应的自身放热，使得反应继续进行。
本发明主要由反应炉支架1、接线柱2、反应列管3、热电偶4、左封头5、右封头6、原料进气口9、产品出气口10、绝热材料12、内筒体13、外筒体14、左侧小管板15、左侧大管板16、右侧小管板17、右侧大管板18组成，其中应炉支架1通过焊接与反应器外筒体14连接，用于支撑反应器，并放置于实验台上。反应列管3左端与反应器左侧小管板15浮动连接，与左侧大管板16固定连接； 反应列管3右端与反应器的右侧小管板17浮动连接，与右侧大管板18固定连接，反应列管3的高温加热区11内填装催化剂，用作催化部分氧化反应。电加热丝埋于内筒体13内，用于给反应列管3加热，其缠绕的长度比高温加热区11稍长，电热丝由位于反应器的外筒体14右下端的接线柱2引出，外接温度控制器，热电偶4安装在反应器的外筒体14的上方中间部位，用于测定温度，热电偶4直接测定的温度为列管表面温度，由于管内径较小，可忽略径向温差，测得温度即为管内催化剂床层温度，原料气进口9安装在左封头5的中心部位，产品气出口10安装在右封头6的中心部位，左封头5和右封头6与反应器的外筒体14通过法兰密封连接，形成左气室7]和右气室8，绝热材料12具有良好的绝热效果，可使反应器表面温度低于100℃。反应列管3在内筒体13内成正三角形排列。反应炉支架1成鞍型，两个接线柱2焊接于外筒体14上，分别是由内筒体13引出的电热丝的正极和负极，两接线柱2外接于外电源的正负极。
下面详细叙述本发明工作原理以天然气为例，进入反应器前，天然气首先与氧气混合。启动反应器，程序升温控制反应器温度到500℃左右时，向反应器中通入天然气氧气混合燃料气，反应器继续升温至700℃。混合燃料气由原料气进口9进入左气室7，再进入反应管3，可经过一段从左侧大管板16到高温加热区11的预热进入反应区。在高温加热区11内，混合燃料气在催化剂上发生部分氧化反应，该反应为放热反应。产品气经右气室8由右封头6上的产品气出口10引出，进入SOFC的负极。待反应进行一段时间稳定后，停止电加热，反应本身放出的热量使得反应继续进行。
本发明的主要优点是采用埋入式电热丝真空成型加热器给列管整体加热，且温度布控均匀，热电偶测温自动控制。加热区长短可根据原料气组成及合成气用量确定。对于同一种原料，操作条件不变时，改变催化剂的用量，可改变燃气产量。原料转化率及产气量因催化剂的不同而不同。
图1为本发明原理结构图。
图2为图1沿I-I线的剖面图。
图3为图1沿II-II线的的左视图。
具体实施例方式根据千瓦级中温固体氧化物燃料电池需要的燃气量，以天然气为原料，以需要燃气的最大量(10L/min H2+CO)；产率最低量(甲烷转化率80％，H2、CO选择性分别为90％和85％)为条件进行工艺设计确定反应器的工艺尺寸，炉管总长为550mm，加热区150mm，排列7根管，内径为8mm，外径10mm。列管材质选用具有抗氧化性和抗CH4、H2、CO腐蚀性的Cr25Ni20。
生产试验中增加催化剂的用量，或改变催化剂性能，即可增加产气量。满足固体氧化物燃料电池放大的需要。该反应器生产的燃料气，可以使千瓦级中温固体氧化物燃料电池稳定运行1000h，其电池效率均在70％以上。
权利要求
1.一种用于固体氧化物燃料电池的天然气裂解反应器，其特征在于主要由反应炉支架[1]、接线柱[2]、反应列管[3]、热电偶[4]左封头[5]、右封头[6]、原料进气口[9]、产品出气口[10]、绝热材料[12]、内筒体[13]、外筒体[14]、左侧小管板[15]、左侧大管板[16]、右侧小管板[17]、右侧大管板[18]组成，其中反应炉支架[1]通过焊接与反应器外筒体[14]连接，用于支撑反应器，并放置于实验台上，反应列管[3]左端与反应器左侧小管板[15]浮动连接，与左侧大管板[16]固定连接，反应列管[3]的右端与反应器的右侧小管板[17]浮动连接，与右侧大管板[18]固定连接，在反应列管[3]的高温加热区[11]内填装催化剂，电加热丝埋于内筒体[13]内，用于给反应列管[3]加热，其缠绕的长度比高温加热区[11]稍长，电热丝由位于反应器的外筒体[14]左下端的接线柱[2]引出，外接温度控制器，热电偶[4]安装在反应器外筒体[14]上方的中间部位，原料气进口[9]安装在左封头[5]的中心部位，产品气出口[10]安装在右封头[6]的中心部位，左封头[5]和右封头[6]与反应器的外筒体[14]通过法兰密封连接，形成左气室[7]和右气室[8]，反应列管[3]在内筒体[13]内成正三角形排列，反应炉支架[1]成鞍型，两个接线柱[2]焊接于外筒体[14]上，分别是由内筒体[13]引出的电热丝的正极和负极，两接线柱[2]外接于外电源的正负极。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于反应列管[3]为若干根。
全文摘要
本发明提出一种用于固体氧化物燃料电池的天然气裂解反应器，该反应器是用于燃料气生产的中小型反应器。本发明反应炉支架安装在反应器外筒体的下方，反应列管位于反应器中间部位，两端分别与左侧大小管板和右侧大小管板相连接，左右封头分别与外筒体通过法兰密封连接，原料进气口安装在左封头上，产品出气口安装在右封头上。本发明采用埋入式电热丝真空成型，具有反应器内温场均匀，操作简便，投资费用少，易于放大等优点。本发明适用于多种石化燃料重整制备合成气，原料可采用甲烷、天然气、裂化石油气等，为千瓦级中温固体氧化物燃料电池提供燃料气。
文档编号H01M8/22GK1663908SQ20041001359
公开日2005年9月7日 申请日期2004年3月3日 优先权日2004年3月3日
发明者孙克宁, 乔金硕, 周宏余, 方杰 申请人:哈尔滨工业大学