[发明专利]一种用于固体氧化物燃料电池的催化重整装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化重整装置，特别是用于固体氧化物燃料电池系统的密集型催化重整装置。

背景技术

目前应建设能源节约型、环境友好型社会的紧迫性，氢能将是人类未来的能源，而燃料电池是利用氢能的最好方式。在工业上的蒸汽重整制氢技术已相当成熟，大规模重整系统由许多管状反应器组成，反应器中装填有球状催化剂，操作温度在850℃以上，压力超过25bar，反应器长12m，需要用昂贵的合金钢来制造，以承受高温和还原气体的环境。这种大规模制氢技术并不能满足燃料电池系统紧凑、小型化的要求，如果简单缩小成熟的大型制氢工艺的设计参数是行不通的，需要针对燃料电池系统氢需求量少的特点，设计出特殊可行的重整装置。

在重整燃料中，天然气易得、清洁、处理过程比较简单；在所有燃料电池中，固体氧化物燃料电池的工作温度比较高，可直接利用天然气等碳氢化合物燃料进行重整。蒸汽重整反应是吸热反应，需要一个启动燃烧室将重整催化剂预热到一定的温度，使天然气能够发生重整反应。重整后的气体可以不需像质子交换膜燃料电池和磷酸燃料电池、磷酸燃料电池以及碱性燃料电池脱除一氧化碳，一氧化碳也可以作为燃料，省去了一氧化碳转化二氧化碳的高温和低温转换装置，简化了系统。高温的重整气体无需像其他燃料电池降温后进入燃料电池电极，可以充分利用热量。另外电池堆电化学反应产生的热量可以供给重整装置进行重整，如此正常运行后可以维系重整器的运行，从而可以关闭启动燃烧室，这样能量利用率大大提高。因此开发一种以天然气等碳氢化合物为燃料的用于固体氧化物燃料电池的密集型重整器至关重要。

WO00/63114号公报中所提供重整装置的一例，该重整装置散热损耗相对小，并可以高效率地加以形成的优点，但是，由于该重整装置是由多个圆筒构成的多层结构，所以存在结构复杂的问题。CN1941483A专利中，该重整器点火器和重整反应器做成一体，虽然结构紧凑，但是重整反应器不可拆卸，给更新催化剂及清洁工作造成困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有重整器结构复杂且不够小型化、不可拆卸、设备投资大等问题，而提供一种具有结构简单、小型化、易于实现的用于固体氧化物燃料电池的催化重整装置，在固体氧化物燃料电池系统，当重整器被启动燃烧室正常启动后，充分利用固体氧化物燃料电池的尾气余热，可终止启动燃烧室，实现反应系统自供热，又能解决能耗高、效率低的问题，本发明在小规模制氢更能体现其生产能力强的特点，可明显降低小规模制氢装置投资和制氢成本。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于固体氧化物燃料电池的催化重整装置，其特征在于启动燃烧室通过管道与重整器连接在一起或者直接将启动燃烧室与重整器紧靠地组装连接在一起，启动燃烧室输出高温烟气给重整器提供燃料气和水蒸汽催化重整所需要的热量。

作为改进，所述的启动燃烧室包括燃料进口、空气进口，预冷空气进口，冷空气引射孔，燃烧室混合室、中混室膨胀腔、终混室、燃烧火焰盘、烟道出口、防爆开关，双层套管结构的里管外端与燃料进口连通，外管外端与空气进口连通，双层套管里端部与燃烧混合室中的燃烧火焰盘连通，从而使燃料燃烧产生烟气，并喷射到紧靠的中混室膨胀腔，在中混室膨胀腔侧面扩张段布满冷空气的引射孔，引射孔与侧面的预冷空气进口连通，中混室膨胀腔经过终混室与烟道出口连通，终混室的侧部连接有防爆开关。这样只要控制好天然气和氧气的流量，调节好天然气和氧气的比例，点火器点燃和燃烧天然气，产生天然气和水蒸气重整反应所需热量，同时为了防止燃烧室成为高压容器等危险情况发生，设置了防爆开关，保证安全可靠运行，使具有一定热能的烟气通过管道输送到重整器热气态介质入口。