[发明专利]用于燃料重整器的混合装置、燃料重整器以及用于将碳氢燃料转化为富氢气体的方法有效

专利信息
申请号: 200980160640.6 申请日: 2009-07-23
公开(公告)号: CN102612484A 公开(公告)日: 2012-07-25
发明(设计)人: 安德斯·卡尔森 申请(专利权)人: 瑞典电池公司
主分类号: C01B3/38 分类号: C01B3/38;B01J8/02;F01N3/20;H01M8/06
代理公司: 中原信达知识产权代理有限责任公司 11219 代理人: 陆弋;王伟
地址: 瑞典*** 国省代码: 瑞典;SE
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摘要:
搜索关键词: 用于 燃料 重整 混合 装置 以及 碳氢 转化 氢气 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及:用于燃料重整器的混合装置;包括这种混合装置的、用于将碳氢燃料转化为用于燃料电池和/或排气处理应用的富氢气体的燃料重整器;以及用于使用该燃料重整器将碳氢燃料转化为富氢气体的方法。

背景技术

在现有技术中,众所周知的是,通过对诸如汽油或碳氢燃料等的碳氢燃料进行重整来产生富氢气体,以用在运输装置的燃料电池中。传统上,氢在大型工业设施中产生,然后被储存并装载在运输装置上。近来对小型车载氢源(所谓的燃料重整器)的开发提供了在无需储存氢的情况下、按需生产氢的可能性。

通常,存在有三种已知的将气态或液态碳氢燃料转化为氢的方法:催化蒸汽重整、部分氧化重整和自热重整。在所有已知的方法中,两种流体(即碳氢燃料和诸如蒸汽、空气或水等的氧化剂)相互混合并供给到布置于燃料重整器的反应室内的催化剂。

在催化蒸汽重整过程中,蒸汽和碳氢燃料的混合物在高温下(典型地在700℃至1000℃之间)暴露于适当的催化剂,例如镍。该反应是高度吸热的,且需要外部热源和蒸汽源。

在部分氧化重整过程中,优选在存在有催化剂的情况下,将碳氢燃料和含氧气体(例如环境空气)的混合物作为进料气体供应到反应室内。所使用的催化剂一般由贵金属或镍制成,并且其温度典型地在700℃至1700℃之间。该反应是高度放热的,而且,一旦开始该反应,就会生成足够的热以实现自维持。为了促进氧化反应,需要降低反应室内的温度变化。

自热重整过程是蒸汽重整和部分氧化重整的组合。来自部分氧化重整的废热用于对吸热的蒸汽重整反应进行加热。

所有重整过程的天然副产物都是一氧化碳和二氧化碳。但是,因为碳氢燃料未被设计为用于生成氢的进料物质,所以也存在其他的副产物,例如硫。对于燃料电池来说,这些副产物可能是有害的,因此,应该通过随后的步骤将这些副产物移除到燃料重整器的外部。另外,如果反应室内的混合不良,则碳氢燃料(尤其是柴油)可能产生作为催化剂内的副产物的碳烟。对于燃料电池来说,碳烟微粒又是非常有害的,因此必须注意避免在燃料重整器中形成碳烟。

从现有技术的US6,770,106中已知一种用于对进料气体进行重整的部分氧化燃料重整器,该进料气体包含碳氢化合物或甲烷、氧、以及水,其中,通过用进料气体的通道覆盖反应室来实现温度变化的减小,该进料气体被反应室内的反应热加热,并因此将反应室隔热。因此,可减小反应室内的温度变化。为了加热进料气体,可通过热交换器来回收该反应热。

另外,已经发现,进料气体到富氢气体的成功而有效的转化取决于流体或反应剂的成功混合,即取决于碳氢燃料和氧化剂的成功混合。已知的现有技术的缺点是:由于反应剂的混合在另外的布置于外部的混合器内进行,所以不能在燃料重整器的反应室内无燃料凝结的情况下提供碳氢燃料和氧化剂的、完美的雾化或汽化。

为了解决此问题,在现有技术中例如已经提出了:将碳氢燃料和氧化剂在反应室内混合,并且优选地,甚至通过预热要与燃料混合的流入空气流或通过预热用于接收燃料喷雾的反应室表面来汽化所喷射的碳氢燃料。在提供所喷射的碳氢燃料的、可靠的完全汽化以及碳氢燃料和氧化剂的均匀混合方面,现有技术的解决方案都不是完全成功的。碳氢燃料和氧化剂的混合过程中出现的主要问题是提供两种流体在气态下的均匀混合,其中所述流体中的至少一种流体(尤其是碳氢燃料)被以其液相状态提供。

在现有技术中实现的上述混合的另一个缺点是产生了流体流的再循环。当通过将碳氢燃料和/或氧化剂喷射到反应室内而提供的流体流撞击到反应室内布置的催化剂并从该催化剂被推回时,就生成了这种再循环。这种再循环甚至可能产生通过流体入口的流体回流。

发明内容

因此,本发明的目的是提供一种用于燃料重整器的混合装置、燃料重整器、以及用于将碳氢燃料转化为富氢气体的方法,其中提供了反应剂的更高程度的均匀混合并且减少了再循环。

通过根据权利要求1所述的混合装置、根据权利要求12所述的燃料重整器、以及根据权利要求21所述的方法,实现了上述目的。

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