[發明專利]燃料處理方法和系統

無效

• 申請號: 200610143780.0
• 申請日: 2006-09-27
• 公開（公告）號: CN101154741A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發明（設計）人: J·B·漢森;S·達爾
• 申請（專利權）人: 赫多特普索化工設備公司
• 主分類號: H01M8/06
• 分類號: H01M8/06;H01M8/04;H01M8/10;H01M8/24;H01M8/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 關立新;范赤

本發明涉及一種含乙醇的液體燃料的處理方法，和實施該燃料處理方法的系統。

背景技術

乙醇作為一種有吸引力的燃料可用于將加熱和發電裝置結合的SOFC，例如這類設備可用作卡車和船舶用輔助動力單元。在這類設備中潛在的燃料處理步驟最終可以是非常簡單的乙醇汽化處理，和注入SOFC的陽極室中。

然而，這種方法可能導致很多問題和缺陷：

Saunders，G.J.等人(制備SOFC用液態碳氫燃料(Formulating?liquidhydrocarbon?fuels?for?SOFCs)，第23-26頁，Journal?of?Power?Sources第131卷，第1-2章，第1-367頁(2004年5月14日))表明常規情況下干燥乙醇在使用最活潑的Ni-陶瓷作為陽極材料的SOFC陽極室中，極易炭化，導致運行數小時后SOFC失活。眾所周知，在使乙醇與水蒸汽作用的水蒸汽重整條件下，極難避免乙醇在含Ni催化劑上炭化。其原因是乙醇脫水形成乙烯，而后乙烯聚合，如反應[1]所示：

CH₃CH₂OH→CH₂CH₂→-[CH₂-CH₂]_n-→C_2nH_2(n-m)+mH₂????[1]

由乙醇重整催化劑導致的焦化問題記載在例如Haga等人Nippon?KagakuKaishi，33-6(1997)和Freni等人React.Kinet.Catal.Lett.71，第143-52頁(2000)。由此在陽極室終通過添加水的乙醇重整(內部重整)，并不是一種緩解炭化問題的簡單方法。

在水蒸汽重整催化劑上和SOFC設備中，炭化也會按照下述可逆反應發生。

CH₄C+2H₂(-ΔH₂₉₈＝-74.9kJ/mol)?????????????[2]

2COC+CO₂(-ΔH₂₉₈＝172.4kJ/mol)??????????????[3]

反應[3]是已知的Boudouard反應。乙醇按照反應[4]分解成CO

CH₃CH₂OHCO+H₂+CH₄(-ΔH₂₉₈＝-51,3kJ/mol)????[4]

由于CO非常活潑，因此知曉不會導致反應[3]發生的溫度和氣體組成范圍很重要。這可以采用“the?principle?of?the?equilibrated?gas”，假定甲烷化/水蒸汽重整(反應[5])和移位反應(反應[6])均達到平衡來研究，正如由Nielsen，J.R.(Catalytic?Steam?Reforming，Springer?Verlag，Berlin?1984)所進一步描述的。

CH₄+2H₂OCO₂+4H₂(-ΔH₂₉₈＝-165.0kJ/mol)????[5]

CO+H₂OCO₂+H₂(-ΔH₂₉₈＝41.2kJ/mol)?????????[6]

Sasaki，K.和Teraoka，Y.(Equilibria?in?Fuel?Cell?Gases--Solid?Oxide?Fuel?CellVIII(SOFC?VIII)第2003-07卷，第1225-1239頁)已經研究了避免炭化所需要的用水量。

與使用甲烷相比，在SOFC中使用乙醇作為直接燃料的另外的不足是在水蒸汽重整該燃料時涉及的反應熱。甲烷的水蒸汽重整在反應[5]中給出，而乙醇的重整反應記載于反應[7]中：

CH₄+2H₂OCO₂+4H₂(-ΔH₁₀₂₃＝-191.4kJ/mol)?????????[5]