[發(fā)明專利]用于燃料重整器的混合裝置、燃料重整器以及用于將碳氫燃料轉化為富氫氣體的方法

有效

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• 申請日: 2009-07-23
• 公開（公告）號: CN102612484A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 安德斯·卡爾森
• 申請（專利權）人: 瑞典電池公司
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38;B01J8/02;F01N3/20;H01M8/06
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陸弋;王偉

技術領域

本發(fā)明涉及：用于燃料重整器的混合裝置；包括這種混合裝置的、用于將碳氫燃料轉化為用于燃料電池和/或排氣處理應用的富氫氣體的燃料重整器；以及用于使用該燃料重整器將碳氫燃料轉化為富氫氣體的方法。

背景技術

在現(xiàn)有技術中，眾所周知的是，通過對諸如汽油或碳氫燃料等的碳氫燃料進行重整來產(chǎn)生富氫氣體，以用在運輸裝置的燃料電池中。傳統(tǒng)上，氫在大型工業(yè)設施中產(chǎn)生，然后被儲存并裝載在運輸裝置上。近來對小型車載氫源(所謂的燃料重整器)的開發(fā)提供了在無需儲存氫的情況下、按需生產(chǎn)氫的可能性。

通常，存在有三種已知的將氣態(tài)或液態(tài)碳氫燃料轉化為氫的方法：催化蒸汽重整、部分氧化重整和自熱重整。在所有已知的方法中，兩種流體(即碳氫燃料和諸如蒸汽、空氣或水等的氧化劑)相互混合并供給到布置于燃料重整器的反應室內的催化劑。

在催化蒸汽重整過程中，蒸汽和碳氫燃料的混合物在高溫下(典型地在700℃至1000℃之間)暴露于適當?shù)拇呋瘎珂嚒Ｔ摲磻歉叨任鼰岬模倚枰獠繜嵩春驼羝础?/p>

在部分氧化重整過程中，優(yōu)選在存在有催化劑的情況下，將碳氫燃料和含氧氣體(例如環(huán)境空氣)的混合物作為進料氣體供應到反應室內。所使用的催化劑一般由貴金屬或鎳制成，并且其溫度典型地在700℃至1700℃之間。該反應是高度放熱的，而且，一旦開始該反應，就會生成足夠的熱以實現(xiàn)自維持。為了促進氧化反應，需要降低反應室內的溫度變化。

自熱重整過程是蒸汽重整和部分氧化重整的組合。來自部分氧化重整的廢熱用于對吸熱的蒸汽重整反應進行加熱。

所有重整過程的天然副產(chǎn)物都是一氧化碳和二氧化碳。但是，因為碳氫燃料未被設計為用于生成氫的進料物質，所以也存在其他的副產(chǎn)物，例如硫。對于燃料電池來說，這些副產(chǎn)物可能是有害的，因此，應該通過隨后的步驟將這些副產(chǎn)物移除到燃料重整器的外部。另外，如果反應室內的混合不良，則碳氫燃料(尤其是柴油)可能產(chǎn)生作為催化劑內的副產(chǎn)物的碳煙。對于燃料電池來說，碳煙微粒又是非常有害的，因此必須注意避免在燃料重整器中形成碳煙。

從現(xiàn)有技術的US6,770,106中已知一種用于對進料氣體進行重整的部分氧化燃料重整器，該進料氣體包含碳氫化合物或甲烷、氧、以及水，其中，通過用進料氣體的通道覆蓋反應室來實現(xiàn)溫度變化的減小，該進料氣體被反應室內的反應熱加熱，并因此將反應室隔熱。因此，可減小反應室內的溫度變化。為了加熱進料氣體，可通過熱交換器來回收該反應熱。

另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，進料氣體到富氫氣體的成功而有效的轉化取決于流體或反應劑的成功混合，即取決于碳氫燃料和氧化劑的成功混合。已知的現(xiàn)有技術的缺點是：由于反應劑的混合在另外的布置于外部的混合器內進行，所以不能在燃料重整器的反應室內無燃料凝結的情況下提供碳氫燃料和氧化劑的、完美的霧化或汽化。

為了解決此問題，在現(xiàn)有技術中例如已經(jīng)提出了：將碳氫燃料和氧化劑在反應室內混合，并且優(yōu)選地，甚至通過預熱要與燃料混合的流入空氣流或通過預熱用于接收燃料噴霧的反應室表面來汽化所噴射的碳氫燃料。在提供所噴射的碳氫燃料的、可靠的完全汽化以及碳氫燃料和氧化劑的均勻混合方面，現(xiàn)有技術的解決方案都不是完全成功的。碳氫燃料和氧化劑的混合過程中出現(xiàn)的主要問題是提供兩種流體在氣態(tài)下的均勻混合，其中所述流體中的至少一種流體(尤其是碳氫燃料)被以其液相狀態(tài)提供。

在現(xiàn)有技術中實現(xiàn)的上述混合的另一個缺點是產(chǎn)生了流體流的再循環(huán)。當通過將碳氫燃料和/或氧化劑噴射到反應室內而提供的流體流撞擊到反應室內布置的催化劑并從該催化劑被推回時，就生成了這種再循環(huán)。這種再循環(huán)甚至可能產(chǎn)生通過流體入口的流體回流。

發(fā)明內容

因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于燃料重整器的混合裝置、燃料重整器、以及用于將碳氫燃料轉化為富氫氣體的方法，其中提供了反應劑的更高程度的均勻混合并且減少了再循環(huán)。

通過根據(jù)權利要求1所述的混合裝置、根據(jù)權利要求12所述的燃料重整器、以及根據(jù)權利要求21所述的方法，實現(xiàn)了上述目的。