[發(fā)明專利]一氧化碳氧化裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580065802.3
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN107107009B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·艾頓格;F·吉雷利;I·托特福斯
• 申請（專利權(quán)）人: 瑞典電池公司
• 主分類號: B01J8/00
• 分類號: B01J8/00;B01J8/02;B01F3/02;B01F5/04;B01F5/06;C01B3/58
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

本發(fā)明公開了一種一氧化碳氧化裝置(1)，用于氧化富氫重整氣體(B)中包含的一氧化碳，其中氧化裝置(1)包括殼體(2)，所述殼體(2)包含氧化催化劑(8)，其適于通過氧化劑(A)將重整氣體(B)的一氧化碳氧化成二氧化碳，所述殼體(2)包括催化劑(8)上游的用于將至少所述重整氣體(B)的氣流(B；C)提供到所述殼體(2)中的至少一個(gè)氣體入口(4)，所述殼體(2)包括催化劑(8)下游的用于將經(jīng)處理的氣體從所述殼體(2)排出的氣體出口(6)，所述殼體(2)還包括布置在所述催化劑(8)的上游并且適于在所述氣流中提供擾動的氣流擾動裝置(10)，其中所述氣流擾動裝置(10)被設(shè)計(jì)為至少一個(gè)螺旋槳形板(14)，其帶有板部分(15)和至少一個(gè)葉片(16)，所述板部分(15)具有面向氣流的表面，葉片(16)連接到板部分(15)并且具有前緣(20)和流出物邊緣(22)，其中限定在前緣(20)和流出物邊緣(22)之間的表面相對于板部分(15)的表面以預(yù)定的葉片傾斜角(α)傾斜，從而限定在板中的至少一個(gè)開口(24)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一氧化碳氧化裝置。

背景技術(shù)

燃料電池電化學(xué)地從外部提供的反應(yīng)物產(chǎn)生電力。具體地，氫氣通常用作燃料，并被供應(yīng)到燃料電池陽極。氧氣或空氣用作氧化劑，并被供應(yīng)到燃料電池陰極。氫氣可以儲存在氫氣存儲器中，但是對于移動應(yīng)用，已經(jīng)證明可以從液體烴燃料產(chǎn)生氫氣，例如從燃料重整器(fuel reformer)中的柴油。不幸地，離開燃料重整器的富氫重整氣體含有顯著量的一氧化碳，該一氧化碳對燃料電池中使用的催化劑有毒，因此必須將其去除或至少降低至非常低的濃度。

已知通過在位于重整器下游的一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的變換反應(yīng)器中通常發(fā)生的所謂“水煤氣變換”反應(yīng)，可以減少重整產(chǎn)物一氧化碳含量。在水煤氣變換反應(yīng)中，水(即蒸汽)根據(jù)以下理想的放熱轉(zhuǎn)變反應(yīng)與重整產(chǎn)物中的一氧化碳反應(yīng)：

CO+H₂O-CO₂+H₂

另外，已知布置兩個(gè)串聯(lián)的水煤氣變換反應(yīng)器，其中第一變換反應(yīng)器是高溫絕熱的變換反應(yīng)器，在其中重整產(chǎn)物在第一溫度下進(jìn)入重整器并在稍高的溫度下將其排出。此后，將重整產(chǎn)物冷卻并進(jìn)入第二變換反應(yīng)器，該反應(yīng)器是等溫低溫變換反應(yīng)器，在其中重整產(chǎn)物的入口和出口溫度基本上相同。這些變換反應(yīng)器通常包括含有催化劑床的殼體，重整產(chǎn)物流過該催化劑床，并且可以加入另外的蒸汽，或者其中使用包含在重整氣體中的蒸汽。

另外或替代地，已知使用至少一種優(yōu)選氧化反應(yīng)器(PrOx)，其中富氫重整產(chǎn)物的一氧化碳含量在低于280℃的溫度下選擇性地與空氣反應(yīng)。因此，為了在不使燃料電池催化劑中毒的情況下在燃料電池中使用重整產(chǎn)物，可以將重整產(chǎn)物中的一氧化碳濃度降低至低于0.00005摩爾分?jǐn)?shù)的期望量。在PrOx反應(yīng)器中，空氣優(yōu)先在氫氣的存在下氧化一氧化碳，但不消耗/氧化大量的氫氣。PrOx反應(yīng)是放熱的并進(jìn)行如下：

CO+1/2O₂-CO₂

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)并且一氧化碳水平足夠低時(shí)，將PrOx反應(yīng)器流出物供應(yīng)到燃料電池。在一氧化碳水平足夠低之前，PrOx流出物在燃料電池周圍分流，以便暫時(shí)在系統(tǒng)的其他地方使用。

在所有上述系統(tǒng)中，一氧化碳氧化的效率取決于重整氣體和氧化劑(即空氣或蒸汽)的氣體混合物的均勻性。此外，期望由于過量的氧氣或蒸汽與氫氣反應(yīng)而使氧化劑的添加最小化，因此降低了可用于燃料電池的富氫氣體中的氫氣量。另外，已經(jīng)證明，特別是在已知的水煤氣變換反應(yīng)器中，在反應(yīng)器的橫截面上，溫度分布應(yīng)盡可能恒定以建立最大效率。