專利名稱：自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其具有在蒸汽和氧氣存在下能夠?qū)⒃蠚庾匝趸⒅卣a(chǎn)生富氫重整氣的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上已知的產(chǎn)生富氫重整氣的系統(tǒng)是在蒸汽重整催化劑存在下將包括烴如甲烷、脂族醇如甲醇或醚如二甲醚與蒸汽的原料氣混合物(下面稱為“原料-蒸汽混合物”)進(jìn)行蒸汽重整。用這種重整系統(tǒng)得到的富氫重整氣可有利地用作燃料電池的燃料。作為重整系統(tǒng)的一個主要部件，重整器根據(jù)蒸汽重整反應(yīng)所需的供熱模式而劃分為外部加熱型和內(nèi)部加熱型。當(dāng)用甲烷作為原料氣時，蒸汽重整的反應(yīng)式為，其中重整反應(yīng)的溫度優(yōu)選是700℃-750℃。
前一種外部加熱型重整器利用燃燒器等產(chǎn)生的燃燒氣從外部加熱重整器的壁面，從而通過壁面向反應(yīng)室供應(yīng)重整反應(yīng)所需的熱。
內(nèi)部加熱型是外部加熱型的改進(jìn)型，在其結(jié)構(gòu)中，在重整器的原料-蒸汽混合物的供應(yīng)側(cè)(或上游側(cè))具有部分氧化反應(yīng)床。用部分氧化反應(yīng)床中產(chǎn)生的熱將位于下游側(cè)的蒸汽重整床加熱至蒸汽重整溫度。在如此加熱的蒸汽重整催化劑床中進(jìn)行蒸汽重整，產(chǎn)生富氫重整氣。部分氧化反應(yīng)寫作，其中部分氧化反應(yīng)的溫度優(yōu)選是250℃或更高。
但對于傳統(tǒng)的外部加熱型和內(nèi)部加熱型重整器來說，加熱部分的溫度比約700℃的重整溫度高，例如高達(dá)1000℃。因此，傳統(tǒng)的重整器具有很多問題輻射能量損失大，產(chǎn)生的高溫會對構(gòu)成重整器的部件造成破壞，使其壽命縮短。
作為內(nèi)部加熱型的改進(jìn)型，日本特許公開專利2001-192201提出了一種自氧化內(nèi)部加熱型重整器。雖然傳統(tǒng)上都認(rèn)為在氧氣存在下蒸汽重整催化劑的功能會受到抑制，但是該專利申請中提及的相關(guān)技術(shù)通過共存氧化催化劑解決了這一問題，使得即使在氧氣存在下蒸汽重整催化劑也能夠有效保持其固有的功能。
上述相關(guān)技術(shù)中提及的改進(jìn)型技術(shù)在由氧化催化劑和蒸汽重整催化劑構(gòu)造的混合催化劑床中分別由氧化反應(yīng)和蒸汽重整反應(yīng)同時產(chǎn)生熱。即通過使氧化放熱床和蒸汽重整反應(yīng)(吸熱反應(yīng))床共存，可以使加熱部分的溫度和吸熱部分的溫度保持相等。另外，該專利申請的公開內(nèi)容還描述了可以將包括催化劑的結(jié)構(gòu)部件溫度控制為規(guī)定的重整溫度或更低，例如約700℃，從而可以延長結(jié)構(gòu)部件的壽命。另外，該裝置還具有有效回收重整裝置內(nèi)部熱量的功能，從而能夠得到高的重整效率。
根據(jù)上述相關(guān)技術(shù)的自氧化內(nèi)部加熱型重整裝置，從供水泵供入的水通過與冷卻器中的重整氣換熱而被加熱，在重整裝置中進(jìn)一步換熱，生成蒸汽。如此產(chǎn)生的蒸汽隨后在混合器中與原料氣混合。
但對于通過水與重整氣等之間換熱產(chǎn)生蒸汽的類型來說，蒸汽的產(chǎn)生量取決于重整氣的流量和溫度，因此難以精確控制需要產(chǎn)生的蒸汽量。另外，這種類型還具有保證安裝較大的換熱部分以在重整器中產(chǎn)生蒸汽的空間及重整器結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。
如上所述，盡管在重整器中產(chǎn)生的富氫重整氣可以用作燃料電池的燃料，但上述相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)不能將燃料電池的陽極廢氣再利用為產(chǎn)生蒸汽的燃料。
對于燃燒燃料電池的陽極廢氣產(chǎn)生蒸汽的情況，需要用如增壓泵對燃料加壓以將燃料供入燃燒器。這種結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)復(fù)雜化，并且使重量增加。在用于將重整氣供入車用燃料電池的重整器中，重量的增加是特別大的缺點。
根據(jù)上述相關(guān)技術(shù)，重整器、混合器、蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)等是分別建造的，整個系統(tǒng)是用管道連接各個部件而構(gòu)造的。因此，對于1-10kW級別的小系統(tǒng)來說，由連接各個結(jié)構(gòu)部件的管道造成的輻射損失很大，這將降低系統(tǒng)效率。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明的目的就是為了解決上述自氧化內(nèi)部加熱型重整器的問題。本發(fā)明的目的是提供能夠解決這些問題的新型自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個目的是在自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)中提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用緊湊的蒸汽發(fā)生器高效率地產(chǎn)生重整用蒸汽。
本發(fā)明的另一個目的是在自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)中提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)在不使用特殊動力裝置的條件下能夠高效率地產(chǎn)生供給重整器的原料-蒸汽混合物。
本發(fā)明的另一個目的是在自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)中提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過向蒸汽發(fā)生器供應(yīng)燃料-空氣混合物而高效率地產(chǎn)生重整用蒸汽。
本發(fā)明的另一個目的是在自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)中提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠獲得高的系統(tǒng)熱效率。
本發(fā)明的另一個目的是在自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)中提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有緊湊和高重整效率的重整器。
本發(fā)明的另一個目的是在自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)中提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在產(chǎn)生的重整氣供給燃料電池時將燃料電池排出的含有氫氣的陽極廢氣再循環(huán)作為重整用原料。
本發(fā)明的另一個目的是在自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)中提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效回收產(chǎn)生的過剩蒸汽的熱量。
本發(fā)明的另一個目的是在自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)中提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生CO含量降低的重整氣。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一個方面是一種構(gòu)造為在氧氣存在下將原料氣自氧化并進(jìn)行蒸汽重整產(chǎn)生富氫重整氣的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特征在于其包括蒸汽發(fā)生器2，其具有用于燃燒通過混合燃燒空氣和燃料制備的空氣-燃料混合物的燃燒部分2a，從而用燃燒部分2a內(nèi)產(chǎn)生的燃燒氣加熱水，產(chǎn)生蒸汽；第一抽吸混合器4，將原料氣抽吸到來自蒸汽發(fā)生器2的蒸汽物流中，得到原料-蒸汽混合物；重整器1，其用外部供應(yīng)的含氧氣體將包含在原料-蒸汽混合物中的原料氣氧化，從而用氧化反應(yīng)熱對原料氣進(jìn)行蒸汽重整，產(chǎn)生富氫重整氣。
因為上述系統(tǒng)用燃燒熱產(chǎn)生蒸汽，所以能夠得到很高的蒸汽產(chǎn)生效率和緊湊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因為抽吸混合器形成原料-蒸汽混合物，所以能夠在不使用特殊動力裝置的條件下高混合效率地得到均勻混合狀態(tài)的原料-蒸汽混合物。另外，因為原料管線中的壓力非常低，所以原料氣從管道接頭或其它部位向外部泄漏的可能性非常小。
上述系統(tǒng)還可以具有用于將燃料抽吸到燃燒空氣中以得到空氣-燃料混合物的第二抽吸混合器6。用抽吸混合器制備空氣-燃料混合物可以在不使用特殊動力裝置的條件下高混合效率地提供均勻混合狀態(tài)的空氣-燃料混合物。另外，因為燃料管線中的壓力非常低，所以燃料從管道接頭或其它部位向外部泄漏的可能性非常小。
任意一種上述系統(tǒng)都還可以具有將重整器1中產(chǎn)生的重整氣中的一氧化碳?xì)怏w氧化和降低的CO降低器3。使用CO降低器3時，當(dāng)重整氣例如作為燃料供給燃料電池時，重整氣中的CO含量可以降低到非常低的程度，使燃料電池具有高發(fā)電效率和長的壽命。
任意一種上述系統(tǒng)都還可以具有換熱器13，其用燃燒部分2a排出的燃燒廢氣將燃料、原料氣和其它加熱介質(zhì)中的至少一種預(yù)熱或加熱。使用換熱器13時，可以回收燃燒廢氣的熱量，從而提高系統(tǒng)的熱效率。
任意一種上述系統(tǒng)都還可以具有至少一個換熱器(12，12a，15，16和17)，其用重整器1排出的重整氣將燃燒空氣、燃料、用于產(chǎn)生蒸汽的水、用于氧化的含氧氣體和原料-蒸汽混合物中的至少一種預(yù)熱。使用該結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)的熱效率。
使用上述系統(tǒng)時，至少一個換熱器可以位于CO降低器3下游側(cè)的重整氣管道處。用這種結(jié)構(gòu)可以回收CO降低器中放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱，不需要在載荷裝置如燃料電池處安裝特殊的冷卻器。
任意一種上述系統(tǒng)都還可以構(gòu)造為當(dāng)蒸汽發(fā)生器2產(chǎn)生過剩蒸汽時，至少部分過剩蒸汽能夠加熱其它加熱介質(zhì)(如共生裝置中的加熱介質(zhì))。用這種結(jié)構(gòu)可以回收系統(tǒng)中過剩蒸汽的熱，可以恒定地將系統(tǒng)熱效率保持在很高的水平上。
使用上述系統(tǒng)時，加熱介質(zhì)是盛在熱水箱27中的水，其中主熱水箱27a和副箱27b相互垂直連通，可以構(gòu)造成將過剩蒸汽供給副箱27b中的水。使用這種結(jié)構(gòu)時，過剩蒸汽可以穩(wěn)定地為共生裝置如加熱裝置供應(yīng)高溫水。
任意一種上述系統(tǒng)都還可以構(gòu)造為為燃料電池供應(yīng)重整氣。因為本發(fā)明的重整系統(tǒng)中產(chǎn)生的富氫重整氣易于達(dá)到非常低的CO含量和溫度較低的狀態(tài)，所以能夠提供將重整氣有效用作燃料電池的燃料的系統(tǒng)。另外，因為可以得到重量輕和結(jié)構(gòu)緊湊的重整系統(tǒng)，所以能夠構(gòu)造與用于車輛安裝的燃料電池結(jié)合的重量輕和結(jié)構(gòu)緊湊的系統(tǒng)。
使用上述系統(tǒng)時，其結(jié)構(gòu)可以是將來自燃料電池的陽極廢氣作為燃料供給蒸汽發(fā)生器2的燃燒部分2a。用該結(jié)構(gòu)可以有效回收陽極廢氣中含有的氫氣和烴，從而可以減少系統(tǒng)中燃料消耗的體積，使環(huán)境不被污染。
使用上述系統(tǒng)時，其結(jié)構(gòu)可以具有混合部分，用于將至少部分過剩蒸汽與燃料電池的陽極廢氣混合；換熱器19，用于通過用其它加熱介質(zhì)冷卻混合物以凝結(jié)水分的方法將混合部分中得到的混合物脫水；再加熱換熱器18，用進(jìn)入混合部分的陽極廢氣和過剩蒸汽加熱脫水混合物；從而將來自再加熱換熱器18的脫水混合物作為燃料供給燃燒部分2a。
如上所述，過剩蒸汽與陽極廢氣的混合可以將過剩蒸汽的熱回收在其它加熱介質(zhì)中。因為脫水換熱器19降低了陽極廢氣中的水分，還降低了蒸汽的水分，所以能夠避免燃燒部分2a中燃燒效率的降低。另外，在再加熱換熱器18中，脫水陽極廢氣和蒸汽的混合物在脫水前被溫度較高的陽極廢氣再加熱，從而不需要提供特殊的熱源。
在任意一種上述系統(tǒng)中，重整器1都具有第一反應(yīng)室61a和第二反應(yīng)室62a，二者被導(dǎo)熱分隔壁62b相互隔開，其中第一反應(yīng)室61a在其一端具有原料供給部分68，用于供應(yīng)原料-蒸汽混合物，在其另一端具有排放部分68a，其中裝填蒸汽重整催化劑床71a，第二反應(yīng)室62a在其一端具有原料供給部分69a和含氧氣體導(dǎo)入部分63，與第一反應(yīng)室61a的排放部分68a連通，在其另一端具有排放部分69，第二反應(yīng)室62a中可以依次裝填在原料供給部分69a一側(cè)的通過混合蒸汽重整催化劑和氧化催化劑制備的混合催化劑床72a、在中間部分的傳熱顆粒床72b和在排放部分一側(cè)的變換催化劑床72e。
使用這種結(jié)構(gòu)的重整器1時，其尺寸變小，可以高熱效率、高重整效率和低的CO含量產(chǎn)生富氫重整氣。
使用上述系統(tǒng)時，其結(jié)構(gòu)可以是第一反應(yīng)室61a裝填有在原料供給部分68一側(cè)的傳熱顆粒床71b、在排放部分68a一側(cè)的蒸汽重整催化劑床71a，同時第一反應(yīng)室61a中的傳熱顆粒床71b與第二反應(yīng)室62a中的傳熱顆粒床72b和變換催化劑床72e通過分隔壁62b相互面對。用這種結(jié)構(gòu)可以將第二反應(yīng)室62a中產(chǎn)生的反應(yīng)熱高傳熱效率地傳遞到第一反應(yīng)室61a，從而提高重整器1的熱效率和重整效率。
在任意一種上述系統(tǒng)中，都可以建造多個分隔壁62b，它們具有在原料供給部分68和排放部分69處各個邊緣部分處相互結(jié)合的固定端，在其相對端部分具有不相互結(jié)合的自由端。使用這種結(jié)構(gòu)時，在其溫度已經(jīng)被重整反應(yīng)升高的重整器1中發(fā)生的熱膨脹可以在自由端處被吸收，從而能夠防止在重整器1中產(chǎn)生大的應(yīng)力和形變。
任意一種上述系統(tǒng)都還可以構(gòu)造為將重整器1、蒸汽發(fā)生器2和第一抽吸混合器4相互結(jié)合形成組件結(jié)構(gòu)。通過形成系統(tǒng)主要部分的組件結(jié)構(gòu)，可以使系統(tǒng)更緊湊和易于維修。
在上述系統(tǒng)中，組件結(jié)構(gòu)還可以具有換熱器12，將供給重整器1的用于氧化的含氧氣體和/或供給蒸汽發(fā)生器2的燃燒空氣預(yù)熱。使用這種結(jié)構(gòu)時，通過進(jìn)一步提高比例可以使系統(tǒng)更緊湊。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第二個方面是一種構(gòu)造為在氧氣存在下將燃料氣自氧化并進(jìn)行蒸汽重整產(chǎn)生富氫重整氣的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特征在于其包括混合器123，其將原料氣與蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽混合，制備原料-蒸汽混合物；蒸汽重整器1，其用外部供應(yīng)的含氧氣體將包含在原料-蒸汽混合物中的原料氣氧化，從而用氧化反應(yīng)熱對原料氣進(jìn)行蒸汽重整，產(chǎn)生富氫重整氣，其中將重整氣供應(yīng)給燃料電池，提供的再循環(huán)器122將至少部分從燃料電池排放的陽極廢氣作為原料氣供應(yīng)。
如此制備的陽極廢氣再循環(huán)器122可以有效使用過剩的陽極廢氣。另外，陽極廢氣中的N2和CO2提高了甲烷等向氫氣的轉(zhuǎn)化率，從而能夠提高重整氣中的氫氣濃度。另外，因為能夠得到超過燃料電池所需量的氫氣供應(yīng)量，所以提高了通過燃料電池的重整氣的流速。燃料電池內(nèi)流速的增加可以吹出燃料電池內(nèi)產(chǎn)生的水滴，從而能夠防止由于在電極上形成水膜而造成發(fā)電效率的下降。
上述系統(tǒng)可以構(gòu)造為混合器123具有第一抽吸混合器4，其將原料氣抽吸到蒸汽物流中，得到原料-蒸汽混合物，第一抽吸混合器4還抽吸陽極廢氣。通過用第一抽吸混合器4作為混合器123，同一個混合器可以同時將其它原料和陽極廢氣與蒸汽混合。另外，其它原料和陽極廢氣可以選擇性地與蒸汽混合。另外，在不使用特殊動力裝置的條件下易于得到陽極廢氣和蒸汽的混合物。另外，因為原料管線中的壓力非常低，所以其它原料氣和陽極廢氣從管道接頭或其它部位向外部泄漏的可能性非常小。
在任意一種上述系統(tǒng)中，蒸汽發(fā)生器可以構(gòu)造為具有燃燒部分2a，用于燃燒通過混合燃燒空氣和燃料得到的空氣-燃料混合物，并且將至少部分陽極廢氣作為燃料供應(yīng)。使用蒸汽發(fā)生器時，陽極廢氣的燃燒熱產(chǎn)生蒸汽，從而可以高效率地產(chǎn)生蒸汽，還可以得到緊湊的系統(tǒng)。
上述系統(tǒng)還可以具有用于將燃料抽吸到燃燒空氣中制備空氣-燃料混合物的第二抽吸混合器6。當(dāng)用抽吸混合器混合空氣和燃料時，可以在不使用特殊動力裝置的條件下高混合效率地得到均勻混合狀態(tài)的空氣-燃料混合物。另外，因為燃料管線中的壓力非常低，所以燃料從管道接頭或其它部位向外部泄漏的可能性非常小。
任意一種上述系統(tǒng)都還可以具有控制器14，當(dāng)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生過剩蒸汽時進(jìn)行控制，減少陽極廢氣向燃燒部分2a的供應(yīng)量，以減少過剩蒸汽，同時增加陽極廢氣向混合器123的供應(yīng)量。使用控制器14時，可以自動有效地使用過剩蒸汽。
上述系統(tǒng)可以構(gòu)造為具有壓力檢測器，用于檢測蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽壓力，其中當(dāng)檢測到的壓力大于預(yù)定值時，壓力檢測器將增加值作為蒸汽的過剩量輸入控制器，控制器進(jìn)行控制，減少陽極廢氣向燃燒部分2a的供應(yīng)量，使檢測到的壓力變?yōu)轭A(yù)定值，同時增加陽極廢氣向混合器的供應(yīng)量。因為蒸汽的過剩量與蒸汽發(fā)生器2產(chǎn)生的蒸汽壓力相關(guān)聯(lián)，所以檢測蒸汽壓力易于確定蒸汽的過剩量。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第三個方面是一種構(gòu)造為在氧氣存在下進(jìn)行自氧化并進(jìn)行蒸汽重整產(chǎn)生富氫重整氣的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特征在于其包括混合器123，其將原料氣與蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽混合，制備原料-蒸汽混合物；重整器，其用外部供應(yīng)的含氧氣體將包含在原料-蒸汽混合物中的原料氣氧化，從而用氧化反應(yīng)熱對原料氣進(jìn)行蒸汽重整，產(chǎn)生富氫重整氣，其中將重整氣供應(yīng)給燃料電池300，將燃料電池300排放的陽極廢氣作為蒸汽發(fā)生器2的燃料和/或原料氣供應(yīng)，重整器1具有含至少為蒸汽重整催化劑和氧化催化劑的混合物的混合催化劑床72a和變換催化劑床72e，變換催化劑床72e具有將燃料電池300排放的陽極廢氣預(yù)熱的換熱器121。
在變換催化劑床72e中用如此制備的換熱器121將燃料電池排放的陽極廢氣預(yù)熱，可以有效回收變換催化劑床72e的熱量。另外，因為變換催化劑床72e的平均溫度下降，所以催化劑的效率提高，變換催化劑的壽命也得到延長。另外，因為換熱器121在重整器1中，所以可以使系統(tǒng)更為緊湊。
上述系統(tǒng)還可以構(gòu)造為其中的重整器1具有第一反應(yīng)室61a和第二反應(yīng)室62a，二者被導(dǎo)熱分隔壁62b相互隔開，其中第一反應(yīng)室61a在其一端具有原料供給部分68，用于供應(yīng)原料-蒸汽混合物，在其另一端具有排放部分68a，其中裝填蒸汽重整催化劑床71a，第二反應(yīng)室62a在其一端具有原料供給部分69a和含氧氣體導(dǎo)入部分63，與第一反應(yīng)室61a的排放部分68a連通，在其另一端具有排放部分69，第二反應(yīng)室62a中依次裝填在原料供給部分69a一側(cè)通過混合蒸汽重整催化劑和氧化催化劑制備的混合催化劑床72a、在中間部分的傳熱顆粒床72b和在排放部分69一側(cè)的變換催化劑床72e。
使用這種結(jié)構(gòu)的重整器1時，可以提高變換催化劑床72e的催化劑效率，重整器1的尺寸變小，從而可以高熱效率、高重整效率和低的CO含量產(chǎn)生富氫重整氣。
任意一種上述系統(tǒng)都還可以具有用于脫水的換熱器，脫除供給換熱器121的陽極廢氣中的水分。通過減少陽極廢氣中的水分，可以提高換熱器121中的換熱效率。


圖1是本發(fā)明的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)的工藝流程圖。
圖2是圖1中的第一抽吸混合器4或第二抽吸混合器6的橫截面圖，示出了其具體結(jié)構(gòu)。
圖3(a)是圖1中的重整器1的垂直截面圖，示出了其具體結(jié)構(gòu)；圖3(b)是其B-B截面圖；圖3(c)是(a)的C-C截面圖。
圖4是本發(fā)明的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)的另一個例子的工藝流程圖。
圖5是本發(fā)明的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)的另一個例子的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面參考

本發(fā)明的最佳實施方式。在圖1中，80示出自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)的組件結(jié)構(gòu)。組件結(jié)構(gòu)設(shè)計為滿足與周圍裝置的交換界面條件。即構(gòu)成每一個系統(tǒng)的各個裝置都作為各個單元對待，用緊固夾具如螺釘將它們可拆卸地安裝在共用的桌子、架子、容器或箱體上，同時將這些裝置排列成緊湊的直線性，縮短它們之間的管道，這樣可以減少輻射損失。
蒸汽發(fā)生器2具有燃燒部分2a和第二抽吸混合器6。燃燒部分2a具有燃燒器(未示出)，其燃燒由第二抽吸混合器6供應(yīng)的空氣-燃料混合物。蒸汽發(fā)生器2與供應(yīng)來自水箱10的水或純水的管道108連接，還與將蒸汽供應(yīng)到第一抽吸混合器4的管道109連接。管道108具有能夠遠(yuǎn)程作業(yè)的流量調(diào)節(jié)閥32(例如，用氣動力、液力或電力驅(qū)動的流量調(diào)節(jié)閥，所有這些同樣適用于下面的流量調(diào)節(jié)閥)。管道109具有流量調(diào)節(jié)閥39。
蒸汽發(fā)生器2還具有用于檢測盛水部分(水鼓)中水位高度的水位檢測器40和用于檢測盛水部分中產(chǎn)生的蒸汽壓力的壓力檢測器41。將與這些檢測值成比例的電信號(檢測信號)分別輸入控制器14。
控制器14接收來自水位檢測器40和壓力檢測器41的檢測值，或者接收來自其它操作面板等的操作指令，從而控制各個流量調(diào)節(jié)閥等。控制器14的結(jié)構(gòu)例如是計算機單元。計算機單元由下述部件構(gòu)成進(jìn)行各種控制動作的中央處理單元(CPu)、儲存操作系統(tǒng)(OS)和控制程序的儲存部分如ROM和RAM、輸入部分如鍵盤、鼠標(biāo)或操作板，還可以根據(jù)需要在其上添加顯示器、打印機或其它部件?？刂破?4可以位于距包含該系統(tǒng)的組件結(jié)構(gòu)80很遠(yuǎn)的地方，從而利用通訊線控制流量調(diào)節(jié)閥等。
燃燒部分2a與管道113連接，管道113用于排放燃燒部分2a排出的燃燒廢氣。管道113和管道114通過換熱器13連通，而管道114的前端對外部開放。換熱器13與管道101a連接，管道101a用于供應(yīng)氣體燃料如來自燃料電池的陽極廢氣或液體燃料。管道101a和管道101通過換熱器13連通，而管道101的前端與第二抽吸混合器6連接。
燃燒部分2a還與管道112連接。管道112與從壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)7引出的管道102通過流量調(diào)節(jié)閥34連通。管道112供應(yīng)的空氣用于在燃燒部分2a啟動等時的空氣吹掃和/或調(diào)節(jié)燃燒部分2a中的燃燒溫度。即控制器14一收到操作啟動信號即輸出預(yù)定時間的控制信號，打開流量調(diào)節(jié)閥34，吹掃燃燒部分2a的內(nèi)部空間。另外還供應(yīng)預(yù)定體積的空氣，使燃燒部分2a中的燃燒溫度達(dá)到預(yù)定值或更低。
從其中具有儲罐的原料供給系統(tǒng)8延伸的用于供應(yīng)原料氣的管道111與脫硫器9的入口連接。在脫硫器9的出口處連接用于排放脫硫后的原料氣的管道103。管道103具有能夠遠(yuǎn)程作業(yè)的流量調(diào)節(jié)閥31。流量調(diào)節(jié)閥31的下游側(cè)與管道108a通過換熱器13連通。管道108a的前端與第一抽吸混合器4連接。盡管圖中所示的換熱器13是三流體換熱器，但它可以是具有用于換熱的燃燒廢氣管的兩流體換熱器的兩個單元。
第二抽吸混合器6具有向其供應(yīng)燃燒空氣的連接管道102b。然后管道102b與管道102a通過下面所述的換熱器12連通。管道102a具有能夠遠(yuǎn)程作業(yè)的流量調(diào)節(jié)閥37。管道102a的前端與具有空氣壓縮機等的壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)7連通。從用于供應(yīng)原料氣的管道111岔出的管道111a連接到管道101a上。管道111a具有能夠遠(yuǎn)程作業(yè)的流量調(diào)節(jié)閥33a。
重整器1具有用于供應(yīng)來自第一抽吸混合器4的原料-蒸汽混合物的連接管道104和用于供應(yīng)加壓含氧氣體如壓縮空氣的連接管道102d。管道102d與管道102c通過換熱器12連通，管道102c具有能夠遠(yuǎn)程作業(yè)的流量調(diào)節(jié)閥36，其前端與壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)7連接。另外，用于排放重整氣的管道105連接在重整器1上。管道105與管道106通過換熱器12連接。管道106的前端與用于混合氧化用空氣的混合器5連接?；旌掀?的出口側(cè)與CO降低器3偶聯(lián)，而管道107在其出口側(cè)與載荷裝置如燃料電池300連接。適用于CO降低器的氧化催化劑包括其中陶瓷顆粒負(fù)載貴金屬催化劑如P t和Pd的球形催化劑及負(fù)載貴金屬催化劑如Pt和Pd的金屬蜂窩結(jié)構(gòu)或陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)。
混合器5具有用于供應(yīng)壓縮空氣的連接管道110，管道110具有能夠遠(yuǎn)程作業(yè)的流量調(diào)節(jié)閥38。管道110的前端與壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)7連接。
盡管該實施例用三流體換熱器作為第二換熱器12，但它可以是具有重整氣換熱管的兩流體換熱器的兩個單元。
如下所述，重整器1具有第一反應(yīng)室61a和第二反應(yīng)室62a(參考圖3)，還具有溫度檢測器42，用于檢測裝填在第二反應(yīng)室62a中的混合催化劑床72a的溫度。溫度檢測器42產(chǎn)生的檢測信號進(jìn)入控制器14。
如圖2所示，第一抽吸混合器4和第二抽吸混合器6分別由被同樣的工作原理驅(qū)動的各噴射器20構(gòu)成，二者的不同僅在于容量的不同。噴射器20具有固定部分21、從固定部分21延伸的內(nèi)部噴嘴結(jié)構(gòu)22和外部噴嘴結(jié)構(gòu)23。外部噴嘴結(jié)構(gòu)23具有開孔24和25及節(jié)流閥26。
下面參考第一抽吸混合器4的情況說明噴射器20的作用。當(dāng)作為主要流體的蒸汽以箭頭方向供入內(nèi)部噴嘴結(jié)構(gòu)22時，蒸汽流的文丘里(Venturi)效應(yīng)使節(jié)流閥26的空間處于負(fù)壓狀態(tài)。在這種條件下，當(dāng)作為輔助流體的原料氣以箭頭方向從開孔24供入時，原料氣被抽吸并與蒸汽物流均勻混合，然后該混合物從開孔25噴出。結(jié)果，在不使用特殊動力裝置的條件下，原料氣與蒸汽均勻混合，從而得到均勻的原料-蒸汽混合物。
對于第二抽吸混合器6的情況，作為主要流體的空氣供入內(nèi)部噴嘴結(jié)構(gòu)22，作為輔助流體的燃料氣從開孔24供入。從而在不使用特殊動力裝置的條件下使燃料與空氣均勻混合。
混合器5也可以用圖2所示的噴射器20構(gòu)成。在這種情況下，重整氣成為主要流體，壓縮空氣被抽吸后與重整氣混合。
參考圖3，如圖3(c)所示，重整器1具有垂直延伸且具有正方形周邊橫截面的外部圓筒61和垂直延伸且具有矩形周邊橫截面的兩個內(nèi)部圓筒62，兩個內(nèi)部圓筒62以規(guī)定的間距排列。外部圓筒61的頂端和底端都是封閉的。內(nèi)部圓筒62的頂端和底端都是開放的，且其底端焊接固定到外部圓筒61的底部。在內(nèi)部圓筒62的底部開有用于重整氣的出口。在外部圓筒61的內(nèi)壁面和內(nèi)部圓筒62的外壁面之間的空間中形成第一反應(yīng)室61a，在內(nèi)部圓筒62中形成第二反應(yīng)室62a。
內(nèi)部圓筒62的側(cè)壁是用具有耐蝕性和良好導(dǎo)熱性的金屬如不銹鋼制成的。因此，第一反應(yīng)室61a和第二反應(yīng)室62a相互之間被具有良好導(dǎo)熱性的分隔壁62b隔開。
第一反應(yīng)室61a在其一端(圖3的下側(cè))具有原料供給部分68，用于供應(yīng)原料-蒸汽混合物，排放部分68a位于其另一端(圖3的上側(cè))。在第一反應(yīng)室61a的內(nèi)部，從排放部分68a一側(cè)開始依次有支撐板73a、73c和73e，每一個支撐板上都有很多微孔。蒸汽重整催化劑床71a裝填在支撐板73a和73c之間，而傳熱顆粒床71b裝填在支撐板73c和73e之間。
第二反應(yīng)室62a在其一端(圖3的上側(cè))具有與第一反應(yīng)室61a的排放部分68a連通的原料供給部分69a。原料供給部分69a與含氧氣體導(dǎo)入部分63的歧管64和65連通，將含氧氣體如空氣導(dǎo)入原料供給部分69a。在第二反應(yīng)室62a的另一端(圖3的下側(cè))設(shè)有具有歧管66的排放部分69。在第二反應(yīng)室62a的內(nèi)部，從原料供給部分69a一側(cè)開始依次有支撐板73a、73b、73c、73d和73e，每一個支撐板上都有很多微孔。
如圖3所示，位于第一反應(yīng)室61a中的支撐板73a和73c與位于第二反應(yīng)室62a中的支撐板73c和73d高度相同。但每一組的高度可以相互不同。上述含氧氣體導(dǎo)入部分63可以從重整器1的底部導(dǎo)入。例如，空氣導(dǎo)入管可以插入外部圓筒61的底部，穿過第二反應(yīng)室62a直到其上端，而在管的頂部開有空氣孔。這種結(jié)構(gòu)可以在管內(nèi)的空氣和第二反應(yīng)室62a中的各個床之間進(jìn)行換熱，從而加熱空氣。在這種情況下，可以從重整器中回收熱量，以改善熱效率。
在第二反應(yīng)室62a中，通過混合蒸汽重整催化劑和氧化催化劑制備的混合催化劑床72a裝填在支撐板73a和73b之間，傳熱顆粒床72b裝填在支撐板73b和73c之間，高溫變換催化劑床72c裝填在支撐板73c和73d之間，低溫變換催化劑床72d裝填在支撐板73d和73e之間。結(jié)果，高溫變換催化劑床72c和低溫變換催化劑床72d這兩個床形成變換催化劑床72e。排列在第二反應(yīng)室62a中的支撐板73a和73b之間的外周壁的作用是作為隔熱壁70，防止氧化催化劑導(dǎo)致的氧化反應(yīng)熱進(jìn)入第一反應(yīng)室61a。隔熱壁可以是雙壁結(jié)構(gòu)，其間形成空氣層。
裝填在第一反應(yīng)室61a中的蒸汽重整催化劑床71a是對原料氣進(jìn)行蒸汽重整的催化劑床，這可以用重整催化劑進(jìn)行構(gòu)造，例如用類似于日本公開專利2001-192201中公開的那些重整催化劑。在這些催化劑中，優(yōu)選Ni基重整催化劑如NiS-SiO2·Al2O3。除這些催化劑外，也可以使用重整反應(yīng)催化劑如WS2-SiO2.Al2O3和NiS-WS2.SiO2·Al2O3。另外還可以根據(jù)需要使用貴金屬催化劑。
至于作為混合催化劑床72a主要組分的蒸汽重整催化劑，可以使用與裝填在第一反應(yīng)室61a中的蒸汽重整催化劑類似的催化劑。蒸汽重整催化劑的量確定為在原料-蒸汽混合物通過混合催化劑床72a的時間內(nèi)足以完成蒸汽重整的量。因為其量隨原料氣種類的不同而變化，所以最佳量通過試驗或其它方法確定。
均勻地分散在混合催化劑床72a中的氧化催化劑的作用是將原料-蒸汽混合物中的原料氣氧化和產(chǎn)熱，將溫度升高到蒸汽重整反應(yīng)所需的水平。可以使用的氧化催化劑包括鉑(Pt)和鈀(Pd)。氧化催化劑與蒸汽重整催化劑的混合比取決于用于蒸汽重整的原料氣的種類，大致范圍是1-5％。例如，原料是甲烷時，混合比優(yōu)選是約3％±2％，原料是甲醇時，混合比優(yōu)選是約2％±1％。可以使用的催化劑是其中一種載體同時負(fù)載氧化催化劑和蒸汽重整催化劑。
放置第一反應(yīng)室61a中的傳熱顆粒床71b和第二反應(yīng)室62a中的傳熱顆粒床72b，以通過分隔壁62b有效地將熱能從第二反應(yīng)室62a傳遞到第一反應(yīng)室61a。即裝填在第二反應(yīng)室62a中的傳熱顆粒床72b傳遞來自混合催化劑床72a的高溫流出物的熱能，用于加熱裝填在第一反應(yīng)室61a中的部分蒸汽重整催化劑床71a。裝填在第一反應(yīng)室61a中的傳熱顆粒床71b用作為放熱反應(yīng)部分的變換催化劑床72e的熱能加熱從原料供給部分68流出的原料-蒸汽混合物。由于熱能是通過兩個傳熱顆粒床進(jìn)行傳遞的，所以第一反應(yīng)室61a中的部分蒸汽重整催化劑床71a的溫度升高到蒸汽重整溫度。構(gòu)成傳熱顆粒床71b和傳熱顆粒床72b的傳熱顆粒可以由陶瓷顆粒如氧化鋁或炭化硅構(gòu)成，也可以由金屬蜂窩結(jié)構(gòu)構(gòu)成。也可以不安裝上述傳熱顆粒床72b。
由高溫變換催化劑床72c和低溫變換催化劑床72d構(gòu)成的變換催化劑床72e用于將重整氣中含有的一氧化碳氧化，產(chǎn)生氫氣。即剩余在重整氣中的蒸汽和一氧化碳的混合物在變換催化劑存在下變換成氫氣和二氧化碳，從而產(chǎn)生氫氣，進(jìn)一步提高重整氣中的氫氣濃度，相應(yīng)地降低一氧化碳濃度。傳熱顆粒床還可以安裝在高溫變換催化劑床72c和低溫變換催化劑床72d之間。
用于形成高溫變換催化劑床72c和低溫變換催化劑床72d的變換催化劑可以是CuO-ZnO2、Fe2O3、Fe3O4、氧化銅的混合物等。但對于700℃或更高溫度的反應(yīng)，優(yōu)選使用Cr2O3。根據(jù)條件的不同，變換催化劑可以采用公知的貴金屬。
至于形成內(nèi)部圓筒62外周邊的多個分隔壁62b，原料供給部分68一側(cè)和排放部分69一側(cè)的邊線在“a”部分處相互結(jié)合，形成固定端，而相對的邊線沒有結(jié)合，形成自由端。由于這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)由于重整反應(yīng)而處于高溫狀態(tài)下的第一反應(yīng)室61a和第二反應(yīng)室62a之間發(fā)生熱膨脹差時，特別是如果第二反應(yīng)室62a的熱膨脹很大時，第二反應(yīng)室62a因為熱膨脹而造成的延伸被自由端吸收，防止其發(fā)生變形。
下面描述用圖1所示的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)對原料氣進(jìn)行蒸汽重整的方法。
(產(chǎn)生蒸汽的操作)壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)7首先啟動，然后將壓縮空氣供應(yīng)給該系統(tǒng)，并且啟動控制器14。然后運行蒸汽發(fā)生器2。用水位檢測器40檢測蒸汽發(fā)生器2中的盛水部分(水鼓)中的水位高度。當(dāng)檢測值小于預(yù)定值時，控制器14輸出控制信號，打開流量調(diào)節(jié)閥32，從而將盛水部分中的水位高度保持在預(yù)想范圍內(nèi)。
控制器14輸出控制信號，啟動蒸汽發(fā)生器2的燃燒部分2a的燃燒器，控制流量調(diào)節(jié)閥37和33(或33a)，將燃料-空氣混合物以預(yù)定流量供給燃燒部分2a。即控制器14控制用于將壓縮空氣供給第二抽吸混合器6的管道102b中的流量調(diào)節(jié)閥37，使壓力檢測器41輸出的蒸汽壓力檢測值成為預(yù)定值。
一旦受控的空氣流進(jìn)入第二抽吸混合器6，就以響應(yīng)于空氣流量的預(yù)定比例抽吸燃料，從而使其均勻混合。因此，燃料供應(yīng)管線不需要特殊的增壓裝置如動力裝置，這種均勻混合消除了燃燒部分2a內(nèi)的局部高溫區(qū)，有利的燃燒過程將NOx的產(chǎn)生抑制到很低的水平，從而排放出對環(huán)境友好的燃燒廢氣。
對于使用第二抽吸混合器6的情況，控制器14只需要控制流量調(diào)節(jié)閥33的開度，以建立允許的最大燃料流量。也可以控制流量調(diào)節(jié)閥33的開度，使其與空氣流量大致成比例。通過將供給第二抽吸混合器6的壓縮空氣的壓力設(shè)置為略高于正常壓力，例如約0.02MPa，可以產(chǎn)生將燃料氣抽吸到第二抽吸混合器6中的一定的負(fù)壓值。
通過打開流量調(diào)節(jié)閥33，氣體燃料如燃料電池的陽極廢氣、城市煤氣、丙烷氣和天然氣或液體燃料如煤油通過管道101a供給第二抽吸混合器6。通過打開流量調(diào)節(jié)閥33a，包括烴如甲烷、乙烷和丙烷、醇如甲醇、醚如二甲醚的原料氣或來自燃料電池的含殘余氫氣的陽極廢氣作為燃料通過管道111供給第二抽吸混合器6。例如，可以用控制器14的選擇燃料指令選擇流量調(diào)節(jié)閥33或流量調(diào)節(jié)閥33a。如果需要，可以同時調(diào)節(jié)這兩個閥。
來自燃燒部分2a的燃燒廢氣通過管道113供給換熱器13，其中燃燒廢氣在通過管道114排放到系統(tǒng)外面之前被冷卻。另一方面，通過管道101a或管道111供應(yīng)的燃料在換熱器13中被加熱，然后供給第二抽吸混合器6。
(原料和蒸汽的混合操作)蒸汽發(fā)生器2中產(chǎn)生的蒸汽在用流量調(diào)節(jié)閥39、孔(未示出)等調(diào)節(jié)流量后供給第一抽吸混合器4。用來自控制器14的控制信號或利用孔功能進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。即當(dāng)重整器1的原料供給流量的設(shè)定值由控制器14的輸入設(shè)備輸入時，控制器14輸出控制信號，使流量調(diào)節(jié)閥39保持預(yù)定的閥開度。如果不調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開度，則可以準(zhǔn)備多個用于調(diào)節(jié)不同流量的孔，可以用切換閥在這些孔之間切換。使用這種流量調(diào)節(jié)時，控制可靠性提高，裝置簡化，裝置價格低廉。這種使用切換閥和孔的逐步控制法可以適用于許多其它流量控制閥。
至于原料氣和蒸汽的優(yōu)選混合比，以原料氣中含有的碳為基準(zhǔn)表示時，在烴的情況下，混合比優(yōu)選是H2/O＝2.5-3.5，在脂族醇的情況下，混合比優(yōu)選是H2/O＝2-3。
如上所述，包括烴如甲烷、乙烷和丙烷、醇如甲醇、醚如二甲醚的原料氣或來自燃料電池的含殘余氫氣的陽極廢氣、城市煤氣、丙烷氣或天然氣通過管道103以與蒸汽流量的預(yù)定比例抽吸到第一抽吸混合器4中。然后均勻的原料-蒸汽混合物從第一抽吸混合器4流出，進(jìn)入重整器1。使用這種方式時，因為原料氣是通過蒸汽流的抽吸力自動抽吸到第一抽吸混合器4中，所以不需要在原料氣管線上添加特殊的增壓裝置如動力裝置。
由原料供給系統(tǒng)8供應(yīng)的原料氣經(jīng)過管道111、脫硫器9、流量調(diào)節(jié)閥31和第一換熱器13后進(jìn)入管道108a。原料氣所允許的最大流量受流量調(diào)節(jié)閥31限制，而流量調(diào)節(jié)閥31在控制器14產(chǎn)生的控制信號下調(diào)節(jié)到所需開度。在第一換熱器13中加熱至所需溫度后，原料氣供給第一抽吸混合器4。
(重整反應(yīng)操作)如上所述，由第一抽吸混合器4進(jìn)入管道104的原料-蒸汽混合物通過重整器1的原料供給部分68(圖3)進(jìn)入第一反應(yīng)室61a。在正常操作過程中，利用分隔壁62b從第二反應(yīng)室62a傳遞的熱能提高了裝填在第一反應(yīng)室61a中的傳熱顆粒床71b的溫度。因此，進(jìn)入第一反應(yīng)室61a的原料-蒸汽混合物在流經(jīng)傳熱顆粒床71b的過程中其溫度提高到重整溫度。
達(dá)到重整溫度后，原料-蒸汽混合物流經(jīng)蒸汽重整催化劑床71a，在此期間，部分原料-蒸汽混合物經(jīng)過蒸汽重整，轉(zhuǎn)化為富氫重整氣。含氫氣的重整氣和未反應(yīng)的原料-蒸汽混合物的殘余部分一起從排放部分68a排出。
但因為在開始操作后的一定時間內(nèi)原料-蒸汽混合物沒有達(dá)到重整反應(yīng)溫度，所以在對應(yīng)于相應(yīng)狀態(tài)的溫度下蒸汽重整反應(yīng)不完全，或者進(jìn)行程度非常低，原料-蒸汽混合物以近似于流入物的組成從排放部分68a排出。因為蒸汽重整反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以從排放部分68a排出的混合物溫度低于蒸汽重整催化劑床71a的平均溫度。
從第一反應(yīng)室61a的排放部分68a排出的重整氣和原料-蒸汽混合物從第二反應(yīng)室62a的原料供給部分69a進(jìn)入混合催化劑床72a。此時，空氣作為含氧氣體通過含氧氣體導(dǎo)入部分63供給原料供給部分69a，空氣與進(jìn)入混合催化劑床72a的原料-蒸汽混合物等混合。
含氧氣體導(dǎo)入部分63供應(yīng)的空氣流量由受控制器14控制的流量調(diào)節(jié)閥36調(diào)節(jié)。即控制器14儲存調(diào)節(jié)蒸汽流量的流量調(diào)節(jié)閥35的控制信息。因為蒸汽流量與原料-蒸汽混合物的流量相關(guān)聯(lián)，所以所需的空氣流量是基于控制信息計算的，最佳的控制信號輸出到流量調(diào)節(jié)閥36。
如上所述，原料-蒸汽混合物進(jìn)入混合催化劑床72a。構(gòu)成原料-蒸汽混合物的部分原料氣與流入空氣中的氧氣反應(yīng)后被氧化，并利用反應(yīng)熱將其溫度升高到原料-蒸汽混合物進(jìn)行重整反應(yīng)必須的溫度。即進(jìn)行自氧化加熱?；旌洗呋瘎┐?2a的平均溫度需要保持為適合蒸汽重整反應(yīng)的溫度水平，例如約650℃至約750℃，標(biāo)準(zhǔn)值是約700℃。
另一方面，將混合催化劑床72a的溫度控制為適合蒸汽重整反應(yīng)的溫度水平很重要。另外，設(shè)法將與在其下游側(cè)的傳熱顆粒床72b邊界處的溫度保持為預(yù)定溫度水平也很重要。例如，當(dāng)控制混合催化劑床72a的平均溫度使傳熱顆粒床72b邊界處的溫度為650℃或更高時，優(yōu)選700℃或更高時，第一反應(yīng)室61a中的傳熱顆粒床71b的溫度至少能夠保持500℃或更高，因此能夠充分強化第一反應(yīng)室61a中的蒸汽重整反應(yīng)。
例如可以用下述方法使混合催化劑床72a的平均溫度保持在上述范圍內(nèi)使經(jīng)過混合催化劑床72a的重整氣的空速(SV)與應(yīng)用催化劑功能的要求規(guī)格相一致。根據(jù)該實施方案，使混合催化劑床72a的平均溫度保持為能夠進(jìn)行蒸汽重整反應(yīng)的重整反應(yīng)溫度。優(yōu)選地，盡量減少將溫度升高到蒸汽重整水平所需的氧氣量和使氧氣完全反應(yīng)的氧化催化劑量。試驗表明對于蒸汽重整反應(yīng)的重整催化劑來說，優(yōu)選的SV值是約5000，對于部分氧化的氧化催化劑來說，優(yōu)選的SV值是約100000。
富氫重整氣從混合催化劑床72a進(jìn)入下游的傳熱顆粒床72b，傳熱顆粒床72b的溫度優(yōu)選是650℃或更高，更優(yōu)選700℃或更高。如上所述，在穿過傳熱顆粒床72b的過程中，進(jìn)入的重整氣的部分顯熱通過分隔壁62b傳遞給第一反應(yīng)室61a中的傳熱顆粒床71b。在有利的條件下，從傳熱顆粒床72b進(jìn)入下游高溫變換催化劑床72c的重整氣溫度可以降低到適于變換反應(yīng)的500℃或更低。
在變換反應(yīng)中，進(jìn)入高溫變換催化劑床72c的重整氣將含有的大部分一氧化碳轉(zhuǎn)化成氫氣。即如上所述，在變換催化劑存在下，剩余在重整氣中的蒸汽和一氧化碳變換轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳，從而生成氫氣。
然后重整氣經(jīng)過高溫變換催化劑床72c，進(jìn)入下游的低溫變換催化劑床72d，在其中由剩余的一氧化碳進(jìn)一步生成氫氣。通過兩段變換反應(yīng)，一氧化碳可進(jìn)一步降低，產(chǎn)生大量的氫氣。在高溫變換催化劑床72c和在低溫變換催化劑床72d中的變換反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。如上所述，部分反應(yīng)熱通過分隔壁62b傳遞給第一反應(yīng)室61a中的傳熱顆粒床71b。
經(jīng)過低溫變換催化劑床72d的重整氣離開第二反應(yīng)室62a的排放部分69后進(jìn)入管道105(圖1)。因為重整氣的溫度通常高至約180℃，所以重整氣在進(jìn)入混合器5之前要在換熱器12中冷卻。進(jìn)入混合器5的重整氣與通過管道110供應(yīng)的空氣混合后進(jìn)入CO降低器3。在CO降低器3中，留在重整氣中的一氧化碳降低至痕量(例如10ppm)。然后重整氣通過管道107供給載荷裝置如燃料電池300等。
基于控制器14傳輸?shù)目刂菩盘栕兓髁空{(diào)節(jié)閥38的開度，以此調(diào)節(jié)從管道110供給混合器5的空氣流量。即控制器14儲存用于調(diào)節(jié)空氣流量的流量調(diào)節(jié)閥38的控制信息。將其構(gòu)造為因為空氣流量與重整氣流量相關(guān)聯(lián)，所以所需的空氣流量是基于控制信息計算的，最佳的控制信號輸出到流量調(diào)節(jié)閥38。
但不使用蒸汽控制信息時，可以將一氧化碳濃度檢測器連接到CO降低器3的出口側(cè)，從而通過將檢測信號傳輸至控制器14進(jìn)行控制。即將其構(gòu)造為控制器14將控制信號輸出到流量調(diào)節(jié)閥38，使從CO降低器的出口側(cè)排出的重整氣中的痕量一氧化碳不超過預(yù)定范圍。
例如可以用下述方法構(gòu)造CO降低器3在圓筒狀反應(yīng)器中安裝其上負(fù)載有氧化催化劑的多層波紋狀多孔蜂窩板。在從反應(yīng)器入口進(jìn)入的重整氣經(jīng)過波紋板之間的間隙并從出口離開的過程中，含有的一氧化碳被氧化催化劑氧化后轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳。結(jié)果，CO降低器3排出的重整氣只含有痕量的一氧化碳，因此，即使將重整氣供給如燃料電池，也不會產(chǎn)生負(fù)面影響。
下面描述圖4所示的另一個實施例。該實施例與圖1的實施例的區(qū)別在于熱回收部分，其它部分是用相同的方式構(gòu)造的。因此，與圖1中的實施例相同的部分使用相同的標(biāo)記，且不再對其重復(fù)描述。
根據(jù)圖4的實施例，從第一抽吸混合器4供給重整器1原料-蒸汽混合物的管道104具有換熱器15。換熱器15在通過管道105從重整器1排出的重整氣和原料-蒸汽混合物之間進(jìn)行換熱，從而回收重整氣的熱量。連接在換熱器15下游側(cè)的管道105與混合器5連通。混合器5接收來自管道110的含氧氣體，使其與重整氣混合?；旌掀?的下游側(cè)與CO降低器3連通。與圖1的情況類似，CO降低器3減少重整氣和壓縮空氣混合物中的剩余CO。
在CO降低器3的下游側(cè)，三個換熱器12a、16和17分別依次由管道107a-107c連接。換熱器12a將管道102a供應(yīng)的用于產(chǎn)生蒸汽的壓縮空氣預(yù)熱。換熱器16將通過管道103a由脫硫器9供應(yīng)的原料氣預(yù)熱。換熱器17將通過管道108a由水箱10供應(yīng)的用于產(chǎn)生蒸汽的水或純水預(yù)熱。在經(jīng)過這些換熱器12a、16和17的過程中，重整氣的溫度逐步下降，以低溫狀態(tài)進(jìn)入載荷裝置如燃料電池300(未示出)。
圖4的實施例還具有用于過剩蒸汽的熱回收裝置。將熱回收裝置構(gòu)造為當(dāng)蒸汽發(fā)生器2產(chǎn)生過剩蒸汽時，其作用是用至少部分過剩蒸汽加熱其它加熱介質(zhì)。圖4示出由從蒸汽發(fā)生器2延伸的管道116、能夠遠(yuǎn)離管道116操作的流量調(diào)節(jié)器39a和與管道116連接的熱水箱27構(gòu)成的熱回收裝置。
熱水箱27具有主熱水箱27a和副箱27b，二者之間有分隔壁28，而在其上側(cè)和下側(cè)二者又相互連通。在主熱水箱27a的底部連接有供應(yīng)水(作為加熱介質(zhì))的管道27c。在主熱水箱27a的頂部連接有排出加熱水的管道27d。副箱27b具有在垂直方向上延伸與管道116連通的吹出噴嘴29。一旦過剩蒸汽從吹出噴嘴29的前端噴出，副箱27b中的水就被加熱。副箱27b中的加熱水按箭頭所示上升，進(jìn)入主熱水箱27a的上部，從而產(chǎn)生對流，使主熱水箱27a中的冷水進(jìn)入副箱27b的底部。因為過剩蒸汽的連續(xù)加熱導(dǎo)致進(jìn)入主熱水箱27a的熱水層逐漸下降，所以即使從主熱水箱27a的底部供應(yīng)冷水，在主熱水箱27a的上部也總是形成熱水層。因此，管道27d能夠向載荷裝置(共生裝置)如加熱裝置等連續(xù)供應(yīng)熱水。
過剩蒸汽流經(jīng)的管道116可以與管道116a連接，管道116a的端部與位于管道101d處的混合部分(或匯流部分)116b連通，其中燃料電池300(未示出)排放的陽極廢氣流經(jīng)管道101d。流經(jīng)管道116a后進(jìn)入混合部分116b的過剩蒸汽在混合部分116b中與陽極廢氣混合。混合物然后進(jìn)入用于再加熱的換熱器18。進(jìn)入換熱器18的混合物由于換熱而溫度下降，混合物然后進(jìn)入用于脫水的換熱器19。在換熱器19中，混合物被由管道115供應(yīng)的用于共生裝置的加熱介質(zhì)冷卻，從而將水分冷凝。然后混合物進(jìn)入用于再加熱的換熱器18，在這里與從管道101d進(jìn)入的混合物進(jìn)行換熱，從而升高溫度。最后，混合物經(jīng)過管道101a后作為燃料進(jìn)入第二抽吸混合器6。
因為陽極廢氣的水分量較大，所以陽極廢氣在供給第二抽吸混合器6之前優(yōu)選在用于脫水的換熱器19中進(jìn)行脫水。陽極廢氣的熱量也被用于共生裝置的加熱介質(zhì)回收。如上所述，將過剩蒸汽混入陽極廢氣時，用于脫水的換熱器19降低過剩蒸汽的水分，還可以有效回收過剩蒸汽的熱量。
能夠遠(yuǎn)離管道116操作的流量調(diào)節(jié)器39a調(diào)節(jié)過剩蒸汽的流量。例如，當(dāng)供給重整器1的原料-蒸汽混合物的量由于載荷裝置等載荷的變化而下降時，蒸汽發(fā)生器2中產(chǎn)生的蒸汽壓力上升。壓力檢測器41檢測到壓力上升，檢測值輸入控制器14。然后控制器14輸出控制信號，提高穿過流量調(diào)節(jié)器39的過剩蒸汽流量，使蒸汽壓力變成預(yù)定值。
在圖4的實施例中，流經(jīng)管道101a的混合物在不經(jīng)過換熱器13a的情況下供給第二抽吸混合器6。但與圖1情況類似的是，混合物可以在換熱器13a中升溫后供給第二抽吸混合器6。換熱器13a的目的是通過加熱換熱器19排放的加熱介質(zhì)回收燃燒氣體的熱量。
還是在圖4的實施例中，在重整器1中安裝升溫裝置120，在系統(tǒng)啟動后立即將重整器1的溫度升高到重整反應(yīng)溫度。在室內(nèi)裝填氧化催化劑如鉑(Pt)和鈀(Pd)，以此構(gòu)造升溫裝置120，該裝置在氧化催化劑存在下用管道102b供應(yīng)的含氧氣體中的氧將管道104供應(yīng)的原料-蒸汽混合物中的原料氣氧化，用氧化熱將原料-蒸汽混合物的溫度升高到接近蒸汽重整反應(yīng)所需的溫度。在該實施例中，用這種連接方式將換熱部分安裝在氧化催化劑床上，其它加熱介質(zhì)通過管道102a供給換熱部分，從而促進(jìn)氧化催化劑床的升溫。可以用電加熱器替換換熱部分。
下面描述圖5所示的另一個實施例。為方便起見，該實施例只示出了重整器1和周邊部分。其它部分可以根據(jù)圖4的實施例進(jìn)行安裝。該實施例與圖4的實施例的差別在于在變換催化劑床72e中添加換熱器121，用于預(yù)熱燃料電池排放的陽極廢氣；添加再循環(huán)器122，將燃料電池排放的至少部分陽極廢氣作為原料氣供應(yīng)。其它部分類似于圖4實施例的方式進(jìn)行構(gòu)造。因此，與圖4中的實施例相同的部分使用相同的標(biāo)記，并且不再對其重復(fù)描述。
開始從前一換熱器121進(jìn)行描述。換熱器121具有換熱管121a，換熱管121a穿過位于第二反應(yīng)室62a下部的變換催化劑床72e，如低溫變換催化劑床72d。陽極廢氣流經(jīng)換熱管121a。進(jìn)入換熱器121的陽極廢氣溫度例例如大約是75℃，如果不安裝換熱器121，則流經(jīng)變換催化劑床72e的重整氣的平均溫度例如大約是180℃。但如果安裝換熱器121，則變換催化劑床72e的平均溫度下降，從而能夠有效回收重整氣的熱量。另一方面，較低的溫度能夠提高變換催化劑床72e的催化劑效率或者提高CO降低的效率，并且延長催化劑壽命。因此，安裝換熱器121除了能夠有效回收熱量外，還能夠提高催化劑效率，延長變換催化劑72e的替換周期。另外，在重整器1中安裝換熱器121還可以使系統(tǒng)更為緊湊。
下面描述后一個陽極廢氣再循環(huán)器122。根據(jù)該實施例，再循環(huán)器122具有管道101a，管道101a將陽極廢氣供給混合器123，原料氣和蒸汽在其中混合?；旌掀?23由第一抽吸混合器4構(gòu)成，第一抽吸混合器4由類似于圖3實施例中的噴射器構(gòu)成。第一抽吸混合器4接收蒸汽作為主流體。蒸汽的抽吸力將管道101a中的陽極廢氣和管道103a中的原料氣抽吸到一起，從而形成原料-蒸汽混合物進(jìn)入重整器1。
例如，當(dāng)進(jìn)入重整器1的原料-蒸汽混合物的流量下降時，所需蒸汽的消耗量也隨其下降而減少。但如果蒸汽以恒定流量在蒸汽發(fā)生器2中生成，則蒸汽消耗量的減少將導(dǎo)致蒸汽壓力上升。用壓力檢測器41檢測蒸汽壓力的升高。一接收到檢測值，控制器14就減小流量調(diào)節(jié)器101b的開度，使供給燃燒部分2a的陽極廢氣減少。同時，控制器14增大調(diào)節(jié)器122a的開度，使供給混合器123的陽極廢氣增加。如果陽極廢氣不供給燃燒部分2a，則控制器14只能控制增加混合器123的陽極廢氣流量。
使用這種陽極廢氣再循環(huán)器122時，可以有效利用過剩的陽極廢氣。另外，陽極廢氣中的N2和CO2降低重整氣中的氫氣濃度，從而提高甲烷等向氫氣的轉(zhuǎn)化率。另外，因為有超過需要量的氫氣可能供給燃料電池主體，所以重整氣在燃料電池中的流速增加。當(dāng)燃料電池內(nèi)的流速增加時，電池內(nèi)形成的水滴被吹出，防止在電極上形成水膜，從而防止發(fā)電效率的下降。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)造為在氧氣存在下將原料氣自氧化并進(jìn)行蒸汽重整產(chǎn)生富氫重整氣的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，該自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)包括蒸汽發(fā)生器2，其包括用于燃燒通過混合燃燒空氣和燃料得到的空氣-燃料混合物的燃燒部分2a，從而用燃燒部分2a內(nèi)產(chǎn)生的燃燒氣加熱水，產(chǎn)生蒸汽；第一抽吸混合器4，用于將原料氣抽吸到來自蒸汽發(fā)生器2的蒸汽物流中，得到原料-蒸汽混合物；和重整器1，其用外部供應(yīng)的含氧氣體將原料-蒸汽混合物中含有的原料氣氧化，從而用氧化反應(yīng)熱對原料氣進(jìn)行蒸汽重整，產(chǎn)生富氫重整氣。
2.權(quán)利要求1的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中為了得到空氣-燃料混合物，設(shè)置用于將燃料抽吸到燃燒空氣中的第二抽吸混合器6。
3.權(quán)利要求1的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中設(shè)置用于將重整器1中產(chǎn)生的重整氣中含有的一氧化碳氧化和降低的CO降低器3。
4.權(quán)利要求1的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其包括換熱器13，該換熱器13用燃燒部分2a排出的燃燒廢氣將燃料、原料氣和其它加熱介質(zhì)中的至少一種預(yù)熱或加熱。
5.權(quán)利要求1的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中設(shè)置至少一個換熱器(12，12a，15，16和17)，用于利用重整器1排出的重整氣將燃燒空氣、燃料、產(chǎn)生蒸汽用水、氧化用含氧氣體和原料-蒸汽混合物中的至少一種預(yù)熱。
6.權(quán)利要求5的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中至少一個換熱器(12，12a，15，16和17)位于CO降低器3下游側(cè)的重整氣管道處。
7.權(quán)利要求1的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)構(gòu)造為當(dāng)蒸汽發(fā)生器2產(chǎn)生的蒸汽過剩時，至少部分過剩蒸汽被用于加熱其它加熱介質(zhì)。
8.權(quán)利要求7的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)構(gòu)造為加熱介質(zhì)是盛在熱水箱27中的水，其中主熱水箱27a和副箱27b相互垂直連通，并將過剩蒸汽供給副箱27b中的水。
9.權(quán)利要求1的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)構(gòu)造為將重整氣供應(yīng)給燃料電池300。
10.權(quán)利要求9的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)構(gòu)造為將來自燃料電池300的陽極廢氣作為燃料供給燃燒部分2a。
11.權(quán)利要求10的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)構(gòu)造為使其包括混合部分116b，用于將至少部分過剩蒸汽混入燃料電池300的陽極廢氣中；換熱器19，用于通過利用其它加熱介質(zhì)冷卻混合物以凝結(jié)水分的方式將混合部分116b中得到的混合物脫水；和換熱器18，其利用進(jìn)入混合部分116b的混合物再次加熱脫水混合物；從而將來自用于再加熱的換熱器18的混合物作為燃料供給燃燒部分2a。
12.權(quán)利要求1的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中重整器1包括第一反應(yīng)室61a和第二反應(yīng)室62a，二者被導(dǎo)熱分隔壁62b相互隔開；第一反應(yīng)室61a在其一端具有原料供給部分68，用于供應(yīng)原料-蒸汽混合物，在其另一端具有排放部分68a，同時其中裝填蒸汽重整催化劑床71a；和第二反應(yīng)室62a在其一端具有原料供給部分69a和與第一反應(yīng)室61a的排放部分68a連通的含氧氣體導(dǎo)入部分63，在其另一端具有排放部分69，其中在第二反應(yīng)室62a內(nèi)部依次裝填有在原料供給部分69a一側(cè)通過混合蒸汽重整催化劑和氧化催化劑制備的混合催化劑床72a、在中間部分的傳熱顆粒床72b、以及在排放部分69一側(cè)的變換催化劑床72e。
13.權(quán)利要求12的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中第一反應(yīng)室61a裝填有在原料供給部分68一側(cè)的傳熱顆粒床71b、在排放部分68a一側(cè)的蒸汽重整催化劑床71a，同時使第一反應(yīng)室61a中的傳熱顆粒床71b、第二反應(yīng)室62a中的傳熱顆粒床72b和變換催化劑床72e通過各個分隔壁62b相互面對。
14.權(quán)利要求12的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中多個分隔壁62b具有在原料供給部分68和排放部分69處各個邊緣部分處相互結(jié)合的固定端，而在其相對端部分具有不相互結(jié)合的自由端。
15.權(quán)利要求12的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中將重整器1、蒸汽發(fā)生器2和第一抽吸混合器4相互結(jié)合形成組件結(jié)構(gòu)。
16.權(quán)利要求15的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中所述組件結(jié)構(gòu)還包括換熱器12，用于將供給重整器1的氧化用含氧氣體預(yù)熱和/或?qū)⒐┙o蒸汽發(fā)生器2的燃燒空氣預(yù)熱。
17.一種構(gòu)造為在氧氣存在下將原料氣自氧化并進(jìn)行蒸汽重整產(chǎn)生富氫重整氣的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，該自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)包括混合器123，用于將原料氣與蒸汽發(fā)生器2產(chǎn)生的蒸汽混合，制備原料-蒸汽混合物；和蒸汽重整器1，其用外部供應(yīng)的含氧氣體將原料-蒸汽混合物中的原料氣氧化，從而用氧化反應(yīng)熱對原料氣進(jìn)行蒸汽重整，產(chǎn)生富氫重整氣；其中將重整氣供應(yīng)給燃料電池300；和設(shè)置再循環(huán)器122，用于將至少部分從燃料電池300排放的陽極廢氣作為原料氣供應(yīng)。
18.權(quán)利要求17的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中混合器123由第一抽吸混合器4構(gòu)成，第一抽吸混合器4將原料氣抽吸到蒸汽物流中得到原料-蒸汽混合物，并且第一抽吸混合器4還抽吸陽極廢氣。
19.權(quán)利要求17的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中蒸汽發(fā)生器2構(gòu)造為包括燃燒部分2a，用于燃燒通過混合燃燒空氣和燃料得到的空氣-燃料混合物，并將至少部分陽極廢氣作為燃料供應(yīng)。
20.權(quán)利要求19的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中設(shè)置第二抽吸混合器6，用于將燃料抽吸到燃燒空氣中得到空氣-燃料混合物。
21.權(quán)利要求19的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中設(shè)置用于進(jìn)行控制的控制器14，當(dāng)蒸汽發(fā)生器2產(chǎn)生的蒸汽過剩時，減少陽極廢氣向燃燒部分2a的供應(yīng)量，以減少過剩蒸汽，同時增加陽極廢氣向混合器123的供應(yīng)量。
22.權(quán)利要求21的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中設(shè)置壓力檢測器41，用于檢測蒸汽發(fā)生器2產(chǎn)生的蒸汽的壓力，當(dāng)檢測到的壓力大于預(yù)定值時，壓力檢測器由于蒸汽過剩量向控制器14輸入增加的值，控制器14進(jìn)行控制，減少陽極廢氣向燃燒部分2a的供應(yīng)量，使檢測到的壓力變?yōu)轭A(yù)定值，同時增加陽極廢氣向混合器123的供應(yīng)量。
23.一種構(gòu)造為在氧氣存在下將原料氣自氧化并進(jìn)行蒸汽重整產(chǎn)生富氫重整氣的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，該自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)包括混合器123，用于將原料氣與蒸汽發(fā)生器2產(chǎn)生的蒸汽混合，得到原料-蒸汽混合物；和重整器1，其用外部供應(yīng)的含氧氣體將原料-蒸汽混合物中含有的原料氣氧化，從而用氧化反應(yīng)熱對原料氣進(jìn)行蒸汽重整，產(chǎn)生富氫重整氣；其中將重整氣供應(yīng)給燃料電池300，將從燃料電池300排放的陽極廢氣作為蒸汽發(fā)生器2的燃料和/或原料氣供應(yīng)；重整器1至少包括含蒸汽重整催化劑和氧化催化劑的混合物的混合催化劑床72a和變換催化劑床72e；和變換催化劑床72e內(nèi)設(shè)置有換熱器121，用于將燃料電池300排放的陽極廢氣預(yù)熱。
24.權(quán)利要求23的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)構(gòu)造為重整器1包括第一反應(yīng)室61a和第二反應(yīng)室62a，二者被導(dǎo)熱分隔壁62b相互隔開；第一反應(yīng)室61a在其一端具有原料供給部分68，用于供應(yīng)原料-蒸汽混合物，在其另一端具有排放部分68a，同時其中裝填蒸汽重整催化劑床71a；和第二反應(yīng)室62a在其一端具有原料供給部分69a和與第一反應(yīng)室61a的排放部分68a連通的含氧氣體導(dǎo)入部分63，在其另一端具有排放部分69，其中在第二反應(yīng)室62 a內(nèi)部依次裝填有在原料供給部分69a一側(cè)通過混合蒸汽重整催化劑和氧化催化劑制備的混合催化劑床72a、在中間部分的傳熱顆粒床72b、以及在排放部分一側(cè)的變換催化劑床72e。
25.權(quán)利要求23的自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，其中設(shè)置換熱器19，其用于脫水以脫除供給換熱器121的陽極廢氣中的水分。
全文摘要
一種自氧化內(nèi)部加熱型蒸汽重整系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計為在氧氣存在下將原料氣自氧化從而產(chǎn)生富氫重整氣，包括蒸汽發(fā)生裝置(2)，其裝置用燃燒部分(2a)內(nèi)產(chǎn)生的燃燒氣加熱水以產(chǎn)生蒸汽；第一抽吸混合裝置(4)，將原料氣抽吸到蒸汽物流中得到原料/蒸汽混合物；和重整裝置(1)，其用外部供應(yīng)的氧氣將包含在原料/蒸汽混合物中的原料氣氧化，從而用氧化反應(yīng)熱對原料氣進(jìn)行蒸汽重整。其中將重整氣供給燃料電池(300)。所有陽極廢氣均作為蒸氣發(fā)生裝置的燃料和/或原料氣進(jìn)行循環(huán)。
文檔編號B01J19/26GK1714042SQ20038010368
公開日2005年12月28日 申請日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者桑原武, 富澤良夫, 吉野靖, 小野純, 小林茂樹, 丸子三郎 申請人:株式會社T.Rad, 株式會社日本化工設(shè)備咨詢