[发明专利]使燃料和氧化剂反应形成气体重整产物的重整器和方法

说明书

本发明涉及使燃料和氧化剂反应形成气体重整产物的重整器，其包含 氧化区、蒸发区和用于催化产生H₂的区，所述氧化区能够接收供应的燃料 和氧化剂的气体混合物用于氧化，以产生含有氧化剂的排出气，所述蒸发 区能够接收供应的燃料和蒸发器气体，用于产生含有燃料的蒸发器气体混 合物，并且所述用于催化产生H₂的区能够接收供应的含有蒸发的燃料和含 有氧化剂的排出气的可点燃的重整气体混合物，以产生气体重整产物。

本发明还涉及使燃料和氧化剂反应形成气体重整产物的方法，其包括： 在氧化区中氧化与气体氧化剂混合的燃料，以产生含有氧化剂的排出气， 在蒸发区中用蒸发器气体将燃料与蒸发器气体蒸发成含有燃料的蒸发器气 体混合物，并在用于催化产生H₂的区中重整含有蒸发的燃料和含有氧化剂 的排出气的气体混合物，以产生气体重整产物。

从DE 10359205A1得到的一般的重整器和一般的方法具有大量应用 领域，但它们特别用于用富氢气体混合物供应燃料电池，基于电化学反应 可以由此产生电能。这种燃料电池可以用于例如汽车领域，作为辅助动力 装置(APU)。

已知方法主要为三阶段方法。在第一阶段，氧化区接收供应的含有碳 氢化合物的燃料(比如柴油)，并将其氧化，即，在放热反应中燃烧，得到一 般为800到1000℃的热的排出气，其在燃烧空气具有足够的初始氧浓度时 仍含有氧化剂(即一般为氧)。然后将所述热的含氧排出气引入还分配有燃料 的蒸发区中。当使用液体燃料时，一般地，液体燃料会由于高温而蒸发， 形成燃料和排出气的可点燃的混合物，随后其在用于催化产生H₂的区中重 整成为富氢气体、合成气或重整产物，一般在催化部分氧化(CPOX)方法中 使用部分氧化催化剂。然后将重整产物供应至燃料电池，根据一般已知的 原理，在燃料电池中，重整产物与氧气一起形成水，产生电能。

这种已知方法的缺陷在于在蒸发区中，形成了可点燃的混合物，这具 有发生自燃的风险，自燃可能导致下游催化剂变为碳烟，并必须中断过程。 现在通过非常准确地控制燃烧与蒸发的燃料的比例可以大大防止自燃，得 到参数范围，在该参数范围内重整器可以稳定操作。

本发明的目的是提供重整器和方法，使燃料与氧化剂反应形成重整产 物，其中至少部分地克服了前述缺陷，并且特别地，可以使操作稳定的操 作参数的变化范围变宽。

该目的通过独立权利要求的特征实现。

本发明的优选实施方案可由从属权利要求得知。

本发明基于一般的重整器，为了产生重整气体混合物并将其送至用于 催化产生H₂的区，在输入用于催化产生H₂的区的上游插入混合和送料装 置，一方面，所述混合和送料装置能够接收供应自氧化区的含有氧化剂的 排出气，另一方面，能够接收来自蒸发区的含有燃料的蒸发器气体混合物， 其中设置用于将所述用于催化产生H₂的区中产生的重整产物作为蒸发器气 体送回到蒸发区中的返回装置。

本发明基于一般的方法，其中为了产生重整气体混合物，其包括：将 含有氧化剂的排出气与蒸发器气体混合物混合，并将混合物送至用于催化 产生H₂的区，以产生重整气体混合物，并将在用于催化产生H₂的区中产 生的重整产物作为蒸发器气体送回蒸发区。

下面一起讨论根据本发明的重整器和根据本发明的方法的效果和优 点。

与现有技术相反，在本发明的范围内，来自氧化区的热排出气现在不 用作蒸发区中的蒸发器气体，而在重整区中产生的重整产物作为蒸发器气 体返回到蒸发区，在蒸发区中所述重整产物用燃料补充(angereichert)，燃 料由于高的重整温度而蒸发。

现在，由于缺少氧化剂，氢化重整产物不再与蒸发燃料一起形成可点 燃的混合物，避免了蒸发区中自燃的风险。首先由下游的混合和送料装置 产生可点燃的混合物，其中通过混合来自蒸发区的补充了燃料的重整产物 和来自氧化区的含有氧化剂的排出气，形成可点燃的重整气体混合物，并 供应至用于催化产生H₂的区。