[发明专利]在利用非引火变换催化剂的燃料处理器内的自热重整

说明书

本申请为分案申请，其母案申请的申请号为200480011677.X，申请日为2004年3月30日，发明名称为“在利用非引火变换催化剂的燃料处理器内的自热重整”。

技术领域

本发明涉及燃料处理器，更具体涉及用于燃料处理器的控制系统。

背景技术

燃料电池技术是利用化石燃料燃烧的更常规能源的可替代能源。燃料电池典型地由燃料和氧气产生电、水和热量。更特别地，燃料电池通过化学氧化-还原反应提供电，且相对于其它形式的发电，在清洁性和效率方面具有显著的优点。典型地，燃料电池使用氢气作为燃料和氧气作为氧化剂。电的产生与反应物的消耗速度成正比。

抑制燃料电池更广泛使用的显著缺点是缺少广泛的氢气基础结构。氢气具有相对低的体积能量密度，并且与大多数发电系统中常用的烃燃料相比更难储存和运输。克服这一难题的一种方式是使用“燃料处理器”或“重整器”，将烃转化成富氢气体流，所述富氢气体流可用作燃料电池的原料。烃基燃料如天然气、LPG、汽油和柴油要求转化以用作大多数燃料电池的燃料。目前的现有技术使用结合起始转化工艺与数步净化工艺的多步工艺。起始工艺是最常见的蒸汽重整(“SR”)、自热重整(“ATR”)、催化部分氧化(“CPOX”)或非催化的部分氧化(“POX”)。净化工艺通常由脱硫、高温水气变换、低温水气变换、选择性CO氧化或选择性CO甲烷化的结合组成。可供替代的工艺包括氢气选择膜反应器和过滤器。

因此，可使用多种类型的燃料，它们中的一些与化石燃料混杂，但理想的燃料是氢气。若燃料是例如氢气，则燃烧非常清洁，和在热量耗散和/或消耗和耗电之后，作为实际的物质，仅仅留下水。大多数可容易获得的燃料(例如天然气、丙烷和汽油)和甚至不那么常见的燃料(例如甲醇和乙醇)在其分子结构内包括氢。一些燃料电池装置因此使用“燃料处理器”，所述“燃料处理器”处理特定的燃料，产生用作燃料电池燃料的相对纯的氢气流。

发明内容

本发明包括使包含使用非引火变换催化剂的自热重整器的燃料处理器启动和停止的方法。

在第一方面，本发明包括停止燃料处理器内的自热重整器的方法，该方法包括：在起始温度下，在含燃料的工艺燃料流的爆炸上限之上，用所述燃料吹扫自热重整器的反应器；维持自热重整器的非引火变换催化剂在足以防止其内的水冷凝的温度下；加热吹扫过的自热重整器反应器到非引火变换催化剂的点火温度，同时使燃料继续流过其中；将空气引入加热的自热重整器反应器内，产生超过所述燃料的爆炸上限的空气和燃料的混合物；和加热自热重整器反应器至操作温度。

在第二方面，本发明包括使燃料处理器内的氧化器点火的方法，该方法包括：在起始温度下用空气吹扫氧化器的反应器；在至少部分吹扫过的氧化器反应器内生成点火热量；将燃料引入氧化器反应器的加热区域内，所得燃料与空气的混合物维持在所述燃料的爆炸下限以下；和加热含燃料/空气混合物的氧化器反应器至操作温度。

在第三方面，本发明包括使燃料处理器内使用非引火变换催化剂的自热重整器停止的方法，该方法包括：终止流入自热重整器反应器的空气流；在终止空气流之后，终止流入自热重整器反应器的水流；用燃料吹扫自热重整器反应器；和允许自热重整器反应器冷却到停止温度。

在第四方面，本发明包括使与使用非引火变换催化剂的自热重整器一起使用的氧化器停止的方法，该方法包括：终止流入氧化器的反应器的燃料流；用空气吹扫氧化器反应器，直到氧化器反应器内的温度达到环境温度；和终止流入吹扫过的氧化器反应器内的空气流。

在其它方面，本发明包括为启动或停止包括使用非引火变换催化剂的自热重整器的燃料处理器而编程的计算机或者用指令编码的程序储存介质，当通过计算机执行时，所述指令启动或停止包括使用非引火变换催化剂的自热重整器的燃料处理器。

附图说明

结合附图参考下述说明，可理解本发明，其中类似的附图标记表示类似的元件，其中：

图1示出了根据本发明组装和操作的燃料处理器发电装置的一个特定的实施方案；

图2A和2B描述了图1中的燃料处理器的阳极尾气氧化器及其操作，其中图2A描述了氧化器的一个特定装置，图2B描述了自热重整器的一个特定装置；

图3A和3B在概念上说明了可用于实施本发明的一个特定实施方案的计算装置；和

图4A-4C在概念上说明了最初示于图1的燃料处理器的启动；和

图5图示了最初示于图1的燃料处理器的自热重整器在所示实施方案的运行状态期间的重整工艺；和

图6A-6C在概念上说明了最初示于图1的燃料处理器的停止。