專(zhuān)利名稱：重整器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重整器(reformer)，該重整器能夠在催化氧化方法中防止從反應(yīng) 部產(chǎn)生回火(flash back)。
背景技術(shù)：
燃料電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的高效率的發(fā)電系統(tǒng)，并且由于其排出很少 的污染材料所以是環(huán)境友好的。因此，燃料電池已經(jīng)作為下一代的清潔能源而受到關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
前述是摘要，因此其必然包含簡(jiǎn)化、概括和細(xì)節(jié)的省略；因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，摘要僅是說(shuō)明性的且不旨在以任何方式限制本發(fā)明。這里所描述的方法和/或裝 置和/或其他主題的其他方面、特征以及優(yōu)點(diǎn)在這里所闡述的教導(dǎo)中將變得更得明顯。
在本公開(kāi)的一個(gè)方面中，通過(guò)在催化氧化方法中防止不期望的高溫部分在反應(yīng) 部中形成并通過(guò)燃料分配的改善而在反應(yīng)部中形成氣體時(shí)空間速度(gas hourly space velocity)，重整器被構(gòu)造為防止回火。 在另一個(gè)方面中，本公開(kāi)提供了具有改善的壓縮性或重整器效率的重整器以及具 有該重整器的燃料電池。 另一方面，重整器包括第一反應(yīng)部，具有第一腔室以及設(shè)置在第一腔室內(nèi)部的第 一催化劑，第一反應(yīng)部被構(gòu)造為通過(guò)燃燒第一燃料來(lái)產(chǎn)生熱；第二反應(yīng)部，具有第二催化 劑，第二反應(yīng)部被構(gòu)造為由第一反應(yīng)部加熱且第二反應(yīng)部進(jìn)一步被構(gòu)造為重整第二燃料； 以及回火防止部(flash back preventio即art)，設(shè)置在第一燃料和氧化劑流動(dòng)的上游側(cè) (upstream side)，該回火防止部被構(gòu)造為越過(guò)距第一催化劑的預(yù)定間隔來(lái)引入第一燃料 和氧化劑。 在某些實(shí)施例中，預(yù)定間隔具有例如在約5mm到約15mm之間的范圍。在某些實(shí)施 例中，回火防止部的長(zhǎng)度在回火防止部的寬度的例如約50%到約100%之間的范圍內(nèi)，并 且其中回火防止部的長(zhǎng)度沿第一燃料流動(dòng)的方向取向。在某些實(shí)施例中，第二催化劑的一 端設(shè)置為鄰近回火防止部。 在某些實(shí)施例中，第一催化劑包括具有多個(gè)通道的第一支撐體(firstsubstrate) 以及支撐在第一支撐體中的活性材料(active material)。在某些實(shí)施例中，第一支撐體 可以包括單塊(monolith)。在某些實(shí)施例中，單塊具有與第一支撐體相同的截面結(jié)構(gòu)和形 狀。在某些實(shí)施例中，單塊的截面具有蜂窩形狀。在某些實(shí)施例中，單塊具有螺旋形狀，其 中片形第一構(gòu)件和波紋狀第二構(gòu)件重疊地巻繞。在某些實(shí)施例中，單塊的多個(gè)通道的敞開(kāi) 正面區(qū)域占單塊截面的范圍為例如約40%到約95%。在某些實(shí)施例中，單塊的單元密度在 例如每平方英寸約200個(gè)單元(cpsi)到每平方英寸約1500個(gè)單元的范圍內(nèi)。
在某些實(shí)施例中，第二反應(yīng)部包括接觸第一腔室的第二腔室以及設(shè)置在第二腔室 內(nèi)部的第二支撐體，其中第二催化劑還包括第二支撐體以及支撐在第二支撐體中的活性材
4料。在某些實(shí)施例中，第二支撐體的一端位于上游側(cè)，其中第二支撐體的該端被構(gòu)造為接收 第二燃料，并且其中第二支撐體的該端設(shè)置為鄰近回火防止部。在某些實(shí)施例中，第二支撐 體具有小球狀(pelletsh即e)或者彈丸狀(marble sh即e)。在某些實(shí)施例中，第二支撐體 包括陶瓷單塊或金屬單塊。 在某些實(shí)施例中，第一反應(yīng)部和第二反應(yīng)部具有兩端封閉的雙管結(jié)構(gòu)，該雙管結(jié) 構(gòu)的每個(gè)管具有用于流體運(yùn)動(dòng)的多個(gè)開(kāi)口部。在某些實(shí)施例中，第一燃料包括選自由丁烷、 甲烷、天然氣、丙烷氣和柴油組成的組中的至少一種材料。在某些實(shí)施例中，第一催化劑包 括在由例如氧化鋁Al^、硅石Si02或Ti02制成的支撐體中的例如PdAl203、 Ni0、 Cu0、 Ce02 和Al203、Pu、Pd和Pt及其組合。在某些實(shí)施例中，重整器還包括將第一燃料噴射到第一反 應(yīng)部中的噴嘴。在某些實(shí)施例中，重整器還包括點(diǎn)燃供應(yīng)到第一反應(yīng)部的第一燃料的點(diǎn)火 器(igniter)。


從結(jié)合附圖的以下描述及權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的前述及其他的特征將變得更加明
顯。應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖僅根據(jù)本公開(kāi)示出特定的實(shí)施例，因此不應(yīng)被認(rèn)為對(duì)本公開(kāi)的范圍
進(jìn)行限制；將通過(guò)采用附圖用附加的特性和細(xì)節(jié)描述本公開(kāi)。根據(jù)一些描述的實(shí)施例的裝
置可以具有幾個(gè)方面，該幾個(gè)方面中沒(méi)有單個(gè)一個(gè)方面是唯一對(duì)本裝置的期望特性有貢獻(xiàn)
的。在考慮這些討論后，特別是閱讀名稱為"具體實(shí)施方式
"的部分之后，將理解示出的特
征如何用于解釋本公開(kāi)的特定原理。 圖1是重整器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖； 圖2是圖1中的重整器的沿線II-II剖得的截面圖； 圖3是重整器的另一個(gè)實(shí)施例的截面圖； 圖4是回火防止部的一個(gè)實(shí)施例的透視圖； 圖5是適用于重整器的回火防止部的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的詳細(xì)描述中，僅通過(guò)圖解示出和描述了特定的示范性實(shí)施例。本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，所描述的實(shí)施例可以以各種不同的方式被修改，而所有這些修改都不 脫離本公開(kāi)的精神或范圍。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說(shuō)明性的而不是限制性的。此外， 當(dāng)元件被稱為在另一元件"上"時(shí)，其可以直接該元件上或者間接在該元件上，而二者之間 插設(shè)有一個(gè)或多個(gè)中間元件。而且，當(dāng)元件被稱為"連接到"另一元件時(shí)，其可以直接連接 到該元件或者間接連接到該元件，而二者之間插設(shè)有一個(gè)或多個(gè)中間元件。下文中，相似的 附圖標(biāo)記表示相似的元件。 下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述特定的實(shí)施例，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能容易地 執(zhí)行和使用本公開(kāi)的方案。 高溫燃料電池(例如熔融碳酸鹽燃料電池(molten carbonate fuel cell)和固 態(tài)氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell)等)可以在大于約600°C的溫度下工作。中 溫燃料電池(例如磷酸燃料電池(phosphoric acid fuel cell))可以在大于約200°C的 溫度工作。高溫燃料電池和中溫燃料電池二者都已經(jīng)被開(kāi)發(fā)用于例如大規(guī)模發(fā)電廠或者生
5物氣體廠等中。聚合物電解液燃料電池(PEFC)可以在約IO(TC或更低的溫度工作，其采用 聚合物電解液膜。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了 PEFC主要用作例如可移動(dòng)的電源、家用電源和/或便攜式電 源。PEFC系統(tǒng)可以包括直接使用氫氣的系統(tǒng)。PEFC系統(tǒng)可以包括使用烴基燃料的基于重 整器的系統(tǒng)。 通常，重整器用于將烴基燃料(例如液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)以及柴 油(diesel)等)或者醇基燃料(例如丁醇(butyl alcohol)等)轉(zhuǎn)變成混合有氫和一氧 化碳等的混合物。例如，與丁烷的重整反應(yīng)可以在約60(TC的溫度發(fā)生，與甲烷的重整反應(yīng) 可以在約80(TC的溫度發(fā)生。利用丁烷和蒸汽(steam)的重整反應(yīng)或者利用甲烷和二氧化 碳的重整反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。 在被構(gòu)造為使用諸如丁烷或者甲烷的烴基燃料的重整器中，需要能夠提供在約
60(TC或更高的溫度工作所需的熱能的熱源。這樣的熱源通常包括燃燒器。然而，利用燃燒
器通常需要最小的燃燒空間以避免直接加熱。這樣的構(gòu)造不適于較小的重整器。 備選地，重整器可以采用利用催化氧化反應(yīng)的熱源。催化氧化法中的熱源具有另
一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即熱源本身具有相對(duì)均勻的溫度分布。然而，其仍可能具有缺點(diǎn)，即在約60(TC或
更高的高溫環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生從催化劑層到上游側(cè)(燃料在該側(cè)被引入)的回火?；鼗饡?huì)在重
整器的燃料供應(yīng)噴嘴上引起火焰，因此它會(huì)對(duì)重整器的壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。 圖1是根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例的重整器的透視圖。圖2是圖1中的重整器沿線
II-II的截面圖。 參照?qǐng)D1和圖2，重整器10包括外殼(housing) 20，形成至少一個(gè)腔室；第一反應(yīng) 部30，設(shè)置在外殼20內(nèi)部；第二反應(yīng)部40，設(shè)置在外殼20內(nèi)部；以及回火防止部50，設(shè)置 在外殼20內(nèi)部。在圖示的實(shí)施例中，外殼20形成為兩端基本封閉的管狀，其具有預(yù)定截面 且具有用于流體運(yùn)動(dòng)的多個(gè)開(kāi)口部。在某些實(shí)施例中，外殼20可以由具有絕熱能力的金屬 或者非金屬絕熱材料形成。 在某些實(shí)施例中，外殼可以具有例如雙管結(jié)構(gòu)。在此情況下，第一外殼22具有兩 側(cè)基本封閉的管狀，并具有預(yù)定的第一截面。第二外殼24具有兩端基本封閉的管狀，并具 有小于第一截面的第二截面，且在管的縱向方向上被第一外殼22圍繞。同時(shí)，第一外殼22 的內(nèi)圓周表面可以以預(yù)定距離與第二外殼24的外圓周表面間隔開(kāi)，并且第二外殼24的內(nèi) 圓周表面可以以預(yù)定距離與管60的外圓周表面間隔開(kāi)。 在某些實(shí)施例中，管60具有基本敞開(kāi)的兩端，并具有第三截面，該第三截面小于 第二外殼24的第二截面。在某些實(shí)施例中，管60用作通道，該通道將從第二外殼24中的 第二反應(yīng)部40產(chǎn)生的重整產(chǎn)物傳輸?shù)酵鈿?4的外部。 如圖1和圖2示出的實(shí)施例，在第一外殼22與第二外殼24之間的空間中，為第一 反應(yīng)部30提供了第一腔室。在第二外殼24與管60之間的空間中，為第二反應(yīng)部40提供 了第二腔室。如果第一反應(yīng)部30和第二反應(yīng)部40形成為雙管結(jié)構(gòu)，該雙管結(jié)構(gòu)具有第二 反應(yīng)部40被第一反應(yīng)部30圍繞的形狀，從而可以將從第一反應(yīng)部30產(chǎn)生的熱有效地提供 到第二反應(yīng)部40。因此，可以提高重整器的熱效率。 第一反應(yīng)部30可以用作熱源以提供第二反應(yīng)部40中的重整反應(yīng)中所需要的熱
量。第一反應(yīng)部30可以具有在約60(TC到約80(TC之間的范圍內(nèi)的反應(yīng)溫度。 本實(shí)施例的第一反應(yīng)部30可以包括設(shè)置在第一腔室中的第一支撐體35以及支撐在第一支撐體35中的活性材料36。第一支撐體35可以包括具有多個(gè)通道38的單塊。該 單塊可以實(shí)現(xiàn)為陶瓷單塊或者金屬單塊。在下文中，支撐有活性材料的第一支撐體35將通 常被稱為催化劑。換言之，支撐有活性材料36的第一支撐體35可以形成第一催化劑。
第一催化劑作為氧化催化劑使第一燃料氧化從而產(chǎn)生熱和燃燒氣體(combustion gas)。第一催化劑可以通過(guò)在支撐體中支撐選自由PdAl203、Ni0、Cu0、Ce02和Al203、Pu、Pd 和Pt和/或其組合組成的組中的材料而形成，該支撐體可以由氧化鋁八1203、硅石Si02和/ 或Ti02制成。此外，第一催化劑氧化和/或還原具有多個(gè)通道的支撐體使得活性材料直接 支撐在支撐體中。 此外，第一反應(yīng)部30可以包括至少一個(gè)第一開(kāi)口部31a以及第二開(kāi)口部31b，第一 燃料和氧化劑被引入第一開(kāi)口部31a中，第二開(kāi)口部31b排出燃燒氣體。噴嘴32可以設(shè)置 在第一開(kāi)口部31a中。噴嘴32將第一燃料注入到第一反應(yīng)部30里面。此外，第一反應(yīng)部 30可以具有點(diǎn)火器(igniter) 33，其中點(diǎn)火器33點(diǎn)燃注入到第一反應(yīng)部30里面的第一燃 料。 第二反應(yīng)部40可以被構(gòu)造為接收來(lái)自第一反應(yīng)部30的熱并可以被構(gòu)造為重整第 二燃料以形成重整產(chǎn)物。在圖示的本實(shí)施例中，第二反應(yīng)部40包括第二催化劑42，第二催 化劑42具有支撐在支撐體中的活性材料，該支撐體以小球狀或彈丸狀設(shè)置在第二腔室中。 第二反應(yīng)部40可以包括圍繞第二催化劑42的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(reticular formation) 44，用于防 止第二催化劑42損耗。在某些實(shí)施例中，第二催化劑42可以設(shè)置在第二腔室中，同時(shí)填充 在多個(gè)管狀反應(yīng)器中。 第二催化劑42可以通過(guò)將選自由Cu-Zn、 Ni/Al203、 Ru/Zr02、 Ru/Al203/Ru/ &0241203和/或其組合組成的組中的材料支撐在支撐物(su卯ort)中而形成，該支撐物可 以形成為小球狀并可以由氧化鋁八1203、硅石Si02和/或Ti02制成。 優(yōu)選地，第二催化劑42的一端設(shè)置為鄰近回火防止部50。這可能是回火防止部 50設(shè)置在第一反應(yīng)部30的第一腔室里面以被第一燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱加熱的原因。因此， 熱可以通過(guò)被加熱的回火防止部50傳輸?shù)降诙呋瘎?2。通過(guò)如上所述的構(gòu)造，可以改善 重整器10的熱效率。 此外，第二反應(yīng)部40可以包括至少一個(gè)第一開(kāi)口部41a和至少一個(gè)第二開(kāi)口部 41b，第二燃料和蒸汽被引入到第一開(kāi)口部41a中，第二開(kāi)口部41b排出通過(guò)第二燃料和蒸 汽的重整反應(yīng)產(chǎn)生的重整產(chǎn)物。第二開(kāi)口部41b可以連接到管60的一端，管60位于外殼 20的中心部。管60的另一端暴露到外殼20的外部。重整產(chǎn)物可以通過(guò)管60供應(yīng)到燃料 電池堆疊等。 在上述示出的實(shí)施例中，當(dāng)熱從第一反應(yīng)部30被供應(yīng)到第二反應(yīng)部40時(shí)，在諸如 丁烷的燃料利用催化氧化反應(yīng)燃燒的情況下，會(huì)產(chǎn)生回火。然而，回火防止部50設(shè)置在第 一燃料被引入第一腔室的上游側(cè)以防止會(huì)從第一反應(yīng)部30產(chǎn)生的回火。
特別地，在重整器10具有雙管結(jié)構(gòu)的情況下，大的熱點(diǎn)(hot spot)會(huì)從第一催化 劑的第一燃料和空氣開(kāi)始流入的一端產(chǎn)生并且回火會(huì)通過(guò)熱點(diǎn)產(chǎn)生。然而，如果使用圖示 實(shí)施例的回火防止部50，則這些可以被防止。 這里，回火是指這樣的現(xiàn)象，當(dāng)?shù)谝蝗剂虾?或空氣沒(méi)有均勻地分散和/或供應(yīng)到 第一催化劑36的整個(gè)區(qū)域而是相反地集中在第一催化劑36的特定區(qū)域上時(shí)會(huì)發(fā)生該現(xiàn)象使得火焰從熱能集中的區(qū)域產(chǎn)生。通過(guò)第一燃料和空氣的局部氧化反應(yīng)，特定的區(qū)域會(huì)產(chǎn) 生火焰。然后，由此產(chǎn)生的火焰會(huì)由于第一燃料的流動(dòng)而傳播到上游側(cè)。
優(yōu)選地，圖示實(shí)施例的回火防止部50具有與設(shè)置在第一反應(yīng)部30內(nèi)部的第一支 撐體35相同或相似的結(jié)構(gòu)以更有效地防止回火。此外，回火防止部50可以設(shè)置為與第一 支撐體35相隔預(yù)定空間54。換言之，回火防止部50和第一支撐體35可以設(shè)置為具有預(yù)定 間隔"L"。間隔L通常在約5mm到約15mm之間的范圍內(nèi)。 如果間隔L小于約5mm，則通過(guò)回火防止部50的燃料不會(huì)平穩(wěn)地分配到支撐體35 的多個(gè)通道38中而產(chǎn)生來(lái)自各個(gè)通道38的燃料在線速度上的差異，從而會(huì)產(chǎn)生回火。如 果間隔L大于約15mm，則從回火防止部50分配的燃料會(huì)再次結(jié)合使得燃料分配效果消失。 因此，如果從多個(gè)通道產(chǎn)生燃料線速度的差異，則因此會(huì)產(chǎn)生回火。 當(dāng)?shù)谝淮呋瘎┑闹误w35是單塊時(shí)，回火防止部50優(yōu)選實(shí)現(xiàn)為與不支撐催化劑 狀態(tài)下的單塊支撐體35基本相同的單塊。然而，回火防止部50可以僅在一個(gè)方向上尺寸 不同于第一催化劑的單塊支撐體35。 回火防止部50適當(dāng)?shù)胤峙渫ㄟ^(guò)第一開(kāi)口部31a和/或噴嘴32供應(yīng)的第一燃料和 空氣，并形成第一開(kāi)口部31a與第一催化劑之間的氣體時(shí)空間速度。因此，回火防止部50 可以防止相對(duì)高溫的部分形成在一端部上并且防止從第一反應(yīng)部30產(chǎn)生回火。下面將更 詳細(xì)地描述上述的重整器10的工作過(guò)程。 如果第一燃料和空氣通過(guò)噴嘴32和/或第一開(kāi)口部31a被供應(yīng)到第一反應(yīng)部30 里面，則第一燃料和空氣通過(guò)回火防止部50的多個(gè)通道52被分配而進(jìn)入第一催化劑36的 多個(gè)通道38。換言之，具有多個(gè)通道52的回火防止部50的結(jié)構(gòu)和形狀可以與具有多個(gè)通 道38的支撐體35的結(jié)構(gòu)和形狀基本相同，使得流入第一反應(yīng)部30的第一燃料和空氣可以 在流過(guò)回火防止部50之后自然地流入支撐體35的通道38中。 引入支撐體35的通道38中的第一燃料和空氣燃燒，通過(guò)第一催化劑的催化作用 而經(jīng)歷放熱氧化反應(yīng)。同時(shí)，防止從第一催化劑位于引入第一燃料的上游側(cè)的一端產(chǎn)生相 對(duì)大的熱點(diǎn)，從而不產(chǎn)生回火。由第一反應(yīng)部30產(chǎn)生的熱能可以提供到第二反應(yīng)部40。
同時(shí)，設(shè)置在第一反應(yīng)部30的第一腔室內(nèi)的回火防止部50也被加熱到與第一反 應(yīng)部30基本相同的溫度，從而與第一反應(yīng)部30 —起用作向第二反應(yīng)部40提供熱量的熱 源。由第一燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的燃燒氣體可以通過(guò)第二開(kāi)口部31b排到外部。
同時(shí)，通過(guò)噴嘴23和/或另一個(gè)開(kāi)口部41a流入到第二反應(yīng)部40里面的第二燃料 和蒸汽在第二催化劑42的協(xié)助下進(jìn)行蒸汽重整反應(yīng)，第二催化劑42促進(jìn)該重整反應(yīng)。蒸 汽重整反應(yīng)在高溫氣氛下分解蒸汽和烴基燃料以將它們重構(gòu)為氫分子和二氧化碳。當(dāng)丁烷 用作第二燃料時(shí)，蒸汽重整反應(yīng)的相關(guān)關(guān)系式由下面的反應(yīng)式1表示
反應(yīng)式1
C4H10+8H2O g 4C02+13H2 參照反應(yīng)式1，蒸汽重整反應(yīng)從低能的水分子產(chǎn)生高能的氫分子，因此是吸熱反 應(yīng)。蒸汽重整反應(yīng)具有氫產(chǎn)生量大的優(yōu)點(diǎn)。從第二反應(yīng)部40產(chǎn)生的重整產(chǎn)物通過(guò)連接到 第二開(kāi)口部41b的管60排出到外部。重整產(chǎn)物可以包括例如氫氣和二氧化碳等。
圖3是根據(jù)本公開(kāi)另一實(shí)施例的重整器的截面圖。參照?qǐng)D3，重整器100包括外
8殼120，具有雙管結(jié)構(gòu)且形成第一腔室和第二腔室；以及第一反應(yīng)部130、第二反應(yīng)部140和回火防止部150，每個(gè)都設(shè)置在外殼120內(nèi)部。 外殼120包括具有管形的第一外殼122，其中兩側(cè)基本封閉。第一外殼122具有預(yù)定的第一截面和預(yù)定的長(zhǎng)度。外殼120還包括具有管形的第二外殼124，其中兩端基本封閉。第二外殼124具有大于第一截面的第二截面并且第一外殼122在管的縱向方向上被第二外殼124圍繞。第一外殼122可以包括至少一個(gè)第一開(kāi)口部131a和至少一個(gè)第二開(kāi)口部131b，第一燃料和空氣被引入到至少一個(gè)第一開(kāi)口部131a，至少一個(gè)第二開(kāi)口部131b排出當(dāng)?shù)谝蝗剂线M(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的燃燒氣體。第二外殼124可以包括至少一個(gè)第一開(kāi)口部141a和至少一個(gè)第二開(kāi)口部141b，第二燃料和蒸汽被引入到至少一個(gè)第一開(kāi)口部141a，至少一個(gè)第二開(kāi)口部141b排出通過(guò)第二燃料和蒸汽的重整反應(yīng)產(chǎn)生的重整產(chǎn)物。
第一反應(yīng)部130可以包括由第一外殼122形成的第一腔室。第一反應(yīng)部130可以包括具有多個(gè)通道138的支撐體135以及被支撐在支撐體135中的活性材料136，其中多個(gè)通道138設(shè)置在第一腔室內(nèi)且沿一個(gè)方向延伸。支撐有活性材料136的支撐體135形成第一催化劑。 支撐體135可以實(shí)現(xiàn)為陶瓷單塊或金屬單塊。支撐體135可以以多個(gè)通道138中的相鄰?fù)ǖ辣舜诉B接的方式實(shí)現(xiàn)以在它們的中部是流體連通的。 第一催化劑氧化和/或還原支撐體135以使支撐體135直接支撐有活性材料136。
例如，第一催化劑可以利用固相結(jié)晶法(SPC)制造以燃燒或還原均勻地包含活性金屬品種
的結(jié)晶前體。作為前體，可以使用鈣鈦礦(preovskite)或水滑石(hydrotalcite)基的前
體。例如，含鎳(Ni)的Mg-Al基HT被制備為前體，并且Mg-Al基固體溶液通過(guò)燃燒已制備
的前體產(chǎn)生并被還原，從而可以制造高度分散且穩(wěn)定的spc-Ni/MgAl催化劑。 在某些實(shí)施例中，催化劑主要是指支撐有活性材料的支撐物。然而，催化劑可以包
括自身起到催化作用的活性材料。此外，催化劑可以包括催化劑系統(tǒng)(catalyst system),
該催化劑系統(tǒng)具有支撐物再加上支撐有活性材料的另一支撐物，使得特征幾何表面面積
(specific geometric surface area)變得大于予頁(yè)定尺寸(例如，100m2/g)。 第二反應(yīng)部140可以包括第二腔室，第二腔室由第一外殼122的外表面和第二外
殼124的內(nèi)表面形成。第二反應(yīng)部140可以包括具有多個(gè)通道143的第二支撐體141以及
涂覆在第二支撐體141上的活性材料142，多個(gè)通道143設(shè)置在第二腔室內(nèi)部且沿一個(gè)方向延伸。 第二支撐體141可以實(shí)現(xiàn)為陶瓷單塊或金屬單塊。例如，當(dāng)?shù)谝环磻?yīng)部130的第一支撐體135是第一金屬單塊時(shí)，第二反應(yīng)部140的第二支撐體可以實(shí)現(xiàn)為圍繞第一金屬單塊的第二金屬單塊。第二支撐體141可以以如下方式實(shí)現(xiàn)，即多個(gè)通道143中的相鄰?fù)ǖ辣舜诉B接以在它們的中部是流體連通的。 支撐有活性材料142的第二支撐體141可以形成第二催化劑。第二催化劑可以以如下方式實(shí)現(xiàn)，即活性材料涂覆在支撐體上或者活性材料通過(guò)氧化和/或還原支撐體而直接支撐在支撐體中。優(yōu)選地，第二支撐體141的一端145設(shè)置為鄰近回火防止部150。這可能是回火防止部150設(shè)置在第一反應(yīng)部130的第一腔室內(nèi)從而被第一燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱加熱的原因。因此，熱量可以通過(guò)被加熱的回火防止部150轉(zhuǎn)移到活性材料142。通過(guò)如上所述的構(gòu)造，可以改善重整器100的熱效率。
在某些實(shí)施例中，在第一腔室中，回火防止部150設(shè)置在第一開(kāi)口部131a與第二 支撐體135之間?；鼗鸱乐共?50具有由陶瓷材料或者金屬材料制成的主體(body) 151。
主體151具有沿一個(gè)方向延伸的多個(gè)通道152。當(dāng)?shù)谝环磻?yīng)部130的第一支撐體 135為金屬單塊時(shí)，回火防止部150的主體151優(yōu)選由與第一支撐體135基本相同的單塊形 成。在某些實(shí)施例中，主體151沒(méi)有支撐催化劑。 此外，第一反應(yīng)部130的支撐體135的一端(也就是，面對(duì)第一開(kāi)口部131a的一 端)與回火防止部150設(shè)置為具有約5mm到約15mm的間隔L。利用上述回火防止部150， 通過(guò)改善第一流體分配，燃料的線速度在第一反應(yīng)部130的上游側(cè)相等，從而可以防止大 的熱點(diǎn)在第一催化劑中形成。 圖4是可用于重整器的回火防止部的透視圖。參照?qǐng)D4，回火防止部可以包括主體 251以及沿一個(gè)方向穿透主體251的多個(gè)通道252。主體251可以通過(guò)處理圓柱型或盤(pán)型 陶瓷或金屬母材料而形成沿一個(gè)方向穿透母材料的多個(gè)通道252，或者可以形成為其中設(shè) 置有多個(gè)通道252的形狀。從與多個(gè)通道252延伸的方向大致正交的方向看到的截面為蜂 窩形狀。此蜂窩形狀是一個(gè)示例，但是主體251的截面形狀可以具有三角形、四邊形、六邊 形、梯形或者圓形，或者任何其他合適的構(gòu)造。 回火防止部250的每平方英寸的單元數(shù)(cpsi)可以具有在約200cpsi到約 1500cpsi之間的范圍。在某些實(shí)施例中，多個(gè)通道252的敞開(kāi)正面的面積可以在主體251 截面的約40%到約95%的范圍內(nèi)。如上所述的范圍是考慮了在催化氧化法中設(shè)置在反應(yīng) 部中的第一支撐體的單元密度而設(shè)定的。 此外，在主體251的一個(gè)方向上的長(zhǎng)度H1可以加長(zhǎng)到寬度方向長(zhǎng)度加長(zhǎng)的程度。 例如，當(dāng)主體251的截面為近似圓形時(shí)，主體251的長(zhǎng)度H1可以在寬度方向上的長(zhǎng)度(例 如，直徑)的約50%到約100%的范圍內(nèi)。換言之，主體251的長(zhǎng)度H1可以被設(shè)計(jì)為被加 長(zhǎng)預(yù)定范圍，如同主體251截面的擴(kuò)大范圍。在預(yù)定范圍內(nèi)，如果長(zhǎng)度Hl短于在寬度方向 上的長(zhǎng)度的50%或者長(zhǎng)于在寬度方向上的長(zhǎng)度的100%，則回火防止部250對(duì)燃料分配或 者氣體時(shí)空間速度的改善效果會(huì)不顯著。 本實(shí)施例中的回火防止部250可以適合于雙管結(jié)構(gòu)，在該雙管結(jié)構(gòu)中進(jìn)行氧化反 應(yīng)的第一反應(yīng)部圍繞進(jìn)行重整反應(yīng)的第二反應(yīng)部，類(lèi)似于圖3中示出的重整器的回火防止 部。而且，在第一反應(yīng)部圍繞第二反應(yīng)部的雙管結(jié)構(gòu)中，本實(shí)施例的回火防止部250的主體 251可以具有修改的盤(pán)環(huán)形狀，該修改的盤(pán)環(huán)形狀在其中心部分具有空間，第二反應(yīng)部可以 設(shè)置在該空間。 圖5是可用于重整器的另一回火防止部的透視圖。參照?qǐng)D5，根據(jù)本實(shí)施例的回火 防止部350包括由金屬制成的主體351以及沿一個(gè)方向穿透主體351的多個(gè)通道352。在 某些實(shí)施例中，主體351的截面螺旋地形成。然而，這樣的螺旋截面是一個(gè)示例，主體351 可以修改為具有諸如圓形或者橢圓形的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。 主體351可以以如下方式制造片狀的第一主體351a和波紋狀的第二主體351b 螺旋巻繞地重疊，然后預(yù)定的粘合劑涂覆在第一主體35la與第二主體35lb之間以通過(guò)對(duì) 其施加熱量而使兩者粘著(braze)。多個(gè)通道352形成在第一主體351a與第二主體351b 之間的空間中。上述制造方法是能夠簡(jiǎn)單地制造金屬單塊形狀的回火防止部350和第一支 撐體(根據(jù)本實(shí)施例，二者用于催化氧化法的反應(yīng)部)的方法，該方法具有降低制造成本并
10適于批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。此外，如果回火防止部350利用金屬單塊制造，則可以獲得每單位體積高的表面積、具有寬入口的正面面積以及優(yōu)良的耐磨耗性等。 回火防止部350的每平方英寸的單元數(shù)(cpsi)可以具有在約200cpsi到約1500cpsi之間的范圍。在某些實(shí)施例中，多個(gè)通道352的敞開(kāi)正面面積可以在主體351截面的約40%到約95%。如上所述的范圍是考慮到催化氧化方法中設(shè)置在反應(yīng)部中的第一支撐體的單元密度而設(shè)定的。根據(jù)重整器所需的傳熱條件或者可傳導(dǎo)表面區(qū)域和/或主體351的構(gòu)成或形狀來(lái)設(shè)計(jì)通道352的重復(fù)距離和通道352之間的壁厚，可以適當(dāng)調(diào)整根據(jù)本實(shí)施例的回火防止部350的單元密度。 此外，主體351沿一個(gè)方向的長(zhǎng)度H2可以被加長(zhǎng)到在寬度方向上的長(zhǎng)度加長(zhǎng)的程度。例如，假設(shè)主體351的截面為近圓形，則主體351的長(zhǎng)度H2可以在寬度方向上的長(zhǎng)度(例如，直徑)的約50%到約100%之間的范圍內(nèi)。換言之，主體351的長(zhǎng)度H2可以被設(shè)計(jì)為在如主體351的截面加大的預(yù)定范圍內(nèi)加長(zhǎng)。在預(yù)定范圍內(nèi)，如果長(zhǎng)度H2短于在寬度方向上的長(zhǎng)度的約50%或者長(zhǎng)于在寬度方向上的長(zhǎng)度的約100%，則回火防止部350對(duì)燃料分配或氣體時(shí)空間速度的改善效果會(huì)不顯著。 本實(shí)施例的回火防止部350可以設(shè)置成雙管結(jié)構(gòu)，在此雙管結(jié)構(gòu)中回火防止部350與進(jìn)行催化氧化反應(yīng)的第一反應(yīng)部一起被進(jìn)行重整反應(yīng)的第二反應(yīng)部圍繞，此雙管結(jié)構(gòu)類(lèi)似于第一反應(yīng)部130和回火防止部150沿一個(gè)方向被第二反應(yīng)部140圍繞的雙管結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)，例如圖3)。 在某些實(shí)施例中，類(lèi)似于圖1和圖2中的管60，用于傳輸流體的管可以設(shè)置在主體351的中心部353中。在某些實(shí)施例中，類(lèi)似于圖l和圖2中的管60和第二反應(yīng)部40，管和第二反應(yīng)部可以設(shè)置在主體351的中心部353中。在某些實(shí)施例中，如同圖5的實(shí)施例，中心部353可以形成得較寬使得管和第二反應(yīng)部可以設(shè)置在其中。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在不脫離本公開(kāi)范圍的前提下對(duì)其進(jìn)行各種修改和改變。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，包括在一個(gè)實(shí)施例中的部件可以與其它的實(shí)施例互換；來(lái)自所述實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)部件可以包括與其它所述實(shí)施例的任何組合。例如，如這里所描述的和/或圖中所示的任何各種組件可以與其他實(shí)施例組合、互換或者從其他實(shí)施例排除。關(guān)于基本上任何這里所用的復(fù)數(shù)和/或單數(shù)術(shù)語(yǔ)，如果對(duì)于語(yǔ)境和/或本申請(qǐng)是合適的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將復(fù)數(shù)翻譯成單數(shù)和/或?qū)螖?shù)翻譯成復(fù)數(shù)。為了清晰起見(jiàn)，這里可以清楚地闡述各種單數(shù)/復(fù)數(shù)變換。此外，應(yīng)當(dāng)理解，本公開(kāi)的范圍不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，而是相反，旨在覆蓋包括在權(quán)利要求書(shū)及其等同物的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同方案。 本申請(qǐng)要求于2008年12月19日提交到韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10-2008-0130258的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容在此引用以作參考。
權(quán)利要求
一種重整器，包括第一反應(yīng)部，具有第一腔室以及設(shè)置在所述第一腔室內(nèi)部的第一催化劑，所述第一反應(yīng)部被構(gòu)造為通過(guò)燃燒第一燃料來(lái)產(chǎn)生熱；第二反應(yīng)部，具有第二催化劑，所述第二反應(yīng)部被構(gòu)造為被所述第一反應(yīng)部加熱并且所述第二反應(yīng)部還構(gòu)造為重整第二燃料；以及回火防止部，設(shè)置在所述第一燃料和氧化劑流動(dòng)的上游側(cè)，所述回火防止部被構(gòu)造為越過(guò)距所述第一催化劑的預(yù)定間隔來(lái)引入所述第一燃料和所述氧化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重整器，其中所述預(yù)定間隔具有在約5mm到約15mm之間的范圍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重整器，其中所述回火防止部的長(zhǎng)度在所述回火防止部的寬 度的約50%到約100%之間的范圍內(nèi)，并且其中所述回火防止部的長(zhǎng)度沿所述第一燃料流 動(dòng)的方向取向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重整器，其中所述第二催化劑的一端設(shè)置為鄰近所述回火防 止部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重整器，其中所述第一催化劑包括具有多個(gè)通道的第一支撐 體以及支撐在所述第一支撐體中的活性材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的重整器，其中所述第一支撐體包括單塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的重整器，其中所述單塊具有與所述第一支撐體相同的截面結(jié) 構(gòu)和形狀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的重整器，其中所述單塊的截面具有蜂窩形狀。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的重整器，其中所述單塊具有螺旋形狀，其中片狀的第一構(gòu)件 和波紋狀的第二構(gòu)件重疊地巻繞。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的重整器，其中所述單塊的多個(gè)通道的敞開(kāi)正面面積在所述 單塊的截面的約40%到約95%之間的范圍內(nèi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的重整器，其中所述單塊的單元密度在每平方英寸約200個(gè)單 元到每平方英寸約1500個(gè)單元之間的范圍內(nèi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重整器，其中所述第二反應(yīng)部包括接觸所述第一腔室的第 二腔室以及設(shè)置在所述第二腔室內(nèi)部的第二支撐體，并且其中所述第二催化劑還包括第二 支撐體以及支撐在所述第二支撐體中的活性材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的重整器，其中所述第二支撐體的一端位于上游側(cè)，其中所 述第二支撐體的該端被構(gòu)造為接收所述第二燃料，并且其中所述第二支撐體的該端設(shè)置為 鄰近所述回火防止部。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的重整器，其中所述第二支撐體具有小球狀或者彈丸狀。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的重整器，其中所述第二支撐體包括陶瓷單塊或金屬單塊。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重整器，其中所述第一反應(yīng)部和所述第二反應(yīng)部具有兩端 封閉的雙管結(jié)構(gòu)，所述雙管結(jié)構(gòu)中的每個(gè)管具有用于流體運(yùn)動(dòng)的多個(gè)開(kāi)口部。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重整器，其中所述第一燃料包括選自由丁烷、甲烷、天然氣、 丙烷氣和柴油組成的組中的至少一種材料。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重整器，其中所述第一催化劑包括在由氧化鋁八1203、硅石Si02或Ti02制成的支撐體中的選自由PdAl203、 Ni0、 CuO、 Ce02和A1203、 Pu、 Pd和Pt及其組 合組成的組中的材料。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重整器，還包括將所述第一燃料噴射到所述第一反應(yīng)部中 的噴嘴。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重整器，還包括點(diǎn)燃供應(yīng)到所述第一反應(yīng)部的所述第一燃 料的點(diǎn)火器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種重整器。該重整器可以構(gòu)造為防止在催化氧化反應(yīng)中從反應(yīng)部產(chǎn)生回火。重整器可以包括第一反應(yīng)部，具有第一腔室和設(shè)置在第一腔室內(nèi)的第一催化劑，該第一反應(yīng)部被構(gòu)造為通過(guò)燃燒第一燃料產(chǎn)生熱。重整器可以包括第二反應(yīng)部，具有第二催化劑，第二反應(yīng)部被構(gòu)造為由第一反應(yīng)部加熱且第二反應(yīng)部進(jìn)一步被構(gòu)造為重整第二燃料。重整器可以包括回火防止部，設(shè)置在第一燃料和空氣流動(dòng)的上游側(cè)，該回火防止部被構(gòu)造為越過(guò)距第一催化劑的預(yù)定間隔來(lái)引入第一燃料和空氣。
文檔編號(hào)H01M8/06GK101746725SQ20091026084
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者孫寅赫, 安鎮(zhèn)九, 李圣哲, 申又澈 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社