的邊界。CPOX反應(yīng)器單元408的與它們的CPOX反應(yīng)區(qū)409的至少一部分對(duì)應(yīng)的壁的外表面437暴露在開(kāi)放空間438內(nèi)。如果存在氫氣阻擋物，則所述氫氣阻擋物可為CPOX反應(yīng)器單元的暴露的外表面。在室436的反向末端處設(shè)置電阻型的點(diǎn)火器435(例如，額定為10-80瓦或更大)，其中將輻射熱產(chǎn)生元件439安置成接近于CPOX反應(yīng)器單元408的外表面437，但是與其物理隔離。在室436的與點(diǎn)火器435反向的末端處設(shè)置熱電偶440以如結(jié)合圖3A中所示的控制系統(tǒng)描述的那樣監(jiān)測(cè)CPOX反應(yīng)區(qū)409的溫度和提供重整器控制輸入。所述點(diǎn)火器的操作導(dǎo)致輻射熱被傳遞至和通過(guò)一個(gè)或多個(gè)附近的CPOX反應(yīng)器單元的壁，由此在這樣的反應(yīng)器單元(一個(gè)或多個(gè))的CPOX反應(yīng)區(qū)內(nèi)引發(fā)CPOX。從這些附近的CPOX反應(yīng)器單元的CPOX反應(yīng)區(qū)(一個(gè)或多個(gè))發(fā)射的熱輻射然后可如圖4C中的波浪箭頭所示那樣在所述陣列內(nèi)的剩余CPOX反應(yīng)器單元的反應(yīng)區(qū)內(nèi)引發(fā)CP0X。
[0205]提供避免與CPOX反應(yīng)器單元直接接觸的單個(gè)、或兩個(gè)、或者至多幾個(gè)點(diǎn)火器相對(duì)于其中各CPOX反應(yīng)器單元具有其自己的物理地附著或集成的點(diǎn)火器的CPOX點(diǎn)火器系統(tǒng)提供若干優(yōu)點(diǎn)。雖然使用后一點(diǎn)火系統(tǒng)是本教導(dǎo)所思慮到的，但是無(wú)效的點(diǎn)火器的辨認(rèn)可為成問(wèn)題的并且它的在沒(méi)有對(duì)它為其一部分的CPOX反應(yīng)器單元的損害和/或?qū)λ鲫嚵兄械钠渌磻?yīng)器單元的干擾的情況下的除去和更換可為困難的。因此，在CPOX反應(yīng)器單元的陣列或者多個(gè)CPOX反應(yīng)器單元內(nèi)適當(dāng)?shù)匕仓玫膯蝹€(gè)(或幾個(gè))點(diǎn)火器可允許可允許從CPOX重整器段容易且簡(jiǎn)單地辨認(rèn)和抽出有故障或有缺陷的點(diǎn)火器并且將其更換為有效的點(diǎn)火器。
[0206]如圖4C和4D中所示，當(dāng)使用兩個(gè)點(diǎn)火器(每個(gè)點(diǎn)火器對(duì)CPOX反應(yīng)器單元的2x7陣列進(jìn)行點(diǎn)火)時(shí)，使點(diǎn)火器435和熱電偶440的位置(在室436的一側(cè))相對(duì)于點(diǎn)火器435和熱電偶440的位置(在所述室的另一側(cè))反向可為有利的，特別是當(dāng)在所述兩個(gè)室之間存在顯著的熱連通時(shí)。已經(jīng)觀察到這樣的布置導(dǎo)致在CPOX反應(yīng)器單元的各分開(kāi)的陣列的CPOX反應(yīng)區(qū)內(nèi)的CPOX的更快速的引發(fā)。然而，應(yīng)理解，在室內(nèi)的適當(dāng)?shù)囟ǔ叨群桶仓玫腃POX反應(yīng)器單元的情況下，可使用單個(gè)點(diǎn)火器來(lái)在所述室內(nèi)的CPOX反應(yīng)器單元的CPOX反應(yīng)區(qū)內(nèi)引發(fā)CP0X。
[0207]圖4A、4C和4D中所示(并且在圖4B中存在但是未標(biāo)記的)室436可包含可作為如本文中討論的氫氣阻擋物的加壓流體例如加壓氣體。室436可為氣密室。如所描繪的，室436通常設(shè)置成:在所述室中包括CPOX反應(yīng)器單元408各自的CPOX反應(yīng)區(qū)(例如透氣性壁的包括CPOX催化劑的段)；以及包括點(diǎn)火器435和熱電偶440。如所顯示的，雖然所述室包括CPOX反應(yīng)區(qū)的一些，但是所述室的一個(gè)或多個(gè)壁可充當(dāng)氫氣阻擋物，其中所述CPOX反應(yīng)器單元(例如，如所示的那樣在所述室的內(nèi)部的上方和下方)橫穿或者延伸通過(guò)所述壁。加壓流體導(dǎo)管例如加壓氣體導(dǎo)管(未示出)可提供所述室的內(nèi)部和加壓或壓縮流體例如壓縮空氣的來(lái)源之間的可操作的流體連通?？墒褂煤线m的閥和壓力傳感器組件控制所述室的加壓以提供充足的流體壓力用于足夠的氫氣阻擋物。
[Ο2。8]參照?qǐng)D4Ε，圖4Α和4Β中所不的重整器段401的歧管426的放大的歧管部分450包括上部殼結(jié)構(gòu)455、下部殼結(jié)構(gòu)456、歧管室429、氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物(氣體)分布器427以及與管式CPOX反應(yīng)器單元408的入口 431流體連通例如氣流連通的氣體分布器出口 430。管式CPOX反應(yīng)器單元408的入口端457牢固地座落于形成于上部殼結(jié)構(gòu)455內(nèi)的空穴458內(nèi)且通過(guò)O-環(huán)墊圈459與其以氣密關(guān)系接合。氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物流動(dòng)通過(guò)氣體分布器427的出口430，通過(guò)管式CPOX反應(yīng)器單元408的入口 431并且進(jìn)入到CPOX反應(yīng)區(qū)409中，在CPOX反應(yīng)區(qū)409中所述氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物經(jīng)歷向富含氫氣的、包含一氧化碳的流出物重整物的氣相CPOX轉(zhuǎn)化，所述重整物在所述反應(yīng)器單元的出口端460處通過(guò)相關(guān)的出口 454離開(kāi)所述反應(yīng)器單元并且之后，例如，進(jìn)入構(gòu)成如本文中更充分地描述的燃料電池段的燃料電池堆的管式SOFC單元。如所顯示的，CPOX反應(yīng)器單元408座落于熱傳導(dǎo)元件434上方，熱傳導(dǎo)元件434可為包括從所述氣體分布器通向所述CPOX反應(yīng)器單元的入口的孔口的孔(orifice)板。所述孔板可為與所述歧管殼在物理上相同的結(jié)構(gòu)或者可為如所顯示的那樣附著至或者密封至所述歧管殼的單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。
[0209]如圖4F和4G中進(jìn)一步顯示的，各管式CPOX反應(yīng)器單元408的透氣性壁451包括內(nèi)表面461;外表面462;由透氣性壁451圍封的開(kāi)放的氣流通道463，其一部分構(gòu)成CPOX反應(yīng)區(qū)409;和催化有效量的CPOX催化劑464，其擔(dān)載于如下的結(jié)構(gòu)體內(nèi)和/或包括如下的結(jié)構(gòu)體:透氣性壁451的至少的與第二區(qū)域45 3和CPOX反應(yīng)區(qū)409對(duì)應(yīng)的段。如所示的，為了防止或抑制產(chǎn)物氫氣通過(guò)透氣性壁451而損失，氫氣阻擋物465附著至透氣性壁451的外表面462。
[0210]開(kāi)放的氣流通道可允許氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物和包含氫氣的重整物在其中基本上不受阻礙地流動(dòng)，這是本教導(dǎo)的CPOX反應(yīng)器單元的對(duì)低的背壓(其為本教導(dǎo)的氣態(tài)燃料CPOX重整器的操作的特性)有貢獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)特征。在根據(jù)本教導(dǎo)的氣態(tài)燃料CPOX重整器和/或集成的重整器-燃料電池系統(tǒng)的操作中，不超過(guò)約3英寸的水(0.0075巴)、例如不超過(guò)約2英寸的水、或者不超過(guò)約I英寸的水的背壓是可容易實(shí)現(xiàn)的。
[0211]如本文中之前提及的，為了防止或抑制氫氣經(jīng)由擴(kuò)散通過(guò)和超出形成CPOX反應(yīng)器單元的透氣性壁而損失，在CPOX反應(yīng)器單元的一些實(shí)施方式中，至少對(duì)于所述CPOX反應(yīng)器單元的長(zhǎng)度的與其CPOX反應(yīng)區(qū)對(duì)應(yīng)的那部分，將氫氣阻擋物與所述透氣性壁的外部或外表面結(jié)合(例如附著至或者粘附至所述透氣性壁的外部或外表面)。能夠充當(dāng)有效的氫氣阻擋物的材料應(yīng)當(dāng)是在是CPOX反應(yīng)的典型的高溫下熱穩(wěn)定的并且應(yīng)當(dāng)足夠致密以防止或者阻止重整物氣體特別是氫氣滲透或者擴(kuò)散通過(guò)其。
[0212]已知滿足這些要求的多種陶瓷材料(包括玻璃和玻璃-陶瓷)和金屬并且因此其適合于提供氫氣阻擋物。用于氫氣阻擋物的具體材料包括，例如，鋁、鎳、鉬、錫、鉻、氧化鋁、重結(jié)晶氧化鋁、鋁化物、鋁娃酸鹽、二氧化鈦、碳化鈦、氮化鈦、氮化硼、氧化鎂、氧化絡(luò)、磷酸鋯、二氧化鈰、氧化鋯、莫來(lái)石等、其混合物以及其層狀組合。
[0213]當(dāng)構(gòu)成氫氣阻擋物的材料的性質(zhì)允許時(shí)，所述氫氣阻擋物可作為預(yù)先形成的層、箔、薄膜或膜施加至CPOX反應(yīng)器單元壁的外表面的至少的與CPOX反應(yīng)區(qū)對(duì)應(yīng)的那部分。所述氫氣阻擋物可用耐高溫粘結(jié)劑粘合至所述壁。替代地，可通過(guò)采用任何合適的沉積方法，例如，常規(guī)或者以其它方式知曉的陶瓷-涂覆和金屬-涂覆技術(shù)(例如噴涂、粉末涂覆、刷涂、浸漬、流延、共擠出、金屬化等)的任意者，以及它們的許多變型的任意者在外表面上形成氫氣阻擋物。氫氣阻擋物的厚度的合適范圍將主要取決于所選擇的阻擋物材料的氫氣滲透性特性以及圍封CPOX反應(yīng)區(qū)的壁的氣體滲透性特性，這樣的厚度由本領(lǐng)域技術(shù)人員確定。對(duì)于許多阻擋物材料和反應(yīng)器壁結(jié)構(gòu)，氫氣阻擋物的厚度可從約2微米到約15微米，例如，在約5微米和12微米之間變化。
[0214]另外，氫氣阻擋物可為與CPOX反應(yīng)器單元的透氣性壁(例如至少所述包含CPOX催化劑的壁段)的外表面結(jié)合的加壓流體例如加壓氣體。在足夠壓力的情況下，在CPOX反應(yīng)器單元外部的加壓流體可產(chǎn)生防止氫氣通過(guò)形成CPOX反應(yīng)器單元的透氣性壁而損失的阻擋物。加壓流體典型地為加壓氣體例如惰性氣體(例如，氮?dú)?和/或空氣。使用加壓空氣作為氫氣阻擋物具有如下的另外的優(yōu)點(diǎn):氧氣從CPOX反應(yīng)器單元的外部擴(kuò)散至內(nèi)部，該擴(kuò)散的氧氣可調(diào)節(jié)將要和/或正被重整的氣態(tài)CPOX反應(yīng)混合物的0:C比;特別是當(dāng)在CPOX反應(yīng)區(qū)周圍使用和存在這樣的氫氣阻擋物時(shí)。
[0215]在某些實(shí)施方式中，所述CPOX反應(yīng)器單元除了其入口和出口之外都可位于氣密室中，從而允許在CPOX反應(yīng)器單元外部的環(huán)境中的流體例如氣體的加壓，該加壓氣體可產(chǎn)生與CPOX反應(yīng)器單元的外表面結(jié)合的氫氣阻擋物。在【具體實(shí)施方式】中，由于直到CPOX反應(yīng)區(qū)才在CPOX反應(yīng)器單元中產(chǎn)生氫氣，因此僅有所述CPOX反應(yīng)器單元的CPOX反應(yīng)區(qū)被圍封在被流體例如空氣加壓的氣密室中。在其中CPOX反應(yīng)區(qū)未延伸至CPOX反應(yīng)器單元的出口的實(shí)施方式中，可將CPOX反應(yīng)區(qū)的開(kāi)頭部分到出口圍封在氣密室中以允許使用加壓氣體作為氫氣阻擋物。在一些設(shè)計(jì)中，如本文中描述的室可涵蓋CPOX反應(yīng)區(qū)的一部分，同時(shí)可存在涵蓋CPOX反應(yīng)區(qū)的剩余部分的另一形式的氫氣阻擋物。
[0216]在其中使用室例如氣密室的實(shí)施方式中，可使用與所述室的內(nèi)部流體連通的導(dǎo)管以用流體對(duì)所述室進(jìn)行加壓。例如，加壓流體或氣體導(dǎo)管可提供所述(氣密)室的內(nèi)部和加壓或壓縮流體的來(lái)源(例如壓縮氣體例如壓縮空氣的容器)之間的可操作的流體連通。
[0217]如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)和領(lǐng)會(huì)的，CPOX反應(yīng)器單元的截面構(gòu)型、數(shù)量和尺度，以及從它們的幾何中心或者質(zhì)心測(cè)量的它們彼此隔開(kāi)的距離將取決于具體的氣態(tài)燃料CPOX反應(yīng)器的操作和機(jī)械性能規(guī)格而產(chǎn)生。在基本上均勻的環(huán)形截面的CPOX反應(yīng)器單元例如圖4C、4F和4G中所示的CPOX反應(yīng)器單元408的情況下，這樣的CPOX反應(yīng)器單元的數(shù)量、它們的長(zhǎng)度、它們的內(nèi)徑和外徑(限定它們的透氣性壁的厚度)以及附著至所述透氣性壁的外表面的氫氣阻擋物的位置、長(zhǎng)度和厚度將由尤其是如下決定:CP0X重整器的氫氣產(chǎn)生本領(lǐng)，其本身又是包括如下的若干因素的函數(shù):類型、量(透氣性壁內(nèi)的CPOX催化劑的負(fù)載量和分布)、壁的多孔結(jié)構(gòu)的特性、影響所述壁的氣體滲透性(并且因此影響CPOX反應(yīng))的特性例如孔體積(孔徑的函數(shù))、孔的主要類型(主要是開(kāi)放的即網(wǎng)狀的還是主要是封閉的即非網(wǎng)狀的)、和孔形狀(球形的或不規(guī)則的)、CP0X反應(yīng)混合物的體積流速、CPOX溫度、背壓等。
[0218]具體的氣態(tài)燃料CPOX重整器的期望的機(jī)械性能特性將在相當(dāng)大程度上取決于如如下的這樣的因素:用于構(gòu)造所述CPOX反應(yīng)器單元的材料的熱和機(jī)械性質(zhì)、所述CPOX反應(yīng)器單元的壁的透氣性結(jié)構(gòu)的孔的體積和形態(tài)、所述反應(yīng)器單元的尺度特別是壁厚、和相關(guān)因素。
[0219]為了使氣態(tài)燃料CPOX重整器合適地運(yùn)行，管式CPOX反應(yīng)器單元的圍封氣相CPOX反應(yīng)區(qū)的催化活性的壁結(jié)構(gòu)的氣體滲透性性質(zhì)必須例如容許所述氣態(tài)可重整燃料自由地進(jìn)入和擴(kuò)散通過(guò)這樣的壁結(jié)構(gòu)，從而不僅與表面CPOX催化劑，而且也與內(nèi)部的CPOX催化劑(如果存在的話)進(jìn)行有效接觸。應(yīng)注意，對(duì)于所述氣態(tài)可重整燃料具有有限的氣體滲透性的CPOX反應(yīng)器單元壁結(jié)構(gòu)可為傳質(zhì)受限的，從而顯著地阻礙所述氣態(tài)可重整燃料向富含氫氣的重整物的CPOX轉(zhuǎn)化。相形之下，合適氣體滲透性的催化活性的反應(yīng)器壁結(jié)構(gòu)促進(jìn)所述氣態(tài)可重整燃料的CPOX轉(zhuǎn)化以及對(duì)于期望組成的富含氫氣的重整物的選擇性。
[0220]通過(guò)本教導(dǎo)來(lái)指引和采用已知的和常規(guī)的試驗(yàn)程序，本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易地構(gòu)造具有對(duì)于所要處理的具體的氣態(tài)可重整燃料呈現(xiàn)出最優(yōu)的氣體滲透性性質(zhì)的催化活性的壁結(jié)構(gòu)的CPOX反應(yīng)器單元。
[0221]管式CPOX反應(yīng)器單元的CPOX反應(yīng)區(qū)的催化活性的壁結(jié)構(gòu)可由其制造的材料為使得這樣的壁結(jié)構(gòu)能夠在作為CPOX反應(yīng)的特征的高溫和氧化性環(huán)境下保持穩(wěn)定的那些?？墒褂贸Ｒ?guī)的和以其它方式知曉的難熔的金屬、難熔的陶瓷、及其組合來(lái)構(gòu)造CPOX反應(yīng)區(qū)的催化活性的壁結(jié)構(gòu)。這些材料的一些例如鈣鈦礦還可具有對(duì)于部分氧化的催化活性并且因此不僅對(duì)于CPOX反應(yīng)區(qū)的催化活性的壁結(jié)構(gòu)的制造而言可為有用的，而且可為這樣的結(jié)構(gòu)供應(yīng)CPOX催化劑的部分或者甚至全部。
[0222]在一些實(shí)施方式中，CP0X反應(yīng)器單元的至少的CPOX反應(yīng)區(qū)的或者包括CPOX催化劑的壁段可由鈣鈦礦制成或者可包括鈣鈦礦。例如，這樣的壁段的大于約20 %、大于約30 %、大于約40%、大于約50%、大于約60%、大于約70%、大于約80%、或大于約90%重量可為鈣鈦礦。這樣的壁段可完全由鈣鈦礦制成，或者CPOX反應(yīng)器單元的整個(gè)壁可由鈣鈦礦制成或者可包括此處描述的百分?jǐn)?shù)的鈣鈦礦。所述壁的至少與CPOX反應(yīng)區(qū)對(duì)應(yīng)的段的材料的余下部分可包括選自如下的至少一種組分:不同于鈣鈦礦的CPOX催化劑、耐高溫粘合劑、陶瓷和金屬。
[0223]所述I丐鈦礦可為選自如下的至少一種成員:LaNi03、LaCo03、LaCr03、LaFe03和LaMnO3。鈣鈦礦可包括錳酸鍶鑭、鐵酸鍶鑭、鐵酸鈷鍶鑭、錳酸鈣鑭、鉻酸鍶鑭、鎵錳酸鍶鑭、及其組合。當(dāng)作為催化劑存在時(shí)，所述鈣鈦礦可為:La1-XCexFe2O3、LaCr1-yRuy03，La1-xSrxAl1-yRuy03和La1ISrxFe2O,包括其組合，其中X和y為范圍0.01-0.5的數(shù)。另外，在本教導(dǎo)的實(shí)踐中可使用其它適當(dāng)?shù)亟?jīng)過(guò)渡金屬摻雜的鈣鈦礦。
[0224]有用的難熔的金屬中有鈦、釩、鉻、鋯、鉬、銠、鎢、鎳、鐵等、它們與彼此的和/或與其它金屬和/或金屬合金等的組合。難熔的陶瓷由于如下而是用于所述催化活性的壁結(jié)構(gòu)的構(gòu)造的一類材料:與對(duì)于該目的也是有用的許多難熔的金屬和金屬合金相比，它們相對(duì)低的成本。可采用已知的和常規(guī)的孔形成程序?qū)⑦@樣的陶瓷形成為完全可再現(xiàn)的孔類型的管式透氣性的結(jié)構(gòu)的比較容易性以及陶瓷的通常高度令人滿意的結(jié)構(gòu)/機(jī)械性質(zhì)(包括熱膨脹系數(shù)和熱沖擊性能)以及耐化學(xué)退化性使得它們是有吸引力的材料。用于構(gòu)造CPOX反應(yīng)區(qū)(其如前所述，可包括CPOX反應(yīng)器單元的整個(gè)壁結(jié)構(gòu))的合適的難熔的陶瓷包括，例如，I丐鈦礦，尖晶石，氧化鎂，二氧化鋪，穩(wěn)定化的二氧化鋪，二氧化娃，二氧化鈦，氧化錯(cuò)，穩(wěn)定化的氧化鋯例如氧化鋁-穩(wěn)定化的氧化鋯、氧化鈣-穩(wěn)定化的氧化鋯、二氧化鈰-穩(wěn)定化的氧化鋯、氧化鎂-穩(wěn)定化的氧化鋯、氧化鑭-穩(wěn)定化的氧化鋯和氧化釔-穩(wěn)定化的氧化鋯，氧化鋯穩(wěn)定化的氧化鋁，燒綠石，鈣鐵石，磷酸鋯，碳化硅，釔鋁石榴石，氧化鋁，α-氧化鋁，T -氧化鋁，β-氧化鋁，硅酸鋁，堇青石，MgAl2O4等，其每一種公開(kāi)于美國(guó)專利N0.6,402,989和7，070，752(其全部?jī)?nèi)容引入本文作為參考)中；以及，稀土鋁酸鹽和稀土鎵酸鹽，其每一種公開(kāi)于美國(guó)專利N0.7,001,867和7，888，278(其全部?jī)?nèi)容引入本文作為參考)中。
[0225]通常，給定設(shè)計(jì)的CPOX重整器的全部或總的燃料轉(zhuǎn)化本領(lǐng)將是其各個(gè)CPOX反應(yīng)器單元的燃料轉(zhuǎn)化能力之和。相鄰CPOX反應(yīng)器單元之間的最小距離將使得，在所述重整器的操作的穩(wěn)態(tài)模式中，所述反應(yīng)器單元的溫度不超過(guò)預(yù)定的、或預(yù)設(shè)的最大值，并且相鄰CPOX反應(yīng)器單元之間的最大距離為那樣的距離:超過(guò)該距離，在所述氣態(tài)燃料CPOX重整器的操作的啟動(dòng)模式期間在一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器單元內(nèi)無(wú)法引發(fā)CPOX反應(yīng)，或者一個(gè)或多個(gè)CPOX反應(yīng)器單元內(nèi)的溫度下降至用于所述重整器的操作的穩(wěn)態(tài)模式的預(yù)定的、或預(yù)設(shè)的最小值。相鄰CPOX反應(yīng)器單元之間的最小和最大距離可采用慣常的試驗(yàn)方法針對(duì)給定的重整器段設(shè)計(jì)而容易地確定。
[0226]本教導(dǎo)思慮使用任何迄今已知的和常規(guī)的CPOX催化劑(包括催化劑體系)、將催化劑引入到多孔基底或擔(dān)載體特別是CPOX反應(yīng)器單元的透氣性壁內(nèi)的方法、以及催化劑分布的樣式(包括，但不限于，被局限于壁的特定段的催化劑、沿著反應(yīng)器單元的長(zhǎng)度增加和/或從壁的內(nèi)表面到其外表面降低的催化劑負(fù)載量、沿著反應(yīng)器單元的長(zhǎng)度而在組成方面變化的CPOX催化劑、以及類似變型)。因此，例如，使CPOX反應(yīng)器單元的壁內(nèi)的催化劑負(fù)載量從CPOX反應(yīng)區(qū)的起點(diǎn)到其終點(diǎn)或者終點(diǎn)附近增加就在該區(qū)內(nèi)維持恒定的CPOX反應(yīng)溫度而言可為有幫助的。
[0227]可在本文中使用的許多已知的和常規(guī)的CPOX催化劑中有被公開(kāi)例如于如下中的金屬、金屬合金、金屬氧化物、混合金屬氧化物、鈣鈦礦、燒綠石、它們的混合物和組合(包括其中的多個(gè)種類):美國(guó)專利 Νο.5，149，156;5，447，705;6，379，586;6，402，989;6，458，334;6,488,907；6,702,960；6,726,853；6,878,667；7,070,752；7,090,826；7,328,691；7,585,810; 7,888，278 ;8,062,800;和8，241,600，其全部?jī)?nèi)容引入本文作為參考。
[0228]雖然許多高度活性的包含貴金屬的CPOX催化劑是已知的并且因此在本文中可為有用的，但是由于如下，它們通常比其它已知類型的CPOX催化劑用得少:它們高的成本、它們?cè)诟邷叵聼Y(jié)并且因此經(jīng)歷催化活性降低的趨向、以及它們被硫中毒的傾向。
[0229]鈣鈦礦催化劑是在本教導(dǎo)中有用的一類CPOX催化劑，因?yàn)樗鼈冞€適合于構(gòu)造CPOX反應(yīng)器單元的催化活性的壁結(jié)構(gòu)。鈣鈦礦催化劑特征在于結(jié)構(gòu)ABX3，其中“Α”和“B”為具有非常不同尺寸的陽(yáng)離子，且“X”為與兩種陽(yáng)離子都結(jié)合的陰離子(通常為氧)。合適的鈣鈦礦CPOX 催化劑的實(shí)例包括 LaNi03、LaCo03、LaCr03、LaFe03 和 LaMn03。
[0230]鈣鈦礦的A部位改性通常影響它們的熱穩(wěn)定性，而B(niǎo)部位改性通常影響它們的催化活性。鈣鈦礦可針對(duì)具體的CPOX反應(yīng)條件通過(guò)在它們的A和/或B部處摻雜而定制改性(tailor-modified)。摻雜導(dǎo)致活性摻雜劑在鈣鈦礦晶格內(nèi)的原子水平分散，從而抑制它們的催化性能的退化。鈣鈦礦還可呈現(xiàn)出在作為CPOX重整的特征的高溫下對(duì)硫的優(yōu)異的容忍性。作為CPOX催化劑有用的摻雜的鈣鈦礦的實(shí)例包括La1-XCexFeO3 aaCn—yRuyO^Lai—xSrxAl PyRuyO3和La1-XSrxFeO3，其中取決于摻雜劑的溶解度極限和成本，X和y為0.05-0.5例如0.05-0.2的數(shù)。
[0231]如之前結(jié)合圖4F討論的，CPOX反應(yīng)器單元可包括第一上游區(qū)域，所述第一上游區(qū)域基本上沒(méi)有CPOX催化劑并且可從其入口端延伸至包含CPOX催化劑的第二下游區(qū)域。所述第二下游區(qū)域典型地從所述第一區(qū)域的末端延伸至其重整物流出物出口，雖然在所述出口附近的催化劑的量可下降。相對(duì)于CPOX反應(yīng)器單元的整個(gè)長(zhǎng)度，這些區(qū)域的長(zhǎng)度可顯著變化。因此，例如，第一區(qū)域可延伸達(dá)CPOX反應(yīng)器單元的長(zhǎng)度的約20 % -約60 %、例如約30 % -約40%或約50%，并且所述第二區(qū)域延伸達(dá)所述CPOX反應(yīng)器單元的長(zhǎng)度的剩余部分。如結(jié)合圖4A的CPOX重整器401的描述所解釋的，在CPOX重整器401的穩(wěn)態(tài)操作期間，第一區(qū)域452保持在與第二區(qū)域453(對(duì)應(yīng)于CPOX反應(yīng)區(qū)409)相比明顯更低的溫度下，從而允許圖4A的歧管426的歧管殼428由許多種低成本、可容易模塑的熱塑性或熱塑性樹(shù)脂的任意者制造。
[0232]CPOX反應(yīng)器單元408除了圖4G中所示的環(huán)形截面之外還可采取其它截面構(gòu)型例如示于圖4H和41中的那些。圖4H說(shuō)明具有交替的凹面-凸面或雙葉截面的CPOX反應(yīng)器單元。具有這樣的截面構(gòu)型的CPOX反應(yīng)器單元可為尤其有利的，其中它們的出口段將如由Finnerty等在共同待審的、共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)公布N0.2013/0230787(其全部?jī)?nèi)容引入本文作為參考用于所有目的)中所公開(kāi)的SOFC燃料電池組件的和燃料電池裝置中那樣與類似地配置的管式固體氧化物燃料電池(SOFC)單元接合或者配對(duì)。
[0233]作為CPOX反應(yīng)器單元與管式燃料電池單元的直接連接的替代或者與CPOX反應(yīng)器單元與管式燃料電池單元的直接連接組合，多管式CPOX重整器的兩個(gè)或更多個(gè)CPOX反應(yīng)器單元的出口可與彼此(以及與CPOX反應(yīng)器單元的另外的出口)流體連通并且來(lái)自所述出口的富含氫氣的重整物可在引入到燃料電池中之前組合。例如，來(lái)自兩個(gè)或更多個(gè)CPOX反應(yīng)器單元的富含氫氣的重整物流出物可在歧管或類似裝置和/或一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管中組合，然后引入到燃料電池(其可為多管式燃料電池或者單個(gè)燃料電池單元)中。因此，本教導(dǎo)的CPOX重整器取決于其最終用途可適合于多種應(yīng)用，例如向單個(gè)或多管式燃料電池單元提供富含氫氣的重整物。
[0234]圖4A的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)400包括以由多個(gè)單獨(dú)的管式SOFC單元469(分別在圖4J和4K中以放大的細(xì)節(jié)示出了其兩個(gè)實(shí)施方式470和471)構(gòu)成的SOFC堆468為特征的燃料電池段467。如果需要，可將所述管式SOFC單元制成在數(shù)量和/或截面構(gòu)型方面與(如所示的)它們可直接結(jié)合的重整器段401的CPOX重整器單元408對(duì)應(yīng)。所描繪的集成的氣態(tài)燃料CPOX重整器-燃料電池系統(tǒng)還包括用于離開(kāi)SOFC堆468的廢氣或尾氣的燃燒的催化劑后燃燒器472;用于驅(qū)動(dòng)空氣經(jīng)由歧管474和通道475流動(dòng)至SOFC單元469的陰極側(cè)以及流動(dòng)至后燃燒器472以支持在其中的燃燒的離心式鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)473(與重整器段401的離心式鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)402如果不是在尺寸和/或容量方面的話也在構(gòu)造方面相同或類似)；用于分別監(jiān)測(cè)SOFC堆468和后燃燒器472的溫度的熱電偶476和477;后燃燒器氣體點(diǎn)火器478;燃燒廢氣端口 481;以及與管式SOFC單元469的陰極和陽(yáng)極部件電接觸的集流體479。
[0235]如圖4J中所示，管式SOFC單元470具有總體上伸長(zhǎng)的圓柱形構(gòu)型。SOFC單元470的切掉部分揭示其壁結(jié)構(gòu)由如下構(gòu)成:產(chǎn)生電子的內(nèi)部陽(yáng)極層482、消耗電子的外部陰極層483、和傳導(dǎo)離子但是防止電子通過(guò)的中間電解質(zhì)層484。
[0236]在操作中，從重整器段進(jìn)入SOFC堆的重整物的氫氣以及任何其它可電化學(xué)氧化的組分(一種或多種)在管式SOFC單元的陽(yáng)極層內(nèi)與氧陰離子組合以產(chǎn)生水和/或二氧化碳和電子。在所述陽(yáng)極層內(nèi)產(chǎn)生的電子迀移通過(guò)外部負(fù)載并且回到陰極層，在所述陰極層處氧氣與所述電子組合以提供氧陰離子，所述氧陰離子選擇性地穿過(guò)電解質(zhì)層和陽(yáng)