CN102074717A - 一种燃料处理器以及一种生成氢气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在提供一种燃料处理器，包括：一个汽化混合室，用于燃料的汽化与混合；一个燃料重整室，用于燃料的重整以生成含有氢气及杂质的反应产物；一个降温室，用于使反应产物的温度下降；以及一个氢气除杂室，用于去除燃料重整中生成的杂质，其中燃料重整室和氢气除杂室中含有催化剂，并且汽化混合室、燃料重整室、降温室和氢气除杂室依次串联连接，其特征在于：所述燃料处理器配备有对应于汽化混合室、重整反应室、降温室或氢气除杂室设置的热交换室，可以将燃料重整室和氢气除杂室的温度分别控制在220-290℃和240℃以下。本发明还提供了一种利用该类似于中冷器结构的燃料处理器生成氢气的方法。

Description

一种燃料处理器以及一种生成氢气的方法
技术领域
本发明涉及一种燃料处理器以及利用其生成氢气的方法，更具体而言，涉及一种类似于中冷器结构的燃料处理器以及利用其生成氢气的方法。
背景技术
目前，有用氢燃料电池替代常规能源的需求。为此，有必要采用一种燃料处理器，对燃料进行处理，进而向燃料电池提供较纯的氢气。如采用天然气、甲醇、丙烷和乙醇等容易获取和运输的燃料来获取氢元素，并用来驱动燃料电池，能很好地避免氢的存储和运输问题。其中，燃料处理器对所述燃料的处理主要包括燃料重整步骤(生成氢气)和氢气除杂步骤(尤其是去除一氧化碳)。
燃料处理器对所述燃料的处理过程中，所述燃料重整步骤(例如，甲醇的重整反应及其水汽置换反应：CH3OH+H2O→3H2+CO2，CO+H2O→CO2+H2)整体为吸热反应，其需要的热量通常通过燃烧一部分燃料重整反应的生成物或电池堆阳极出口带有部分未反应燃料的尾气来提供。所述氢气除杂步骤包括，例如，一氧化碳的优先甲烷化反应(促进CO+3H2→CH4+H2O，抑制CO2+4H2→CH4+2H2O)和优先氧化反应(促进2CO+O2→2CO2，抑制2H2+O2→2H2O)，这些反应为放热反应。为此，由于燃料重整步骤与氢气除杂步骤的反应温度不同，燃料处理器中应至少包含一个热交换器。
然而，这类燃料处理器使用寿命短、结构臃肿且成本高。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中的上述问题，提供一种结构简单、成本低且使用寿命长的类似于中冷器结构的燃料处理器以及一种生成氢气的方法。
本发明的燃料处理器结构类似于中冷器的结构。目前，中冷器多为铝合金制造的双向结构且散热功能良好，并且其生产已完全实现工业自动化。因此，本发明的类似于中冷器结构的燃料处理器同样易于实现产品化。
本发明提供一种燃料处理器，包括：
一个汽化混合室，用于燃料的汽化与混合；
一个燃料重整室，用于燃料的重整以生成含有氢气及杂质的反应产物；
一个降温室，用于使反应产物的温度下降；以及
一个氢气除杂室，用于去除燃料重整中生成的反应产物中的杂质；
其中燃料重整室和氢气除杂室中含有催化剂，并且汽化混合室、燃料重整室、降温室和氢气除杂室依次串联连接，
其特征在于，
所述燃料处理器配备有对应于所述燃料重整室和氢气除杂室设置的热交换室，可以将燃料重整室和氢气除杂室的温度分别控制在220-290℃和240℃以下。
在本发明的一个优选实施方案中，该燃料处理器还包括一个设置在降温室和氢气除杂室之间的氧化物(例如空气、氧气)混合室。
在本发明的一个优选实施方案中，该燃料处理器还包括分别对应于所述汽化混合室和降温室设置的热交换室。
在本发明的一个优选实施方案中，其中所述汽化混合室、燃料重整室、降温室和氢气除杂室通过焊接方法连接在一起。
在本发明的优选实施方案中，其中所述焊接方法包括盐浴钎焊、真空钎焊和惰气钎焊。
在本发明的另一优选实施方案中，其中所述汽化混合室、燃料重整室、降温室和氢气除杂室通过使用隔热垫圈并借由紧固件固定连接在一起。
在本发明的优选实施方案中，其中所述隔热垫圈是石墨或高温硅胶垫圈。
在本发明的优选实施方案中，其中分别包含在燃料重整室和氢气除杂室中的所述催化剂为颗粒催化剂或涂层催化剂或二者的组合。优选地，所述颗粒催化剂通过使用金属网状物进行固定，所述涂层催化剂附着在燃料重整室和氢气除杂室内。
在本发明的优选实施方案中，所述燃料重整室中的催化剂是铜锌催化剂，为颗粒催化剂或涂层催化剂或二者的组合。如果为颗粒催化剂，则特别优选Cu-Zn/载体催化剂，其中Cu和Zn的重量比基于载体分别为1-80重量％，优选为5-45重量％，但是Cu和Zn的重量比之和大于80重量％，并且优选其颗粒直径为20-200微米，更优选为50-150微米；载体为活性炭、氧化铝、氧化硅和/或氧化钛等。
在本发明的优选实施方案中，所述氢气除杂室中的催化剂为铂催化剂或钌催化剂，为颗粒催化剂或涂层催化剂，或二者的组合。如果为颗粒催化剂，则特别优选Pt/载体催化剂或Ru/载体催化剂，其中Pt和Ru的重量比基于载体分别为0.1-50重量％，优选为1-10重量％，并且优选其颗粒直径为20-200微米，更优选为50-150微米；载体为活性炭、氧化铝、氧化硅和/或氧化钛等。
燃料重整室和氢气除杂室中的所述催化剂为业内已知的催化剂，可以购得或自行制备，例如采用混合法或浸渍法制备，或将活性成分涂敷至底材表面。
在本发明的优选实施方案中，其中所述燃料包括至少一种选自天然气、甲醇、丙烷、乙醇以及它们与水的混合物的一种燃料。
在本发明的优选实施方案中，其中该燃料处理器由铝合金或不锈钢制成。
本发明还提供了一种利用上述任一项权利要求所述的燃料处理器产生氢气的方法，包括：
向汽化混合室供给燃料，以及任选的惰性物质，例如水和惰性气体(氮气等)等；
将来自汽化室的燃料供给燃料重整室，使燃料在燃料重整室中在重整催化剂存在下反应，生成含有氢气及杂质的反应产物；
将所述反应产物通入降温室，于其中将所述反应产物降温；以及
将来自降温室的所述反应产物通入氢气除杂室，所述反应产物在除杂催化剂存在下于其中进行氢气除杂反应，去除反应产物中的杂质，
其中，通过对应于所述燃料重整室和氢气除杂室设置的热交换室，保持燃料重整室内的反应温度为220-290℃，保持氢气除杂室内的反应温度为240℃以下。
在本发明的优选实施方案中，所述氢气除杂反应为一氧化碳优先甲烷化反应或一氧化碳优先氧化反应。
向对应于所述燃料重整室设置的热交换室供给的热交换介质可以采用常用的热交换介质，例如水或废气等，优选为通过燃烧燃料电池部分阳极尾气或部分重整反应产物生成的热气体。
在本发明的优选实施方案中，其中用于使反应产物降温的热交换介质为空气，一送风装置对该空气的量进行控制，以实现降温功能。
在本发明的优选实施方案中，其中向汽化混合室和燃料重整室供给热交换介质的方式为分别供给、同时供给或串联式供给。
在本发明的优选实施方案中，其中所述重整催化剂或除杂催化剂为颗粒催化剂或涂层催化剂或二者的组合。优选地，所述颗粒催化剂通过使用金属网状物进行固定，所述涂层催化剂附着在燃料重整室和氢气除杂室内。
在本发明的优选实施方案中，所述重整催化剂是铜锌催化剂，为颗粒催化剂或涂层催化剂或二者的组合。如果为颗粒催化剂，则特别优选Cu-Zn/载体催化剂，其中Cu和Zn的重量比基于载体分别为1-80重量％，优选为5-45重量％，但是Cu和Zn的重量比之和大于80重量％，并且优选其颗粒直径为20-200微米，更优选为50-150微米；载体为活性炭、氧化铝、氧化硅和/或氧化钛等。
在本发明的优选实施方案中，所述氢气催化剂为铂催化剂或钌催化剂，为颗粒催化剂或涂层催化剂，或二者的组合。如果为颗粒催化剂，则特别优选Pt/载体催化剂或Ru/载体催化剂，其中Pt和Ru的重量比基于载体分别为0.1-50重量％，优选为1-10重量％，并且优选其颗粒直径为20-200微米，更优选50-150微米；载体为活性炭、氧化铝、氧化硅和/或氧化钛等。
附图说明
在下文中，本发明将通过非限制性的示例性实施方案参照附图来描述，在附图中，类似的参考标号表示类似的部件或部分，其中：
图1是根据本发明一个优选实施方案的燃料处理器的示意性截面图，其中图1(a)是纵切面，为反应介质截面，图1(b)是横切面，为热交换介质截面；
图2是根据本发明一优选实施方案的燃料处理器的示意图，其中热交换介质的供给方式可以为分别供给、同时供给和串联式供给，如图2(a)、图2(b)和图2(c)中示意性所示；以及
图3是根据本发明另一优选实施方案的燃料处理器的简化示意图。
具体实施方式
参见图1，其中示出根据本发明一个优选实施方案的类似于中冷器结构的燃料处理器设计的示意性截面图。如图1所示，在该燃料处理器的设计上，反应介质与热交换介质垂直分向而行，其中反应介质与热交换介质互不接触，只是进行热量交换。在反应介质的流向上，汽化混合室、燃料重整室、氢气除杂室及之间的降温室等可以整合实现；而热交换介质则通过分立路径从热交换室运送到燃料处理器中的其他各室。
接着参见图2(a)至图2(c)，示出了根据本发明一优选实施方案的燃料处理器的示意图。具体地参见图2(a)，该燃料处理器包括：汽化混合室11，用于燃料(例如，天然气、甲醇、丙烷、乙醇等)和水的汽化与混合；燃料重整室12，用于燃料的重整以生成含有氢气及杂质的反应产物；降温室13，用于使反应产物的温度下降；以及氢气除杂室14，用于去除燃料重整中生成的杂质，其中燃料重整室12和氢气除杂室14中含有催化剂，并且汽化混合室11、燃料重整室12、降温室13和氢气除杂室14依次地串联连接在一起，其中该燃料处理器配备有对应燃料重整室12和氢气除杂室14设置的热交换室31和33，并优选配备对应汽化混合室11和降温室13设置的热交换室30和32。
在本发明的一个优选实施方案中，参见图3，示出了一个不同的燃料处理器。该燃料处理器包括：汽化混合室11’”，用于燃料(例如，甲醇、乙醇等)和水的汽化与混合；燃料重整室12’”，用于燃料的重整以生成含有氢气及杂质的反应产物；降温室13’”，用于使反应产物的温度下降；氧化物(例如空气、氧气)混合室15，设置在降温室13’”和氢气除杂室16之间，实现空气与反应物之间的混合；以及氢气除杂室16，用于通过利用氧化物混合室15提供的氧气去除燃料重整中生成的杂质，其中燃料重整室12’”和氢气除杂室16中含有催化剂，并且汽化混合室11’”、燃料重整室12’”、降温室13’”、氧化物混合室15和氢气除杂室16依次地连接在一起，其中该燃料处理器配备有对应设置的热交换室30’”、31’”和32’”。优选地，在该氢气除杂室16中，进行一氧化碳优先氧化反应，以去除在燃料重整反应中生成的杂质。
在本发明的优选实施方案中，根据具体需要，该燃料处理器中的汽化混合室、燃料重整室、降温室和氢气除杂室可以通过焊接方法(例如，盐浴钎焊、真空钎焊和惰气钎焊等)连接在一起，或者通过使用隔热垫圈(例如，石墨或高温硅胶垫圈等)并借由紧固件固定连接在一起。
在本发明的优选实施方案中，其中包含在燃料重整室和氢气除杂室中的所述催化剂为颗粒催化剂或涂层催化剂或二者的组合，所述颗粒催化剂通过使用金属网状物(例如，铝合金网)进行固定，所述涂层催化剂附着在燃料重整室和氢气除杂室内。
在本发明的优选实施方案中，所述燃料重整室中的催化剂是铜锌催化剂，为颗粒催化剂或涂层催化剂或二者的组合。如果为颗粒催化剂，则特别优选Cu-Zn/载体催化剂，其中Cu和Zn的重量比基于载体分别为1-80重量％，优选为5-45重量％，但是Cu和Zn的重量比之和大于80重量％，并且优选其颗粒直径为20-200微米，更优选为50-150微米；载体为活性炭、氧化铝、氧化硅和/或氧化钛等。
在本发明的优选实施方案中，所述氢气除杂室中的催化剂为铂催化剂或钌催化剂，为颗粒催化剂或涂层催化剂，或二者的组合。如果为颗粒催化剂，则特别优选Pt/载体催化剂或Ru/载体催化剂，其中Pt和Ru的重量比基于载体分别为0.1-50重量％，优选为1-10重量％，并且优选其颗粒直径为20-200微米，更优选为50-150微米；载体为活性炭、氧化铝、氧化硅和/或氧化钛等。
在本发明的优选实施方案中，其中该燃料处理器由铝合金或不锈钢制成。
本发明还提供了一种利用该燃料处理器产生氢气的方法，包括：
向汽化混合室供给燃料，以及任选的惰性物质，例如水和惰性气体(氮气等)等；
将来自汽化混合室的燃料供给燃料重整室，使燃料在燃料重整室中在重整催化剂存在下反应，生成含有氢气及杂质的反应物；
将所述反应产物通入降温室，于其中将所述反应产物降温；以及
将来自降温室的所述反应产物通入氢气除杂室，所述反应产物在除杂催化剂存在下进行氢气除杂反应，去除反应产物中的杂质，并与热交换介质22(例如，外界空气)进行热交换，
其中，通过热交换室30、31、32和33的作用，保持重整燃料室内的反应温度为220-290℃，优选230-280℃，保持氢气除杂室内的反应温度为240℃以下，优选为235℃以下。
在本发明的优选实施方案中，其中向汽化混合室和燃料重整室供给的热交换介质20为通过燃烧燃料电池部分阳极尾气或部分重整反应产物生成的热气体。
在本发明的优选实施方案中，其中向汽化混合室和燃料重整室供给热交换介质的方式为分别供给、同时供给或串联式供给。参见图2(a)至图2(c)，分别示出了热交换介质20、20’、20”通过分别供给、同时供给和串联式供给的方式运送至汽化混合室和燃料重整室11和12、11’和12’、11”和12”。相应地，热交换介质20(分别供给至汽化混合室11和燃料重整室12)、21和22对应热交换室30、31、32和33；热交换介质20’、21’、22’对应热交换室30’、31’、32’；热交换介质20”、21”、22”对应热交换室30”、31”、32”。
在本发明的优选实施方案中，所述氢气除杂反应为一氧化碳优先甲烷化反应或一氧化碳优先氧化反应。
在本发明的一个优选实施方案中，参见图2(a)，其中用于使所述反应产物降温的热交换介质21为空气，一送风装置(例如，风扇)对该空气的量进行控制，以实现降温功能。
在本发明的优选实施方案中，其中在所述重整催化剂和除杂催化剂为颗粒催化剂或涂层催化剂或二者的组合，其中所述颗粒催化剂可以使用金属网状物(例如，铝合金网)进行固定，所述涂层催化剂可以附着在燃料重整室或氢气除杂室内。
在本发明的优选实施方案中，所述重整催化剂是铜锌催化剂，为颗粒催化剂或涂层催化剂或二者的组合。如果为颗粒催化剂，则特别优选Cu-Zn/载体催化剂，其中Cu和Zn的重量比基于载体分别为1-80重量％，优选为5-45重量％，但是Cu和Zn的重量比之和大于80重量％，并且优选其颗粒直径为20-200微米，更优选为50-150微米；载体为活性炭、氧化铝、氧化硅和/或氧化钛等。
在本发明的优选实施方案中，所述氢气催化剂为铂催化剂或钌催化剂，为颗粒催化剂或涂层催化剂，或二者的组合。如果为颗粒催化剂，则特别优选P t/载体催化剂或Ru/载体催化剂，其中Pt和Ru的重量比基于载体分别为0.1-50重量％，优选为1-10重量％，并且优选其颗粒直径为20-200微米，更优选为50-150微米；载体为活性炭、氧化铝、氧化硅和/或氧化钛等。
在本发明的类似于中冷器结构的燃料处理器中，由于所采用的铝合金的高导热性以及类似于中冷器结构的热交换特性，上述一氧化碳优先甲烷化反应和一氧化碳优先氧化反应中所产生的热量只需通过空气散热进行冷却，而无需其他的冷却介质(例如，水)。
实施例
通过以下对本发明的燃料处理器的实施例的描述，可以更好地进一步理解本发明。以下实施例仅是示例性的，并不应解释为限制本发明的范围。
比较例1
采用一个不锈钢管壳式燃料处理器实施反应。该燃料处理器包括一个1升的燃料汽化混合室、一个2升的燃料重整室、一个2升的降温室和一个2升的氢气除杂室，以上各室依次串联连接，同时，对应于以上各室分别设置有管壳式热交换器，其中燃料重整室装载1.5升铜锌催化剂，氢气除杂室装载1.5升的钌催化剂，该铜锌催化剂为颗粒催化剂，其中铜、锌的含量分别为≤60％和≤20％(购自德国南方化学有限公司，牌号为MDC-3)，而钌催化剂中钌的含量为≤20％(购自美国安格有限公司，牌号为PM0400321)。
在汽化混合室内，以摩尔比为1∶1.15的量加入45ml/min甲醇和纯水，入口温度为25℃，出口气温为200℃，工作气压1.5atm(标准大气压)；进入汽化混合室另一方向的热交换介质的流量为40-100g/min，该热交换介质为燃料电池电堆阳极尾气燃烧后的产物，进入汽化混合室的入口温度为1000℃，出口温度为500℃。
将来自汽化混合室出口的燃料通入2升体积的燃料重整室中，入口温度为300℃，出口温度为300℃，工作气压1.5atm(标准大气压)。由于反应温度较高，检测反应产物(采用气相色谱法，下同)表明，催化剂在连续工作100小时后已经失活。
比较例2
采用一个不锈钢平板式燃料处理器实施反应。该燃料处理器包括一个1升的燃料汽化混合室、一个2升的燃料重整室、一个2升的降温室和一个2升的氢气除杂室，以上各室为分立式设置，同时，对应于以上各室分别设有平板式热交换器，其中燃料重整室装载1.5升铜锌催化剂(购自德国南方化学有限公司，牌号为MDC-3)，氢气除杂室装载1.5升的钌催化剂，该钌催化剂为涂层催化剂，其中钌的含量为≤20％(购自美国安格有限公司，牌号为PM0400321)。
在汽化混合室内，以摩尔比为1∶1.15的量加入45ml/min甲醇和纯水，入口温度为25℃，出口气温为280℃，工作气压1.5atm(标准大气压)；进入汽化混合室另一方向的热交换介质的流量为40-100g/min，该热交换介质为燃料电池电堆阳极尾气燃烧后的产物，进入汽化混合室的入口温度为1000℃，出口温度为500℃。
将来自汽化混合室出口的燃料通入2升体积的燃料重整室中，入口温度为280℃，出口温度为280℃，工作气压1.5atm(标准大气压)；进入燃料重整室的热交换介质的流量为70g/min，温度为500℃，出口温度为325℃。
将燃料重整室的反应产物降温至255℃，然后通入2升氢气除杂室。
在氢气除杂室中，在255℃进行氢气除杂反应。反应温度急速上升，在5分钟内升至400℃并温度呈继续上升趋势，反应失控，造成系统由于安全原因而立即停止工作。
实施例1
采用一个由铝合金制成的燃料处理器实施反应。该燃料处理器包括一个1升的燃料汽化混合室、一个2升的燃料重整室、一个2升的降温室和一个2升的氢气除杂室，以上各室依次串联连接，该燃料处理器还配备有对应于汽化混合室、燃料重整室、降温室和氢气除杂室设置的热交换室，其中燃料重整室装载1.5升铜锌催化剂，氢气除杂室装载1.5升的铂催化剂。铜锌催化剂为颗粒催化剂，其中铜、锌的含量分别为≤60％和≤20％(购自德国南方化学有限公司，牌号为MDC-3)，颗粒直径为150微米。铂催化剂为颗粒状催化剂，颗粒直径为150微米，其中铂的含量为≤1％(购自美国安格有限公司，牌号为SelectraProx 2P)。
在汽化混合室内，以摩尔比为1∶1.15的量加入45ml/min甲醇和纯水，入口温度为25℃，出口气温为230℃，工作气压1.5atm(标准大气压)；进入汽化混合室另一方向的热交换介质的流量为40-100g/min，该热交换介质为燃料电池电堆阳极尾气燃烧后的产物，进入汽化混合室的入口温度为1000℃，出口温度为500℃。
将来自汽化混合室出口的燃料通入2升体积的燃料重整室中，入口温度为230℃，出口温度为230℃，工作气压1.5atm(标准大气压)；进入燃料重整室的热交换介质(燃料电池电堆阳极尾气燃烧后的产物)的流量为70g/min，温度为500℃，出口温度为325℃；点取反应产物液体密度为0.96g/cm3以上，即实现甲醇反应率95％以上。
将燃料重整室中的反应产物在降温室降温至150℃，然后通入2升氢气除杂室。
在氢气除杂室中，在150℃的温度下进行一氧化碳优先氧化反应。反应温度得到有效控制，出口处温度为120℃，检测反应产物表明，催化剂在连续工作350小时后仍然具有活性。
实施例2
采用一个由铝合金制成的燃料处理器实施反应。该燃料处理器包括一个1升的燃料汽化混合室、一个2升的燃料重整室、一个2升的降温室、一个2升的氧化物(例如空气、氧气)混合室和一个2升的氢气除杂室，以上各室依次串联连接，该燃料处理器还配备有对应于汽化混合室/燃料重整室、降温室和氢气除杂室设置的热交换室，其中燃料重整室装载1.5升铜锌催化剂，氢气除杂室装载1.5升的铂催化剂。铜锌催化剂为颗粒催化剂和涂层催化剂的组合，其中铜、锌的含量分别为≤60％和≤20％(购自德国南方化学有限公司，牌号为MDC-3)，其中颗粒催化剂的颗粒直径为20微米。铂催化剂为涂层状催化剂，其中钌的含量为≤50％(购自美国安格有限公司，牌号为PM0400321)。
在汽化混合室内，以摩尔比为1∶1.15的量加入45ml/min甲醇和纯水，入口温度为25℃，出口气温为250℃，工作气压1.5atm(标准大气压)；进入汽化混合室另一方向的热交换介质的流量为40-100g/min，该热交换介质为燃料电池电堆阳极尾气燃烧后的产物，进入汽化混合室的入口温度为1000℃，出口温度为500℃。
将来自汽化混合室出口的燃料通入2升体积的燃料重整室中，入口温度为250℃，出口温度为250℃，工作气压1.5atm(标准大气压)；进入燃料重整室12’”的热交换介质20’”的流量为70g/min，温度为500℃，325℃；点取反应产物液体密度为0.96g/cm3以上，即实现甲醇反应率95％以上。
将燃料重整室中的反应产物降温至130℃，然后通入2升氢气除杂室。
在包含铝合金丝网或陶瓷颗粒的氧化物混合室中将反应产物与空气进行混合，然后通入氢气除杂室中，并在130℃的温度下进行反应一氧化碳优先氧化反应。反应温度得到有效控制，出口处温度为130℃以下，检测反应产物表明，催化剂在连续工作400小时后仍然具有活性。
实施例3
采用一个由不锈钢制成的燃料处理器实施反应。该燃料处理器包括一个1升的燃料汽化混合室、一个2升的燃料重整室、一个2升的降温室和一个2升的氢气除杂室，以上各室依次串联连接，该燃料处理器还配备有对应于汽化混合室/燃料重整室、降温室和氢气除杂室设置的热交换室，其中燃料重整室装载1.5升铜锌催化剂，氢气除杂室装载1.5升的钌催化剂。铜锌催化剂为颗粒催化剂和涂层催化剂的组合，其中铜、锌的含量分别为≤60％和≤20％(购自德国南方化学有限公司，牌号为MDC-3)，其中颗粒催化剂的颗粒直径为200微米。钌催化剂为颗粒催化剂和涂层催化剂的组合，其中钌的含量为≤10％(购自美国安格有限公司，牌号为PM0400321)，其中颗粒催化剂的颗粒直径为50微米。
在汽化混合室内，以摩尔比为1∶1.1的量加入45ml/min甲醇和纯水，入口温度为25℃，出口气温为280℃，工作气压1.5atm(标准大气压)；进入汽化混合室另一方向的热交换介质的流量为40-100g/min，该热交换介质为燃料电池电堆阳极尾气燃烧后的产物，进入汽化混合室的入口温度为1000℃，出口温度为500℃。
将来自汽化混合室出口的燃料通入2升体积的燃料重整室中，入口温度为280℃，出口温度为280℃，工作气压1.5atm(标准大气压)；进入燃料重整室12’”的热交换介质20’”的流量为70g/min，温度为500℃，出口处温度为325℃；点取反应产物液体密度为0.96g/cm3以上，即实现甲醇反应率95％以上。
将燃料重整室中的反应产物降温至235℃，然后通入2升氢气除杂室。
在氢气除杂室中，在235℃的温度下进行一氧化碳优先甲烷化反应。反应温度得到有效控制，出口处温度为180℃，检测反应产物表明，催化剂在连续工作5000小时后仍然具有活性。
表1概括了实施例1-3和比较例1-2实施反应的结果。
表1
Figure BSA00000379654100121
Figure BSA00000379654100131
从表1中可以看出，本发明的燃料处理器利用配置的具有优良热交换特性的热交换室，有效地将燃料重整室的温度控制在220-290℃之间，保证了反应中铜锌催化剂的使用寿命，实验证明，一般在5000小时以上。基于同样原因，氢气除杂反应可控制在240℃以下，从而保证了优先氧化反应和优先甲烷化反应的有效性和安全性。同时，由于高效的热交换特性，本发明的燃料处理器有效地提高了汽化效率以及燃料重整效率。
应理解，在不偏离本发明的实质精神的情况下，任何对于本发明的改进、变型或修改，都旨在被包括在本发明所附的权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料处理器，包括：
一个汽化混合室，用于燃料的汽化与混合；
一个燃料重整室，用于燃料的重整以生成含有氢气及杂质的反应产物；
一个降温室，用于使反应产物的温度下降；以及
一个氢气除杂室，用于去除燃料重整中生成的杂质，
其中燃料重整室和氢气除杂室中含有催化剂，并且汽化混合室、燃料重整室、降温室和氢气除杂室依次串联连接，
其特征在于，
所述燃料处理器配备有对应于所述燃料重整室和氢气除杂室设置的热交换室，可以将燃料重整室和氢气除杂室的温度分别控制在220-290℃和240℃以下。
2.根据权利要求1所述的燃料处理器，还包括一个设置在降温室和氢气除杂室之间的氧化物混合室。
3.根据权利要求1所述的燃料处理器，其中所述催化剂为颗粒催化剂或涂层催化剂或二者的组合。
4.根据权利要求1所述的燃料处理器，其中所述燃料重整室中的催化剂是铜锌催化剂，氢气除杂室中的催化剂为铂催化剂或钌催化剂。
5.根据上述任一项权利要求所述的燃料处理器，其中该燃料处理器由铝合金或不锈钢制成。
6.一种利用上述任一项权利要求所述的燃料处理器产生氢气的方法，包括：
向汽化混合室供给燃料；
将来自汽化室的燃料供给燃料重整室，使燃料在燃料重整室中在重整催化剂存在下反应，生成含有氢气及杂质的反应产物；
将所述反应产物通入降温室，于其中将所述反应产物降温；以及
将来自降温室的所述反应产物通入氢气除杂室，所述反应产物在除杂催化剂存在下于其中进行氢气除杂反应，去除反应产物中的杂质，
其中，通过对应于所述燃料重整室和氢气除杂室设置的热交换室，保持燃料重整室内的反应温度为220-290℃，保持氢气除杂室内的反应温度为240℃以下。
7.根据权利要求6所述的产生氢气的方法，其中用于将反应产物降温的热交换介质为空气，一送风装置对该空气的量进行控制，以实现降温功能。
8.根据权利要求6所述的产生氢气的方法，其中向汽化混合室和燃料重整室供给热交换介质的方式为分别供给、同时供给或串联式供给。
9.根据权利要求6所述的产生氢气的方法，其中所述重整催化剂或除杂催化剂为颗粒催化剂或涂层催化剂或二者的组合。
10.根据权利要求6所述的产生氢气的方法，其中所述重整催化剂是铜锌催化剂，所述除杂催化剂是铂催化剂或钌催化剂。
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