CN102464300A - 燃料重整装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃料重整装置及其方法。所述燃料重整装置包括：一自热重整反应器，用以使一燃料进料进行自热重整反应，而形成一第一重整气；一蒸气重整反应器，用以使燃料进料进行蒸气重整反应，而形成一第二重整气；及一加热单元，用以加热该燃料进料及该蒸气重整反应器；其中该燃料重整装置的运转初期是以自热重整反应为主，以缩短该燃料重整装置的催化重整反应时间，且在该燃料重整装置的运转稳定后则以蒸气重整反应为主。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料重整技术，特别是指一种蒸气重整反应及自热重整反应的串联结构的燃料重整装置及方法。
背景技术
高分子电解质燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell，PEFC)已在产业应用上朝向分散式固定式发电、便携式发电、或电动汽车动力等系统发展。固定式燃料电池发电系统或备用电力系统是燃料电池最早的市场，而这两种应用系统都需要用燃料重整器产氢单元，且上述应用都强调高效率、低寄生电力、高氢气浓度、最好能兼顾快速应答及启动时间短等特性。
通过燃料重整器(Fuel Reformer)可将碳氢化合物燃料转化成一氧化碳(CO)浓度低于20ppm的富氢重整气(reformate)，供应PEFC发电系统所需的燃料。一般而言，燃料重整器系统包含燃料转化成合成气的重整反应、水煤气变换(Water gas-shift，WGS)、选择性氧化反应(Preferential oxidation，PrOX)或甲烷化反应、及阳极废氢气氧化反应等单元；而现有的燃料重整器产氢单元几乎都是以蒸气重整反应(Steam reforming reaction，SR)或自热式重整反应(Autothermalreforming reaction，ATR)设计，前者具有高氢气浓度的优点，但也伴随启动时间长及应答速率慢的缺点，主要发展的单位有东京瓦斯公司、日本东芝公司等；后者虽具有启动时间短及应答快的优点，但也同时伴随氢气浓度低，以及因反应时需注入大量空气使得寄生电力较大的缺点，主要发展的单位有英国Johnson Matthey公司等。现有以自热式重整反应设计的燃料重整器系统，它是在重整反应器前端的催化剂先诱发碳氢化合物与氧发生放热的部分氧化反应，在重整反应器后端的催化剂通过前端部分反应产生的高温进行蒸气重整反应，参与重整反应的进料如天然气、水及空气经预热汽化，同步注入同一重整催化剂装置，因此后端催化剂催化碳氢化合物进行蒸气重整反应的比例，完全受制于前端部分氧化反应的氧/碳氢化合物摩尔比(O2/C摩尔比)，其重整气中的氢气浓度大多在50％左右。现有以蒸气重整反应设计的燃料重整器系统，必须先通过间接加热方式，以使蒸气重整催化剂处于可开始催化蒸气重整反应发生的状态，再通入参与重整反应的燃料进料(fuel supply)如天然气、水，因此启动时间很冗长。因此，发展一套兼具启动时间短且高氢气浓度的重整器系统，正是当前亟待发展的重要技术课题。
发明内容
有鉴于此，在本发明的一方面，一实施例提供一种燃料重整装置，其包含：一自热重整反应器，用以使一燃料进料(fuel supply)进行自热重整反应，而形成一第一重整气(reformate)；一蒸气重整反应器，用以使该燃料进料进行蒸气重整反应，而形成一第二重整气；及一加热单元，用以加热该燃料进料及该蒸气重整反应器；其中该燃料重整装置的运转初期是以自热重整反应为主，以缩短该燃料重整装置的催化重整反应时间，且在该燃料重整装置的运转稳定后则以蒸气重整反应为主。
在本发明的另一方面，另一实施例提供一种氢气产生装置，包含：如上所述的燃料重整装置；一水煤气变换反应单元(Water Gas ShiftReaction，WGS)，用以使该第一与第二重整气中所含的一氧化碳与水进行反应而转化成氢气及二氧化碳，而形成一第一输出气；一选择性氧化反应单元(Preferential Oxidation Reaction，PrOX)，用以使该第一输出气中所含的一氧化碳或氢进行选择性的氧化反应，而形成一第二输出气。
在本发明的又一方面，又一实施例提供一种用于燃料电池的燃料重整方法，其包括：提供一重整反应单元及一燃料进料，其中该重整反应单元包括：一自热重整催化剂及一蒸气重整催化剂；开启一燃烧器，以加热该重整反应单元及该燃料进料；当该自热重整催化剂的入口温度上升至90℃-200℃时，将该燃料进料通入该自热重整催化剂，而产生第一重整气；该燃料进料导入该蒸气重整催化剂而产生第二重整气；使该第一与第二重整气进行水煤气变换反应及选择性氧化反应而产生一输出气；若该输出气所含的一氧化碳浓度低于20ppm，将该输出气通入该燃料电池的阳极，否则通入该燃烧器；当该自热重整催化剂的出口温度上升至450℃-550℃时，降低该燃料进料的O2/C摩尔比值；及当燃烧尾气流经自热重整催化剂外侧温度上升至650℃-750℃时，则该燃料进料停止提供空气，且该重整反应单元实质上只有该蒸气重整催化剂在起作用。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的燃料重整装置的结构示意图。
图2为根据本发明另一实施例的氢气产生装置的方框示意图。
图3为根据本发明又一实施例的用于燃料电池的燃料重整方法的流程示意图。
图4为以天然气作为燃料的重整气的氢气及一氧化碳浓度与重整反应单元启用时间的测量数据图。
主要元件符号说明
100燃料重整装置
110自热重整反应器
112进料口
120蒸气重整反应器
131/132除氧反应器
135管道
140加热单元
142热管
150燃料进料
152第一重整气
154第二重整气
200氢气产生装置
210重整反应单元
110自热重整反应器/自热重整催化剂
120蒸气重整反应器/蒸气重整催化剂
131/132除氧反应器/除氧催化剂
140加热单元/燃烧器
156重整气体
260水煤气变换反应单元
270选择性氧化反应单元
280燃料电池
282第一输出气
284第二输出气
300燃料重整方法
310-370步骤。
具体实施方式
为了能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认识与了解，现配合图式详细说明如下：
请参照图1，其为根据本发明一实施例的燃料重整装置100的结构示意图。如图1所示，本实施例包含：自热重整反应器110、蒸气重整反应器120、除氧反应器131/132、及加热单元140；其中，自热重整反应器110用以使燃料进料150进行自热重整反应，而形成第一重整气152；蒸气重整反应器120用以使燃料进料150进行蒸气重整反应，而形成第二重整气154；除氧反应器131/132分别连接至自热重整反应器110及蒸气重整反应器120，用以去除第一重整气152及第二重整气154中的氧气；及加热单元140用以加热燃料进料150及蒸气重整反应器120；其中燃料重整装置100的运转初期是以自热重整反应为主，以缩短燃料重整装置100的催化重整反应时间，且在燃料重整装置100的运转稳定后则以蒸气重整反应为主。
请参考图1，在一实施例中，燃料重整装置100呈一圆柱状，自热重整反应器110设置于外圈，且蒸气重整反应器120设置于中间层，加热单元140设置于内圈中心，其中，除氧反应器131/132分别与自热重整反应器110与蒸气重整反应器120连接，详细而言，自热重整反应器110与蒸气重整反应器120是由一管道135相连接，除氧反应器131设置于自热重整反应器110与蒸气重整反应器120之间，且与自热重整反应器110相连接；另一除氧反应器132设置于蒸气重整反应器120与管道135相接的另一端，且与蒸气重整反应器120相连接。自热重整反应器110包含一进料口112，以提供燃料进料150进入至自热重整反应器110中进行反应。加热单元140包含一热管142，其中热管142包覆在蒸气重整反应器120与自热重整反应器110外，以加热燃料进料150及蒸气重整反应器120。
自热重整反应器110包含自热重整催化剂，蒸气重整反应器120包含蒸气重整催化剂，除氧反应器131/132包含除氧催化剂，加热单元140包含燃烧器。
自热重整反应器110的自热重整催化剂组成包含：贵金属催化剂，其含有铑、铂或上述金属的混合物，及催化剂载体，其含有氧化铝、氧化铈、二氧化铈、氧化锆、二氧化锆或上述氧化物的混合物；其中自热重整反应温度为300℃-800℃，其化学反应方程式如下：
HC+O2+H2O→H2+CO+CO2
蒸气重整反应器120的蒸气重整催化剂组成包含：贵金属催化剂，其含有钌、铑、铂或至少二种的上述金属的混合物，及催化剂载体，其含有氧化铝、氧化铈、二氧化铈、氧化锆、二氧化锆或上述氧化物的混合物；其中蒸气重整反应温度为600℃-800℃，其化学反应方程式如下：
HC+H2O→H2+CO+CO2
除氧反应器131/132主要进行氧化反应，以避免氧气对于蒸气重整反应或后续可能的水煤气变换反应催化剂的去活化影响；其除氧催化剂组成包括：贵金属催化剂，其含有钯、铑、铂或至少二种的上述金属的混合物；及催化剂载体，其含有氧化铝、氧化铈、二氧化铈、氧化锆或二氧化锆或上述氧化物的混合物；其中，除氧反应温度为100℃-500℃，其化学反应方程式如下：
H2+O2→H2O，
CO+O2→CO2，及
HC+O2→H2O+CO2
加热单元140通过一燃烧器或通过催化剂氧化放热反应焚化燃料进料150以提供热量，以加热调控本实施例各反应器的温度。本实施例可使用的燃料进料150为水、空气及燃料混合物，燃料混合物包含：天然气、酒精、液化石油气(LPG)、煤油或柴油等化石燃料，或厌氧反应产生的甲烷或生质能发酵产生的酒精等再生能源。
自热重整反应器110用以使燃料进料150进行自热重整反应，而形成第一重整气152；蒸气重整反应器120用以使燃料进料150进行蒸气重整反应，而形成一第二重整气154；除氧反应器131/132分别连接至自热重整反应器110及蒸气重整反应器120，用以去除第一重整气152及第二重整气154中的氧气；及加热单元140用以加热燃料进料150及蒸气重整反应器120；详细而言，在燃料重整装置100运转初期，当燃料进料150由进料口112进入至燃料重整装置100中，部分的燃料进料150会先在自热重整反应器110中进行自热重整反应，并产生第一重整气152，而另一部分未反应的燃料进料150将随后进入自热重整反应器110后的蒸气重整反应器120中，以进行蒸气重整反应，并产生第二重整气154，在此过程中加热单元140对蒸气重整反应器120加热，以提高蒸气重整反应器120的蒸气重整反应速率；因此，燃料重整装置100运转初期以自热重整反应为主，以缩短燃料重整装置100的催化重整反应时间，且在燃料重整装置100的运转稳定后则以蒸气重整反应为主。
随后请参照图2，其为根据本发明另一实施例的氢气产生装置200的方块示意图。如图2所示，本实施例包含：重整反应单元210、加热单元140、水煤气变换反应单元260及选择性氧化反应单元270；其中，重整反应单元210与加热单元140的组合为前述实施例的燃料重整装置100。重整反应单元210包含自热重整反应器110、蒸气重整反应器120与除氧反应器131/132，而自热重整反应器110、蒸气重整反应器120及除氧反应器131/132的组成结构及功能与前一实施例类似，并已于前文中描述，在此不再赘述；加热单元140用以加热燃料进料150及重整反应单元210；重整反应单元210产生的重整气体156为自热重整反应器110与蒸气重整反应器120产生的第一重整气152与第二重整气154组合而成，水煤气变换反应单元260用以使重整气体156中所含的一氧化碳与水进行反应而转化成氢气及二氧化碳，而形成第一输出气282；选择性氧化反应单元270，用以使第一输出气282中所含的一氧化碳或氢进行选择性的氧化反应，而形成第二输出气284，其中当第二输出气284中的一氧化碳浓度高于20ppm时，将送至加热单元140燃烧；重整反应单元210的运转初期是以自热重整反应为主，以缩短装置的催化重整反应时间，且在装置的运转稳定后则以蒸气重整反应为主。
加热单元140燃烧燃料进料150或一氧化碳浓度高于20ppm的第二输出气284中的至少一种；但并不以此为限，加热单元140亦可通过催化剂氧化放热反应进行焚化，以加热燃料进料150及重整反应单元210，并调控本实施例的氢气产生装置200各个指定单元或位置的温度。本实施例可使用的燃料进料150为水、空气及燃料的混合物，燃料包含：天然气、酒精、液化石油气、煤油或柴油等化石燃料，或是厌氧反应产生的甲烷或生质能发酵产生的酒精等再生能源。本实施例亦可将重整反应单元210反应或燃烧后的高温废气，通过热交换器与燃料进料150进行热交换，提高氢气产生装置200的热转换效率。
水煤气变换反应单元260包含水煤气变换催化剂，其中水煤气变换催化剂组成包含：贵金属催化剂，其至少含有铂、铼或铜；及催化剂载体，其含有氧化铝、氧化铈、二氧化铈、氧化锆、二氧化锆或上述氧化物的混合物；其中水煤气变换反应温度为250℃-450℃，其化学反应方程式如下：
CO+H2O→H2+CO2
水煤气变换反应单元260的水煤气变换催化剂组成也可以包含：贱金属催化剂及催化剂载体，其含有铜锌铝氧化物或铁铬铝氧化物，其中水煤气变换反应温度为200℃-450℃。水煤气变换反应主要用于降低重整气体156中的一氧化碳含量，以减轻后续选择性氧化反应的负荷，也有助于氢气生成量的增加。
选择性氧化反应单元270包含氧化催化剂，其中氧化催化剂组成包含：贵金属催化剂，其至少含有铂、钌或两者组合；及催化剂载体，其含有氧化铝、氧化铈、二氧化铈、氧化锆、二氧化锆、沸石氧化物或上述氧化物的混合物；其中，选择性氧化反应温度为100℃-200℃，分别使第一输出气282中所含的一氧化碳或氢进行选择性的氧化反应，其化学反应方程式分别如下：
CO+O2→CO2及
H2+O2→H2O
以使经过重整后的第二输出气284中所含的一氧化碳浓度降至20ppm以下，甚至可达10ppm以下。
请参照图3，其为根据本发明又一实施例的用于燃料电池的燃料重整方法300的流程示意图。请同时参考图2，如图2、图3所示，本方法实施例包含：步骤310提供重整反应单元210及燃料进料150，其中重整反应单元210包括：自热重整催化剂110及蒸气重整催化剂120；步骤320开启一燃烧器140，以加热重整反应单元210及燃料进料150；步骤330当自热重整催化剂110的入口(即进料口112)温度上升至90℃-200℃时，将燃料进料150通入自热重整催化剂110，而产生第一重整气152；步骤340燃料进料150导入蒸气重整催化剂120而产生第二重整气154；步骤350使第一与第二重整气152、154进行水煤气变换反应及选择性氧化反应而产生输出气，若输出气所含的一氧化碳浓度低于20ppm，将输出气通入燃料电池的阳极，否则通入燃烧器140；步骤360当自热重整催化剂110的出口温度上升至450℃-550℃时，降低燃料进料150的氧碳摩尔比值(O2/C)；及步骤370当燃烧尾气流经自热重整催化剂110外侧温度上升至650℃-750℃时，则燃料进料150停止提供空气，且重整反应单元210实质上只有蒸气重整催化剂120在起作用。
以下进一步描述上述实施步骤，请同时参照图2的氢气产生装置200，其中的燃料进料150、自热重整催化剂110、蒸气重整催化剂120、除氧催化剂131/132、加热单元燃烧器140、水煤气变换反应单元260及选择性氧化反应单元270的组成结构及功能与前一实施例类似，并已于前文中描述，在此不再赘述。首先点燃作为加热单元的燃烧器140，以间接加热的方式加热自热重整催化剂110、蒸气重整催化剂120或除氧催化剂131/132，其尾气再经热交换器排出，所得的热量可通过传导方式对燃料进料150(水、空气及碳氢化合物)进行预热。待自热重整催化剂110的入口端(即进料口112)温度上升至90℃-200℃时，则将燃料进料150通入氢气产生装置200，而依次流经自热重整催化剂110、除氧催化剂131、蒸气重整催化剂120、除氧催化剂132、水煤气变换反应单元260及选择性氧化反应单元270。若此第二输出气284中的一氧化碳含量浓度不低于20ppm时，则导致燃烧器140进行燃烧。当燃料进料150被加热至300℃-400℃时，将在自热重整催化剂110先发生部分氧化反应，而消耗掉大部分的氧气，并产生第一重整气152；剩余的氧气将在后续的除氧催化剂131/132及蒸气重整催化剂120中被氧化，并可加速预热后续的水煤气变换反应单元260，使水煤气变换反应单元260、及选择性氧化反应单元270可尽早达到预设的操作温度。随后燃料及水再经过处于高温状态下的蒸气重整催化剂120，导致第二重整气154的产生，其中第二重整气154为富氢重整气。若重整第二输出气284所含的一氧化碳浓度低于20ppm，将其通入燃料电池280的阳极，否则再通入燃烧器140将其燃烧掉。当自热重整催化剂110的出口端温度上升至450℃-550℃时，逐次降低燃料进料的O2/C摩尔比值；自热重整催化剂110的出口端温度亦可在550℃-650℃时才降低燃料进料的O2/C摩尔比值，视实际需要而定。当燃烧尾气流经自热重整催化剂110外侧温度上升至650℃-750℃时，可停止供应燃料进料中的空气，此时重整反应单元210实质上只有蒸气重整催化剂120起作用。重整反应单元210启动初期O2/C摩尔比值低，空气泵负荷小且寄生电力低，但本实施例可于较短时间即可产生一氧化碳浓度低于20ppm的重整气，而可通入燃料电池280发电。当再持续提高负载并维持低O2/C摩尔比的自热式重整反应操作模式运转，待系统各单元反应已趋近操作温度设定值时，再转换成以蒸气重整反应操作模式运转，此时即可产生高浓度氢气，又可避免自热式重整反应全负载操作时的空气泵的寄生电力。
图4是上述实施例以天然气作为燃料的重整气的氢气及一氧化碳浓度与重整反应单元启用时间的测量数据图。重整反应的启动初期是以自热式重整反应操作模式运转，在启动后20分钟内即可产生一氧化碳浓度低20ppm的富氢重整气，虽然此时重整气的氢气浓度并不高，但已可通入燃料电池组发电。此后再持续提高负载并维持低O2/C摩尔比的自热式重整反应操作模式运转，重整气的氢气浓度可快速提高至45％。待重整反应各单元反应已趋近操作温度设定值时，在启动后约55分钟时，即可转换成以蒸气重整反应为主的操作模式运转，此时重整气的氢气浓度也继续快速提高至70％左右。由此实验数据可进一步验证本实施例以串联蒸气重整反应及自热重整反应的形式，确实可结合蒸气及自热燃料重整器两者的优点。
本发明有别于现有的以自热式重整反应设计的燃料重整器系统。本发明燃料重整装置是由自热式重整反应器及蒸气重整反应器串联而成，燃料重整装置中心有一加热单元，可燃烧天然气、液化石油气或含有氢气的尾气等气态可燃性气体，通过燃烧可提供热能给予热管所包覆的蒸气重整反应器，可让蒸气重整反应器中的蒸气重整催化剂进行催化吸热的蒸气重整反应，此外，同样由热管所包覆的自热重整反应器，可通过燃烧所提供的热能，经热管将燃料进料如天然气、水或空气预热与汽化。由于蒸气重整反应器中催化吸热的蒸气重整反应所需的热源，主要是来自高温的燃烧气体(即加热单元所提供)，而非依赖前段的自热式重整催化剂热能，使得蒸气重整催化剂可独立催化蒸气重整反应产生高氢气浓度(大于70％)的重整气体。
本发明还有别于现有的以蒸气重整反应设计的燃料重整器系统。本发明在燃料重整装置启动之初，除了同步通过燃烧预热蒸气重整反应器、自热重整反应器以及参与重整反应的燃料进料如天然气及水，通过自热式重整反应催化剂具有低温催化部分氧化反应的特性，在燃料重整装置启动初期即通入空气，让自热式重整反应催化剂先催化重整反应，虽然此时产生的重整气的氢气浓度偏低(≤50％)，但可大幅缩短重整器系统产生CO浓度低于20ppm的合格富氢重整气的时间，待蒸气重整催化剂已达可催化蒸气重整反应时，再停止通入参与重整反应的空气，让重整器系统改以蒸气重整反应运转。
然而在蒸气重整反应及自热式重整反应操作模式变更过程中，可能产生的最大问题是重整反应、水煤气变换反应、以及CO选择性氧化反应的各单元催化剂是否会因接触空气导致去活化的问题，特别是水煤气变换催化剂。因为有些专利或论文提到当重整反应、水煤气变换反应、以及选择性氧化反应单元催化剂接触到空气，催化剂活性位可能钝化而降低活性，严重会影响到催化剂的寿命。
传统以自热式重整反应设计的燃料重整器系统，系统启动通过镍铬丝通电数分钟或以火花塞点火后，即通入空气、燃料及水，先诱发氧化放热反应，让催化剂快速达到开始反应温度，由于自热式重整反应是结合部分氧化及蒸气重整反应，催化碳氢化合物进行重整反应产生水合气(SynGas)，为了提供足够的热量或是让催化剂可以快速达到催化蒸气重整反应温度，系统启动初期的O2/C摩尔比会偏高，但于系统启动初期的催化剂反应温度不高，氧不会被完全消耗掉，残存的氧气会接触后续的WGS及PrOX催化剂，因此，自热式重整反应设计的燃料重整器系统大多选用具有抗氧特性的WGS及PrOX催化剂，但因自热式重整反应为了能维持重整反应的转化率，于稳态操作时仍需维持一定的O2/C摩尔比(0.3-0.6)，若以3千瓦天然气重整器系统为例，燃料进料的天然气至少需达18L/min以上，此时需通入的空气量介于25-50L/min，系统即需要可产生高静压及高风量的空气泵，且其寄生电力理应不小。
因为本发明的燃料重整装置是由具有低温反应特性的自热式重整催化剂及高温的蒸气重整催化剂串联而成，又因燃料重整装置中心有燃烧器，可通过燃烧直接预热燃料进料及重整催化剂，其预热速率不小，所以系统启动初期进料的O2/C摩尔比值可比单纯以自热式重整反应设计的系统低，O2/C摩尔比低代表空气泵可以处于低功率操作状态。
由于本发明可以通过燃烧间接传热及自热式重整反应氧化放热，加速重整催化剂快速产生重整反应，又因为在自热式重整催化剂即蒸气重整催化剂出口，各布置一层氧化型催化剂，使得燃料进料中大部分氧气在重整反应区即被消耗掉，而未反应的氧气也会与重整反应产生的氢气或一氧化碳在含有贵金属的前端WGS催化剂发生氧化反应除去，由于含有贵金属的WGS催化剂活性较不易因接触氧气而下降，如此即可免除残氧造成WGS催化剂活性去活化的问题。
以上所述仅为本发明优选的实施例，应不可以其限制本发明的范围。即凡是根据本发明权利要求书所做的等价变化及修改，仍不损害本发明的实质性要素，也不脱离本发明的实质和范围，所以都应视为本发明的进一步实施情况。
Claims (18)
1.一种燃料重整装置，其包括：
一自热重整反应器，用以使一燃料进料进行自热重整反应，而形成一第一重整气；
一蒸气重整反应器，用以使该燃料进料进行蒸气重整反应，而形成一第二重整气；及
一加热单元，用以加热该燃料进料及该蒸气重整反应器；
其中，该燃料重整装置的运转初期是以自热重整反应为主，以缩短该燃料重整装置的催化重整反应时间，且在该燃料重整装置的运转稳定后则以蒸气重整反应为主。
2.根据权利要求1所述的燃料重整装置，其中该燃料重整装置呈一圆柱状，该自热重整反应器设置于外圈，且该蒸气重整反应器设置于中间层，该加热单元设置于内圈中心，其中该加热单元包含一热管，该热管包覆在该蒸气重整反应器与该自热重整反应器外。
3.根据权利要求1或2所述的燃料重整装置，其中部分的该燃料进料先在该自热重整反应器中进行自热重整反应，另一部分未反应的该燃料进料将随后进入该自热重整反应器后的该蒸气重整反应器中，以进行蒸气重整反应。
4.根据权利要求1或2所述的燃料重整装置，该燃料重整装置还包括至少一除氧反应器，连接至该自热重整或蒸气重整反应器，用以去除该第一或第二重整气中的氧气。
5.根据权利要求4所述的燃料重整装置，该燃料重整装置包括两个除氧反应器，其中该热重整反应器与该蒸气重整反应器由一管道相连接，该除氧反应器的一个设置于该自热重整反应器与该蒸气重整反应器之间，且该除氧反应器的另一个设置于该蒸气重整反应器与该管道相接的另一端。
6.根据权利要求4所述的燃料重整装置，其中该除氧反应器主要进行氧化反应，其中该除氧反应器包括：
一贵金属催化剂，其含有钯、铑、铂或至少两种上述金属的混合物；及
一催化剂载体，其含有氧化铝、氧化铈、二氧化铈、氧化锆或二氧化锆或上述氧化物的混合物；
其中，该除氧反应温度为100℃-500℃。
7.根据权利要求1或2所述的燃料重整装置，其中该自热重整反应器包括：
一贵金属催化剂，其含有铑、铂或上述金属的混合物；及
一催化剂载体，其含有氧化铝、氧化铈、二氧化铈、氧化锆、二氧化锆或上述氧化物的混合物；
其中，该自热重整反应温度为300℃-800℃。
8.根据权利要求1或2所述的燃料重整装置，其中该蒸气重整反应器包括：
一贵金属催化剂，其含有钌、铑、铂、或至少两种的上述金属的混合物；及
一催化剂载体，其含有氧化铝、氧化铈、二氧化铈、氧化锆、二氧化锆或上述氧化物的混合物燃料重整；
其中，该蒸气重整反应温度为600℃-800℃。
9.根据权利要求1或2所述的燃料重整装置，其中该燃料进料包括：水、空气及燃料混合物，该燃料混合物包括天然气、酒精、液化石油气、煤油或柴油等化石燃料，或是厌氧反应产生的甲烷或生质能发酵产生的酒精等再生能源。
10.根据权利要求1或2所述的燃料重整装置，其中该加热单元以一燃烧器或以催化剂氧化放热反应焚化至少该燃料进料以提供热量。
11.一种氢气产生装置，其包括：
一燃料重整装置，为权利要求1-10中任一项所述的燃料重整装置；
一水煤气变换反应单元，用以使该第一与第二重整气中所含的一氧化碳与水进行反应而转化成氢气及二氧化碳，而形成一第一输出气；及
一选择性氧化反应单元，用以使该第一输出气中所含的一氧化碳或氢进行选择性的氧化反应，而形成一第二输出气。
12.根据权利要求11所述的氢气产生装置，其中该加热单元通过燃烧该燃料进料或一氧化碳浓度高于20ppm的该第二输出气以提供热量。
13.根据权利要求11所述的氢气产生装置，其中该水煤气变换反应单元进一步包括：
一贵金属催化剂，其至少含有铂、铼或铜；及
一催化剂载体，其含有氧化铝、氧化铈、二氧化铈、氧化锆、二氧化锆或上述氧化物的混合物；
其中，该水煤气变换反应温度为250-450℃。
14.根据权利要求11所述的氢气产生装置，其中该水煤气变换反应单元进一步包括：
一贱金属催化剂；及
一催化剂载体，其含有铜锌铝氧化物或铁铬铝氧化物；
其中，该水煤气变换温度为200℃-450℃。
15.根据权利要求11所述的氢气产生装置，其中该选择性氧化反应单元进一步包括：
一贵金属催化剂，其至少含有铂或钌；及
一催化剂载体，其含有氧化铝、氧化铈、二氧化铈、氧化锆、二氧化锆、沸石氧化物或上述氧化物的混合物；
其中，该选择性氧化反应温度为100℃-200℃。
16.根据权利要求11所述的氢气产生装置，其中该第二输出气所含的一氧化碳浓度小于20ppm。
17.一种用于燃料电池的燃料重整方法，其包括：
提供一重整反应单元及一燃料进料，其中该重整反应单元包括：一自热重整催化剂及一蒸气重整催化剂；
开启一燃烧器，以加热该重整反应单元及该燃料进料；
当该自热重整催化剂的入口温度上升至90℃-200℃时，将该燃料进料通入该自热重整催化剂，而产生第一重整气；
该燃料进料导入该蒸气重整催化剂而产生第二重整气；
使该第一及第二重整气进行水煤气变换反应及选择性氧化反应而产生一输出气；若该输出气所含的一氧化碳浓度低于20ppm，将该输出气通入该燃料电池的阳极，否则通入该燃烧器；
当该自热重整催化剂的出口温度上升至450℃-550℃时，降低该燃料进料的O2/C摩尔比值；及
当燃烧尾气流经自热重整催化剂外侧温度上升至650℃-750℃时，则该燃料进料停止提供空气，且该重整反应单元实质上只有该蒸气重整催化剂在起作用。
18.根据权利要求17所述的用于燃料电池的燃料重整方法，其中该自热重整催化剂的出口温度也可在550℃-650℃时，才降低燃料进料的O2/C摩尔比值。
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20120523 |