CN108452761B - PrOx反应器和包含PrOx反应器的燃料电池装置 - Google Patents

PrOx反应器和包含PrOx反应器的燃料电池装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种PrOx反应器(R)和包含PrOx反应器的燃料电池装置，PrOx反应器包括封闭反应空间的壳体，且该壳体具有用于向反应空间供应含氢的第一气体(G1)的第一入口(E1)、用于向反应供应含氧的第二气体(G2)的第二入口(E2)和用于排出第三气体(G3)的出口(A)，其中有从第二入口(E2)延伸到反应空间中的多个导管(Kv)，多个导管中的每个导管包括至少一个开口(O)，用于将第二气体(G2)供应到反应空间。

Description

PrOx反应器和包含PrOx反应器的燃料电池装置
技术领域
本发明涉及一种PrOx反应器和一种包含PrOx反应器的燃料电池装置。
背景技术
根据现有技术，从碳氢化合物中产生氢气的反应器被应用于燃料电池系统。这些反应器中的一种反应器是一氧化碳的优先氧化反应器或所谓的PrOx反应器。在这种反应器中，重整气中的一氧化碳被单级添加的含氧气体优先氧化。这种含氧气体尤其可以是空气。实际上，重整气中一氧化碳的氧化是不完全的。
US 2003/0200699 A1公开了一种自热重整器，其包括第一阶段，第一阶段有选择性地接收燃料流、第一氧化剂流和蒸汽流。第一阶段具有催化剂床的第一部分。在第一阶段中，流体被引导通过催化剂床的第一部分并发生反应。在第一阶段的下游有第二阶段，第二阶段与第一阶段连通。第二阶段接收来自第一阶段的流体并也选择性地接收第二氧化剂流。第二氧化剂流和接收自第一阶段的流体流过催化剂床的第二部分并进一步反应。
专利US 6,132,689公开了一种多级等温一氧化碳优先氧化反应器(PrOx反应器)，其包括多个串联设置的催化换热器，它们通过一个混合室彼此各自分开，该混合室用于均化离开一个换热器并进入下一个换热器的气体。在优选的实施例中，用于PrOx反应的至少一部分空气被直接送入催化换热器之间的混合室中。
EP 0 776 861 A1公开了一种这样的方法，其中气体混合物和另外供应的氧化气体通过一种含有催化剂材料的反应器。建议将氧化气体沿着气体混合物的流动路径在多个点处引入，在开环或闭环的控制下，每种情况有一种流速。还建议气体混合物流通过设置在CO氧化反应器入口区域中的静态混合器结构被动冷却。以受控方式沿着反应路径影响放热CO氧化的这种方式允许一种非常可变的适应特定情况的过程管理。例如一种用途就是通过燃料电池操作机动车的甲醇重整来回收氢气。
发明内容
本发明的目的是消除现有技术的缺点。尤其是一种具有提高效率的PrOx反应器将被详细说明。
该目的通过下面的技术特征来实现。根据下面的技术特征，本发明的优选构造将是明白的。
一种PrOx反应器，包括壳体，该壳体围绕反应空间并具有用于向反应空间供应含氢的第一气体的第一入口、用于向反应空间供应含氧的第二气体的第二入口以及用于排出第三气体的出口，其中有从所述第二入口延伸到所述反应空间中的多个导管，多个导管中的每个导管包括用于将所述第二气体供应到所述反应空间的至少一个开口，其中所述导管的长度和横截面被设计为使得所述第二入口和所述相应导管的所述端部之间的压降基本相等。
根据所述的PrOx反应器，其中：壳体包括用于供应一定比例的含氧的第二气体的第三入口。
根据所述的PrOx反应器，其中：每个导管包括多个开口。
根据所述的PrOx反应器，其中：所述第一入口和所述出口布置在所述壳体的相对侧上，使得从所述第一入口到所述出口的所述第一气体的流动方向形成第一方向。
根据所述的PrOx反应器，其中：PrOx反应器包括彼此堆叠在上部的多个板，所述多个板优选地被提供有表面微结构，使得流可以沿第一个方向通过在板之间形成的空腔。
根据所述的PrOx反应器，其中：板设置有凹槽，使得在板之间形成流可以沿第一方向通过的多个通道。
根据所述的PrOx反应器，其中：导管已经被集成到板中。
根据所述的PrOx反应器，其中：输入导管已经连接在导管和第二入口之间。
根据所述的PrOx反应器，其中：导管平行于第一方向延伸，并且输入导管与第一方向垂直地延伸。
根据所述的PrOx反应器，其中：从输入导管延伸的导管的长度随着距第二入口的距离的增加而减小。
根据所述的PrOx反应器，其中：导管具有基本相等的横截面。
一种燃料电池装置，包括：至少一个重整器(R1)、所述的PrOx反应器和燃料电池，其中所述PrOx反应器布置在重整器的下游和燃料电池的上游。
根据所述的燃料电池装置，设计用于操作丙二醇/水混合物，通过蒸发器将丙二醇/水混合物转化成气相并将丙二醇/水混合物供应到重整器。
根据本发明，提出了一种PrOx反应器，其包括围绕反应空间的外壳，并具有用于向反应空间供应含氢的第一气体的第一入口、用于向反应空间供应含氧的第二气体的第二入口和用于排出第三气体的出口，其中有从所述第二入口延伸到所述反应空间中的多个导管，多个导管中的每一个包括用于将所述第二气体供应到所述反应空间的至少一个开口。
本发明上下文中的“反应器”应理解为是指这样的单元：通过该单元在温度和/或压力和/或助剂如催化剂的作用下，将所供应的物质(例如烃)转化成另外的物质。该物质可以是物质混合物，特别是气体。为了转化反应器中的物质，通常需要消耗或去除能量。
在本发明的上下文中，“PrOx”被理解为意指“优先氧化”，即气体的优先氧化。
含氢的第一气体优选包含一定比例的一氧化碳(CO)。含氢的第一气体可以任选地包含一定比例的第二气体，在这种情况下，第二气体的比例小于完全反应所需的比例。
在PrOx反应器中，CO通过催化剂转化为CO2，因此可用于下游反应器，特别是燃料电池。含氢的第一气体优选在多个上游反应器中产生。它可以例如从丙二醇/水混合物转化成具有一定比例的一氧化碳、二氧化碳、水和氮的另一含氢气体，该丙二醇/水混合物在称为重整器中且在重整器中加入空气。从这种气体中，一部分一氧化碳在加入水的中间连接的水气变换反应器中转化成二氧化碳和氢气。甚至在将其引入PrOx反应器之前，可选择地将一定比例的第二气体添加到在水气变换反应器中产生的气体中。
引入反应空间进行优先氧化的第二种气体是含氧气体，特别是空气。借助根据本发明设想的导管，第二气体不与第一气体混合，或者不是刚好与第一气体在第一入口附近局部混合。当第一气体已经包含一定比例的第二气体时，导管尤其用于将另一比例的第二气体供应到反应空间。第一气体基本上从第一入口沿着朝向出口的方向流动。从第二入口延伸到反应空间中的导管导致第二气体的供应在时间和空间上分布到在反应空间中进行的反应，使得例如更大比例的一氧化碳可被氧化成二氧化碳。这提高了PrOx反应器的效率。
在一种构造中，壳体包括用于供应一定比例的含氧的第二气体的第三入口。第三入口特别是与第一入口并排布置，使得第一气体可以由第一入口供给，且一定比例的第二气体可以由第三入口供给。在这种构造中，第一气体不包含任何比例的第二气体。
在优选的构造中，每个导管包括多个开口。多个开口增加了添加第二气体的空间分布。
适当地，第一入口和出口布置在壳体的相对侧上，使得从第一入口到出口的第一气体的流动方向形成第一方向。
在适当的构造中，PrOx反应器包括一个堆叠在另一个之上的多个板，所述多个板优选地设置有表面微结构，使得流在第一方向上穿过在板之间形成的空腔。通过微结构将反应空间分成多个反应区域。提供多个反应区域改善了混合，从而改善了反应的完全性。另外，这增加了反应器的表面积，使得可以更有效地供应热量或去除热量。可以例如通过形成压印、滚动或蚀刻图案(例如以凹槽、人字形图案等形式)来引入微结构。所述板可以特别地设置有凹槽，使得多个通道形成在板之间，流沿第一方向流过这些通道。
适当地，导管已经被集成到板中。导管可以通过板的微结构集成到板中。
根据本发明，导管的长度和横截面被设计为使得第二入口和相应管道的端部之间的压降基本相等。结果，第二气体在相同的压力下被均匀地引导到反应空间中，并且适当地也具有均匀的流速。
在优选实施例中，有连接在导管和第二入口之间的输入导管。适当地，从输入导管的入口直到相应导管的端部的压降基本相等。导管优选平行于第一方向延伸，并且输入导管垂直于第一方向延伸。适当地，从输入导管延伸的导管的长度随着距第二入口的距离的增加而减小。通过上述措施，可以将作为第二气体引入的空气例如均匀地分配到反应区域中，并由此使例如反应器出口处的第三气体的一氧化碳含量最小化。
在有利的构造中，导管具有基本相同的横截面。
根据本发明进一步提出的一种燃料电池装置，其至少包括重整器、根据本发明的PrOx反应器和燃料电池，其中PrOx反应器布置在重整器的下游和燃料电池的上游。燃料电池装置尤其包括蒸发器、重整器、水气变换反应器、PrOx反应器和燃料电池的串联连接。它可以包括额外的单元，如热交换器。
合适地，燃料电池装置被设计成与丙二醇/水混合物一起操作，丙二醇/水混合物通过蒸发器转化成气相并供应到重整器。
附图说明
下面通过附图表示本发明。图中示出：
图1表示根据本发明的PrOx反应器的示意图。
图2表示具有一叠板的PrOx反应器的剖视图。
图3表示根据本发明的另一个PrOx反应器的示意图。
图4表示具有用于反应器中的微结构的板的示意图。
图5表示沿着根据图4的剖面线A-A'通过板的横截面，该板具有导管和输入导管。
图6a表示通过板的横截面的构造。
图6b表示通过板的横截面的另一构造。
图7表示根据本发明的燃料电池装置。
具体实施方式
图1示出了PrOx反应器R。PrOx反应器R包括具有第一入口E1和第二入口E2的壳体。第一气体G1通过第一入口E1被引入到反应空间中并且从入口E1沿朝向出口A的方向流动。第一气体G1可以包括一定比例的第二气体G2。该一定比例的第二气体G2或另一比例的第二气体G2通过第二入口E2引入PrOx反应器R中。该第二气体G2在反应器R的反应空间中与第一气体G1混合，在反应空间中反应。第一气体G1和第二气体G2反应的和任何未反应的部分形成第三气体G3。第三气体G3流向出口A，在那里第三气体离开PrOx反应器R。第一入口E1和第二入口E2可以布置在反应器壳体的相同侧上，特别是与出口A(未示出)相对。它们也可以布置在反应器壳体的两个不同的侧面上。在所示的情况下，例如在与第二入口E2相对的一侧上布置另外的第二入口E2。
在图1所示的PrOx反应器R中适当地有多个板P。这些板P彼此平放地一个布置在另一个的顶部，使得气体可以沿着板P从第一入口E1流到出口A。在图2中示出了在PrOx反应器R的壳体中一个在另一个顶部上的板P的布置。
图3示出了PrOx反应器R的另一构造，其具有布置在第一入口E1旁边的第三入口E3。通过第三入口E3引入一定比例的第二气体G2，使得这里合适地不包含任何第二气体G2的第一气体G1与在PrOx反应器R的入口区域中的该一定比例的第二气体G2混合。另一比例的第二气体G2通过第二入口E2引入到PrOx反应器中。
第一气体G1沿箭头方向即第一方向经过图4中示意性示出的板P。与第一气体G1的流动方向成直角地示出输入导管Ke，特别地，空气Lin可以从板P的一侧流过第二入口E2进入输入导管，或者在所示的情况下从板P的两侧进入输入导管Ke。输入导管Ke连接到适当地沿流动方向即第一方向延伸的多个导管Kv。流入输入导管Ke的第二气体G2通过导管Kv向前引导。每个导管Kv包括在导管Kv的远离输入导管Ke导向的自由端的区域中的至少一个开口，用于将第二气体G2(例如空气)排放到反应空间中。导管Kv可以包括作为通道出口的多个开口O。在远离板P的一侧上有适当的多个开口O，使得通过开口O排出的气体的流动方向与流过的气体的流动方向相交，从而导致气体的良好混合。在所示的构造中，板P的边缘区域中的导管Kv比板P的中间区域中的导管Kv长，使得从输入导管Ke的入口直到相应导管Kv的端部的压降由于基本上相等的长度而具有相同的量级。
图5示出了沿着图4的穿过板P的剖面线A-A'的横截面。箭头示出了第一气体G1的流动方向。输入导管Ke与图面垂直。这适当地具有比导管Kv更大的横截面。在图的平面中示出了穿过导管Kv的横截面。在所示的执行过程中，输入导管Ke和导管Kv安装在板P上。此处导管Kv具有四个开口O。第二气体G2首先流过输入导管Ke，然后流过从其分支的导管Kv。在所示情况下，第二气体G2通过开口O离开并与第一气体G1混合。在所示的情况下，第二气体G2至少部分地垂直于第一气体G1的流动方向流动，使得第一气体G1和第二气体G2良好地混合。可选地或另外地，导管Kv可以在导管Kv(未示出)的末端处具有开口O。为了提高有效性，这种多个板P可以以堆叠的布置设置在反应器中，必要时可以中间设置间隔件或中间板。
图6a示出了板P的横截面的一个构造。该构造示出了从下侧US集成的输入管道Ke和在板P的下侧US的相对上侧OS上具有开口O的导管Kv。导管Kv在板P的下侧US上尤其具有气密边界，例如以膜的形式。第一气体G1沿着上侧OS流动，且第二气体G2流过输入导管Ke和导管Kv。板P可以布置在彼此间隔开的两个另外的板之间，其尤其具有面向板P的光滑表面。多个板P可以与另外的板成堆叠地布置。
图6b示出了板P的横截面的另一构造，其中输入管道Ke和管道Kv被集成到板P中，使得板P的上侧OS基本平坦并且导管Kv的开口O作为板P的上侧OS中的开口O来执行。第二气体G2通过开口O并与流过的第一气体G1混合并反应。
图7示出了包括PrOx反应器R的燃料电池装置。在所示的结构中，燃料电池装置包括蒸发器V、重整器R1、水-气变换反应器R2、PrOx反应器R和燃料电池R3用于产生电流。燃料电池装置特别设想用于丙二醇的操作。在这种情况下，将丙二醇与水混合并在蒸发器V中蒸发。将由此获得的蒸气引入到重整器R1中，并通过另外的入口添加空气Lin而重整。这样产生的重整气体在加入水蒸气的水-气变换反应器R2中和在将作为第二气体G2的空气Lin加入的下游的PrOx反应器R中以两个阶段转化成非常基本不含一氧化碳的气体。非常基本不含一氧化碳的气体被引入到燃料电池R3中。
借助热交换器(未示出)，放热反应中形成的废热例如可以从PrOx反应器R中去除，并用于蒸发器V。
参考符号列表
A 出口
E1 第一入口
E2 第二入口
E3 第三入口
G1 第一气体
G2 第二气体
G3 第三气体
Ke 输入导管
Kv 导管
Lin 空气
O 开口
OS 上侧
P 板
R PrOx 反应器
R1 重整器
R2 水气变换反应器
R3 燃料电池
US 下侧
V 蒸发器

Claims (12)

1.一种PrOx反应器(R)，包括壳体，该壳体围绕反应空间并具有用于向反应空间供应含氢的第一气体(G1)的第一入口(E1)、用于向反应空间供应含氧的第二气体(G2)的第二入口(E2)以及用于排出第三气体(G3)的出口(A)，其中有从所述第二入口(E2)延伸到所述反应空间中的多个导管(Kv)，多个导管中的每个导管包括用于将所述第二气体(G2)供应到所述反应空间的至少一个开口(O)，其中所述导管(Kv)的长度和横截面被设计为使得所述第二入口(E2)和相应的所述导管(Kv)的端部之间的压降基本相等，其中，PrOx反应器(R)包括彼此堆叠在上部的多个板(P)，所述多个板被提供有表面微结构，使得流能够沿第一个方向通过在板(P)之间形成的空腔。
2.根据权利要求1所述的PrOx反应器(R)，其中：壳体包括用于供应一定比例的含氧的第二气体(G2)的第三入口(E3)。
3.根据权利要求1所述的PrOx反应器(R)，其中：每个导管(Kv)包括多个开口(O)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的PrOx反应器(R)，其中：所述第一入口(E1)和所述出口(A)布置在所述壳体的相对侧上，使得从所述第一入口(E1)到所述出口(A)的所述第一气体(G1)的流动方向形成第一方向。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的PrOx反应器(R)，其中：板(P)设置有凹槽，使得在板(P)之间形成流能够沿第一方向通过的多个通道。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的PrOx反应器(R)，其中：导管(Kv)已经被集成到板(P)中。
7.根据权利要求1所述的PrOx反应器(R)，其中：输入导管(Ke)已经连接在导管(Kv)和第二入口(E2)之间。
8.根据权利要求7所述的PrOx反应器(R)，其中：导管(Kv)平行于第一方向延伸，并且输入导管(Ke)与第一方向垂直地延伸。
9.根据权利要求8所述的PrOx反应器(R)，其中：从输入导管(Ke)延伸的导管(Kv)的长度随着距第二入口(E2)的距离的增加而减小。
10.根据权利要求8或9所述的PrOx反应器(R)，其中：导管(Kv)具有基本相等的横截面。
11.一种燃料电池装置，包括：至少一个重整器(R1)、根据权利要求1至10中任一项所述的PrOx反应器(R)和燃料电池(R3)，其中所述PrOx反应器(R)布置在重整器(R1)的下游和燃料电池(R3)的上游。
12.根据权利要求11所述的燃料电池装置，设计用于操作丙二醇/水混合物，通过蒸发器(V)将丙二醇/水混合物转化成气相并将丙二醇/水混合物供应到重整器(R1)。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1674980A (zh) * 2002-08-15 2005-09-28 万罗赛斯公司 在单级反应通道中进行平衡限制的化学反应的方法
WO2007045457A1 (en) * 2005-10-21 2007-04-26 Eni S.P.A. Fluid mixing device inserted in or combined with a reactor
CN102946987A (zh) * 2010-03-31 2013-02-27 科学工业研究委员会 氢气/合成气发生器
CN105705227A (zh) * 2013-11-06 2016-06-22 瓦特燃料电池公司 液体燃料催化部分氧化重整器和燃料电池系统、以及产生电力的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19544895C1 (de) 1995-12-01 1997-02-27 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytischen Oxidation von Kohlenmonoxid
US6132689A (en) 1998-09-22 2000-10-17 General Motors Corporation Multi-stage, isothermal CO preferential oxidation reactor
US7172638B2 (en) 2002-04-29 2007-02-06 General Motors Corporation Staged air autothermal reformer for improved startup and operation
KR101127688B1 (ko) * 2004-12-07 2012-03-23 에스케이이노베이션 주식회사 원통형 소형 개질 장치
KR100824527B1 (ko) * 2007-01-09 2008-04-22 삼성에스디아이 주식회사 평판형 ｐｒｏｘ 반응기
DE102010049794A1 (de) * 2010-05-25 2011-12-01 Diehl Aerospace Gmbh Verfahren zur Erzeugung von Energie und die Verwendung eines Stoffgemisches zur Erzeugung von Energie
US9662677B2 (en) * 2010-09-15 2017-05-30 Abbott Laboratories Drug-coated balloon with location-specific plasma treatment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1674980A (zh) * 2002-08-15 2005-09-28 万罗赛斯公司 在单级反应通道中进行平衡限制的化学反应的方法
WO2007045457A1 (en) * 2005-10-21 2007-04-26 Eni S.P.A. Fluid mixing device inserted in or combined with a reactor
CN102946987A (zh) * 2010-03-31 2013-02-27 科学工业研究委员会 氢气/合成气发生器
CN105705227A (zh) * 2013-11-06 2016-06-22 瓦特燃料电池公司 液体燃料催化部分氧化重整器和燃料电池系统、以及产生电力的方法

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