CN1714042A - 自氧化内部加热型蒸汽重整系统 - Google Patents

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Abstract

一种自氧化内部加热型蒸汽重整系统，该系统设计为在氧气存在下将原料气自氧化从而产生富氢重整气，包括：蒸汽发生装置(2)，其装置用燃烧部分(2a)内产生的燃烧气加热水以产生蒸汽；第一抽吸混合装置(4)，将原料气抽吸到蒸汽物流中得到原料/蒸汽混合物；和重整装置(1)，其用外部供应的氧气将包含在原料/蒸汽混合物中的原料气氧化，从而用氧化反应热对原料气进行蒸汽重整。其中将重整气供给燃料电池(300)。所有阳极废气均作为蒸气发生装置的燃料和/或原料气进行循环。

Description

自氧化内部加热型蒸汽重整系统
技术领域
本发明涉及一种自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其具有在蒸汽和氧气存在下能够将原料气自氧化并重整而产生富氢重整气的结构。
背景技术
传统上已知的产生富氢重整气的系统是在蒸汽重整催化剂存在下将包括烃如甲烷、脂族醇如甲醇或醚如二甲醚与蒸汽的原料气混合物(下面称为“原料-蒸汽混合物”)进行蒸汽重整。用这种重整系统得到的富氢重整气可有利地用作燃料电池的燃料。作为重整系统的一个主要部件，重整器根据蒸汽重整反应所需的供热模式而划分为外部加热型和内部加热型。当用甲烷作为原料气时，蒸汽重整的反应式为： ，其中重整反应的温度优选是700℃-750℃。
前一种外部加热型重整器利用燃烧器等产生的燃烧气从外部加热重整器的壁面，从而通过壁面向反应室供应重整反应所需的热。
内部加热型是外部加热型的改进型，在其结构中，在重整器的原料-蒸汽混合物的供应侧(或上游侧)具有部分氧化反应床。用部分氧化反应床中产生的热将位于下游侧的蒸汽重整床加热至蒸汽重整温度。在如此加热的蒸汽重整催化剂床中进行蒸汽重整，产生富氢重整气。部分氧化反应写作： ，其中部分氧化反应的温度优选是250℃或更高。
但对于传统的外部加热型和内部加热型重整器来说，加热部分的温度比约700℃的重整温度高，例如高达1000℃。因此，传统的重整器具有很多问题：辐射能量损失大，产生的高温会对构成重整器的部件造成破坏，使其寿命缩短。
作为内部加热型的改进型，日本特许公开专利2001-192201提出了一种自氧化内部加热型重整器。虽然传统上都认为在氧气存在下蒸汽重整催化剂的功能会受到抑制，但是该专利申请中提及的相关技术通过共存氧化催化剂解决了这一问题，使得即使在氧气存在下蒸汽重整催化剂也能够有效保持其固有的功能。
上述相关技术中提及的改进型技术在由氧化催化剂和蒸汽重整催化剂构造的混合催化剂床中分别由氧化反应和蒸汽重整反应同时产生热。即通过使氧化放热床和蒸汽重整反应(吸热反应)床共存，可以使加热部分的温度和吸热部分的温度保持相等。另外，该专利申请的公开内容还描述了可以将包括催化剂的结构部件温度控制为规定的重整温度或更低，例如约700℃，从而可以延长结构部件的寿命。另外，该装置还具有有效回收重整装置内部热量的功能，从而能够得到高的重整效率。
根据上述相关技术的自氧化内部加热型重整装置，从供水泵供入的水通过与冷却器中的重整气换热而被加热，在重整装置中进一步换热，生成蒸汽。如此产生的蒸汽随后在混合器中与原料气混合。
但对于通过水与重整气等之间换热产生蒸汽的类型来说，蒸汽的产生量取决于重整气的流量和温度，因此难以精确控制需要产生的蒸汽量。另外，这种类型还具有保证安装较大的换热部分以在重整器中产生蒸汽的空间及重整器结构复杂的问题。
如上所述，尽管在重整器中产生的富氢重整气可以用作燃料电池的燃料，但上述相关技术的结构不能将燃料电池的阳极废气再利用为产生蒸汽的燃料。
对于燃烧燃料电池的阳极废气产生蒸汽的情况，需要用如增压泵对燃料加压以将燃料供入燃烧器。这种结构使系统复杂化，并且使重量增加。在用于将重整气供入车用燃料电池的重整器中，重量的增加是特别大的缺点。
根据上述相关技术，重整器、混合器、蒸汽供应系统等是分别建造的，整个系统是用管道连接各个部件而构造的。因此，对于1-10kW级别的小系统来说，由连接各个结构部件的管道造成的辐射损失很大，这将降低系统效率。
发明内容
鉴于此，本发明的目的就是为了解决上述自氧化内部加热型重整器的问题。本发明的目的是提供能够解决这些问题的新型自氧化内部加热型蒸汽重整系统。
本发明的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统用紧凑的蒸汽发生器高效率地产生重整用蒸汽。
本发明的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统在不使用特殊动力装置的条件下能够高效率地产生供给重整器的原料-蒸汽混合物。
本发明的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统能够通过向蒸汽发生器供应燃料-空气混合物而高效率地产生重整用蒸汽。
本发明的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统能够获得高的系统热效率。
本发明的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统具有紧凑和高重整效率的重整器。
本发明的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统能够在产生的重整气供给燃料电池时将燃料电池排出的含有氢气的阳极废气再循环作为重整用原料。
本发明的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统能够有效回收产生的过剩蒸汽的热量。
本发明的另一个目的是在自氧化内部加热型蒸汽重整系统中提供一种系统，该系统能够产生CO含量降低的重整气。
为了解决上述问题，本发明的第一个方面是一种构造为在氧气存在下将原料气自氧化并进行蒸汽重整产生富氢重整气的自氧化内部加热型蒸汽重整系统。该系统的特征在于其包括：蒸汽发生器2，其具有用于燃烧通过混合燃烧空气和燃料制备的空气-燃料混合物的燃烧部分2a，从而用燃烧部分2a内产生的燃烧气加热水，产生蒸汽；第一抽吸混合器4，将原料气抽吸到来自蒸汽发生器2的蒸汽物流中，得到原料-蒸汽混合物；重整器1，其用外部供应的含氧气体将包含在原料-蒸汽混合物中的原料气氧化，从而用氧化反应热对原料气进行蒸汽重整，产生富氢重整气。
因为上述系统用燃烧热产生蒸汽，所以能够得到很高的蒸汽产生效率和紧凑的系统结构。因为抽吸混合器形成原料-蒸汽混合物，所以能够在不使用特殊动力装置的条件下高混合效率地得到均匀混合状态的原料-蒸汽混合物。另外，因为原料管线中的压力非常低，所以原料气从管道接头或其它部位向外部泄漏的可能性非常小。
上述系统还可以具有用于将燃料抽吸到燃烧空气中以得到空气-燃料混合物的第二抽吸混合器6。用抽吸混合器制备空气-燃料混合物可以在不使用特殊动力装置的条件下高混合效率地提供均匀混合状态的空气-燃料混合物。另外，因为燃料管线中的压力非常低，所以燃料从管道接头或其它部位向外部泄漏的可能性非常小。
任意一种上述系统都还可以具有将重整器1中产生的重整气中的一氧化碳气体氧化和降低的CO降低器3。使用CO降低器3时，当重整气例如作为燃料供给燃料电池时，重整气中的CO含量可以降低到非常低的程度，使燃料电池具有高发电效率和长的寿命。
任意一种上述系统都还可以具有换热器13，其用燃烧部分2a排出的燃烧废气将燃料、原料气和其它加热介质中的至少一种预热或加热。使用换热器13时，可以回收燃烧废气的热量，从而提高系统的热效率。
任意一种上述系统都还可以具有至少一个换热器(12，12a，15，16和17)，其用重整器1排出的重整气将燃烧空气、燃料、用于产生蒸汽的水、用于氧化的含氧气体和原料-蒸汽混合物中的至少一种预热。使用该结构可以提高系统的热效率。
使用上述系统时，至少一个换热器可以位于CO降低器3下游侧的重整气管道处。用这种结构可以回收CO降低器中放热反应产生的热，不需要在载荷装置如燃料电池处安装特殊的冷却器。
任意一种上述系统都还可以构造为当蒸汽发生器2产生过剩蒸汽时，至少部分过剩蒸汽能够加热其它加热介质(如共生装置中的加热介质)。用这种结构可以回收系统中过剩蒸汽的热，可以恒定地将系统热效率保持在很高的水平上。
使用上述系统时，加热介质是盛在热水箱27中的水，其中主热水箱27a和副箱27b相互垂直连通，可以构造成将过剩蒸汽供给副箱27b中的水。使用这种结构时，过剩蒸汽可以稳定地为共生装置如加热装置供应高温水。
任意一种上述系统都还可以构造为为燃料电池供应重整气。因为本发明的重整系统中产生的富氢重整气易于达到非常低的CO含量和温度较低的状态，所以能够提供将重整气有效用作燃料电池的燃料的系统。另外，因为可以得到重量轻和结构紧凑的重整系统，所以能够构造与用于车辆安装的燃料电池结合的重量轻和结构紧凑的系统。
使用上述系统时，其结构可以是将来自燃料电池的阳极废气作为燃料供给蒸汽发生器2的燃烧部分2a。用该结构可以有效回收阳极废气中含有的氢气和烃，从而可以减少系统中燃料消耗的体积，使环境不被污染。
使用上述系统时，其结构可以具有：混合部分，用于将至少部分过剩蒸汽与燃料电池的阳极废气混合；换热器19，用于通过用其它加热介质冷却混合物以凝结水分的方法将混合部分中得到的混合物脱水；再加热换热器18，用进入混合部分的阳极废气和过剩蒸汽加热脱水混合物；从而将来自再加热换热器18的脱水混合物作为燃料供给燃烧部分2a。
如上所述，过剩蒸汽与阳极废气的混合可以将过剩蒸汽的热回收在其它加热介质中。因为脱水换热器19降低了阳极废气中的水分，还降低了蒸汽的水分，所以能够避免燃烧部分2a中燃烧效率的降低。另外，在再加热换热器18中，脱水阳极废气和蒸汽的混合物在脱水前被温度较高的阳极废气再加热，从而不需要提供特殊的热源。
在任意一种上述系统中，重整器1都具有第一反应室61a和第二反应室62a，二者被导热分隔壁62b相互隔开，其中第一反应室61a在其一端具有原料供给部分68，用于供应原料-蒸汽混合物，在其另一端具有排放部分68a，其中装填蒸汽重整催化剂床71a，第二反应室62a在其一端具有原料供给部分69a和含氧气体导入部分63，与第一反应室61a的排放部分68a连通，在其另一端具有排放部分69，第二反应室62a中可以依次装填在原料供给部分69a一侧的通过混合蒸汽重整催化剂和氧化催化剂制备的混合催化剂床72a、在中间部分的传热颗粒床72b和在排放部分一侧的变换催化剂床72e。
使用这种结构的重整器1时，其尺寸变小，可以高热效率、高重整效率和低的CO含量产生富氢重整气。
使用上述系统时，其结构可以是：第一反应室61a装填有在原料供给部分68一侧的传热颗粒床71b、在排放部分68a一侧的蒸汽重整催化剂床71a，同时第一反应室61a中的传热颗粒床71b与第二反应室62a中的传热颗粒床72b和变换催化剂床72e通过分隔壁62b相互面对。用这种结构可以将第二反应室62a中产生的反应热高传热效率地传递到第一反应室61a，从而提高重整器1的热效率和重整效率。
在任意一种上述系统中，都可以建造多个分隔壁62b，它们具有在原料供给部分68和排放部分69处各个边缘部分处相互结合的固定端，在其相对端部分具有不相互结合的自由端。使用这种结构时，在其温度已经被重整反应升高的重整器1中发生的热膨胀可以在自由端处被吸收，从而能够防止在重整器1中产生大的应力和形变。
任意一种上述系统都还可以构造为将重整器1、蒸汽发生器2和第一抽吸混合器4相互结合形成组件结构。通过形成系统主要部分的组件结构，可以使系统更紧凑和易于维修。
在上述系统中，组件结构还可以具有换热器12，将供给重整器1的用于氧化的含氧气体和/或供给蒸汽发生器2的燃烧空气预热。使用这种结构时，通过进一步提高比例可以使系统更紧凑。
为了解决上述问题，本发明的第二个方面是一种构造为在氧气存在下将燃料气自氧化并进行蒸汽重整产生富氢重整气的自氧化内部加热型蒸汽重整系统。该系统的特征在于其包括：混合器123，其将原料气与蒸汽发生器产生的蒸汽混合，制备原料-蒸汽混合物；蒸汽重整器1，其用外部供应的含氧气体将包含在原料-蒸汽混合物中的原料气氧化，从而用氧化反应热对原料气进行蒸汽重整，产生富氢重整气，其中将重整气供应给燃料电池，提供的再循环器122将至少部分从燃料电池排放的阳极废气作为原料气供应。
如此制备的阳极废气再循环器122可以有效使用过剩的阳极废气。另外，阳极废气中的N2和CO2提高了甲烷等向氢气的转化率，从而能够提高重整气中的氢气浓度。另外，因为能够得到超过燃料电池所需量的氢气供应量，所以提高了通过燃料电池的重整气的流速。燃料电池内流速的增加可以吹出燃料电池内产生的水滴，从而能够防止由于在电极上形成水膜而造成发电效率的下降。
上述系统可以构造为：混合器123具有第一抽吸混合器4，其将原料气抽吸到蒸汽物流中，得到原料-蒸汽混合物，第一抽吸混合器4还抽吸阳极废气。通过用第一抽吸混合器4作为混合器123，同一个混合器可以同时将其它原料和阳极废气与蒸汽混合。另外，其它原料和阳极废气可以选择性地与蒸汽混合。另外，在不使用特殊动力装置的条件下易于得到阳极废气和蒸汽的混合物。另外，因为原料管线中的压力非常低，所以其它原料气和阳极废气从管道接头或其它部位向外部泄漏的可能性非常小。
在任意一种上述系统中，蒸汽发生器可以构造为具有燃烧部分2a，用于燃烧通过混合燃烧空气和燃料得到的空气-燃料混合物，并且将至少部分阳极废气作为燃料供应。使用蒸汽发生器时，阳极废气的燃烧热产生蒸汽，从而可以高效率地产生蒸汽，还可以得到紧凑的系统。
上述系统还可以具有用于将燃料抽吸到燃烧空气中制备空气-燃料混合物的第二抽吸混合器6。当用抽吸混合器混合空气和燃料时，可以在不使用特殊动力装置的条件下高混合效率地得到均匀混合状态的空气-燃料混合物。另外，因为燃料管线中的压力非常低，所以燃料从管道接头或其它部位向外部泄漏的可能性非常小。
任意一种上述系统都还可以具有控制器14，当蒸汽发生器产生过剩蒸汽时进行控制，减少阳极废气向燃烧部分2a的供应量，以减少过剩蒸汽，同时增加阳极废气向混合器123的供应量。使用控制器14时，可以自动有效地使用过剩蒸汽。
上述系统可以构造为具有压力检测器，用于检测蒸汽发生器产生的蒸汽压力，其中当检测到的压力大于预定值时，压力检测器将增加值作为蒸汽的过剩量输入控制器，控制器进行控制，减少阳极废气向燃烧部分2a的供应量，使检测到的压力变为预定值，同时增加阳极废气向混合器的供应量。因为蒸汽的过剩量与蒸汽发生器2产生的蒸汽压力相关联，所以检测蒸汽压力易于确定蒸汽的过剩量。
为了解决上述问题，本发明的第三个方面是一种构造为在氧气存在下进行自氧化并进行蒸汽重整产生富氢重整气的自氧化内部加热型蒸汽重整系统。该系统的特征在于其包括：混合器123，其将原料气与蒸汽发生器产生的蒸汽混合，制备原料-蒸汽混合物；重整器，其用外部供应的含氧气体将包含在原料-蒸汽混合物中的原料气氧化，从而用氧化反应热对原料气进行蒸汽重整，产生富氢重整气，其中将重整气供应给燃料电池300，将燃料电池300排放的阳极废气作为蒸汽发生器2的燃料和/或原料气供应，重整器1具有含至少为蒸汽重整催化剂和氧化催化剂的混合物的混合催化剂床72a和变换催化剂床72e，变换催化剂床72e具有将燃料电池300排放的阳极废气预热的换热器121。
在变换催化剂床72e中用如此制备的换热器121将燃料电池排放的阳极废气预热，可以有效回收变换催化剂床72e的热量。另外，因为变换催化剂床72e的平均温度下降，所以催化剂的效率提高，变换催化剂的寿命也得到延长。另外，因为换热器121在重整器1中，所以可以使系统更为紧凑。
上述系统还可以构造为：其中的重整器1具有第一反应室61a和第二反应室62a，二者被导热分隔壁62b相互隔开，其中第一反应室61a在其一端具有原料供给部分68，用于供应原料-蒸汽混合物，在其另一端具有排放部分68a，其中装填蒸汽重整催化剂床71a，第二反应室62a在其一端具有原料供给部分69a和含氧气体导入部分63，与第一反应室61a的排放部分68a连通，在其另一端具有排放部分69，第二反应室62a中依次装填在原料供给部分69a一侧通过混合蒸汽重整催化剂和氧化催化剂制备的混合催化剂床72a、在中间部分的传热颗粒床72b和在排放部分69一侧的变换催化剂床72e。
使用这种结构的重整器1时，可以提高变换催化剂床72e的催化剂效率，重整器1的尺寸变小，从而可以高热效率、高重整效率和低的CO含量产生富氢重整气。
任意一种上述系统都还可以具有用于脱水的换热器，脱除供给换热器121的阳极废气中的水分。通过减少阳极废气中的水分，可以提高换热器121中的换热效率。
附图说明
图1是本发明的自氧化内部加热型蒸汽重整系统的工艺流程图。
图2是图1中的第一抽吸混合器4或第二抽吸混合器6的横截面图，示出了其具体结构。
图3(a)是图1中的重整器1的垂直截面图，示出了其具体结构；图3(b)是其B-B截面图；图3(c)是(a)的C-C截面图。
图4是本发明的自氧化内部加热型蒸汽重整系统的另一个例子的工艺流程图。
图5是本发明的自氧化内部加热型蒸汽重整系统的另一个例子的工艺流程图。
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的最佳实施方式。在图1中，80示出自氧化内部加热型蒸汽重整系统的组件结构。组件结构设计为满足与周围装置的交换界面条件。即构成每一个系统的各个装置都作为各个单元对待，用紧固夹具如螺钉将它们可拆卸地安装在共用的桌子、架子、容器或箱体上，同时将这些装置排列成紧凑的直线性，缩短它们之间的管道，这样可以减少辐射损失。
蒸汽发生器2具有燃烧部分2a和第二抽吸混合器6。燃烧部分2a具有燃烧器(未示出)，其燃烧由第二抽吸混合器6供应的空气-燃料混合物。蒸汽发生器2与供应来自水箱10的水或纯水的管道108连接，还与将蒸汽供应到第一抽吸混合器4的管道109连接。管道108具有能够远程作业的流量调节阀32(例如，用气动力、液力或电力驱动的流量调节阀，所有这些同样适用于下面的流量调节阀)。管道109具有流量调节阀39。
蒸汽发生器2还具有用于检测盛水部分(水鼓)中水位高度的水位检测器40和用于检测盛水部分中产生的蒸汽压力的压力检测器41。将与这些检测值成比例的电信号(检测信号)分别输入控制器14。
控制器14接收来自水位检测器40和压力检测器41的检测值，或者接收来自其它操作面板等的操作指令，从而控制各个流量调节阀等。控制器14的结构例如是计算机单元。计算机单元由下述部件构成：进行各种控制动作的中央处理单元(CPu)、储存操作系统(OS)和控制程序的储存部分如ROM和RAM、输入部分如键盘、鼠标或操作板，还可以根据需要在其上添加显示器、打印机或其它部件。控制器14可以位于距包含该系统的组件结构80很远的地方，从而利用通讯线控制流量调节阀等。
燃烧部分2a与管道113连接，管道113用于排放燃烧部分2a排出的燃烧废气。管道113和管道114通过换热器13连通，而管道114的前端对外部开放。换热器13与管道101a连接，管道101a用于供应气体燃料如来自燃料电池的阳极废气或液体燃料。管道101a和管道101通过换热器13连通，而管道101的前端与第二抽吸混合器6连接。
燃烧部分2a还与管道112连接。管道112与从压缩空气供应系统7引出的管道102通过流量调节阀34连通。管道112供应的空气用于在燃烧部分2a启动等时的空气吹扫和/或调节燃烧部分2a中的燃烧温度。即控制器14一收到操作启动信号即输出预定时间的控制信号，打开流量调节阀34，吹扫燃烧部分2a的内部空间。另外还供应预定体积的空气，使燃烧部分2a中的燃烧温度达到预定值或更低。
从其中具有储罐的原料供给系统8延伸的用于供应原料气的管道111与脱硫器9的入口连接。在脱硫器9的出口处连接用于排放脱硫后的原料气的管道103。管道103具有能够远程作业的流量调节阀31。流量调节阀31的下游侧与管道108a通过换热器13连通。管道108a的前端与第一抽吸混合器4连接。尽管图中所示的换热器13是三流体换热器，但它可以是具有用于换热的燃烧废气管的两流体换热器的两个单元。
第二抽吸混合器6具有向其供应燃烧空气的连接管道102b。然后管道102b与管道102a通过下面所述的换热器12连通。管道102a具有能够远程作业的流量调节阀37。管道102a的前端与具有空气压缩机等的压缩空气供应系统7连通。从用于供应原料气的管道111岔出的管道111a连接到管道101a上。管道111a具有能够远程作业的流量调节阀33a。
重整器1具有用于供应来自第一抽吸混合器4的原料-蒸汽混合物的连接管道104和用于供应加压含氧气体如压缩空气的连接管道102d。管道102d与管道102c通过换热器12连通，管道102c具有能够远程作业的流量调节阀36，其前端与压缩空气供应系统7连接。另外，用于排放重整气的管道105连接在重整器1上。管道105与管道106通过换热器12连接。管道106的前端与用于混合氧化用空气的混合器5连接。混合器5的出口侧与CO降低器3偶联，而管道107在其出口侧与载荷装置如燃料电池300连接。适用于CO降低器的氧化催化剂包括其中陶瓷颗粒负载贵金属催化剂如P t和Pd的球形催化剂及负载贵金属催化剂如Pt和Pd的金属蜂窝结构或陶瓷蜂窝结构。
混合器5具有用于供应压缩空气的连接管道110，管道110具有能够远程作业的流量调节阀38。管道110的前端与压缩空气供应系统7连接。
尽管该实施例用三流体换热器作为第二换热器12，但它可以是具有重整气换热管的两流体换热器的两个单元。
如下所述，重整器1具有第一反应室61a和第二反应室62a(参考图3)，还具有温度检测器42，用于检测装填在第二反应室62a中的混合催化剂床72a的温度。温度检测器42产生的检测信号进入控制器14。
如图2所示，第一抽吸混合器4和第二抽吸混合器6分别由被同样的工作原理驱动的各喷射器20构成，二者的不同仅在于容量的不同。喷射器20具有固定部分21、从固定部分21延伸的内部喷嘴结构22和外部喷嘴结构23。外部喷嘴结构23具有开孔24和25及节流阀26。
下面参考第一抽吸混合器4的情况说明喷射器20的作用。当作为主要流体的蒸汽以箭头方向供入内部喷嘴结构22时，蒸汽流的文丘里(Venturi)效应使节流阀26的空间处于负压状态。在这种条件下，当作为辅助流体的原料气以箭头方向从开孔24供入时，原料气被抽吸并与蒸汽物流均匀混合，然后该混合物从开孔25喷出。结果，在不使用特殊动力装置的条件下，原料气与蒸汽均匀混合，从而得到均匀的原料-蒸汽混合物。
对于第二抽吸混合器6的情况，作为主要流体的空气供入内部喷嘴结构22，作为辅助流体的燃料气从开孔24供入。从而在不使用特殊动力装置的条件下使燃料与空气均匀混合。
混合器5也可以用图2所示的喷射器20构成。在这种情况下，重整气成为主要流体，压缩空气被抽吸后与重整气混合。
参考图3，如图3(c)所示，重整器1具有垂直延伸且具有正方形周边横截面的外部圆筒61和垂直延伸且具有矩形周边横截面的两个内部圆筒62，两个内部圆筒62以规定的间距排列。外部圆筒61的顶端和底端都是封闭的。内部圆筒62的顶端和底端都是开放的，且其底端焊接固定到外部圆筒61的底部。在内部圆筒62的底部开有用于重整气的出口。在外部圆筒61的内壁面和内部圆筒62的外壁面之间的空间中形成第一反应室61a，在内部圆筒62中形成第二反应室62a。
内部圆筒62的侧壁是用具有耐蚀性和良好导热性的金属如不锈钢制成的。因此，第一反应室61a和第二反应室62a相互之间被具有良好导热性的分隔壁62b隔开。
第一反应室61a在其一端(图3的下侧)具有原料供给部分68，用于供应原料-蒸汽混合物，排放部分68a位于其另一端(图3的上侧)。在第一反应室61a的内部，从排放部分68a一侧开始依次有支撑板73a、73c和73e，每一个支撑板上都有很多微孔。蒸汽重整催化剂床71a装填在支撑板73a和73c之间，而传热颗粒床71b装填在支撑板73c和73e之间。
第二反应室62a在其一端(图3的上侧)具有与第一反应室61a的排放部分68a连通的原料供给部分69a。原料供给部分69a与含氧气体导入部分63的歧管64和65连通，将含氧气体如空气导入原料供给部分69a。在第二反应室62a的另一端(图3的下侧)设有具有歧管66的排放部分69。在第二反应室62a的内部，从原料供给部分69a一侧开始依次有支撑板73a、73b、73c、73d和73e，每一个支撑板上都有很多微孔。
如图3所示，位于第一反应室61a中的支撑板73a和73c与位于第二反应室62a中的支撑板73c和73d高度相同。但每一组的高度可以相互不同。上述含氧气体导入部分63可以从重整器1的底部导入。例如，空气导入管可以插入外部圆筒61的底部，穿过第二反应室62a直到其上端，而在管的顶部开有空气孔。这种结构可以在管内的空气和第二反应室62a中的各个床之间进行换热，从而加热空气。在这种情况下，可以从重整器中回收热量，以改善热效率。
在第二反应室62a中，通过混合蒸汽重整催化剂和氧化催化剂制备的混合催化剂床72a装填在支撑板73a和73b之间，传热颗粒床72b装填在支撑板73b和73c之间，高温变换催化剂床72c装填在支撑板73c和73d之间，低温变换催化剂床72d装填在支撑板73d和73e之间。结果，高温变换催化剂床72c和低温变换催化剂床72d这两个床形成变换催化剂床72e。排列在第二反应室62a中的支撑板73a和73b之间的外周壁的作用是作为隔热壁70，防止氧化催化剂导致的氧化反应热进入第一反应室61a。隔热壁可以是双壁结构，其间形成空气层。
装填在第一反应室61a中的蒸汽重整催化剂床71a是对原料气进行蒸汽重整的催化剂床，这可以用重整催化剂进行构造，例如用类似于日本公开专利2001-192201中公开的那些重整催化剂。在这些催化剂中，优选Ni基重整催化剂如NiS-SiO2·Al2O3。除这些催化剂外，也可以使用重整反应催化剂如WS2-SiO2.Al2O3和NiS-WS2.SiO2·Al2O3。另外还可以根据需要使用贵金属催化剂。
至于作为混合催化剂床72a主要组分的蒸汽重整催化剂，可以使用与装填在第一反应室61a中的蒸汽重整催化剂类似的催化剂。蒸汽重整催化剂的量确定为在原料-蒸汽混合物通过混合催化剂床72a的时间内足以完成蒸汽重整的量。因为其量随原料气种类的不同而变化，所以最佳量通过试验或其它方法确定。
均匀地分散在混合催化剂床72a中的氧化催化剂的作用是将原料-蒸汽混合物中的原料气氧化和产热，将温度升高到蒸汽重整反应所需的水平。可以使用的氧化催化剂包括铂(Pt)和钯(Pd)。氧化催化剂与蒸汽重整催化剂的混合比取决于用于蒸汽重整的原料气的种类，大致范围是1-5％。例如，原料是甲烷时，混合比优选是约3％±2％，原料是甲醇时，混合比优选是约2％±1％。可以使用的催化剂是其中一种载体同时负载氧化催化剂和蒸汽重整催化剂。
放置第一反应室61a中的传热颗粒床71b和第二反应室62a中的传热颗粒床72b，以通过分隔壁62b有效地将热能从第二反应室62a传递到第一反应室61a。即装填在第二反应室62a中的传热颗粒床72b传递来自混合催化剂床72a的高温流出物的热能，用于加热装填在第一反应室61a中的部分蒸汽重整催化剂床71a。装填在第一反应室61a中的传热颗粒床71b用作为放热反应部分的变换催化剂床72e的热能加热从原料供给部分68流出的原料-蒸汽混合物。由于热能是通过两个传热颗粒床进行传递的，所以第一反应室61a中的部分蒸汽重整催化剂床71a的温度升高到蒸汽重整温度。构成传热颗粒床71b和传热颗粒床72b的传热颗粒可以由陶瓷颗粒如氧化铝或炭化硅构成，也可以由金属蜂窝结构构成。也可以不安装上述传热颗粒床72b。
由高温变换催化剂床72c和低温变换催化剂床72d构成的变换催化剂床72e用于将重整气中含有的一氧化碳氧化，产生氢气。即剩余在重整气中的蒸汽和一氧化碳的混合物在变换催化剂存在下变换成氢气和二氧化碳，从而产生氢气，进一步提高重整气中的氢气浓度，相应地降低一氧化碳浓度。传热颗粒床还可以安装在高温变换催化剂床72c和低温变换催化剂床72d之间。
用于形成高温变换催化剂床72c和低温变换催化剂床72d的变换催化剂可以是CuO-ZnO2、Fe2O3、Fe3O4、氧化铜的混合物等。但对于700℃或更高温度的反应，优选使用Cr2O3。根据条件的不同，变换催化剂可以采用公知的贵金属。
至于形成内部圆筒62外周边的多个分隔壁62b，原料供给部分68一侧和排放部分69一侧的边线在“a”部分处相互结合，形成固定端，而相对的边线没有结合，形成自由端。由于这样的结构，当由于重整反应而处于高温状态下的第一反应室61a和第二反应室62a之间发生热膨胀差时，特别是如果第二反应室62a的热膨胀很大时，第二反应室62a因为热膨胀而造成的延伸被自由端吸收，防止其发生变形。
下面描述用图1所示的自氧化内部加热型蒸汽重整系统对原料气进行蒸汽重整的方法。
(产生蒸汽的操作)
压缩空气供应系统7首先启动，然后将压缩空气供应给该系统，并且启动控制器14。然后运行蒸汽发生器2。用水位检测器40检测蒸汽发生器2中的盛水部分(水鼓)中的水位高度。当检测值小于预定值时，控制器14输出控制信号，打开流量调节阀32，从而将盛水部分中的水位高度保持在预想范围内。
控制器14输出控制信号，启动蒸汽发生器2的燃烧部分2a的燃烧器，控制流量调节阀37和33(或33a)，将燃料-空气混合物以预定流量供给燃烧部分2a。即控制器14控制用于将压缩空气供给第二抽吸混合器6的管道102b中的流量调节阀37，使压力检测器41输出的蒸汽压力检测值成为预定值。
一旦受控的空气流进入第二抽吸混合器6，就以响应于空气流量的预定比例抽吸燃料，从而使其均匀混合。因此，燃料供应管线不需要特殊的增压装置如动力装置，这种均匀混合消除了燃烧部分2a内的局部高温区，有利的燃烧过程将NOx的产生抑制到很低的水平，从而排放出对环境友好的燃烧废气。
对于使用第二抽吸混合器6的情况，控制器14只需要控制流量调节阀33的开度，以建立允许的最大燃料流量。也可以控制流量调节阀33的开度，使其与空气流量大致成比例。通过将供给第二抽吸混合器6的压缩空气的压力设置为略高于正常压力，例如约0.02MPa，可以产生将燃料气抽吸到第二抽吸混合器6中的一定的负压值。
通过打开流量调节阀33，气体燃料如燃料电池的阳极废气、城市煤气、丙烷气和天然气或液体燃料如煤油通过管道101a供给第二抽吸混合器6。通过打开流量调节阀33a，包括烃如甲烷、乙烷和丙烷、醇如甲醇、醚如二甲醚的原料气或来自燃料电池的含残余氢气的阳极废气作为燃料通过管道111供给第二抽吸混合器6。例如，可以用控制器14的选择燃料指令选择流量调节阀33或流量调节阀33a。如果需要，可以同时调节这两个阀。
来自燃烧部分2a的燃烧废气通过管道113供给换热器13，其中燃烧废气在通过管道114排放到系统外面之前被冷却。另一方面，通过管道101a或管道111供应的燃料在换热器13中被加热，然后供给第二抽吸混合器6。
(原料和蒸汽的混合操作)
蒸汽发生器2中产生的蒸汽在用流量调节阀39、孔(未示出)等调节流量后供给第一抽吸混合器4。用来自控制器14的控制信号或利用孔功能进行流量调节。即当重整器1的原料供给流量的设定值由控制器14的输入设备输入时，控制器14输出控制信号，使流量调节阀39保持预定的阀开度。如果不调节流量调节阀的开度，则可以准备多个用于调节不同流量的孔，可以用切换阀在这些孔之间切换。使用这种流量调节时，控制可靠性提高，装置简化，装置价格低廉。这种使用切换阀和孔的逐步控制法可以适用于许多其它流量控制阀。
至于原料气和蒸汽的优选混合比，以原料气中含有的碳为基准表示时，在烃的情况下，混合比优选是H2/O＝2.5-3.5，在脂族醇的情况下，混合比优选是H2/O＝2-3。
如上所述，包括烃如甲烷、乙烷和丙烷、醇如甲醇、醚如二甲醚的原料气或来自燃料电池的含残余氢气的阳极废气、城市煤气、丙烷气或天然气通过管道103以与蒸汽流量的预定比例抽吸到第一抽吸混合器4中。然后均匀的原料-蒸汽混合物从第一抽吸混合器4流出，进入重整器1。使用这种方式时，因为原料气是通过蒸汽流的抽吸力自动抽吸到第一抽吸混合器4中，所以不需要在原料气管线上添加特殊的增压装置如动力装置。
由原料供给系统8供应的原料气经过管道111、脱硫器9、流量调节阀31和第一换热器13后进入管道108a。原料气所允许的最大流量受流量调节阀31限制，而流量调节阀31在控制器14产生的控制信号下调节到所需开度。在第一换热器13中加热至所需温度后，原料气供给第一抽吸混合器4。
(重整反应操作)
如上所述，由第一抽吸混合器4进入管道104的原料-蒸汽混合物通过重整器1的原料供给部分68(图3)进入第一反应室61a。在正常操作过程中，利用分隔壁62b从第二反应室62a传递的热能提高了装填在第一反应室61a中的传热颗粒床71b的温度。因此，进入第一反应室61a的原料-蒸汽混合物在流经传热颗粒床71b的过程中其温度提高到重整温度。
达到重整温度后，原料-蒸汽混合物流经蒸汽重整催化剂床71a，在此期间，部分原料-蒸汽混合物经过蒸汽重整，转化为富氢重整气。含氢气的重整气和未反应的原料-蒸汽混合物的残余部分一起从排放部分68a排出。
但因为在开始操作后的一定时间内原料-蒸汽混合物没有达到重整反应温度，所以在对应于相应状态的温度下蒸汽重整反应不完全，或者进行程度非常低，原料-蒸汽混合物以近似于流入物的组成从排放部分68a排出。因为蒸汽重整反应是吸热反应，所以从排放部分68a排出的混合物温度低于蒸汽重整催化剂床71a的平均温度。
从第一反应室61a的排放部分68a排出的重整气和原料-蒸汽混合物从第二反应室62a的原料供给部分69a进入混合催化剂床72a。此时，空气作为含氧气体通过含氧气体导入部分63供给原料供给部分69a，空气与进入混合催化剂床72a的原料-蒸汽混合物等混合。
含氧气体导入部分63供应的空气流量由受控制器14控制的流量调节阀36调节。即控制器14储存调节蒸汽流量的流量调节阀35的控制信息。因为蒸汽流量与原料-蒸汽混合物的流量相关联，所以所需的空气流量是基于控制信息计算的，最佳的控制信号输出到流量调节阀36。
如上所述，原料-蒸汽混合物进入混合催化剂床72a。构成原料-蒸汽混合物的部分原料气与流入空气中的氧气反应后被氧化，并利用反应热将其温度升高到原料-蒸汽混合物进行重整反应必须的温度。即进行自氧化加热。混合催化剂床72a的平均温度需要保持为适合蒸汽重整反应的温度水平，例如约650℃至约750℃，标准值是约700℃。
另一方面，将混合催化剂床72a的温度控制为适合蒸汽重整反应的温度水平很重要。另外，设法将与在其下游侧的传热颗粒床72b边界处的温度保持为预定温度水平也很重要。例如，当控制混合催化剂床72a的平均温度使传热颗粒床72b边界处的温度为650℃或更高时，优选700℃或更高时，第一反应室61a中的传热颗粒床71b的温度至少能够保持500℃或更高，因此能够充分强化第一反应室61a中的蒸汽重整反应。
例如可以用下述方法使混合催化剂床72a的平均温度保持在上述范围内：使经过混合催化剂床72a的重整气的空速(SV)与应用催化剂功能的要求规格相一致。根据该实施方案，使混合催化剂床72a的平均温度保持为能够进行蒸汽重整反应的重整反应温度。优选地，尽量减少将温度升高到蒸汽重整水平所需的氧气量和使氧气完全反应的氧化催化剂量。试验表明：对于蒸汽重整反应的重整催化剂来说，优选的SV值是约5000，对于部分氧化的氧化催化剂来说，优选的SV值是约100000。
富氢重整气从混合催化剂床72a进入下游的传热颗粒床72b，传热颗粒床72b的温度优选是650℃或更高，更优选700℃或更高。如上所述，在穿过传热颗粒床72b的过程中，进入的重整气的部分显热通过分隔壁62b传递给第一反应室61a中的传热颗粒床71b。在有利的条件下，从传热颗粒床72b进入下游高温变换催化剂床72c的重整气温度可以降低到适于变换反应的500℃或更低。
在变换反应中，进入高温变换催化剂床72c的重整气将含有的大部分一氧化碳转化成氢气。即如上所述，在变换催化剂存在下，剩余在重整气中的蒸汽和一氧化碳变换转化为氢气和二氧化碳，从而生成氢气。
然后重整气经过高温变换催化剂床72c，进入下游的低温变换催化剂床72d，在其中由剩余的一氧化碳进一步生成氢气。通过两段变换反应，一氧化碳可进一步降低，产生大量的氢气。在高温变换催化剂床72c和在低温变换催化剂床72d中的变换反应都是放热反应。如上所述，部分反应热通过分隔壁62b传递给第一反应室61a中的传热颗粒床71b。
经过低温变换催化剂床72d的重整气离开第二反应室62a的排放部分69后进入管道105(图1)。因为重整气的温度通常高至约180℃，所以重整气在进入混合器5之前要在换热器12中冷却。进入混合器5的重整气与通过管道110供应的空气混合后进入CO降低器3。在CO降低器3中，留在重整气中的一氧化碳降低至痕量(例如10ppm)。然后重整气通过管道107供给载荷装置如燃料电池300等。
基于控制器14传输的控制信号变化流量调节阀38的开度，以此调节从管道110供给混合器5的空气流量。即控制器14储存用于调节空气流量的流量调节阀38的控制信息。将其构造为：因为空气流量与重整气流量相关联，所以所需的空气流量是基于控制信息计算的，最佳的控制信号输出到流量调节阀38。
但不使用蒸汽控制信息时，可以将一氧化碳浓度检测器连接到CO降低器3的出口侧，从而通过将检测信号传输至控制器14进行控制。即将其构造为：控制器14将控制信号输出到流量调节阀38，使从CO降低器的出口侧排出的重整气中的痕量一氧化碳不超过预定范围。
例如可以用下述方法构造CO降低器3：在圆筒状反应器中安装其上负载有氧化催化剂的多层波纹状多孔蜂窝板。在从反应器入口进入的重整气经过波纹板之间的间隙并从出口离开的过程中，含有的一氧化碳被氧化催化剂氧化后转化为无害的二氧化碳。结果，CO降低器3排出的重整气只含有痕量的一氧化碳，因此，即使将重整气供给如燃料电池，也不会产生负面影响。
下面描述图4所示的另一个实施例。该实施例与图1的实施例的区别在于热回收部分，其它部分是用相同的方式构造的。因此，与图1中的实施例相同的部分使用相同的标记，且不再对其重复描述。
根据图4的实施例，从第一抽吸混合器4供给重整器1原料-蒸汽混合物的管道104具有换热器15。换热器15在通过管道105从重整器1排出的重整气和原料-蒸汽混合物之间进行换热，从而回收重整气的热量。连接在换热器15下游侧的管道105与混合器5连通。混合器5接收来自管道110的含氧气体，使其与重整气混合。混合器5的下游侧与CO降低器3连通。与图1的情况类似，CO降低器3减少重整气和压缩空气混合物中的剩余CO。
在CO降低器3的下游侧，三个换热器12a、16和17分别依次由管道107a-107c连接。换热器12a将管道102a供应的用于产生蒸汽的压缩空气预热。换热器16将通过管道103a由脱硫器9供应的原料气预热。换热器17将通过管道108a由水箱10供应的用于产生蒸汽的水或纯水预热。在经过这些换热器12a、16和17的过程中，重整气的温度逐步下降，以低温状态进入载荷装置如燃料电池300(未示出)。
图4的实施例还具有用于过剩蒸汽的热回收装置。将热回收装置构造为：当蒸汽发生器2产生过剩蒸汽时，其作用是用至少部分过剩蒸汽加热其它加热介质。图4示出由从蒸汽发生器2延伸的管道116、能够远离管道116操作的流量调节器39a和与管道116连接的热水箱27构成的热回收装置。
热水箱27具有主热水箱27a和副箱27b，二者之间有分隔壁28，而在其上侧和下侧二者又相互连通。在主热水箱27a的底部连接有供应水(作为加热介质)的管道27c。在主热水箱27a的顶部连接有排出加热水的管道27d。副箱27b具有在垂直方向上延伸与管道116连通的吹出喷嘴29。一旦过剩蒸汽从吹出喷嘴29的前端喷出，副箱27b中的水就被加热。副箱27b中的加热水按箭头所示上升，进入主热水箱27a的上部，从而产生对流，使主热水箱27a中的冷水进入副箱27b的底部。因为过剩蒸汽的连续加热导致进入主热水箱27a的热水层逐渐下降，所以即使从主热水箱27a的底部供应冷水，在主热水箱27a的上部也总是形成热水层。因此，管道27d能够向载荷装置(共生装置)如加热装置等连续供应热水。
过剩蒸汽流经的管道116可以与管道116a连接，管道116a的端部与位于管道101d处的混合部分(或汇流部分)116b连通，其中燃料电池300(未示出)排放的阳极废气流经管道101d。流经管道116a后进入混合部分116b的过剩蒸汽在混合部分116b中与阳极废气混合。混合物然后进入用于再加热的换热器18。进入换热器18的混合物由于换热而温度下降，混合物然后进入用于脱水的换热器19。在换热器19中，混合物被由管道115供应的用于共生装置的加热介质冷却，从而将水分冷凝。然后混合物进入用于再加热的换热器18，在这里与从管道101d进入的混合物进行换热，从而升高温度。最后，混合物经过管道101a后作为燃料进入第二抽吸混合器6。
因为阳极废气的水分量较大，所以阳极废气在供给第二抽吸混合器6之前优选在用于脱水的换热器19中进行脱水。阳极废气的热量也被用于共生装置的加热介质回收。如上所述，将过剩蒸汽混入阳极废气时，用于脱水的换热器19降低过剩蒸汽的水分，还可以有效回收过剩蒸汽的热量。
能够远离管道116操作的流量调节器39a调节过剩蒸汽的流量。例如，当供给重整器1的原料-蒸汽混合物的量由于载荷装置等载荷的变化而下降时，蒸汽发生器2中产生的蒸汽压力上升。压力检测器41检测到压力上升，检测值输入控制器14。然后控制器14输出控制信号，提高穿过流量调节器39的过剩蒸汽流量，使蒸汽压力变成预定值。
在图4的实施例中，流经管道101a的混合物在不经过换热器13a的情况下供给第二抽吸混合器6。但与图1情况类似的是，混合物可以在换热器13a中升温后供给第二抽吸混合器6。换热器13a的目的是通过加热换热器19排放的加热介质回收燃烧气体的热量。
还是在图4的实施例中，在重整器1中安装升温装置120，在系统启动后立即将重整器1的温度升高到重整反应温度。在室内装填氧化催化剂如铂(Pt)和钯(Pd)，以此构造升温装置120，该装置在氧化催化剂存在下用管道102b供应的含氧气体中的氧将管道104供应的原料-蒸汽混合物中的原料气氧化，用氧化热将原料-蒸汽混合物的温度升高到接近蒸汽重整反应所需的温度。在该实施例中，用这种连接方式将换热部分安装在氧化催化剂床上，其它加热介质通过管道102a供给换热部分，从而促进氧化催化剂床的升温。可以用电加热器替换换热部分。
下面描述图5所示的另一个实施例。为方便起见，该实施例只示出了重整器1和周边部分。其它部分可以根据图4的实施例进行安装。该实施例与图4的实施例的差别在于：在变换催化剂床72e中添加换热器121，用于预热燃料电池排放的阳极废气；添加再循环器122，将燃料电池排放的至少部分阳极废气作为原料气供应。其它部分类似于图4实施例的方式进行构造。因此，与图4中的实施例相同的部分使用相同的标记，并且不再对其重复描述。
开始从前一换热器121进行描述。换热器121具有换热管121a，换热管121a穿过位于第二反应室62a下部的变换催化剂床72e，如低温变换催化剂床72d。阳极废气流经换热管121a。进入换热器121的阳极废气温度例例如大约是75℃，如果不安装换热器121，则流经变换催化剂床72e的重整气的平均温度例如大约是180℃。但如果安装换热器121，则变换催化剂床72e的平均温度下降，从而能够有效回收重整气的热量。另一方面，较低的温度能够提高变换催化剂床72e的催化剂效率或者提高CO降低的效率，并且延长催化剂寿命。因此，安装换热器121除了能够有效回收热量外，还能够提高催化剂效率，延长变换催化剂72e的替换周期。另外，在重整器1中安装换热器121还可以使系统更为紧凑。
下面描述后一个阳极废气再循环器122。根据该实施例，再循环器122具有管道101a，管道101a将阳极废气供给混合器123，原料气和蒸汽在其中混合。混合器123由第一抽吸混合器4构成，第一抽吸混合器4由类似于图3实施例中的喷射器构成。第一抽吸混合器4接收蒸汽作为主流体。蒸汽的抽吸力将管道101a中的阳极废气和管道103a中的原料气抽吸到一起，从而形成原料-蒸汽混合物进入重整器1。
例如，当进入重整器1的原料-蒸汽混合物的流量下降时，所需蒸汽的消耗量也随其下降而减少。但如果蒸汽以恒定流量在蒸汽发生器2中生成，则蒸汽消耗量的减少将导致蒸汽压力上升。用压力检测器41检测蒸汽压力的升高。一接收到检测值，控制器14就减小流量调节器101b的开度，使供给燃烧部分2a的阳极废气减少。同时，控制器14增大调节器122a的开度，使供给混合器123的阳极废气增加。如果阳极废气不供给燃烧部分2a，则控制器14只能控制增加混合器123的阳极废气流量。
使用这种阳极废气再循环器122时，可以有效利用过剩的阳极废气。另外，阳极废气中的N2和CO2降低重整气中的氢气浓度，从而提高甲烷等向氢气的转化率。另外，因为有超过需要量的氢气可能供给燃料电池主体，所以重整气在燃料电池中的流速增加。当燃料电池内的流速增加时，电池内形成的水滴被吹出，防止在电极上形成水膜，从而防止发电效率的下降。

Claims (25)

1、一种构造为在氧气存在下将原料气自氧化并进行蒸汽重整产生富氢重整气的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，该自氧化内部加热型蒸汽重整系统包括：
蒸汽发生器2，其包括用于燃烧通过混合燃烧空气和燃料得到的空气-燃料混合物的燃烧部分2a，从而用燃烧部分2a内产生的燃烧气加热水，产生蒸汽；
第一抽吸混合器4，用于将原料气抽吸到来自蒸汽发生器2的蒸汽物流中，得到原料-蒸汽混合物；和
重整器1，其用外部供应的含氧气体将原料-蒸汽混合物中含有的原料气氧化，从而用氧化反应热对原料气进行蒸汽重整，产生富氢重整气。
2、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中为了得到空气-燃料混合物，设置用于将燃料抽吸到燃烧空气中的第二抽吸混合器6。
3、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中设置用于将重整器1中产生的重整气中含有的一氧化碳氧化和降低的CO降低器3。
4、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其包括换热器13，该换热器13用燃烧部分2a排出的燃烧废气将燃料、原料气和其它加热介质中的至少一种预热或加热。
5、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中设置至少一个换热器(12，12a，15，16和17)，用于利用重整器1排出的重整气将燃烧空气、燃料、产生蒸汽用水、氧化用含氧气体和原料-蒸汽混合物中的至少一种预热。
6、权利要求5的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中至少一个换热器(12，12a，15，16和17)位于CO降低器3下游侧的重整气管道处。
7、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为当蒸汽发生器2产生的蒸汽过剩时，至少部分过剩蒸汽被用于加热其它加热介质。
8、权利要求7的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为加热介质是盛在热水箱27中的水，其中主热水箱27a和副箱27b相互垂直连通，并将过剩蒸汽供给副箱27b中的水。
9、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为将重整气供应给燃料电池300。
10、权利要求9的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为将来自燃料电池300的阳极废气作为燃料供给燃烧部分2a。
11、权利要求10的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为使其包括：
混合部分116b，用于将至少部分过剩蒸汽混入燃料电池300的阳极废气中；
换热器19，用于通过利用其它加热介质冷却混合物以凝结水分的方式将混合部分116b中得到的混合物脱水；和
换热器18，其利用进入混合部分116b的混合物再次加热脱水混合物；
从而将来自用于再加热的换热器18的混合物作为燃料供给燃烧部分2a。
12、权利要求1的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中：
重整器1包括第一反应室61a和第二反应室62a，二者被导热分隔壁62b相互隔开；
第一反应室61a在其一端具有原料供给部分68，用于供应原料-蒸汽混合物，在其另一端具有排放部分68a，同时其中装填蒸汽重整催化剂床71a；和
第二反应室62a在其一端具有原料供给部分69a和与第一反应室61a的排放部分68a连通的含氧气体导入部分63，在其另一端具有排放部分69，其中在第二反应室62a内部依次装填有在原料供给部分69a一侧通过混合蒸汽重整催化剂和氧化催化剂制备的混合催化剂床72a、在中间部分的传热颗粒床72b、以及在排放部分69一侧的变换催化剂床72e。
13、权利要求12的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中第一反应室61a装填有在原料供给部分68一侧的传热颗粒床71b、在排放部分68a一侧的蒸汽重整催化剂床71a，同时使第一反应室61a中的传热颗粒床71b、第二反应室62a中的传热颗粒床72b和变换催化剂床72e通过各个分隔壁62b相互面对。
14、权利要求12的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中多个分隔壁62b具有在原料供给部分68和排放部分69处各个边缘部分处相互结合的固定端，而在其相对端部分具有不相互结合的自由端。
15、权利要求12的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中将重整器1、蒸汽发生器2和第一抽吸混合器4相互结合形成组件结构。
16、权利要求15的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中所述组件结构还包括换热器12，用于将供给重整器1的氧化用含氧气体预热和/或将供给蒸汽发生器2的燃烧空气预热。
17、一种构造为在氧气存在下将原料气自氧化并进行蒸汽重整产生富氢重整气的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，该自氧化内部加热型蒸汽重整系统包括：
混合器123，用于将原料气与蒸汽发生器2产生的蒸汽混合，制备原料-蒸汽混合物；和
蒸汽重整器1，其用外部供应的含氧气体将原料-蒸汽混合物中的原料气氧化，从而用氧化反应热对原料气进行蒸汽重整，产生富氢重整气；其中
将重整气供应给燃料电池300；和
设置再循环器122，用于将至少部分从燃料电池300排放的阳极废气作为原料气供应。
18、权利要求17的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中混合器123由第一抽吸混合器4构成，第一抽吸混合器4将原料气抽吸到蒸汽物流中得到原料-蒸汽混合物，并且第一抽吸混合器4还抽吸阳极废气。
19、权利要求17的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中蒸汽发生器2构造为包括燃烧部分2a，用于燃烧通过混合燃烧空气和燃料得到的空气-燃料混合物，并将至少部分阳极废气作为燃料供应。
20、权利要求19的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中设置第二抽吸混合器6，用于将燃料抽吸到燃烧空气中得到空气-燃料混合物。
21、权利要求19的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中设置用于进行控制的控制器14，当蒸汽发生器2产生的蒸汽过剩时，减少阳极废气向燃烧部分2a的供应量，以减少过剩蒸汽，同时增加阳极废气向混合器123的供应量。
22、权利要求21的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中设置压力检测器41，用于检测蒸汽发生器2产生的蒸汽的压力，当检测到的压力大于预定值时，压力检测器由于蒸汽过剩量向控制器14输入增加的值，控制器14进行控制，减少阳极废气向燃烧部分2a的供应量，使检测到的压力变为预定值，同时增加阳极废气向混合器123的供应量。
23、一种构造为在氧气存在下将原料气自氧化并进行蒸汽重整产生富氢重整气的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，该自氧化内部加热型蒸汽重整系统包括：
混合器123，用于将原料气与蒸汽发生器2产生的蒸汽混合，得到原料-蒸汽混合物；和
重整器1，其用外部供应的含氧气体将原料-蒸汽混合物中含有的原料气氧化，从而用氧化反应热对原料气进行蒸汽重整，产生富氢重整气；其中
将重整气供应给燃料电池300，将从燃料电池300排放的阳极废气作为蒸汽发生器2的燃料和/或原料气供应；
重整器1至少包括含蒸汽重整催化剂和氧化催化剂的混合物的混合催化剂床72a和变换催化剂床72e；和
变换催化剂床72e内设置有换热器121，用于将燃料电池300排放的阳极废气预热。
24、权利要求23的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中该系统构造为：
重整器1包括第一反应室61a和第二反应室62a，二者被导热分隔壁62b相互隔开；
第一反应室61a在其一端具有原料供给部分68，用于供应原料-蒸汽混合物，在其另一端具有排放部分68a，同时其中装填蒸汽重整催化剂床71a；和
第二反应室62a在其一端具有原料供给部分69a和与第一反应室61a的排放部分68a连通的含氧气体导入部分63，在其另一端具有排放部分69，其中在第二反应室62 a内部依次装填有在原料供给部分69a一侧通过混合蒸汽重整催化剂和氧化催化剂制备的混合催化剂床72a、在中间部分的传热颗粒床72b、以及在排放部分一侧的变换催化剂床72e。
25、权利要求23的自氧化内部加热型蒸汽重整系统，其中设置换热器19，其用于脱水以脱除供给换热器121的阳极废气中的水分。
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