CZ302007B6 - Zarízení pro reformování paliva a zpusob výroby vodíkem obohaceného plynného paliva provádený v tomto zarízení - Google Patents

Zarízení pro reformování paliva a zpusob výroby vodíkem obohaceného plynného paliva provádený v tomto zarízení Download PDF

Info

Publication number
CZ302007B6
CZ302007B6 CZ20010082A CZ200182A CZ302007B6 CZ 302007 B6 CZ302007 B6 CZ 302007B6 CZ 20010082 A CZ20010082 A CZ 20010082A CZ 200182 A CZ200182 A CZ 200182A CZ 302007 B6 CZ302007 B6 CZ 302007B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
fuel
unit
reaction
methanol
catalyst
Prior art date
Application number
CZ20010082A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ200182A3 (en
Inventor
Taki@Masayoshi
Mizuno@Seiji
Ozaki@Toshiaki
Kawahara@Tatsuya
Kinoshita@Katsuhiko
Negishi@Yoshimasa
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP21035498A external-priority patent/JP4305973B2/ja
Application filed by Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha filed Critical Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Publication of CZ200182A3 publication Critical patent/CZ200182A3/cs
Publication of CZ302007B6 publication Critical patent/CZ302007B6/cs

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2475—Membrane reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2485—Monolithic reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/001—Controlling catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0207—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0278—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0403—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0492—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0496—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/08—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with moving particles
    • B01J8/085—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/08—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with moving particles
    • B01J8/087—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/08—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with moving particles
    • B01J8/10—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with moving particles moved by stirrers or by rotary drums or rotary receptacles or endless belts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/323—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/386—Catalytic partial combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00026—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2208/00035—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2208/00044—Temperature measurement
    • B01J2208/00061—Temperature measurement of the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00026—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2208/00035—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2208/00088—Flow rate measurement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00309—Controlling the temperature by indirect heat exchange with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00327—Controlling the temperature by direct heat exchange
    • B01J2208/00336—Controlling the temperature by direct heat exchange adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B01J2208/00353—Non-cryogenic fluids
    • B01J2208/00362—Liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00548—Flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
    • B01J2208/021—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles comprising a plurality of beds with flow of reactants in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00058—Temperature measurement
    • B01J2219/00063—Temperature measurement of the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00069—Flow rate measurement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00117—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00164—Controlling or regulating processes controlling the flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00193—Sensing a parameter
    • B01J2219/00195—Sensing a parameter of the reaction system
    • B01J2219/002—Sensing a parameter of the reaction system inside the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00211—Control algorithm comparing a sensed parameter with a pre-set value
    • B01J2219/00213—Fixed parameter value
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00211—Control algorithm comparing a sensed parameter with a pre-set value
    • B01J2219/0022—Control algorithm comparing a sensed parameter with a pre-set value calculating difference
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00222—Control algorithm taking actions
    • B01J2219/00227—Control algorithm taking actions modifying the operating conditions
    • B01J2219/00229—Control algorithm taking actions modifying the operating conditions of the reaction system
    • B01J2219/00231—Control algorithm taking actions modifying the operating conditions of the reaction system at the reactor inlet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/18—Details relating to the spatial orientation of the reactor
    • B01J2219/182—Details relating to the spatial orientation of the reactor horizontal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0827—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel at least part of the fuel being a recycle stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0833—Heating by indirect heat exchange with hot fluids, other than combustion gases, product gases or non-combustive exothermic reaction product gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0866—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combination of different heating methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0877—Methods of cooling by direct injection of fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1011—Packed bed of catalytic structures, e.g. particles, packing elements
    • C01B2203/1017—Packed bed of catalytic structures, e.g. particles, packing elements characterised by the form of the structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1023—Catalysts in the form of a monolith or honeycomb
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1035—Catalyst coated on equipment surfaces, e.g. reactor walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1076—Copper or zinc-based catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082—Composition of support materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1223—Methanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/141—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in parallel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C01B2203/143—Three or more reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1604—Starting up the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1614—Controlling the temperature
    • C01B2203/1619—Measuring the temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1642—Controlling the product
    • C01B2203/1647—Controlling the amount of the product
    • C01B2203/1652—Measuring the amount of product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1642—Controlling the product
    • C01B2203/1647—Controlling the amount of the product
    • C01B2203/1652—Measuring the amount of product
    • C01B2203/1661—Measuring the amount of product the product being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/169—Controlling the feed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1695—Adjusting the feed of the combustion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Telephone Function (AREA)

Abstract

Zarízení pro reformování paliva obsahuje katalitickou sekci (181); dve jednotky (39, 64) pro dodávku plynu do katalytické sekce (181); jednotku (65) pro výstup plynného paliva z katalytické sekce (181); a rozprašovací/odparovací jednotku (187) uzpusobenou pro rozprašování a odparování kapaliny v oblasti na strane katalytické sekce prijímající dodávku plynu z jednotek (39, 64) pro dodávku plynu. Pri zpusobu se provede parní reformacní reakce z výchozího surového plynu obsahujícího uhlovodík a páru a dodávaného jednotkou (64) pro dodávku plynu, a oxidacní reakce, pri které se oxiduje uhlovodík oxidacním plynem dodávaným jednotkou (39) pro dodávku oxidacního plynu, pricemž rozprašovací/odparovací jednotka (187) rozprašuje a odparuje kapalinu, obsahující alespon jednu látku ze souboru sestávajícího z uhlovodíku a vody, v oblasti na strane katalytické sekce (181) prijímající dodávku surového plynu a dodávku oxidacního plynu k ochlazení této oblasti.

Description

Zařízení pro reformování paliva a způsob výroby vodíkem obohaceného plynného paliva prováděný v tomto zařízení
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení pro reformování paliva, které produkuje plyn s vysokým obsahem vodíku z uhlovodíku a páry, a způsobu výroby vodíkem obohaceného plynného paliva prováděného v tomto zařízení po reformování paliva.
Dosavadní stav techniky
Zařízení pro reformování paliva, které produkuje plyn s vysokým obsahem vodíku z uhlovodíku a páry je známým zařízením, které je využíváno k dodávce plynného paliva do palivových článků. Tyto palivové články převádí chemickou energií plynného paliva na elektrickou energii přímo a tedy nikoliv přes mechanickou energii nebo tepelnou energii. V palivových článcích se plynné palivo obsahující vodík přivádí na anody palivových Článků, zatímco oxidační plyn obsahující kyslík se přivádí na katody palivových článků. Palivové články generují elektromotorickou sílu chemickými reakcemi probíhajícími na obou uvedených elektrodách. Tyto elektrochemické reakce probíhající v palivových článcích lze popsat následujícími reakcemi. Reakce (1) představuje reakci probíhající na anodách, zatímco reakce (2) představuje reakci probíhající na katodách. Reakce popsaná rovnicí (3) je sumární reakcí, která probíhá v palivových článcích.
H2 — 2H + 2e“ (1) (l/2)O2 + 2H + 2e~ — H2O (2)
H2+ (1/2)0,-^0 (3)
Oxidační plyn a plynné palivo obsahující oxid uhličitý jsou použitelné v palivových článcích s polymemím elektrolytem, ve fosforečnanových palivových článcích a v palivových Článcích s elektrolytem na bázi roztaveného uhličitanu, jakož i v dalších palivových článcích vzhledem k vlastnostem jejich elektrolytů. V takových palivových článcích je jako oxidační plyn obecně použit vzduch a jako plynné palivo je zde použit plyn s vysokým obsahem vodíku produkovaný parním reformováním (reformování parou) uhlovodíku, jakým je methanol nebo zemní plyn.
Systém palivových Článků, který takové palivové články používá má zařízení pro reformování paliva, ve kterém dochází k parnímu reformování za vzniku plynného paliva. Následující rovnice (4) popisuje reformační reakci, která probíhá uvnitř zařízení pro reformování paliva. V tomto konkrétním provedení se jako uhlovodík podrobený reformační reakci používá methanol. Takto následující rovnice (4) popisuje reakci, ke které dochází při parním reformování methanolu:
CH3OH + H2O — CO2 + 3H2 -49,5 (kJ/mol) (4)
Jak je patrné z uvedené rovnice (4), je parní reformační reakce endotermní reakcí. Pro průběh této reformační reakce je tedy nezbytná dodávka tepelné energie. Známý způsob dodávky 45 potřebné tepelné energie spočívá v externí dodávce tepla pomocí hořáku nebo ohřívače uspořádaného uvnitř zařízení pro reformování paliva. Další známý způsob dodávky tepelné energie do zařízení pro reformování paliva spočívá v tom, že se v zařízení pro reformování paliva ponechá proběhnout vedle parní reformování reakce ještě exotermní oxidační reakce, přičemž se teplo generované uvedenou oxidační reakcí použije pro průběh parní reformační reakce. Dále bude 50 diskutován systém tohoto typu, v rámci kterého se v zařízení pro reformování paliva realizuje paralelně s parní reformační reakcí tak uvedená oxidační reakce.
CH3 + (1/2)02 — CO2 + 2H2 + 189,5 (kJ/mol) (5)
-1 CZ 302007 B6
Rovnice (5) představuje příklad reakce oxidace methanolu (parciální oxidační reakce). V systému, ve kterém se zavádí kyslík do zařízení pro reformování paliva a ve kterém se takto realizuje oxidace methanolu paralelně s parní reformační reakcí probíhající podle rovnice (4), se tepelná energie generovaná oxidační reakcí methanolu použije pro parní reformační reakci. Regulace průtoku kyslíku dodávaného do zařízení pro reformování paliva umožňuje uvést do rovnováhy množství tepla potřebného pro parní reformační reakci s množstvím tepla generovaného oxidační reakcí. Teoreticky může množství tepla generované oxidační reakcí kompenzovat množství tepla potřebné pro parní reformační reakci. Ve srovnání s vnější dodávkou tepla má způsob generování tepla uvedenou oxidační reakcí a použití tohoto tepla pro parní reformační reakci menší io energetické ztráty způsobené tepelnou disipací a dosahuje se při něm takto vyšší energetické účinnosti. Ve srovnání s externí dodávkou tepla zjednodušuje tento způsob strukturu zařízení pro reformování paliva a umožňuje zmenšení velikosti celého systému palivových článků.
Způsob dodávky kyslíku, jakož i methanolu a páry do zařízení pro reformování paliva, jakož i využití tepelné energie generované uvedenou oxidační reakcí pro parní reformační reakci však trpí nedostatkem, kterým je nerovnoměrná distribuce teploty uvnitř zařízení pro reformování paliva.
Graf na obr. 38 ukazuje distribuci teploty uvnitř zařízení pro reformování paliva, do kterého se přivádí kyslík, methanol a pára a ve kterém takto probíhají paralelně oxidační reakce a parní reformační reakce. Když se kyslík přivádí do zařízení pro reformování paliva společně s methanolem a parou, dochází v důsledku toho, že oxidační reakce má větší reakční rychlost než parní reformační reakce, k tomu, že množství tepla generovaného oxidační reakcí je větší než množství tepla potřebné pro parní reformační reakci v přední části zařízení pro reformování paliva (tj. v té části zařízení pro reformování paliva, do které se přivádí plyn obsahující methanol, páru a kyslík). Jak je to patrné z grafu na obr, 38, v uvedené přední části teplota prudce stoupá a vytváří zde teplotní pík na křivce distribuce teploty v zařízení pro reformování paliva. Teprve po spotřebování dostupného kyslíku oxidační reakcí probíhá parní reformační reakce. Po dosažení uvedeného píku na křivce distribuce teploty potom teplota uvnitř zařízení pro reformování paliva plynule klesá směrem k zadní straně zařízení pro reformování paliva (tj. v té části uvedeného zařízení, ve které zařízení opouští plyn s vysokým obsahem vodíku).
Vytvoření uvedeného teplotního píku na křivce distribuce teploty neboli nadměrný vzestup teploty uvnitř zařízení pro reformování paliva má za následek některé nedostatky, mezi které napří35 klad patří zhoršení účinnosti katalyzátoru a tvorba vedlejších produktů. Prvním z problémů je tedy zhoršení kvality katalyzátoru. Je třeba uvést, že pro urychlení parní reformační reakce a reakce, při které dochází k oxidací methanolu, se používá katalyzátor Cu-Zn. Použití katalyzátoru při teplotách přesahujících 300 °C zhoršuje trvanlivost katalyzátoru a může způsobit spečení (slinutí) katalyzátoru. Toto slinutí je proces, při kterém dochází k agregaci katalyzátoru na povrchu nosiče. Katalyzátor Cu-Zn je obecně tvořen dispergováním jemných částic mědi na povrchu zinkových částic. V případě, že dojde k uvedenému slinování, způsobí to agregaci uvedených jemných částic mědi za tvorby velkých částic. Tento jev snižuje povrchovou plochu částic mědi a zmenšuje takto katalyticky aktivní plochu katalyzátoru, čímž zase dochází ke snížení výkonu zařízení pro reformování paliva.
Dalším problémem způsobeným nadměrným růstem teploty katalyzátoru je tvorba vedlejších produktů. Za takových teplot zde paralelně probíhá vedlejší reakce, která je odlišná od normální výše popsané parní reformační reakce a jejímž produktem je methan. Rovněž plynný dusík obsažený v přiváděném stlačeném plynu podstupuje vedlejší reakci za tvorby oxidů dusíku. Tyto vedlejší produkty se nerozkládají v teplotním rozmezí reformační reakce v zařízení pro reformování paliva, nýbrž jsou přiváděny jako součást plynného paliva do palivových článků. Vzrůst množství vedlejších produktů, jakým je například methan, nepříznivě snižuje parciální tlak vodíku v plynném palivu.
2CZ 302007 B6
Snížení vnitřní teploty v zadní části zařízení pro reformování paliva zase nevýhodně snižuje účinnost parní reformační reakce. Snížená účinnost parní reformační reakce muže způsobit, že v plynném proudu zůstane nereformovaný plyn, tj. methanol, což má zase za následek, že rezultující plyn získaný parní reformační reakcí má nedostatečně nízkou koncentraci vodíku. Aby se zajistil úplný průběh reformační reakce i za podmínek nízké vnitřní teploty v zadní části zařízení pro reformování paliva, je nezbytné, aby toto zařízení bylo dostatečně veliké.
Cílem vynálezu je tedy odstranit výše uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky a udržet vnitrní teplotu zařízení pro reformování paliva v předem stanoveném teplotním rozmezí.
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je zařízení pro reformování paliva, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje katalytickou sekci, dvě jednotky pro dodávku plynů do katalytické sekce, jednotku pro výstup plynného paliva z katalytické sekce, a rozprašovací/odpařovací jednotku uzpůsobenou pro rozprašování a odpařování kapaliny v oblasti na straně katalytické sekce přijímající dodávku plynů z jednotek pro dodávku plynů.
Výhodně je katalyzátorem v katalytické sekci jediný měď obsahující katalyzátor pro urychlení parní reformační reakce a oxidační reakce probíhající v katalytické sekci.
Předmětem vynálezu je rovněž způsob výroby vodíkem obohaceného plynného paliva prováděný ve výše definovaném zařízení pro reformování paliva, jehož podstata spočívá v tom, že se provede parní reformační reakce, která je endotermní a produkuje vodík ze surového plynu obsahujícího uhlovodík a páru a dodávaného jednotkou pro dodávku plynů, a oxidační reakce, která je exotermní a oxiduje uhlovodík oxidačním plynem dodávaným jednotkou pro dodávku oxidačního plynu, přičemž teplo generované oxidační reakcí se používá pro průběh parní reformační reakce a rozprašovací/odpařovací jednotka rozprašuje a odpařuje kapalinu, obsahující alespoň jednu tátku ze souboru sestávajícího z uhlovodíku a vody, v oblasti na straně katalytické sekce přijímající dodávku surového plynu a dodávku oxidačního plynu k ochlazení této oblasti.
Výhodně je uhlovodíkem methanol.
V takto konstruovaném zařízení pro reformování paliva je surový palivový plyn, obsahující uhlovodík, páru a kyslík dodáván do katalytické sekce, obsahující katalyzátor pro urychlení parní reformační reakce a oxidační reakce. Jak parní reformační reakce, která je endotermní a která produkuje vodík z uhlovodíku a páry, tak i oxidační reakce, která je exotermní a která oxiduje uhlovodík, probíhají v uvedené katalytické sekci. V oblasti katalytické sekce, ve které probíhá oxidační reakce v důsledku dodávky oxidačního plynu, se teplota generované touto oxidační reakcí využije pro průběh parní reformační reakce. Kapalina cbsahující uhlovodík nebo/a vodu se ve formě postřiku zavádí do oblasti na straně přijímající dodávku surového palivového plynu a oxidačního plynu s cílem ochladit tuto oblast. Rezultující plynné palivo s vysokým obsahem vodíku se potom odvádí z katalytické sekce.
V zařízení pro reformovaná paliva této konstrukce se kapalina obsahující uhlovodík nebo/a vodu zavádí ve formě postřiku do oblasti na straně přijímající dodávku surového palivového plynu a dodávku oxidačního plynu. Část tepla generovaného oxidační reakcí se takto spotřebuje na odpařování. To účinně brání nadměrnému zvýšení teploty ve specifické oblasti na straně přijímající dodávku oxidačního plynu. Tím se eliminují potenciální problémy způsobené nadměrným růstem teploty v uvedené oblastí, kterými jsou zhoršení účinnosti katalyzátoru a tvorba vedlejších produktů, a výrazně se zlepší trvanlivost reformační jednotky.
-3 CZ 302007 B6
Přehled obrázků na výkresech
Obr. 1 znázorňuje diagram, který schematicky ilustruje strukturu systému palivových článků zásobovaného zařízením pro reformování paliva podle vynálezu tvořeným reformační jednotkou;
obr. 2 schematicky znázorňuje strukturu reformační jednotky podle vynálezu;
obr. 3 znázorňuje graf ukazující distribuci teploty uvnitř reformační jednotky podle vynálezu a io uvnitř reformační jednotky podle dosavadního stavu techniky.
Příklady provedení vynálezu
Za účelem objasnění konstrukcí, funkcí a výhod týkajících se vynálezu budou v následující části popisu popsány některé výhodné formy provedení vynálezu.
Obr. 1 schematicky ilustruje strukturu systému palivových článků 20 zahrnujících reformační jednotku podle vynálezu. Uvedený systém palivových článků 20 zahrnuje jako hlavní kompo20 nenty methanolový zásobník 22, ve kterém je přechováván methanol, vodní zásobník 24, ve kterém je přechovávána voda, hořák 26, který generuje spalovací plyn, kompresorovou jednotku 28, která stlačuje vzduch, odpařovák 32, který je spojen s hořákem 26 a kompresorovou jednotkou 28, reformační jednotkou 180, která produkuje plynné palivo reformační reakcí, jednotku pro redukci CO 36, která redukuje koncentraci oxidu uhelnatého (CO) obsaženého v plynném palivu, sestavu palivových článků 40, která generuje elektromotorickou sílu elektrochemickými reakcemi, a regulační jednotku 50, která je tvořena počítačem.
V následujícím textu bude popsána sestava palivových článků 40, jejímž hlavním úkolem je generovat elektrickou energii v systému palivových článků 20.
Palivové Články 40 jsou palivovými články s polymemím elektrolytem a mají etážovou strukturu získanou uložením na sebe množiny konstrukčních jednotek nebo jednotkových článků.
Obr. 2 znázorňuje řez ukazující strukturu jednotkového článku 48 sestavy palivových článků 40.
Jednotkový Článek 48 obsahuje elektrolytovou membránu 41, anodu 42, katodu 43 a pár separátorů 44 a 45.
Anoda 42 a katoda 43 jsou difuzně plynovými elektrodami (tj. elektrodami umožňujícími difúzi plynu skrze elektrody), které jsou uspořádány vedle elektrolytové membrány 41. Po stranách této sendvičové struktury jsou uspořádány separátory 44 a 45, které jsou kombinovány s anodou 42 respektive s katodou 43 a vymezují takto dráhy pro proud plynného paliva respektive pro proud oxidačního plynu. Vedení 44P plynného paliva jsou vymezeny anodou 42 a separátorem 44 zatímco vedení 45P oxidačního plynu jsou definována katodou 43 a separátorem 45. I když jsou uvedená vedení zobrazena na obr. 2 pouze na jedné straně separátorů 44 a 45, jsou odpovídající žlábky ve skutečnosti vytvořeny na obou stranách separátoru 44 a 45. Jedna strana separátoru je kombinována s anodou 42 a vymezuje tak vedení 44P plynného paliva, zatímco druhá strana tohoto separátoru je kombinována s katodou 43 přilehlého jednotkového článku a vymezuje tak vedení 45P oxidačního plynu. Separátory 44 a 45 jsou kombinovány s přilehlými difuzně plynovými elektrodami s cílem definovat vedení proudů plynu, přičemž oddělují proud plynného pali50 va od proudu oxidačního plynu mezi každým páre přilehlých jednotkových článků. V uvedené etážové struktuře získané uložením na sebe množiny jednotkových článků 48, mohou mít dva separátory nacházející se na obou koncích etážové struktury žlábky pouze na jediné straně, tj. na straně, na které jsou ve styku s difuzně plynovými elektrodami.
-4CZ 302007 B6
Elektrolytová membrána 41 je protonicky vodivá iontoměničová membrána tvořená pevným polymemím materiálem, například fluorovanou pryskyřicí, a vykazuje příznivou elektrickou vodivost ve vlhkém stavu. V tomto provedení je elektrolytová membrána 41 tvořená materiálem Nafion (vyráběným společností du Pont. Jako katalyzátor na povrchu elektrolytové membrány je použita platina nebo platinová slitina obsahující platinu a další kov.
Anoda 42 a katoda 43 jsou zhotoveny z uhlíkové tkaniny, kteráje utkána z příze tvořené uhlíkovými vlákny. Anoda 42 a katoda 43 mohou být namísto z uhlíkové tkaniny zhotoveny z uhlového papíru nebo z uhlíkového rouna, které je stejně jako v případě tkaniny tvořeno uhlíkovými vlákio ny.
Separátory 44 a 45 jsou vytvořeny zplyň nepropouštějícího elektricky vodivého materiálu, například z plyn nepropouštějícího hutného uhlíku získaného zhutněním uhlíkového prášku. Každý ze separátorů 44 a 45 má množinu žlábků, které jsou uspořádány paralelně na obou stra15 nach těchto separátorů a které jsou kombinovány jednak s povrchem anody 42 a vymezují takto vedení 44P pro plynné palivo a jednak s povrchem katody 43 přilehlého jednotkového článku a vymezují takto vedení 45P pro oxidační plyn. Není však nezbytně nutné vytvořit uvedené žlábky paralelně na obou stranách každého separátorů, avšak žlábku vytvořené na jedné straně mohou být uspořádány v předem stanoveném úhlu vzhledem k žlábkům vytvořeným na druhé straně separátorů, například rovnoběžně se žlábky na druhé straně. Tvar těchto žlábků se neomezuje na žlábky s paralelními bočními stěnami a žlábky mohou mít libovolný tvar, který umožňuje přívod plynného paliva a oxidačního plynu do difúsně plynových elektrod.
Jednotkový článek 48, který představuje konstrukční jednotku sestavy palivových článků 40 má tedy výše uvedenou strukturu. V reálné sestavě palivových článků 40 se nachází množina (v tomto provedení 100) jednotkových článků 48, přičemž každý z těchto článků obsahuje separátor 44, anodu 42, elektrolytovou membránu 41, katodu 43 a separátor 45 v tomto sledu, přičemž jednotkové články jsou uspořádány jeden na druhé a tvoří takto článkový laminát. Etážová struktura je dokončena uložením páru kolektorových desek, které jsou tvořeny hutnými uhlíko30 vými deskami nebo měděnými deskami uloženými podél článkového laminátu.
Dále budou popsány složky systému palivových článků 20, které tento systém obsahuje kromě již uvedených palivových článků, a budou definována spojení mezi těmito složkami. Odpařovák 32 přijímá dodávky methanolu a vody z methanolového zásobníku 22 respektive z vodního zásobní35 ku 24 a odpařuje methanol a vodu. Odpařovák 32 je spojen s hořákem 26 a kompresorovou jednotkou 28, jak již to bylo uvedeno výše. Produkt spalování je veden z hořáku 26 přes kompresorovou jednotku 28, jak to bude popsáno později a spalovací teplo se vede do neznázoměné teplosměnné jednotky odpařováku 32, kde slouží k odpaření methanolu a vody, které se přivádí do odpařováku 32.
Druhé čerpadlo 71 je uspořádáno v methanolovém vedení 60, kterým se vede methanol ve formě surového paliva z methanolového zásobníku 22 do odpařováku 32, přičemž úkolem uvedeného čerpadla je regulovat množství methanolu dodávané do odpařováku 32. Toto druhé čerpadlo 71 je spojené s regulační jednotkou 50 a je poháněno v odezvu na výstupní signály z regulační jed45 notky 50 s cílem regulovat průtok methanolu dodávaného do odpařováku 32.
Třetí čerpadlo 72 je uspořádáno ve vodném vedení 62, kterým se vede voda z vodního zásobníku 24 od odpařováku 32, přičemž toto čerpadlo 72 reguluje množství vody přiváděné do odpařováku 32. Stejně jako druhé čerpadlo 71 je i třetí čerpadlo 72 spojeno s regulační jednotkou 50 a je poháněno v odezvu na výstupní signály z regulační jednotky 50 s cílem regulovat průtok vody dodávané do odpařováku 32. Methanolové vedení 60 je spojeno s vodním vedením 62 a vytváří takto první vedení 63 pro dodávku paliva, které je spojeno s odpařovákem 32. Poněvadž průtok methanolu a průtok vody je regulován druhým čerpadlem 71 respektive třetím čerpadlem 72, je do odpařováku 32 přiváděna prvním vedením 63 pro dodávku paliva směs obsahující předem stanovené množství methanolu a předem stanovené množství vody.
-5CZ 302007 Bó
Kompresorová jednotka 28 spojená s odpařovákem 32 odebírá vzduch z okolí systému palivových článků 20, stlačuje tento vzduch a vede stlačený vzduch ke katodám sestavy palivových článků 40. Tato kompresorová jednotka 28 obsahuje turbinu 28a a kompresor 28b vytvořený v oběžném kole. Turbína 28a a kompresor 28b jsou vzájemně spojené koaxiální hřídelí 28c. Kompresor 28b je poháněn a uváděn do rotace poháněním a otáčením turbiny 28a. Hořák 26 je rovněž spojen s odpařovákem 32. Turbina 28a je poháněna horkými spalinami odváděnými z uvedeného hořáku 26. Kompresor 28a se otáčí spolu s otáčením turbiny 28a a stlačuje vzduch, jak to již bylo uvedeno výše. Tento vzduch se odebírá z okolí a vede do kompresoru 28a proio střednictvím vzduchového vedení 29. Vzduch stlačený kompresorovou jednotkou 28 se vede do sestavy palivových článků prostřednictvím vedení 68 pro dodávku oxidačního plynu, kde je podroben elektrochemickým reakcím probíhajících v sestavě palivových článků 40.
Turbína 28a je poháněna horkými spalinami přiváděnými z hořáku 26, přičemž je zhotovena z žáruvzdorné slitiny nebo z keramického materiálu, aby byla odolná proti působení vysokých teplot a aby měla dostatečně dlouhou životnost. V tomto konkrétním případě byla pro zhotovení turbiny 28a použita slitina na bázi niklu (slitina Inconel 700 vyráběná společností Inconel Corporation. Kompresor 28b je zase zhotoven z lehké hliníkové slitiny.
Hořák 26, jehož funkcí je pohánět turbinu 28a přijímá palivo pro spalování jednak z anod sestavy palivových článků 40 a jednak z methanolového zásobníku 22. Sestava palivových článků 40 používá jako palivo pro elektrochemické reakce, které v sestavě palivových článků 40 probíhají, plyn s vysokým obsahem vodíku produkovaný reformováním methanolu v reformační jednotce 180. Veškerý vodík dodávaný do sestavy palivových článků 40 se nespotřebuje uvedenými elek25 trochemickými reakcemi a výfukový plynný palivový proud obsahující uvedený nespotřebovaný vodík se odvádí výfukovým vedením 67. Hořák 26, který je spojen s uvedeným výfukovým vedením 67 přijímá tento výfukový plynný palivový proud a spalováním tohoto výfukového plynného palivového proudu v hořáku 26 se dosáhne úplného spálení té části vodíku, která nebyla spotřebována v sestavě palivových Článků 40, čímž se zlepší stupeň využití paliva. Samotný výfukový plynný palivový proud není obecně dostatečný jako palivo pro spalovací proces, ke kterému dochází v hořáku 26. Proto se do hořáku 26 přivádí methanol z methanolového zásobníku 22 jako doplňkové palivo nebo se methanol přiváděný z methanolového zásobníku 22 používá v hořáku 26 jako jediné palivo v případě, kdy se do hořáku 26 jako jediné palivo v případě, kdy se do hořáku 26 nepřivádí žádný výfukový plynný proud ze sestavy palivových článků
40, k čemuž například dochází při startování systému palivových článků 20.
Tento methanol se do hořáku 26 jako dodatkové nebo výlučné palivo pro spalovací proces v hořáku 26 přivádí bočním methanolovým vedením 61. Toto boční methanolové vedení 61 je odvětveno z methanolového vedení 60, skrze které se přivádí methanol z methanolového zásob40 niku 22 do odpařováku 32.
I
Hořák 26 obsahuje první teplotní čidlo 73, které měří teplotu spalovacího procesu v hořáku 26 a výsledky měření předává do regulační jednotky 50. Tato regulační jednotka 50 vysílá regulační signál do prvního čerpadla 70 v závislosti na vstupu z prvního teplotního čidla 73, čímž se regu45 luje množství methanolu přiváděného do hořáku 26 a udržuje tak teplota spalovacího procesu v hořáku 26 v předem stanoveném teplotním rozmezí (přibližně od 800 do 1000 °C). Spaliny produkované v hořáku 26 pohání a uvádí takto do rotace turbinu 28a, načež se vedou do odpařováku 32. Účinnost tepelné výměny v turbině 28a je relativně nízká (nepřesahuje přibližně 10 %). Spaliny vedené do odpařováku 32 mají proto teplotu rovnou přibližně 600 až 700 °C, což je dos50 tatečné pro využití těchto spalin v odpařováku 32 jako zdroje tepla.
Směs methanolu a vody dodávaná prvním vedením 63 pro dodávku paliva do odpařováku 32, jak to již bylo popsáno výše, se v odpařováku 32 zplyní spalinami přiváděnými z hořáku 26 rovněž do odpařováku 32. Surový palivový plyn obsahující plynnou fázi methanolu a vody, který byl
-6CZ 302007 B6 získán v odpařováku 32 se potom vede druhým vedením 64 pro dodávku paliva do reformační jednotka 180.
V reformační jednotce 180 se surový palivový plyn obsahující methanol a vodu reformuje za vzniku plynného paliva s vysokým obsahem vodíku.
Provedení reformační jednotky 180 a reformační reakce probíhající v reformační jednotce 180 představují základní část vynálezu a budou detailně popsány dále.
Druhé teplotní čidlo 74 je uspořádáno ve druhém vedení 64 pro dodávku paliva, skrze které se vede surový palivový plyn obsahující methanol a vodu z odpařováku 32 do reformační jednotky 180, přičemž toto druhé teplotní čidlo 74 měří teplotu surového palivového plynu obsahujícího methanol a vodu a přiváděného do reformační jednotky 180. Signál o teplotě naměřené uvedeným druhým teplotním čidle 74 se vede na vstup regulační jednotky 50. Při vysílání regulačního signálu do prvního Čerpadla 70 v závislosti na signálu přiváděném do regulační jednotky 50 z prvního teplotního čidla 73 regulační jednotka 50 koriguje pohon prvního čerpadla 70 v závislosti na signálu přiváděném do regulační jednotky 50 z druhého teplotního čidla 74 a reguluje tak také množství methanolu přiváděného do hořáku 26.
Regulace teploty spalin v hořáku 26 takto nastavuje teplotu surového palivového plynu produkovaného v odpařováku 32. Surový palivový plyn přiváděný z odpařováku 32 je obecně zahřát na teplotu přibližně 250 °C.
Jak to bude popsáno později, je součástí reformační reakce probíhající v reformační jednotce 180 také kyslík. Reformační jednotka 180 obsahuje dmýchadlo 38 pro poskytnutí kyslíku potřebného pro uvedenou reformační reakci probíhající v reformační jednotce 180. Uvedené dmýchadlo stlačuje vzduch odebíraný z okolí a vede tento stlačený vzduch do reformační jednotky 180 dmýchacím vedením 39, V zobrazeném provedení je uvedené dmýchací vedení 39 spojeno s druhým vedením 64 pro dodávku paliva a vzduch poskytnutý dmýchadlem 38 je takto veden do reformační jednotky 180 společně se surovým palivovým plynem přiváděným z odpařováku 32. Dmýchadlo 38 je také spojeno s regulační jednotkou 50, která reguluje pohon dmýchadla 38.
Jednotka pro redukci CO 36 snižuje koncentraci oxidu uhelnatého v plynném palivu odváděném z reformační jednotky 34 třetím vedením 65 pro dodávku paliva.
Obecná reformační reakce methanolu je vyjádřena výše uvedenou rovnicí 4. Ve skutečnosti však tato reformační reakce neprobíhá ideálním způsobem, který je vyjádřen uvedenou rovnicí, nýbrž tak, že plynné palivo produkované v reformační jednotce 180 obsahuje určité množství oxidu uhelnatého. Úkolem jednotky pro redukci CO 36 je snížit koncentraci oxidu uhelnatého obsazeného v plynném palivu dodávaném do sestavy palivových článků 40.
Sestava palivových Článků 40 ve zobrazeném provedení je tvořena palivovými články s polymerním elektrolytem a zahrnuje platinu nebo slitinu platiny pro urychlení reakcí probíhajících v článcích (v daném provedení je platinový katalyzátor nanesen na povrchu elektrolytové membrány 41).
Oxid uhelnatý, který je obsažen v plynném palivu, je absorbován platinovým katalyzátorem a snižuje tak jeho katalytický účinek a interferuje s reakcí probíhající podle rovnice 1 na anodách, čímž dochází ke snížení výkonu palivových Článků. V průběhu tvorby energie v palivových článcích s polymemím elektrolytem tvořících sestavu palivových článků 40, je tudíž důležité snížit koncentraci oxidu uhelnatého obsaženého v dodávkovém plynném palivu a zabránit tak zhoršení výkonu palivových článků. V palivových článcích s polymemím elektrolytem je přípustnou koncentrací oxidu uhelnatého obsazeného v dodávaném plynném palivu obecně koncentrace nepřesahující několik ppm.
-7CZ 302007 B6
Plynné palivo přiváděné do jednotky pro redukci CO 36 je plynem s vysokým obsahem vodíku obsahující také určité množství oxidu uhelnatého, jak to již bylo uvedeno výše. Jednotka pro redukci CO 36 oxiduje oxid uhelnatý v přítomnosti vodíku obsaženého v plynném palivu. Jednotka pro redukci CO 36 je naplněna nosičem, na kterém je nanesen kov ze skupiny zahrnující platinu, ruthenium, palladium a zlato nebo slitina těchto kovů ve funkci katalyzátoru pro selektivní oxidaci oxidu uhelnatého.
Koncentrace oxidu uhelnatého obsaženého v plynném palivu zpracovaném v uvedené jednotce pro redukci CO 36 závisí na provozní teplotě jednotky pro redukci CO 36, koncentraci oxidu to uhelnatého, který byl původně obsažen v dodávaném plynném palivu a na množství plynného paliva přiváděného za časovou jednotku do jednotky pro redukci CO 36, vztaženém na objemovou jednotku katalyzátoru.
Jednotka pro redukci CO 36 obsahuje nezobrazené koncentrační čidlo oxidu uhelnatého. Provozi5 ní teplota jednotky pro redukci CO 36 a průtok plynného paliva přiváděného do jednotky pro redukci CO 36 jsou regulovány v závislosti na výsledcích měření koncentračního činidla oxidu uhelnatého tak, aby koncentrace oxidu uhelnatého obsaženého v plynném palivu zpracovaném v jednotce pro redukci CO 36 nebyla vyšší než několik ppm.
Plynné palivo se sníženou koncentrací oxidu uhelnatého se vede zjednotky pro redukci CO 36 přes čtvrté vedení 66 pro dodávku paliva do sestavy palivových článků 40, kde je vystaveno reakci na anodách palivových článků. Po proběhnutí reakce v sestavě palivových článků 40 se plynný proud opouštějící tuto sestavu odvádí výfukovým vedením 67 a vede se do hořáku 26, jak již to bylo uvedeno výše. Zbylý vodík ve výfukovém plynném palivovém proudu se takto spotře25 buje jako palivo v rámci spalovacího procesu probíhajícího v hořáku 26, Oxidační plyn potřebný pro reakci na katodě palivových článků se zase přivádí do systému palivových článků 40 ve formě stlačeného vzduchu produkovaného v kompresorové jednotce 28 prostřednictvím vedení 68 pro dodávku oxidačního plynu, které již bylo popsáno výše. Vyčerpaný oxidační plyn se odvádí ze systému palivových článků 40 výstupním vedením 69.
Regulační jednotka 50 je konstruována jako logický obvod obsahující mikropočítač. Ve zobrazeném provedení tato regulační jednotka 50 obsahuje jednotku CPU 54, která provádí jednotlivé aritmetické a logické operace podle předem určeného regulačního programu, paměť ROM 56, ve které jsou předem uloženy kontrolní programy a regulační data potřebná pro jednotlivé aritmetic35 ké a logické operace prováděné jednotkou CPU 54, paměť RAM 58, do které jsou dočasně zapisována prováděné jednotkou CPU 54 a ze které jsou potom příležitostně čtena data potřebná pro různé aritmetické a logické operace, a vstupně-výstupní brána 52, která přejímá signály z výše popsaných teplotních čidel a vysílá regulační signály výše popsaným čerpadlům a dmýchadlu 38, které jsou výsledkem aritmetických a logických operací prováděných jednotkou CPU 54.
V následující části popisu bude popsána konfigurace reformační jednotky 180, které se vynález týká.
Obr. 2 schematicky zobrazuje strukturu reformační jednotky 180. Tato reformační jednotka zahr45 nutá v systému palivových článků majícím stejnou strukturu jako systém palivových článků 20 zobrazený na obr. 1.
Reformační jednotka 180 má jedinou reakční jednotku 181 s voštinovou strukturou s Cu-Znkatalyzátorem uloženým na povrchu voštinové struktury. Reformační jednotka 180 je spojena s druhým vedením 64 pro dodávku tepla za účelem přijmutí dodávky surového palivového plynu, přičemž současně přijímá směsný roztok methanolu a vody (tato směs bude dále označována jako surové kapalné palivo). Toto kapalné surové palivo se přivádí do odpařováku 32 prvním vedením 63 pro dodávku paliva, jak to již bylo popsáno výše. Toto první vedení 63 pro dodávku paliva. Z tohoto prvního vedení 63 pro dodávku paliva se odvětvuje kapalinové vedení 182 pro dodávku surového kapalného paliva do reformační jednotky 180. Ve struktuře tohoto provedení dmýchací
-8CZ 302007 Β6 vedení 39 není připojeno ke druhému vedení 64 pro dodávku paliva, nýbrž s kapalinovým vedením 182 za vzniku směsného vedení 183. Toto směsné vedení 183 je připojeno k přední straně reformační jednotky 180 za účelem dodávky surového kapalného paliva smíšeného se vzduchem do reformační jednotky 180.
V dmýchacím vedení 39 a v kapalinovém vedení 182 jsou uspořádány průtokové regulátory 184 respektive 185 za účelem regulace průtoku vzduchu a množství surového kapalného paliva dodávaného do reformační jednotky 180. Tyto průtokové regulátory 184 a 185 jsou připojeny k regulační jednotce 50, která reguluje stavy uvedených průtokových regulátorů 184 a 185.
V blízkosti přední strany reakční jednotky 181 ie v reformační jednotce 180 uspořádána injekční tryska 1878 vytvořená na konci směsného vedení 183. Surové kapalné palivo smíšené se vzduchem se nastřikuje prostřednictvím injekční trysky 187 směrem k přední straně reakční jednotky 181 za využití tlaku vzduchu a vede se v Široké oblasti průřezu reformační jednotky 180 směrem k zadní straně reakční jednotky 181. Uvedená injekční tryska 187 nemusí být vytvořena jako trysky, nýbrž může mít libovolný tvar, který umožňuje, aby byla kapalina rozprašována do Široké oblasti. V reformační jednotce 180 jev blízkosti přední strany reakční jednotky 181 uspořádáno teplotní čidlo 186. Toto teplotní čidlo 186 ie připojeno k regulační jednotce 50. Informace týkající se teploty na přední straně reakční jednotky 181 se přivádí do regulační jednotky 50.
Jak to již bylo popsáno výše v souvislosti s případem, kdy se do reformační jednotky přivádí surový palivový plyn, oxidační reakce intenzivně probíhá na přední straně reformační jednotky, kde je vysoká koncentrace kyslíku, a zvyšuje tak teplotu na přední straně reformační jednotky. Ve struktuře tohoto provedení se však směrem k přední straně reakční jednotky 181 rozstřikuje surové kapalné palivo, které reguluje teplotu na přední straně reakční jednotky 181. Toto surové kapalné palivo rozprašované do reakční jednotky 181, která byla zahřáta na vysokou teplotu, odstraňuje teplo z reakční jednotky 181, je tímto teplem ohřáto a zplyněno. Teplota na přední straně reakční jednotky 181 je takto regulována na hodnotu nepřesahující předem stanovenou teplotu regulováním dodávky surového kapalného paliva.
Při procesu produkujícím plynné palivo mající vysoký obsah vodíku v reformační jednotce 180 tohoto provedení je tedy dodávka surového kapalného paliva do reformační jednotky 180 regulována podle vnitřní teploty v reakční teplotě 181 měřené teplotním čidlem 186. Celkové množství methanolu dodané do reformační jednotky 180 závisí na zátěži připojené k sestavě palivových článků 40, což znamená na množství plynného paliva, které má být dodáno do sestavy palivových článků 40. Množství methanolu vedeného prvním vedením 63 pro dodávku paliva a dodávaného do reformační jednotky 180 v kapalné formě se reguluje podle výsledků měření poskytnutých teplotním čidlem 186. Při konkrétním postupu, když teplota reakční jednotky přesáhne předem stanovenou hodnotu (300 °C v tomto provedení), vstřikuje surové kapalné palivo injekční tryskou 187. Množství surového kapalného paliva rozstřikované injekční tryskou 187 se reguluje tak, aby teplota uvnitř reakční jednotky 181 se reguluje tak, aby teplota uvnitř reakční jednotky 181 nepřesáhla uvedenou předem určenou hodnotu. V případě, že teplota reakční jednotky 181 není vyšší než uvedená předem stanovená hodnota, vstřikuje se injekční tryskou 187 pouze vzduch.
V takto konstruované reformační jednotce 180 se kapalina vstřikuje a zplyňuje uvnitř reformační jednotky 180 s cílem zchladit přední stranu reakční jednotky 181. Toto uspořádání účinně brání nadměrnému vzrůstu teploty na přední straně reakční jednotky 181, ke kterému by jinak došlo teplem produkovanou oxidační reakcí. Kapalinou rozprašovanou do reformační jednotky 180 zchlazující přední stranu reakční jednotky 181 je surové kapalné palivo, které podstoupí parní reformační reakci a oxidační reakci probíhající do reformační jednotce 180. Vstřikování této kapaliny do reformační jednotky 180 tedy nežádoucím způsobem neovlivňuje průběh reakcí probíhajících v reformační jednotce 180.
Obr. 3 znázorňuje graf ukazující distribuci vnitřní teploty uvnitř reformační jednotky 180 ve směru od přední strany reformační jednotky, která přijímá dodávku surového plynného paliva a
-9CZ 302007 B6 vzduch, k zadní straně reformační jednotky 180 a distribuci vnitřní teploty v reformační jednotce podle dosavadního stavu techniky, ve které je veškeré množství methanolu potřebné k produkci požadovaného množství plynného paliva, dodáváno před odpařovák 32. Na rozdíl od jednotky podle dosavadního stavu techniky nedochází v reformační jednotce 180 k žádnému nadměrnému vzrůstu teploty na přední straně reformační jednotky 180, ke kterému by došlo teplem produkovaným oxidační reakcí. Vnitřní teplota reformační jednotky 180 je takto výhodně udržována v teplotním rozmezí od 250 do 300 °C, Jak již bylo popsáno výše, nedochází v reformační jednotce 180 tohoto provedení k žádnému prudkému vzrůstu teploty v blízkosti vstupu do reformační jednotky 180. To výhodně eliminuje potenciální problémy, které by jinak vyvstaly ío v důsledku uvedeného zvýšení teploty a kterými jsou například zhoršení kvality katalyzátoru a tvorba vedlejších produktů. Významnou měrou se tedy zlepší životnost reformační jednotky.
Když teplota přední strany reformační jednotky 180 postupně stoupá a když se postupně zvyšuje množství surového kapalného paliva vstřikovaného injekční tryskou 187, může snížení požado15 váného elektrického výkonu pro zátěž připojenou k sestavě palivových článků 40 způsobit, že do reformační jednotky 180 se dodává nadměrné množství methanolu a produkuje se množství plynného paliva, které přesahuje požadované množství. V systému palivových článků obsahujícím reformační jednotku 180 tohoto provedení se plynné palivo odváděné ze sestavy palivových článků 40 použije jako palivo pro spalování realizované v hořáku 26. Takto se ani v tomto pripa20 dě nesníží celková energetické účinnost systému.
V reformační jednotce 180 tohoto provedení se směsný roztok methanolu a vody rozstřikuje z injekční trysky 187 za účelem ochlazení přední strany reakční jednotky 181. Namísto tohoto uspořádání může být rozstřikován pouze methanol nebo pouze voda. V tomto případě je namísto odbočení kapalného podílu z prvního vedení 63 použito odbočení kapalného methanolu a vody z methanového vedení 60 respektive z vodního vedení 62. Methanol a voda se potom takto získanými odbočenými vedením vedou do injekční trysky 187. Toto uspořádání rovněž umožňuje, aby rozstřikovaná kapalina odebírala teplo pro odpaření z přední strany reakční jednotky 181.
Ve výše uvedených provedeních se k urychlení parní reformační reakce i oxidační reakce použije jediný katalyzátor. V libovolném z výše uvedených provedeních však mohou být pro urychlení parní reformační reakce a pro urychlení oxidační reakce použity odlišné katalyzátory. Vedle CuZn-katalyzátoru může být použit jiný katalyzátor pro urychlení oxidační reakce. V případě použití množiny různých katalyzátorů zajišťuje použití takových katalyzátorů obdobný účinek brání35 cí nadměrnému vzrůstu teploty v parciální oblasti reformační jednotky, pokud jsou tyto katalyzátory dobře smíšeny v reformační jednotce tak, aby zajistily průběh jak oxidační reakce, vyjádřené rovnicí (5), tak i parní reformační reakce, vyjádřené rovnicí (4).
Dostupné příklady jiného katalyzátoru urychlujícího oxidační reakci zahrnují kovy, jako napří40 klad palladium, platina, nikl, rhodium, chrom, wolfram, rhenium, zlato, stříbro a železo, a slitiny takových kovů a dalších kovů.
Ve výše uvedených provedeních se methanol používá v surové formě. Jako surové palivo, které podstupuje pamí reformační reakci a oxidační reakci, může být však použit i jiný uhlovodík.
V případě, že se jako surové palivo zvolí jiné surové palivo než methanol, potom reformační jednotka obsahuje katalyzátor vhodný pro zvolené surové palivo v libovolném z výše uvedeném provedení reformační jednotky podle vynálezu. Takové uspořádání rovněž zajišťuje obdobný účinek zabraňující nadměrnému vzrůstu teploty v parciální oblasti reformační jednotky.
Cu-Zn-katalyzátor obsažený v reformačních jednotkách prvního až dvanáctého provedení reformační jednotky podle vynálezu je známým katalyzátorem pro urychlení pamí reformační reakce methanolu. Jak to již bylo popsáno výše, zhoršuje se kvalita katalyzátoru při teplotách vyšších než 300 °C. Cu-Zn-katalyzátor je tedy nepoužitelný jako katalyzátor pro urychlení pamí reformační reakce v případě, kdy je jako surové palivo použit uhlovodík mající vysokou reakční teplotu pamí reformační reakce. Cu-Zn-katalyzátor však výhodně pracuje jako katalyzátor pro
-10CZ 302007 B6 urychlení parní reformační reakce, když se jako surové palivo použije methanol, který má nižší reakční teplotu parní reformační reakce než ostatní uhlovodíky.
Technika použití Cu-Zn-katalyzátoru jakožto oxidačního katalyzátoru není obecně známa odborníkům v daném oboru. Cu-Zn-katalyzátor se totiž snadno oxiduje (měď se oxiduje a katalyzátor se takto znehodnocuje). V přítomnosti kyslíku se Cu-Zn-katalyzátor bezprostředně oxiduje do té míry, že ztrácí katalytickou účinnost a není tudíž použitelný jako oxidační katalyzátor. Nicméně v případě použití tohoto Cu-Zn-katalyzátoru v přítomnosti methanolu se methanol oxiduje dříve než měď vzhledem kjejich rozdílné volné energie pro oxidaci. Samotný Cu-Zn10 katalyzátor se tedy neoxiduje avšak účinně plní funkci urychlující jak parní reformační reakci, tak i oxidační reakci.
Použití jediného Cu-Zn-katalyzátoru urychluje jak parní reformační reakci, tak i oxidační reakci a takto výhodně zjednodušuje strukturu reformační jednotky. Použití Cu-Zn-katalyzátoru pro urychlení oxidační reakce methanolu zajišťuje dodatečný účinek snižující koncentraci oxidu uhelnatého v plynném palivu s vysokým obsahem vodíku produkovaném reformační jednotkou. Následující část popisu se bude týkat oxidu uhelnatého produkovaného v reformační jednotce. Cu-Zn-katalyzátor má účinnost spočívající v mírném podporování průběhu reakce (6) v přítomnosti oxidu uhličitého a vodíku:
CO2 + H2 —CO + H2O (6)
Když Cu-Zn-katalyzátor urychluje parní reformační reakci methanolu samotného nebo také oxidační reakci methanolu, jsou produkovány vodík a oxid uhličitý, jak to již bylo uvedeno výše.
S rostoucími množstvími vodíku a oxidu uhličitého začíná mírný průběh rovnice (6) produkovat oxid uhelnatý. Plynné palivo produkované v reformační jednotce takto obsahuje i určité množství oxidu uhelnatého.
Použití Cu-Zn-katalyzátoru pro reformování methanolu je doprovázeno produkcí určitého množ30 ství oxidu uhelnatého. Jak to již bylo uvedeno v souvislosti s výše popsaným provedením reformační jednotky podle vynálezu, neprodukuje se v podstatě žádný oxid uhelnatý uvedenou oxidační reakcí v případě, kdy se Cu-Zn-katalyzátor použije k urychlení oxidační reakce methanolu a současně i parní reformační reakce. To účinně brání vzrůstu koncentrace oxidu uhelnatého obsaženého v plynném palivu. Oxidační reakce methanolu urychlená v přítomnosti Cu-Zn35 katalyzátoru je vyjádřena rovnicí (5), která již byla uvedena výše. Tato reakce v podstatě zahrnuje reakce vyjádřené dále uvedenými rovnicemi (7) a (8). Reakci podle rovnice (5) lze tedy rozepsat následujícím způsobem:
CH3OH + (l/2)O2 — HCHO + H2O (7)
HCHO + H2O —» CO2 + 2H2 (8)
Jak je to ilustrováno rovnicemi (7) a (8) je oxidační reakce methanolu urychlena v přítomnosti Cu-Zn-katalyzátoru hlavně v rámci reakčního mechanismu, který neprodukuje oxid uhelnatý. Oxidační reakce urychlená v přítomnosti konvenčně známého oxidačního materiálu, jakým je například platinový katalyzátor, naopak probíhá hlavně prostřednictvím reakcí vyjádřených níže uvedenými rovnicemi (9) a (10). Rovnice (5) pouze vyjadřuje celkovou reakci. V tomto případě se oxid uhelnatý produkuje ve střední části reakčního mechanismu. Když je oxidační reakce methanolu urychlena konvenčně známým oxidačním katalyzátorem, jakým je například platinový katalyzátor, zůstává část takto produkovaného oxidu uhelnatého v rezultujícím plynné palivu produkovaném v reformační jednotce. To zvyšuje koncentraci oxidu uhelnatého obsaženého v plynném palivu.
CH3OH + CO + 2H2 (9)
CH + (l/2)O2 —► CO? (10)
- 11 CZ 302007 B6
V případě, že se Cu-Zn-katalyzátor použije k urychlení jak parní reformační reakce, tak i oxidační reakce methanolu, jako bylo popsáno v rámci výše uvedených provedení reformační jednotky podle vynálezu, potom oxidační reakce methanolu probíhá reakčním mechanismem neprodukujícím oxid uhelnatý. Ve srovnání s postupem podle dosavadního stavu techniky, kdy se používá známý oxidační katalyzátor, například platinový katalyzátor, pro urychlení oxidační reakce methanolu a Cu-Zn-katalyzátor pro urychlení parní reformační reakce, postup podle vynálezu významně snižuje koncentraci oxidu uhelnatého obsaženého v rezultujícím plynném palivu. Při postupu podle dosavadního stavu techniky, kdy se používá Cu-Zn-katalyzátor a známý oxidační katalyzátor, jakým je například platina, pro urychlení parní reformační reakce methanolu respektive oxidační reakce methanolu, zůstává obecně obsah oxidu uhelnatého ne nižší než 1,5 až 2 % v rezultujícím plynném palivu. Při postupu podle vynálezu, který používá pouze Cu-Zn-katalyzátor pro urychlení jak parní reformační reakce, tak i oxidační reakce methanol, je naopak koncentrace oxidu uhelnatého zbylého v rezultujícím plynném palivu asi 0,5 %.
Oxid uhelnatý zbylý v plynném palivu dodávaném do palivových Článků se adsorbuje na platinuobsahující katalytické vrstvy vytvořené na elektrolytové membráně a interferuje tak s průběhem elektrochemických reakcí. V systémech palivových článků, které byly popsány výše, je uspořádána jednotka redukce CO, která je zařazena za reformační jednotkou s cílem snížit koncentraci oxidu uhelnatého obsaženého v plynném palivu dodávaném do palivových článků,
Použití Cu-Zn-katalyzátoru pro urychlení oxidační reakce methanolu a parní reformační reakce methanolu a produkce plynného paliva majícího nízkou koncentraci oxidu uhelnatého v reformační jednotce výhodně snižuje zatížení uvedené následně zařazené jednotky redukce CO (tj. snižuje množství oxidu uhelnatého, které má být oxidováno v jednotce redukce CO). Toto uspořádání umožňuje, že plynné palivo má dostatečně nízkou koncentraci oxidu uhelnatého k tomu, aby mohlo být dodáváno do palivových článků, i v případě, kdy je použita malá jednotka redukce CO. Tato jednotka redukce CO může být dokonce vypuštěna v případě, kdy plynné palivo produkované v reformační jednotce má dostatečně nízkou koncentraci oxidu uhelnatého. Použití Cu-Zn-katalyzátoru pro urychlení jak parní reformační reakce methanolu, tak i oxidační reakce methanolu snižuje koncentraci oxidu uhelnatého obsaženého v plynném palivu produkovaném v reformační jednotce a tím zajišťuje zmenšení rozměrů celého systému palivových článků včetně v něm zařazené reformační jednotky.
Cu-Zn-katalyzátor použitý v rámci výše uvedených provedení se připraví z oxidu měďnatého (CuO) a oxidu zinečnatého ZnO).
Při procesu společného vysrážení těchto materiálů může být přidána i další látka. Tak například pro procesu společného vysrážení oxidu měďnatého a oxidu zinečnatého z cílem připravit CuZn-katalyzátor mohou být přidány 2 až 5 % aluminy. Toto složení zlepšuje tepelnou odolnost Cu-Zn-katalyzátoru a zlepšuje dispergování mědi a oxidu zinečnatého v katalyzátoru.
V rámci výše uvedených provedení reformační jednotky podle vynálezu je Cu-Zn-katalyzátor, který se připraví z oxidu měďnatého a oxidu zinečnatého, použit jako katalyzátor pro urychlení jak parní reformační reakce methanolu, tak i oxidační reakce methanolu.
Alternativně mohou být pro urychlení parní reformační reakce methanolu a oxidační reakce methanolu a tedy k produkci plynného paliva majícího nízkou koncentraci oxidu uhelnatého použity různé med*—obsahující katalyzátory jiné než uvedený Cu-Zn-katalyzátor. Tak například katalyzátor pro urychlení obou uvedených reakcí může být získán z kombinace oxidu měďnatého a oxidu chromitého (Cr2O3), z kombinace oxidu měďnatého a oxidu křemičitého (SiO2) nebo z kombinace oxidu měďnatého a oxidu jiného kovu.
Takové měďobsahující katalyzátory mohou být připraveny libovolnými postupy vhodnými pro dané materiály, například impregnační metodou, hnětením a iontoměničovou metodou, jakož i výše popsanou metodou společného vysrážení.
- 12 CZ 302007 B6
Vynález není omezen na výše popsaná provedení reformační jednotky podle vynálezu, nýbrž zde existují mnohé další modifikace, změny a obměny popsaných provedení, které nevybočují z rozsahu vynálezu definovaného hlavními znaky vynálezu.
Průmyslová využitelnost
Jak již bylo uvedeno výše, lze zařízení pro reformování paliva podle vynálezu využít v oblasti výroby a prodeje palivových článků, jakož i v oblasti a prodeji elektrických vozidel, jakými jsou vozidla s obsahující palivové články.

Claims (4)

1. Zařízení pro reformování paliva, vyznačené tím, že obsahuje:
katalytickou sekci (181);
dvě jednotky (39, 64) pro dodávku plynů do katalytické sekce (181);
jednotku (65) pro výstup plynného paliva z katalytické sekce (181); a rozprašovací/odpařovací jednotku (187) uzpůsobenou pro rozprašování a odpařování kapaliny v oblasti na straně katalytické sekce přijímající dodávku plynů z jednotek (39, 64) pro dodávku plynů.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že katalyzátorem v katalytické sekci (181) je jediný měď-obsahující katalyzátor pro urychlení parní reformační reakce a oxidační reakce probíhající v katalytické sekci (181).
3. Způsob výroby vodíkem obohaceného plynného paliva prováděný v zařízení pro reformování paliva podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že se provede parní reformační reakce, která je endotermní a produkuje vodík ze surového plynu obsahujícího uhlovodík a páru a dodávaného jednotkou (64) pro dodávku plynů, a oxidační reakce, která je exotermní a oxiduje uhlovodík oxidačním plynem dodávaným jednotkou (39) pro dodávku oxidačního plynu, přičemž teplo generované oxidační reakcí se používá pro průběh parní reformační reakce a rozprašovací/odpařovací jednotka (187) rozprašuje a odpařuje kapalinu, obsahující alespoň jednu látku ze souboru sestávajícího z uhlovodíku a vody, v oblasti na straně katalytické sekce (181) přijímající dodávku surového plynu a dodávku oxidačního plynu k ochlazení této oblasti.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že uhlovodíkem je methanol.
CZ20010082A 1998-07-08 1999-07-02 Zarízení pro reformování paliva a zpusob výroby vodíkem obohaceného plynného paliva provádený v tomto zarízení CZ302007B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21035498A JP4305973B2 (ja) 1997-07-23 1998-07-08 燃料改質装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ200182A3 CZ200182A3 (en) 2001-06-13
CZ302007B6 true CZ302007B6 (cs) 2010-09-01

Family

ID=16588010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20010082A CZ302007B6 (cs) 1998-07-08 1999-07-02 Zarízení pro reformování paliva a zpusob výroby vodíkem obohaceného plynného paliva provádený v tomto zarízení

Country Status (13)

Country Link
US (1) US6887286B1 (cs)
EP (1) EP1103518B1 (cs)
KR (1) KR100388161B1 (cs)
CN (2) CN1127449C (cs)
AT (1) ATE500196T1 (cs)
BR (1) BR9911883B1 (cs)
CA (1) CA2336545C (cs)
CZ (1) CZ302007B6 (cs)
DE (1) DE69943241D1 (cs)
ES (1) ES2359884T3 (cs)
PL (1) PL190848B1 (cs)
RU (1) RU2199382C2 (cs)
WO (1) WO2000002812A1 (cs)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6569553B1 (en) * 2000-08-28 2003-05-27 Motorola, Inc. Fuel processor with integrated fuel cell utilizing ceramic technology
US7192458B1 (en) * 2001-03-22 2007-03-20 Hyradix Incorporated Process, control system and apparatus for the distribution of air in a fuel cell/fuel processor system
GB0125321D0 (en) * 2001-10-22 2001-12-12 Lattice Intellectual Property Catalyst surfaces
DE10159735A1 (de) * 2001-12-05 2004-02-05 Daimlerchrysler Ag Reaktor zur autothermen Reformierung von Kohlenwasserstoffen
DE10213792A1 (de) * 2002-03-27 2003-10-23 Bosch Gmbh Robert Reformierungseinrichtung für eine Brennstoffstelle
JP2004018363A (ja) * 2002-06-20 2004-01-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質装置
US7192460B2 (en) * 2003-02-28 2007-03-20 Modine Manufacturing Company Reformate cooling system and method for use in a fuel processing subsystem
US7438987B2 (en) * 2003-05-15 2008-10-21 Lawrence Livermore National Security, Llc Carbon fuel particles used in direct carbon conversion fuel cells
DE10329162A1 (de) 2003-06-27 2005-01-13 Alstom Technology Ltd Katalytischer Reaktor und zugehöriges Betriebsverfahren
KR100542217B1 (ko) * 2004-06-07 2006-01-12 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
KR100551036B1 (ko) * 2004-06-30 2006-02-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
WO2006003705A1 (ja) * 2004-07-02 2006-01-12 Tajiri, Yasuo 液体燃料改質装置
KR101155910B1 (ko) * 2005-03-16 2012-06-20 삼성에스디아이 주식회사 개질 기능을 갖는 스택 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
JP4462082B2 (ja) * 2005-03-22 2010-05-12 トヨタ自動車株式会社 燃料改質装置
MY161064A (en) * 2005-06-13 2017-04-14 Osaka Gas Co Ltd Method and apparatus for producing hydrogen-containing gas
DE102005044926B3 (de) * 2005-09-20 2007-01-25 Eads Deutschland Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffgas durch Dehydrogenierung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen
JP5194373B2 (ja) * 2006-03-27 2013-05-08 トヨタ自動車株式会社 改質装置
DE102006047493B4 (de) * 2006-10-05 2010-01-07 Ws Reformer Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Erzeugung von Strom und Wärme aus flüssigen und gasförmigen Brennstoffen
WO2008108069A1 (ja) * 2007-03-01 2008-09-12 Panasonic Corporation 水素生成装置およびその運転方法、並びに燃料電池システム
KR101292737B1 (ko) * 2007-11-02 2013-08-05 에스케이이노베이션 주식회사 수증기 개질반응을 이용한 수소발생장치
JP5018550B2 (ja) * 2008-02-27 2012-09-05 トヨタ自動車株式会社 燃料改質装置
JP2010132482A (ja) * 2008-12-03 2010-06-17 Ngk Insulators Ltd リアクタ
GB0822544D0 (en) * 2008-12-11 2009-01-14 Compactgtl Plc Chemical reactor operation
US8288187B2 (en) * 2010-01-20 2012-10-16 Universal Display Corporation Electroluminescent devices for lighting applications
US9120985B2 (en) 2010-05-26 2015-09-01 Exxonmobil Research And Engineering Company Corrosion resistant gasifier components
TWI412172B (zh) * 2010-11-05 2013-10-11 Ind Tech Res Inst 燃料重組裝置及其方法
WO2012147317A1 (ja) * 2011-04-26 2012-11-01 パナソニック株式会社 水素生成装置、燃料電池システム、及びその運転方法
JP5692376B2 (ja) * 2011-06-17 2015-04-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
WO2016028630A1 (en) * 2014-08-19 2016-02-25 WATT Fuel Cell Corp Multi-reformable fuel delivery systems and methods for fuel cells
KR101992468B1 (ko) 2014-10-06 2019-06-25 현대중공업 주식회사 연료개질장치 및 그를 포함하는 합성가스 제조 시스템
CN105070929B (zh) * 2015-08-06 2017-08-25 广东合即得能源科技有限公司 一种甲醇水重整制氢发电机
KR102439812B1 (ko) * 2017-09-01 2022-09-02 엘지전자 주식회사 연료 개질 장치
RU2690469C1 (ru) * 2018-10-08 2019-06-03 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Устройство для извлечения диоксида углерода из газовых смесей
CN111346590B (zh) * 2020-03-31 2021-10-08 上海岚泽能源科技有限公司 整体型反应器
RU2742851C1 (ru) * 2020-09-22 2021-02-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Способ удаления кислорода из жидкого топлива

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2201125A1 (en) * 1972-10-04 1974-04-26 Bogossian Antoine Hot catalytic bed reactor - with precisely controlled even temperature throughout all parts of the bed
US3946104A (en) * 1973-01-13 1976-03-23 Friedrich Uhde Gmbh Method of producing an homogeneous gas mixture
EP0028023A1 (en) * 1979-10-26 1981-05-06 Phillips Petroleum Company Apparatus and method for controlling the reactor temperature profile and the reactants feed stream
WO1996019424A1 (en) * 1994-12-22 1996-06-27 Den Norske Stats Oljeselskap A.S A reactor for catalytic dehydrogenation of hydrocarbons with selective oxidation of hydrogen
EP0798798A2 (en) * 1996-03-26 1997-10-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of and apparatus for refroming fuel and fuel cell system with fuel-reforming apparatus incorporated therein

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL51237A (en) 1976-01-19 1979-11-30 Uop Inc Hydrocarbon conversion with gravity-flowing catalyst particles
DE3272205D1 (en) 1981-12-21 1986-08-28 Ici Plc Process for steam reforming a hydrocarbon feedstock and catalyst therefor
DK163294C (da) * 1982-09-30 1992-07-13 Engelhard Corp Fremgangsmaade til fremstilling af en hydrogenrig gas ved autotermal reformering
US4650651A (en) 1983-06-09 1987-03-17 Union Carbide Corporation Integrated process and apparatus for the primary and secondary catalytic steam reforming of hydrocarbons
FR2560866B1 (fr) 1984-03-09 1988-05-20 Inst Francais Du Petrole Nouveau procede de fabrication de gaz de synthese par oxydation indirecte d'hydrocarbures
GB8521953D0 (en) 1985-09-04 1985-10-09 Johnson Matthey Plc Catalytic hydrogen generator
JPH0752649B2 (ja) 1988-01-12 1995-06-05 川崎重工業株式会社 燃料電池用燃料改質方法
JPH0733242B2 (ja) 1988-12-15 1995-04-12 川崎重工業株式会社 燃料電池用燃料改質方法
US5567398A (en) * 1990-04-03 1996-10-22 The Standard Oil Company Endothermic reaction apparatus and method
JP2631244B2 (ja) 1990-10-19 1997-07-16 川崎重工業株式会社 燃料電池用水素製造方法及び装置
US5411927A (en) 1992-08-14 1995-05-02 Council Of Scientific & Industrial Research Process of preparing composite catalysts for production of synthesis gas by oxidative conversion of methane or natural gas
NL9300833A (nl) * 1993-05-13 1994-12-01 Gastec Nv Werkwijze voor de produktie van waterstof/koolmonoxide mengsels of waterstof uit methaan.
JP4000607B2 (ja) * 1996-09-06 2007-10-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の発電装置およびその方法
JPH10101302A (ja) * 1996-09-24 1998-04-21 Toyota Motor Corp 一酸化炭素濃度低減装置および一酸化炭素濃度低減方法
US6641625B1 (en) * 1999-05-03 2003-11-04 Nuvera Fuel Cells, Inc. Integrated hydrocarbon reforming system and controls

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2201125A1 (en) * 1972-10-04 1974-04-26 Bogossian Antoine Hot catalytic bed reactor - with precisely controlled even temperature throughout all parts of the bed
US3946104A (en) * 1973-01-13 1976-03-23 Friedrich Uhde Gmbh Method of producing an homogeneous gas mixture
EP0028023A1 (en) * 1979-10-26 1981-05-06 Phillips Petroleum Company Apparatus and method for controlling the reactor temperature profile and the reactants feed stream
WO1996019424A1 (en) * 1994-12-22 1996-06-27 Den Norske Stats Oljeselskap A.S A reactor for catalytic dehydrogenation of hydrocarbons with selective oxidation of hydrogen
EP0798798A2 (en) * 1996-03-26 1997-10-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of and apparatus for refroming fuel and fuel cell system with fuel-reforming apparatus incorporated therein
JPH09315801A (ja) * 1996-03-26 1997-12-09 Toyota Motor Corp 燃料改質方法と燃料改質装置ならびに該燃料改質装置を備えた燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
US6887286B1 (en) 2005-05-03
KR100388161B1 (ko) 2003-06-25
CN1228875C (zh) 2005-11-23
PL345402A1 (en) 2001-12-17
CA2336545A1 (en) 2000-01-20
CN1430301A (zh) 2003-07-16
ATE500196T1 (de) 2011-03-15
CN1308588A (zh) 2001-08-15
BR9911883B1 (pt) 2009-01-13
RU2199382C2 (ru) 2003-02-27
PL190848B1 (pl) 2006-02-28
KR20010083098A (ko) 2001-08-31
BR9911883A (pt) 2001-03-27
EP1103518A1 (en) 2001-05-30
DE69943241D1 (de) 2011-04-14
EP1103518B1 (en) 2011-03-02
WO2000002812A1 (en) 2000-01-20
CZ200182A3 (en) 2001-06-13
CN1127449C (zh) 2003-11-12
EP1103518A4 (en) 2005-06-22
ES2359884T3 (es) 2011-05-27
CA2336545C (en) 2007-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ302007B6 (cs) Zarízení pro reformování paliva a zpusob výroby vodíkem obohaceného plynného paliva provádený v tomto zarízení
US6730271B2 (en) Fuel-cell system with autothermal fuel-reforming apparatus incorporating input air regulation
EP0798798B1 (en) Method of and apparatus for reforming fuel and fuel cell system with fuel-reforming apparatus incorporated therein
JP4830197B2 (ja) 燃料改質装置
US6630260B2 (en) Water vapor transfer device for a fuel cell power plant
JP3870455B2 (ja) 一酸化炭素濃度低減装置およびその方法並びに燃料電池発電装置
US8158289B2 (en) Integrated high temperature PEM fuel cell system
JP3658866B2 (ja) 燃料電池発電装置
JPH10101302A (ja) 一酸化炭素濃度低減装置および一酸化炭素濃度低減方法
JPH1192102A (ja) 燃料改質装置
JPH11102719A (ja) 一酸化炭素濃度低減装置および一酸化炭素濃度低減方法並びに一酸化炭素選択酸化触媒
JP4065235B2 (ja) 燃料電池改質器用の水蒸気転移装置
JP2001223016A (ja) 燃料電池システムで燃焼器を作動させるための方法
JP2001243968A (ja) 燃料電池システム内の燃料プロセッサを効率的に加熱するための制御装置及び方法
CN100483825C (zh) 转换反应器、使用其的燃料电池系统及该反应器运行方法
JPH10297903A (ja) 燃料改質装置
US20030086866A1 (en) Compact combined shift and selective methanation reactor for co control
CA2198333C (en) Method of and apparatus for reforming fuel and fuel cell system with fuel-reforming apparatus incorporated therein
JP2005203229A (ja) 燃料電池システム
JP2004189504A (ja) 燃料改質システム及びこれを用いた燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20140702