DE102006039933A1 - Reformer zum Umsetzen von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat - Google Patents

Reformer zum Umsetzen von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat Download PDF

Info

Publication number
DE102006039933A1
DE102006039933A1 DE102006039933A DE102006039933A DE102006039933A1 DE 102006039933 A1 DE102006039933 A1 DE 102006039933A1 DE 102006039933 A DE102006039933 A DE 102006039933A DE 102006039933 A DE102006039933 A DE 102006039933A DE 102006039933 A1 DE102006039933 A1 DE 102006039933A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zone
fuel
gas
reformer
reforming
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
DE102006039933A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Kah
Johannes EICHSTÄDT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Enerday GmbH
Original Assignee
Enerday GmbH
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
Application filed by Enerday GmbH filed Critical Enerday GmbH
Priority to DE102006039933A priority Critical patent/DE102006039933A1/de
Priority to CNA2007800314986A priority patent/CN101588861A/zh
Priority to EP07785602A priority patent/EP2054147A1/de
Priority to EA200970218A priority patent/EA200970218A1/ru
Priority to CA002660675A priority patent/CA2660675A1/en
Priority to JP2009524893A priority patent/JP2010501452A/ja
Priority to US12/377,451 priority patent/US20110058996A1/en
Priority to AU2007287913A priority patent/AU2007287913A1/en
Priority to PCT/DE2007/001204 priority patent/WO2008022610A1/de
Publication of DE102006039933A1 publication Critical patent/DE102006039933A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J12/007—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • 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
    • 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
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00159—Controlling the temperature controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • 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
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation 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
    • C01B2203/08—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
    • C01B2203/0838—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
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1276—Mixing of 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
    • C01B2203/142—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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reformer zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat, mit einer Reformierungszone (12), in die Brennstoff und, aus einer vorgeschalteten Oxidationszone, ein Gemisch aus Oxidationsmittel und wenigstens teilweise oxidiertem Brennstoff zur katalytischen Umsetzung zu dem Reformat zuführbar ist. Um die Effizienz der Reformierung zu steigern, wird vorgeschlagen, dass die Reformierungszone (12) eine in Gasstromrichtung erste (32) und eine in Gasstromrichtung zweite (48) katalytische Reaktionszone aufweist, die getrennt voneinander angeordnet sind und denen eine nicht katalytisch aktive Homogenisierungszone (44) zur Homogenisierung von aus der ersten Reaktionszone (32) austretenden Gaskomponenten zwischengeschaltet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird erreicht, dass nach einer ersten Teilreformierung eine Homogenisierung des Gases erfolgt, die eine effizientere zweite Teilreformierung gestattet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Reformer zum Umsetzen von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat, mit einer Reformierungszone, in die Brennstoff und, aus einer vorgeschalteten Oxidationszone, ein Gemisch aus Oxidationsmittel und wenigstens teilweise oxidiertem Brennstoff zur katalytischen Umsetzung zu dem Reformat zuführbar ist.
  • Die Erfindung bezieht sich weiter auf einen Reformer zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat, mit einer Reformierungszone, in die Brennstoff und, aus einer vorgeschalteten Oxidationszone, ein Gemisch aus Oxidationsmittel und wenigstens teilweise oxidiertem Brennstoff zur katalytischen Umsetzung zu dem Reformat zuführbar ist, wobei der Brennstoff und das Gemisch über eine gemeinsame, der Reformierungszone vorgeschaltete Zuführeinrichtung der Reformierungszone zuführbar sind.
  • Die DE 103 95 205 A1 offenbart einen Reformer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Derartige Reformer haben zahlreiche Anwendungsgebiete. Insbesondere dienen sie dazu, einer Brennstoffzelle ein wasserstoffreiches Gasgemisch zuzuführen, aus dem dann auf der Grundlage elektrochemischer Vorgänge elektrische Energie erzeugt werden kann. Derartige Brennstoffzellen kommen beispielsweise bei der Kraft-Wärmekopplung und im Kraftfahrzeugbereich als Zusatzenergiequellen, so genannte APUs ("Auxilliary Power Unit"), zum Einsatz.
  • In dem Reformer wird Brennstoff, der insbesondere als kohlenwasserstoffhaltiges Gas vorliegt oder aus flüssigem oder festem Ausgangsmaterial zu solchem aufbereitet wird, im Rahmen einer partiellen, katalytischen Oxidation in einer endothermen Reaktion zerlegt, wobei insbesondere die Gewinnung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die gemeinsam als "Synthesegas" bezeichnet werden, angestrebt wird. Insbesondere ist es bekannt, zur Bereitstellung der für die endotherme Reaktion erforderlichen Wärme Energie aus einer vorgeschalteten, exothermen Oxidation von Brennstoff zu nutzen. Aus einer vorgeschalteten Oxidationszone, in der Brennstoff mit Oxidationsmittel wenigstens teilweise oxidiert wird, wird heißes Verbrennungsabgas, das noch unverbrauchtes Oxidationsmittel, z.B. Sauerstoff, enthält, zu sammen mit frischem Brennstoff in die Reformierungszone eingespeist, wo die katalytische Erzeugung von Synthesegas erfolgt.
  • Nachteilig bei dem bekannten Reformer ist die zum Teil unvollständige Umsetzung in Synthesegas, insbesondere bei Verwendung bauraumgünstiger Reformer. Durch Verwendung großer Reformierungszonen lässt sich zwar die Umsetzungseffizienz steigern; insbesondere im Kraftfahrzeugbereich ist der erhöhte Platzbedarf jedoch unerwünscht.
  • Aus der DE 102 30 149 A1 ist ein Reformer bekannt, dessen Reformierungszone weitgehend von einem porösen Material ausgefüllt ist. An den inneren Oberflächen des porösen Materials findet eine verstärkte katalytische Reaktion statt. Zudem wird die Gasstromgeschwindigkeit in der Reformierungszone reduziert. Auf diese Weise kann eine Effizienzsteigerung der Reformierung erzielt werden, wobei jedoch weiterer Verbesserungsbedarf besteht.
  • Aus der DE 199 47 312 A1 ist ein Reformer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 bekannt. Dabei werden der Brennstoff und das Verbrennungsabgas aus der Oxidationszone, d.h. das Brennstoff-/Oxidationsmittelgemisch zunächst in einer der Reformierungszone vorgeschalteten Zuführvorrichtung gemischt und gemeinsam in die Reformierungszone eingespritzt. Hierdurch ergibt sich eine Verbesserung der Homogenität des umzusetzenden Gases, was zu einer Steigerung der Effizienz der Reformierung führt.
  • Nachteilig bei der bekannten, gemeinsamen Zuführvorrichtung ist jedoch die technische Komplexität der hierfür erforderlichen Einspritzvorrichtung. Diese erfordert eine komplizierte Mechanik und Steuerungselektronik, was zu unerwünschter Kostensteigerung führt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reformer zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat zur Verfügung zu stellen, bei dem die genannten Probleme zumindest teilweise überwunden werden und bei dem insbesondere unter Vermeidung von Bauraum- und Kostennachteilen eine Effizienzsteigerung der Reformierung erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung baut auf einem Reformer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch auf, dass die Reformierungszone eine in Gasstromrichtung erste und eine in Gasstromrichtung zweite katalytische Reaktionszone aufweist, die getrennt voneinander angeordnet sind und denen eine nicht katalytisch aktive Homogenisierungszone zur Homogenisierung von aus der ersten Reaktionszone austretenden Gaskomponenten zwischengeschaltet ist.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine mangelnde Effizienz der Reformierung wenigstens teilweise durch mangelnde Homogenität der Gase in der Reformierungs zone zugrunde liegt. Dies kann selbst bei sehr guter Homogenität des in die Reformierungszone eingeleiteten Ausgangsgemischs geschehen, da der Reformierungsprozess in der Reformierungszone selbst räumlich ungleichmäßig ablaufen und somit zur Entstehung von Inhomogenitäten innerhalb der Reformierungszone führen kann. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, die Reformierung in einer ersten Reaktionszone zunächst teilweise ablaufen zu lassen und die hierbei entstehenden Gaskomponenten, d.h. insbesondere Synthesegas und noch nicht reformierter Brennstoff sowie Brennstoff/Oxidationsmittelgemisch im Anschluss zu homogenisieren, um dieses homogenisierte Gasgemisch in einer zweiten Reaktionszone der endgültigen Reformierung zuzuführen.
  • Vorteilhalfterweise ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Reaktionszonen, vorzugsweise jedoch beide, von einem katalytisch aktivierten Monolithen weitgehend ausgefüllt sind. Die Vorteile der Ausgestaltung einer Reaktionszone in der Reformierungszone als katalytisch aktivierten Monolithen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie bestehen insbesondere in der Vergrößerung der katalytisch aktiven Oberfläche in der Reaktionszone. Durch Anordnung zweier solcher Porenkörper in Gasstromrichtung hintereinander und unter Zwischenschaltung einer Zone ohne Porenkörper lässt sich die vorliegende Erfindung besonders günstig realisieren, da in den Porenkörpern und der zwischengeschalteten Homogenisierungszone naturgemäß vollkommen unterschiedliche Strömungsverhältnisse herrschen und in der Homogenisierungszone eine effiziente Durchmischung der in der ersten Reaktionszone entstehenden Gaskomponenten erfolgt.
  • Zur weiteren Effizienzsteigerung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die inneren Oberflächen des bzw. der Porenkörper mit katalytisch aktivem Material beschichtet sind. Dies unterstützt die erwünschte Umsetzung der Ausgangsgase und Erzeugung des Synthesegases.
  • Wie erwähnt, dient die porenkörperfreie Homogenisierungszone einer Durchmischung der aus der ersten Reaktionszone austretenden Gaskomponenten. Diese Durchmischung wird im Vergleich zur Homogenisierung vor Einleitung in die erste Reaktionszone durch die größeren Diffusionskoeffizienten der Synthesegaskomponenten, d.h. von Wasserstoff und Kohlenmonoxid, im Vergleich zu dem kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff unterstützt. Zur weiteren Verbesserung der Durchmischung in der Homogenisierungszone ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Homogenisierungszone ein oder mehrere Gasleitelemente zur Erzeugung von Turbulenzen aufweist. Hierzu sind grundsätzlich jegliche Gasleitelemente geeignet, die aus der Strömungstechnik für die Erzeugung von Turbulenzen bekannt sind.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn als Gasleitelement eine Ringblende vorgesehen ist. Zum einen ist eine Ringblende technisch leicht und kostengünstig realisierbar. Zum anderen führt die Ringblende zusätzlich zur verbesserten Durchmischung zu einer Beschleunigung des Gasstroms, so dass die Einleitung in die zweite Reaktionszone verbessert wird.
  • Die Erfindung baut auf dem Reformer gemäß Oberbegriff von Anspruch 6 dadurch auf, dass die Zuführeinrichtung als ringförmige, mit ihrer Ausgangsstirnseite mit der Reformierungszone gekoppelte Mischkammer ausgebildet ist, der über Durchbrüche in ihrer Eingangsstirnseite Brennstoff oder Gemisch und über Durchbrüche in ihrer Mantelfläche Gemisch oder Brennstoff zuführbar ist.
  • Diese spezielle Ausgestaltung der gemeinsamen Zuführeinrichtung für Brennstoff und Brennstoff/Oxidationsmittelgemisch ist technisch besonders einfach ausführbar und daher sowohl im Hinblick auf die entstehenden Kosten als auch den benötigten Bauraum besonders vorteilhaft. Insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen die Reformierungszone von gegenläufig strömendem, heißem Verbrennungsgas umströmt wird, ist die Einleitung des Gemisches über die Durchbrüche in der Mantelfläche der Mischkammer vorteilhaft. In diesem Fall kann die Einleitung frischen Brennstoffs über Durchbrüche in der Eingangsstirnseite erfolgen. Die Durchmischung in der Mischzone ist besonders effektiv, da hier zwei Gasströme im Wesentlichen senkrecht aufeinander treffen. Der über die Durchbrüche in der Eingangsstirnseite eingeleitete Gasstrom hat eine im Wesentlichen axiale Ausrichtung, während der über die Durchbrüche in der Mantelfläche eingeleitete Gasstrom im Wesentlichen radial nach innen gerichtet ist. Durch die ringförmige Ausgestaltung der Mischzone wird zudem sichergestellt, dass jeder azimutale Mischzonenabschnitt relativ klein ausfällt, was einer effizienten Mischung zugute kommt. Bei einer rein hohlzylindrisch ausgestalteten Mischzone könnte sich ein starker Konzentrationsgradient zwischen achsnahen und achsfernen Bereichen der Mischzone einstellen.
  • Günstigerweise ist vorgesehen, dass sich der lichte Querschnitt der Mischzone von der Eingangsstirnseite zur Ausgangsstirnseite hin verringert. Mit anderen Worten kann die Mischzone als Ringdüse ausgestaltet sein. Hierdurch wird die Gasstromgeschwindigkeit zum Ausgang der Mischzone hin erhöht, so dass eine weitere Effizienzsteigerung der Durchmischung erreicht und zudem eine bessere Zuführung in die Reformierungszone gewährleistet wird.
  • Da durch Mischung von frischem Brennstoff mit dem Oxidationsmittel ein zündfähiges Gas entsteht, besteht grundsätzlich die Gefahr der Selbstzündung in der Mischkammer, was zu unerwünschter Rußbildung führen kann. Günstigerweise ist daher vorgesehen, dass die Mischkammer insgesamt nur ein sehr geringes Volumen, insbesondere eine nur geringe axiale Ausdehnung hat, so dass die Verweilzeiten der Gaskomponenten in der Mischkammer im Bereich einiger Millisekunden liegen, was in etwa typischen Reaktionszeiten für hier relevante Oxidationsreaktionen entspricht. Durch Berücksichtigung einfacher physikalischer Gesetzmäßigkeiten kann der Fachmann eine geeignete Abstimmung der Mischkammerlänge auf die auftretenden Gasstromgeschwindigkeiten vornehmen.
  • Bevorzugt wird der zuletzt beschriebene Erfindungsaspekt einer ringförmigen Mischkammer kombiniert mit dem zuvor beschriebenen Erfindungsaspekt einer durch eine Homogenisierungszone in zwei Reaktionszonen aufgeteilten Reformierungszone eingesetzt. Dabei sind insbesondere auch die be schriebenen, vorteilhaften Ausführungsformen und Weiterbildungen der einzelnen Erfindungsaspekte frei kombinierbar, wobei sich aus der Kombination eine besondere Effizienzsteigerung und damit eine besonders günstige Lösung der genannten Aufgabe ergibt.
  • Die Erfindung wird nun in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
  • Dabei zeigt:
  • 1 eine Schnittdarstellung entlang der Längsachse eines erfindungsgemäßen Reformersystems;
  • 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch einen Mischkammer-Zentralkörper des Reformers in dem System von 1 und
  • 3 eine Draufsicht auf den Mischkammer-Zentralkörper von 2.
  • 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Reformersystem 10. Das Reformersystem 10 besteht aus dem eigentlichen Reformer 12, einer ihm vorgeschalteten Mischkammer 14 und einer ihn umgebenden Verbrennungsabgasleitung 16. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Reformer 12 mit seiner vorgeschalteten Mischkammer 14 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei eine von einem ersten Zylindermantel 18 umschlossene Baugruppe den Reformer 12 und die vorgeschaltete Mischkammer 14 umfasst. Der erste Zylindermantel 18 ist koaxial in einem zweiten Zylindermantel 20 größeren Durchmessers angeordnet. Der Zwischenraum 16 zwischen den Zylindermänteln 18 und 20 ist mit dem Auslass einer nicht dargestellten Oxidationszone verbunden und leitet aus der Oxidationszone strömendes Verbrennungsabgas. Durch die Umströmung des Reformers 12 mit dem heißen Verbrennungsabgas kommt es zu einem Wärmeaustausch zwischen dem Verbrennungsabgas und dem Reformer 12, so dass die thermische Energie des Verbrennungsabgases zur Unterstützung der endothermen, katalytischen Reformierung genutzt werden kann.
  • An ihrer Stirnseite 22 ist die Verbrennungsabgasleitung 16 im Wesentlichen gasdicht verschlossen. In der Nähe des Stirnseitenabschlusses 22 liegt die Mischkammer 14. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht sie aus einem Abschnitt des ersten Zylindermantels 18 und einem in 2 detaillierter dargestellten Mischkammer-Zentralkörper 24. Der Mischkammer-Zentralkörper 24 umfasst eine als Eingangsstirnfläche dienende Abschlussplatte 26, die den Zylinder 18 stirnseitig abschließt und die Eingangsstirnseite der Mischkammer 14 bildet. In einem inneren Bereich weist die Stirnfläche 26, wie in 3 erkennbar, Durchbrüche 28 auf, die bei der gezeigten Ausführungsform als Bohrungen, bei anderen Ausführungsformen beispielsweise als Schlitze ausgeführt sind. An die Abschlussplatte 26 schließt sich ein kegelstumpf- oder hohlkegelstumpfartig ausgebildeter Kegelkörper 30 an, dessen Basis den inneren Bereich der Ausgangsstirnseite der Mischkammer 14 bildet und mit der Eingangsfläche einer ersten Reaktionskammer 32 des Reformer 12 gekoppelt ist. Der Durchmesser der Basis des Kegelkör pers 30 ist geringer als der Durchmesser des ersten Zylindermantels 18 und somit geringer als der Durchmesser der Mischkammer 14. Aus Abschlussplatte 26, Kegelkörper 30 und Zylindermantel 18 wird somit eine ringförmige Mischkammer 14 mit sich zu ihrem Ausgang hin verringerndem lichten Querschnitt gebildet. Im Bereich des Kegelkörpers 30 weist der Zylindermantel 18 einen oder mehrere Durchbrüche 34 auf, über die die Mischkammer 14 mit der Verbrennungsabgasleitung 16 in gasaustauschendem Kontakt steht. Der Gasaustausch ist nur in Richtung der Verdampferkammer möglich.
  • Der die Durchbrüche 28 aufweisende Innenbereich der Abschlussplatte 26 wird von einem Deckelelement 36 so gegen die Verbrennungsabgasleitung 16 abgedichtet, dass vor der Abschlussplatte 26 eine kurze Gasverteilkammer 38 entsteht. Das Volumen der Gasverteilungskammer 38 wird bei der gezeigten Ausführungsform ohne Vergrößerung der Baulänge durch eine kreisförmig Ausnehmung 40 im Innenbereich der Abschlussplatte 26 vergrößert, wobei die Durchbrüche 28 im Bereich der kreisförmigen Ausnehmung 40, jedoch außerhalb des Kegelkörpers 30 liegen.
  • Das Deckelelement 38 ist gasdicht mit einer Brennstoffzuführleitung 42 verbunden, über die gasförmiger, frischer Brennstoff in die Gasverteilkammer 38 und dann über die Durchbrüche 28 in die Mischkammer 40 eingeleitet werden kann. Bei Betrieb wird gleichzeitig über die Durchbrüche 34 Verbrennungsabgas in die Mischkammer 14 eingeleitet und dort mit dem frischen Brennstoff vermischt. Durch die Querschnittsverkleinerung, die von dem Kegelkörper 30 bewirkt wird, kommt es zu einer Beschleunigung des Gasstromes durch die Mischkammer 14 hindurch in die erste Reaktionszone des Reformers 12. Hier findet eine wenigstens teilweise Umsetzung der aus der Mischkammer 14 zugeführten Gaskomponenten zu Synthesegas statt. Zur Effizienzsteigerung der Umsetzung ist bei der gezeigten Ausführungsform die erste Reaktionszone 32 mit einem Porenkörper vollständig ausgefüllt, dessen innere Oberflächen mit katalytischem Material belegt sind, an dem die Synthesegaserzeugung stattfindet. Stromabwärts der ersten Reaktionszone 32 ist eine Homogenisierungszone 44 vorgesehen. Diese ist im Wesentlichen ein Freiraum, der insbesondere nicht von einem Porenkörper ausgefüllt ist. In dieser Homogenisierungszone 44 erfolgt eine Vermischung sämtlicher aus der ersten Reaktionszone 32 austretenden Gaskomponenten. Die Homogenisierung des Gases wird weiter verbessert durch die Anordnung einer koaxial positionierten Ringblende 46 in der Homogenisierungszone 44. Hierdurch wird eine turbulente Verwirbelung und Gasstrombeschleunigung auf eine sich an die Homogenisierungszone 44 anschließende zweite Reaktionszone 48 hin realisiert. In der zweiten Reaktionszone 48, die bei der gezeigten Ausführungsform ebenfalls von einem Porenkörper mit katalytischer Oberflächenbelegung erfüllt ist, erfolgt die abschließende Umsetzung der Gaskomponenten in das erwünschte Synthesegas. Bei der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich die zweite Reaktionszone 48 über einen axial längeren Bereich als die erste Reaktionszone 32.
  • Der Ausgang der zweiten Reaktionszone 48 ist in 1 nicht dargestellt. An ihn werden sich bei vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung Ableitungen zum Abschöpfen des entstehenden Synthesegases, insbesondere zur Zuführung des Synthesegases zu einer nachgeordneten Brennstoffzelle, befinden.
  • Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann sind im Rahmen der hier offenbarten Lehre vielfältige Variationsmöglichkeiten anhand gegeben. Insbesondere wird er die absolute und relative Dimensionierung der einzelnen Elemente der Erfindung und deren Materialwahl an die Erfordernisse der konkreten Anwendung anzupassen haben. Auch bei der Wahl des Brennstoffs kann der Fachmann auf verschiedene Varianten zurückgreifen, darunter beispielsweise Erdgas, Flüssiggas, Methan, etc. Selbstverständlich kann der Fachmann ein oder mehrere Installationsports zur Anbringung von Messelementen, wie beispielsweise Lambda-Sonden oder Temperaturmesselementen, vorsehen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist ein solcher Port in der Abschlussplatte 22 vorgesehen und mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
    • 10
    Reformersystem
    12
    Reformer
    14
    Mischkammer
    16
    Verbrennungsabgasleitung
    18
    erster Zylindermantel
    20
    zweiter Zylindermantel
    22
    Abschlussplatte von 20
    24
    Mischkammer-Zentralkörper
    26
    Abschlussplatte von 24
    28
    Bohrung in 26
    30
    Kegelkörper von 24
    32
    erste Reaktionszone von 12
    34
    Durchbruch in 18
    36
    Deckelelement
    38
    Gasverteilkammer
    40
    Ausnehmung in 26
    42
    Brennstoffzuleitung
    44
    Homogenisierungszone
    46
    Ringblende
    48
    zweite Reaktionszone
    50
    Lambda-Sondenhalterung
    52
    Brenngas
    54
    Verbrennungsabgas

Claims (13)

  1. Reformer zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat, mit einer Reformierungszone (12), in die Brennstoff und, aus einer vorgeschalteten Oxidationszone, ein Gemisch aus Oxidationsmittel und wenigstens teilweise oxidiertem Brennstoff zur katalytischen Umsetzung zu dem Reformat zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reformierungszone (12) eine in Gasstromrichtung erste (32) und eine in Gasstromrichtung zweite (48) katalytische Reaktionszone aufweist, die getrennt voneinander angeordnet sind und denen eine nicht katalytisch aktive Homogenisierungszone (44) zur Homogenisierung von aus der ersten Reaktionszone (32) austretenden Gaskomponenten zwischengeschaltet ist.
  2. Reformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Reaktionszonen (32; 34) von einem Porenkörper weitgehend ausgefüllt ist.
  3. Reformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche des Porenkörpers mit einem katalytisch aktiven Material belegt ist.
  4. Reformer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenisierungszone (44) ein oder mehrere Gasleitelemente (46) zur Erzeugung von Turbulenzen aufweist.
  5. Reformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasleitelement eine Ringblende (46) vorgesehen ist.
  6. Reformer zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat, mit einer Reformierungszone (12), in die Brennstoff und, aus einer vorgeschalteten Oxidationszone, ein Gemisch aus Oxidationsmittel und wenigstens teilweise oxidiertem Brennstoff zur katalytischen Umsetzung zu dem Reformat zuführbar ist, wobei der Brennstoff und das Gemisch über eine gemeinsame, der Reformierungszone vorgeschaltete Zuführeinrichtung (14) der Reformierungszone (12) zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung als ringförmige, mit ihrer Ausgangsstirnseite mit der Reformierungszone (12) gekoppelte Mischkammer (14) ausgebildet ist, der über Durchbrüche (28) in ihrer Eingangsstirnseite Brennstoff oder Gemisch und über Durchbrüche (34) in ihrer Mantelfläche Gemisch oder Brennstoff zuführbar ist.
  7. Reformer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der lichte Querschnitt der Mischkammer (14) von der Eingangsstirnseite zur Ausgangsstirnseite hin verringert.
  8. Reformer nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Mischkammer (14) so auf die Strömungsgeschwindigkeit der Gase abgestimmt ist, dass die mittlere Verweildauer der Gase in der Mischkammer (14) im Bereich von einigen Millisekunden liegt.
  9. Reformer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reformierungszone (12) eine in Gasstromrichtung erste (32) und eine in Gasstromrichtung zweite (48) katalytische Reaktionszone aufweist, die getrennt voneinander angeordnet sind und denen eine nicht katalytisch aktive Homogenisierungszone (44) zur Homogenisierung von aus der ersten Reaktionszone (32) austretenden Gaskomponenten zwischengeschaltet ist.
  10. Reformer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Reaktionszonen (32, 48) von einem Porenkörper weitgehend ausgefüllt ist.
  11. Reformer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche des Porenkörpers mit einem katalytisch aktiven Material belegt ist.
  12. Reformer nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Homogenisierungszone (44) ein oder mehrere Gasleitelemente (46) zur Erzeugung von Turbulenzen aufweist.
  13. Reformer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasleitelement eine Ringblende (46) vorgesehen ist.
DE102006039933A 2006-08-25 2006-08-25 Reformer zum Umsetzen von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat Ceased DE102006039933A1 (de)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006039933A DE102006039933A1 (de) 2006-08-25 2006-08-25 Reformer zum Umsetzen von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat
CNA2007800314986A CN101588861A (zh) 2006-08-25 2007-07-06 用于将气体燃料和氧化剂转化成重整产物的重整器
EP07785602A EP2054147A1 (de) 2006-08-25 2007-07-06 Reformer zum umsetzen von gasförmigem brennstoff und oxidationsmittel zu reformat
EA200970218A EA200970218A1 (ru) 2006-08-25 2007-07-06 Риформер для превращения газообразного топлива и окислителя в риформат
CA002660675A CA2660675A1 (en) 2006-08-25 2007-07-06 Reformer for converting gaseous fuel and oxidant to reformate
JP2009524893A JP2010501452A (ja) 2006-08-25 2007-07-06 ガス状燃料と酸化剤をリフォーメートに変換する改質装置
US12/377,451 US20110058996A1 (en) 2006-08-25 2007-07-06 Reformer for converting gaseous fuel and oxidizing agent into a reformate
AU2007287913A AU2007287913A1 (en) 2006-08-25 2007-07-06 Reformer for converting gaseous fuel and oxidant to reformate
PCT/DE2007/001204 WO2008022610A1 (de) 2006-08-25 2007-07-06 Reformer zum umsetzen von gasförmigem brennstoff und oxidationsmittel zu reformat

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006039933A DE102006039933A1 (de) 2006-08-25 2006-08-25 Reformer zum Umsetzen von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102006039933A1 true DE102006039933A1 (de) 2008-02-28

Family

ID=38614328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006039933A Ceased DE102006039933A1 (de) 2006-08-25 2006-08-25 Reformer zum Umsetzen von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20110058996A1 (de)
EP (1) EP2054147A1 (de)
JP (1) JP2010501452A (de)
CN (1) CN101588861A (de)
AU (1) AU2007287913A1 (de)
CA (1) CA2660675A1 (de)
DE (1) DE102006039933A1 (de)
EA (1) EA200970218A1 (de)
WO (1) WO2008022610A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009026270B4 (de) * 2009-07-29 2013-03-14 Webasto Ag Katalytisches Heizgerät

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19858974A1 (de) * 1998-12-19 2000-06-21 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung zur katalytischen Umsetzung eines Ausgangsstoffes, insbesondere eines Gasgemisches
DE10024003A1 (de) * 2000-05-17 2001-12-06 Webasto Thermosysteme Gmbh Verdampfungsbrenner für ein Heizgerät mit Leitblechanordnung
WO2003078046A1 (de) * 2002-03-19 2003-09-25 Daimlerchrysler Ag Vorrichtung zur zufuhr von edukten in einen reaktionsraum
DE10338240A1 (de) * 2002-09-06 2004-03-18 General Motors Corp., Detroit Kompakter Partialoxidations-/Wasserdampfreaktor mit integriertem Luftvorheizer und Brennstoff- und Wasserstoffverdampfer
DE10359205A1 (de) * 2003-12-17 2005-07-14 Webasto Ag Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat
EP1621246A1 (de) * 2004-07-30 2006-02-01 Delphi Technologies, Inc. Reformer mit einem statischen Mischer innerhalb der Gaszufuhr-Vorrichtung
WO2006024410A1 (de) * 2004-08-30 2006-03-09 Gvp Gesellschaft Zur Vermarktung Der Porenbrennertechnik Mbh Verfahren und vorrichtung zur verdampfung von flüssigbrennstoffen

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10057420A1 (de) * 2000-11-20 2002-06-06 Emitec Emissionstechnologie Mehrstufiger Shiftreaktor und Reformeranlage
DE10061084A1 (de) * 2000-12-08 2002-07-04 Emitec Emissionstechnologie Reformeranlage mit Wärmeschild
DE10237744A1 (de) * 2002-08-17 2004-03-04 Daimlerchrysler Ag Reaktorsystem zur Wasserstofferzeugung
FR2850372B1 (fr) * 2003-01-23 2006-06-09 Inst Francais Du Petrole Nouveau reacteur d'oxydation partielle
US7691160B2 (en) * 2005-11-17 2010-04-06 Delphi Technologies, Inc. Fuel reformer and methods for using the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19858974A1 (de) * 1998-12-19 2000-06-21 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung zur katalytischen Umsetzung eines Ausgangsstoffes, insbesondere eines Gasgemisches
DE10024003A1 (de) * 2000-05-17 2001-12-06 Webasto Thermosysteme Gmbh Verdampfungsbrenner für ein Heizgerät mit Leitblechanordnung
WO2003078046A1 (de) * 2002-03-19 2003-09-25 Daimlerchrysler Ag Vorrichtung zur zufuhr von edukten in einen reaktionsraum
DE10338240A1 (de) * 2002-09-06 2004-03-18 General Motors Corp., Detroit Kompakter Partialoxidations-/Wasserdampfreaktor mit integriertem Luftvorheizer und Brennstoff- und Wasserstoffverdampfer
DE10359205A1 (de) * 2003-12-17 2005-07-14 Webasto Ag Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat
EP1621246A1 (de) * 2004-07-30 2006-02-01 Delphi Technologies, Inc. Reformer mit einem statischen Mischer innerhalb der Gaszufuhr-Vorrichtung
WO2006024410A1 (de) * 2004-08-30 2006-03-09 Gvp Gesellschaft Zur Vermarktung Der Porenbrennertechnik Mbh Verfahren und vorrichtung zur verdampfung von flüssigbrennstoffen

Also Published As

Publication number Publication date
EP2054147A1 (de) 2009-05-06
CN101588861A (zh) 2009-11-25
CA2660675A1 (en) 2008-02-28
WO2008022610A1 (de) 2008-02-28
AU2007287913A1 (en) 2008-02-28
JP2010501452A (ja) 2010-01-21
US20110058996A1 (en) 2011-03-10
EA200970218A1 (ru) 2009-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10338240B4 (de) Kompakter Partialoxidations-/Wasserdampfreaktor mit integriertem Luftvorheizer und Brennstoff- und Wasserstoffverdampfer
EP0991587B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur autothermen reformierung von kohlenwasserstoffen
DE69309862T2 (de) Kombinierter Reformer und Shift Reaktor
DE69709348T2 (de) Thermisch verbesserte kompakte reformieranlage
DE19813053C2 (de) Reaktoreinheit für eine katalytische chemische Reaktion, insbesondere zur katalytischen Methanolreformierung
DE102004003468B4 (de) Neuer Reaktor mit partieller Oxidation
EP1378488B1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff
WO2004094909A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines brenners einer wärmekraftmaschine, insbesondere einer gasturbinenanlage
EP1203750A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Starten eines Reaktors in einem Gaserzeugungssystem
DE10207536A1 (de) Vorrichtung zum Mischen von Brennstoff und einem Oxidationsmittel
DE19827879C1 (de) Wasserdampfreformierungsreaktor, insbesondere mit autothermer Prozeßführung
DE202018101400U1 (de) Brenner zur Synthesegaserzeugung
DE10057537A1 (de) Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff
DE102005048385A1 (de) Verfahren zur Verdampfung und Reformierung flüssiger Brennstoffe
DE10333523B4 (de) Wärmetauscheranordnung zur Übertragung von Reformatenergie an Dampf und Luft
DE102006019409B4 (de) Reformer-Reaktor, seine Verwendung und Verfahren zum Betrieb des Reformers
EP2520542A1 (de) Reformer
DE102005026881A1 (de) Hochtemperaturreformierung
EP1427668B9 (de) Vorrichtung zur erzeugung von wasserstoff
DE102006039933A1 (de) Reformer zum Umsetzen von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat
US20020088179A1 (en) Autothermal fuel gas reformer assemblage
DE102007018311B4 (de) Zweistufiger Reformer und Verfahren zum Betreiben eines Reformers
DE19907665A1 (de) Vorrichtung zur Ausnutzung bei einer katalytischen Reaktion enstehender Wärme
DE10212081A1 (de) Vorrichtung zur Zufuhr von Edukten in einen Reaktionsraum
DE19907796A1 (de) Reaktor zur Wasserstofferzeugung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20120411