DE60222123T2 - Zylinderförmige wasserdampfreformierungseinheit - Google Patents

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Jun Minato-ku Komiya
Hiroshi Minato-ku FUJIKI
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Tokyo Gas Co Ltd
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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft eine zylindrische Dampfreformierungseinheit zum Erzeugen eines reformierten Gases, das hauptsächlich aus Wasserstoff besteht, indem Wasserstoffbrennstoffe, so wie Stadtgas, LPG und dergleichen, der Dampfreformierung unterworfen werden, und genauer eine zylindrische Dampfreformierungseinheit, die in einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC – Polymer Electrolyte Fuel Cell) verwendet wird.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Als Reformierungseinheiten zum Dampfreformieren eines Startgases, so wie ein Stadtgas, LPG, ein natürliches Gas oder dergleichen, ist eine Reformierungseinheit, die beispielsweise in der WO 00/63114 beschrieben ist, bekannt. Diese Reformierungseinheit ist eine, die dazu dient, ein reformiertes Gas mit hoher Wasserstoffkonzentration zu erzeugen, das hauptsächlich in einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle verwendet wird, und, wie es in 3 gezeigt ist, ist ein Brenner (70) in der Mitte einer Vielzahl zylindrischer rohrförmiger Körper (61~69) angeordnet, wobei ein Verbrennungsgasdurchlaß (71), eine Vorheizschicht (72), eine Reformierungskatalysatorschicht (73), eine Wärmewiedergewinnungsschicht (74), eine CO-Verschiebungskatalysatorschicht (75), eine CO-Beseitigungskatalysatorschicht (78) und dergleichen jeweils in Abständen der rohrförmigen Körper um den Brenner (70) gebildet sind. Eine solche Reformierungseinheit hat jedoch die folgenden Probleme (1~3) und muß weiter abgeändert werden.
    • (1) Diese Reformierungseinheit benötigt eine Wärmeisolationsschicht (79), einen Kühlmechanismus (80) und dergleichen in ihrem Inneren, und somit wird nicht nur die Struktur kompliziert, sondern es ist auch die interne thermische Leistung gering, aufgrund der Tatsache, daß, weil die Wärmeisolationsschicht (79) und der Kühlmechanismus (80) jeweils zwischen diese Katalysatorschichten gelegt sind, die jeweiligen Katalysatorschichten voneinander getrennt sind und nicht aneinander grenzend liegen, was somit bewirkt, daß die Einheit im Tem peraturanstieg nach dem Anlaufen verzögert ist und in der Praxis die Anlaufzeit verlängert wird.
    • (2) Wenn zum Beispiel ein auf Cu-Zn basierender CO-Verschiebungskatalysator als ein CO-Verschiebungskatalysator verwendet wird, ist der auf Cu-Zn basierende CO-Verschiebungskatalysator im Wärmewiderstand so gering, daß es für einen kontinuierlichen Einsatz dieses Katalysators wesentlich ist, die Wärmeisolationsschicht (79), den Kühlmechanismus (80) und dergleichen um die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (75) vorzusehen und die Temperatur der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (75) auf 300°C oder darunter zu drücken. Genauer hat die Reformierungskatalysatorschicht (73) nach der Reaktion eine Temperatur von 700°C oder darüber, unter der, wenn die Wärmeisolationsschicht (79) oder der Kühlmechanismus (80) nicht zwischen der Reformierungskatalysatorschicht (73) und der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (75) vorgesehen sind, dann die Temperatur der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (75) durch Wärmeübertragung aus der Katalysatorschicht (73) angehoben wird, was dazu fuhrt, daß die Temperatur des gefüllten CO-Verschiebungskatalysators seine Wärmebeständigkeitstemperatur übersteigt.
    • (3) Da die nutzbare Temperatur der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (75) auf 200~300°C beschränkt ist, wird die Reaktionsgeschwindigkeit, die von dem Katalysator hervorgerufen wird, so gering, daß eine große Menge des CO-Verschiebungskatalysators erforderlich ist, was die Einheit groß macht, wodurch das Gewicht entsprechend erhöht wird.
  • In dem Fall, daß eine Reformierungseinheit keiner derartigen Beschränkung unterworfen ist, wie es oben ausgeführt ist, sondern eine fest eingebaute Reformierungseinheit (PEFC-Anwendungen im Wohnbereich) oder eine für Fahrzeuge verwendet wird, ist es wesentlich, daß ein Reformierungssystem einschließlich einer Reformierungseinheit insgesamt gering in der Größe und klein im Gewicht ist. Zusätzlich sind verschiedene Verbesserungen notwendig, die zu einer hohen Effizienz bei praktischen Servicebedingungen führen, wobei eine Anlaufzeit beim Beginn der Operation nicht erwähnte werden soll, oder das Verkürzen der Anlaufzeit realisieren.
  • Die EP-A-0 922 666 betrifft eine zylindrische Dampfreformierungseinheit, mit einem ersten zylindrischen Körper, einem zweiten zylindrischen Körper und einem dritten zylindrischen Körper, die in konzentrisch beabstandeter Lagebeziehung angeordnet sind und aufeinander folgend im Durchmesser anwachsen, wobei der erste zylindrische Körper eine Bodenplatte hat und der dritte zylindrische Körper eine Bodenplatte hat. Eine Reformierungskatalysatorschicht ist einem Spalt gebildet, der radial durch den ersten zylindrischen Körper und den zweiten zylindrischen Körper aufgeteilt ist, um ein Startgas zu reformieren, und eine Vorheizschicht ist stromabwärts der Reformierungskatalysatorschicht zum Vorheizen des Startgases angeordnet. Eine CO-Beseitigungskatalysatorschicht ist stromabwärts einer Strömungsrichtung eines reformierten Gases aus der CO-Verschiebungskatalysatorschicht angeordnet. Schließlich ist ein Brenner vorgesehen, um ein Verbrennungsabgas zu erzeugen.
  • Patent Abstracts of Japan, Band 2000, Nr. 08, 6. Oktober 2000 & JP 2000 128505 A (Tokyo Gas Co Ltd; Mitsubishi Heavy Ind Ltd), 9. Mai 2009, Patent Abstracts of Japan, Band 018, Nr. 5888 (C-11271), 10. November 1994 & JP 06 219704 A (Toshiba Corp.), 9. August 1994 und Patent Abstracts of Japan, Band 014, Nr. 0124 (C-677), 18. Januar 1990 & JP 01 264903 A (Kobe Steel Ltd), 23. Oktober 1989, offenbaren zylindrische Dampfreformierungseinheiten, bei denen die CO-Verschiebungskatalysatorschicht in einem Spalt gebildet ist, wobei die Strömungsrichtung in bezug auf die Reformierungskatalysatorschicht an einem axialen Ende umgekehrt ist.
  • Die Erfindung ist angesichts solcher Probleme, wie oben mit Bezug auf die Dampfreformierungseinheit aufgeführt, vollendet worden und hat als ihre Aufgabe das Bereitstellen einer zylindrischen Dampfreformierungseinheit, die gering in der Größe und klein im Gewicht ist, gute Anlaufeigenschaften hat, mit einer hohen thermischen Leistung betrieben werden kann und in der Lage ist, Wasserstoff stabil zu erzeugen.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
  • Die zylindrische Reformierungseinheit der Erfindung ist auf eine zylindrische Dampfreformierungseinheit gerichtet, welche eine Vielzahl zylindrischer Körper aufweist, bestehend aus einem ersten zylindrischen Körper, einem zweiten zylindrischen Körper und einem dritten zylindrischen Körper mit aufeinanderfolgend zunehmenden Durchmessern, die in konzentrischer beabstandeter Lageposition angeordnet sind, einem Strahlungszylinder, der konzentrisch mit einer Mittelachse innerhalb des ersten zylindrischen Körpers angeordnet und von diesem beabstandet ist, einem Brenner, der an dem radial mittleren Abschnitt des Strahlungszylinders angeordnet ist, einer Reformierungskatalysatorschicht mit einem Reformierungskatalysator, der in einen Spalt gefüllt ist, welcher radial zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Körper eingerichtet ist, einer CO-Verschiebungskatalysatorschicht und einer CO-Beseitigungskatalysatorschicht, die in einem Spalt vorgesehen sind, der zwischen dem zweiten und dem dritten zylindrischen Körper eingerichtet ist, welche um die Reformierungskatalysatorschicht vorgesehen sind, und wobei die CO-Verschiebungskatalysatorschicht in einem Spalt gebildet ist, wobei die Richtung der Strömung zu der Reformierungskatalysatorschicht an einem axialen Ende umgekehrt ist und diese durch eine Wärmewiedergewinnungsschicht vorbestimmter Länge geführt wird.
  • Ein Wärmeübertragungsrohr ist um den dritten zylindrischen Körper angeordnet, und Wasser wird durch das Wärmeübertragungsrohr geleitet, nicht nur um Dampf zum Reformieren zu erzeugen, sondern auch, um die CO-Verschiebungskatalysatorschicht und die CO-Beseitigungskatalysatorschicht zu kühlen.
  • Beim Umsetzen der Erfindung in die Praxis, wie oben ausgeführt, ist die CO-Verschiebungskatalysatorschicht am Außenumfang der Reformierungskatalysatorschicht angeordnet und innerhalb eines Raumes gebildet, wobei die Strömungsrichtung an einem Ende der Reformierungskatalysatorschicht umgekehrt wird. Genauer ist die CO-Verschiebungskatalysatorschicht in einem Spalt gebildet, der zwischen dem zweiten zylindrischen und dem dritten zylindrischen Körper eingerichtet ist und ist so angeordnet, daß der Gasdurchfluß von der Reformierungskatalysatorschicht an dem unteren Ende des zweiten zylindrischen Körpers umgekehrt und in Verbindung mit der CO-Verschiebungskatalysatorschicht gebracht wird. Auf diese Weise, da Wärme, die größer ist als die Verdampfungswärme, die in dem Wärmeübertragungsrohr erforderlich ist, geliefert werden kann (d.h. die Wärmezufuhr, die größer als die erforderliche Verdampfungswärme ist, kann durch den Wärmeübertrag aus der Reformierungskatalysatorschicht und auch durch Wärmetransport in dem reformierten Gas, das in der Reformierungskatalysatorschicht erzeugt wird, erhalten werden), kann der CO-Verschiebungskatalysator nach und nach von der stromabwärtigen Seite der CO-Verschiebungskatalysatorschicht angehoben werden. Obwohl es bei der Reformierungseinheit, die in der zuvor genannten WO 00/63114 beschrieben ist, notwendig ist, eine Wärmewiedergewinnungsschicht (74) und eine Wärmeisolationsschicht (49) und dergleichen zwischen eine Re formierungskatalysatorschicht und eine CO-Verschiebungskatalysatorschicht zu legen, ist dieses bei der vorliegenden Erfindung nicht notwendig.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform einer zylindrischen Reformierungseinheit gemäß der Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform zeigt, bei der ein monolithischer Reformierungskatalysator als eine Reformierungskatalysatorschicht einer zylindrischen Reformierungseinheit verwendet wird.
  • 3 ist eine Ansicht, welche eine herkömmliche zylindrische Reformierungseinheit zeigt.
  • AUSFÜHRUNGSFORM, WELCHE DIE ERFINDUNG VERKÖRPERT
  • Eine Ausführungsform einer zylindrischen Reformierungseinheit gemäß der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
  • 1 ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausführungsform einer zweiten zylindrischen Reformierungseinheit zeigt.
  • Diese Reformierungseinheit ist aus einer Vielzahl zylindrischer Körper mit unterschiedlichen Durchmessern aufgebaut, die um dieselbe Mittelachse in mehrfach beabstandeter Lagebeziehung angeordnet sind. Genauer sind ein erster zylindrischer Körper (1), ein zweiter zylindrischer Körper (2) und ein dritter zylindrischer Körper (3) mit aufeinanderfolgend anwachsenden Durchmessern konzentrisch in beabstandeter Lagebeziehung zueinander angeordnet. Eine zylindrische Wärmeübertragungs-Trennwand (4), d.h. ein Strahlungszylinder (4), ist in dem ersten zylindrischen Körper (1) mit derselben Mittelachse und kleiner im Durchmesser als der erste zylindrische Körper (1) angeordnet. Ein Brenner (5) ist innerhalb des Strahlungszylinders (4) angeordnet. Der Brenner (5) ist an der Innenseite des Strahlungszylinders (4) über einen Brennereinbau (6) an der oberen Abdeckung befestigt.
  • Der Strahlungszylinder (4) ist beabstandeter Lagebeziehung zwischen seinem unteren Ende und einer Bodenplatte (7) des ersten zylindrischen Körpers (1) angeordnet. Dieser Abstand und ein damit verbundener Spalt und eingerichtet zwischen dem Strahlungszylinder (4) und dem ersten zylindrischen Körper (1) bilden einen Abgasdurchlaß (8) für ein Verbrennungsabgas aus dem Brenner (5). Der Abgasdurchlaß (8) ist an seinem oberen Teil in Verbindung mit einem Auslaß (10) für das Verbrennungsabgas durch einen Raum zwischen einer oberen Abdeckung (9) des Abgasdurchlasses (8) und einer oberen Abdeckung (13) einer Vorheizschicht (14), aus dem das Verbrennungsabgas ausgelassen wird.
  • Die Vorheizschicht (14) und eine Reformierungskatalysatorschicht (15) sind in dem Raum zwischen dem ersten zylindrischen Körper (1) und dem zweiten zylindrischen Körper (2) angeordnet. Das Startgas wird von einem Zufuhrport (11) eingespeist und wird in die Reformierungskatalysatorschicht (15) über die Vorheizschicht (14) eingeführt und darin reformiert. Der erste zylindrische Körper (2) ist in beabstandeter Lagebeziehung zwischen seinem unteren Ende und einer Bodenplatte (2) des dritten zylindrischen Körpers (3).
  • Luft wird durch einen Luftzufuhrport (18) zur Luftmischkammer geliefert, und die zugeführte Luft wird in der Luftmischkammer mit einem Reformierungsgas gemischt, das durch die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) geleitet wird. Das Reformierungsgas, das durch die CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) geleitet ist, wird aus einem Auslaß (21) für Reformierungsgas abgezogen. Die CO-Beseitigungskatalysatorschicht kann auch PROX-Schicht genannt werden.
  • Die Reformierungseinheit ist an ihrer Seitenfläche mit einem Zufuhrport (11) für Startgas, einem Luftzufuhrport (18) für das Beseitigen von CO und einem Auslaß (21) für reformiertes Gas versehen, wie hierin oben ausgeführt ist.
  • Die Vorheizschicht (14) ist mit einem Füllmittel einer gegeben Form gepackt, so wie Aluminiumoxidkugeln, einem gitterförmigen Metall oder dergleichen. Dies erlaubt es, daß das Startgas und Dampf (oder Dampf und Wasser), das durch die Vorheizschicht (14) strömt, effizient erhitzt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit wird durch die Wirkung des gepackten Füllmittels beschleunigt, so daß das Pulsieren des zweiphasigen Stromes des Startgases und Dampf und Wasser verhindert werden kann.
  • Die Reformierungskatalysatorschicht (15) wird mit einem Katalysator zum Reformieren eines Startgases mit Dampf gepackt und wird mit dessen unteren Ende mit dem unteren Ende der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) durch einen Raum verbunden, der zwischen einer Bodenplatte (7) des ersten zylindrischen Körpers (1) und der Bodenplatte (22) des dritten zylindrischen Körpers (3) gebildet ist. Genauer bildet der Raum einen Durchlaß für ein reformiertes Gas, das in der Reformierungskatalysatorschicht (15) erzeugt worden ist. Als der Reformierungskatalysator ist irgendein Typ Katalysator, der in der Lage ist. ein Startgas mit Dampf zu reformieren, ohne jegliche Beschränkung einsetzbar. Zum Beispiel wird ein Ni- oder Ru-basierter metallischer Katalysator verwendet. Diese metallischen Katalysatoren werden so angeordnet, daß ein metallischer Katalysator, so wie Ni oder Ru, auf einem Träger, so wie Aluminiumoxid, gehalten wird. Wenn zum Beispiel Methangas als ein Startgas verwendet wird, wird das Gas entsprechend der folgenden Reaktion (I) in der Reformierungskatalysatorschicht (15) reformiert: CH4 + H2O → CO + 3H2 (I)
  • Die Reformierungsreaktion in der Reformierungskatalysatorschicht ist eine endotherme Reaktion und verläuft durch Absorption der Wärme aus der Verbrennung des Brenners (5). Genauer, wenn das Verbrennungsabgas aus dem Brenner (5) durch den Abgasdurchlaß (8) strömt, der zwischen der Wärmeübertragungs-Trennwand (4) und der Reformierungskatalysatorschicht (15) gebildet ist, wird die Wärme des Verbrennungsabgases durch die Reformierungskatalysatorschicht (15) absorbiert, woraufhin die Reformierungsreaktion abläuft.
  • Ein monolithischer Reformierungskatalysator kann neben einem kornförmigen Reformierungskatalysator als der Reformierungskatalysator in der Reformierungskatalysatorschicht (5) verwendet werden. Der Reformierungskatalysator wird bei einer Temperatur so hoch wie ungefähr 700°C verwendet. Wenn die Reformierungseinheit zum Bespiel in einem Coerzeugungssystem (Cogeneratorsystem) im Hausbereich verwendet wird, ist es notwendig, die Anlauf- und Anhalteoperationen oftmals zu wiederholen. Wenn ein kornförmiger Reformierungskatalysator verwendet wird, entsteht ein Problem damit, daß der Katalysator, der in die Reformierungskatalysatorschicht gepackt wird, durch die Wiederholung von Temperaturanstieg und -abfall zerquetscht und in Stücke gebrochen wird, so daß sich die katalytische Aktivität verringert. Um dies zu vermeiden, wird ein monolithischer Reformierungskatalysator als ein Reformierungskatalysator verwendet, so daß das Problem, dem man sich gegenübersieht, wenn ein kornförmiger Reformierungskatalysator verwendet wird, gelöst werden kann.
  • Der monolithische Reformierungskatalysator (= honigwabenförmiger Reformierungskatalysator) ist einer, bei dem ein Katalysator und ein Festbett einstückig gebildet sind, d.h. ein metallischer Katalysator, so wie Ni oder Ru, wird auf den Innenflächen von Zellen eines keramischen Trägers oder metallischen Trägers gehalten, der eine große Anzahl paralleler durchgehender Löcher oder Zellen hat. Der monolithische Katalysator kann Vibrationen oder Hochtemperaturumgebungen widerstehen und wird häufig verwendet, hauptsächlich als ein Abgasreinigungskatalysator für Kraftfahrzeuge.
  • Beim Umsetzen der Erfindung in die Praxis wird der monolithische Reformierungskatalysator einzeln oder mehrfach in die Reformierungskatalysatorschicht (15) zur Verwendung als ein Reformierungskatalysator insgesamt angeordnet. Dies gilt nicht nur für die erste zylindrische Reformierungseinheit, sondern auch die zweite zylindrische Reformierungseinheit, die hiernach beschrieben wird.
  • 2 ist eine Ansicht, welche eine Ausführungsform zeigt, bei der ein monolithischer Katalysator angeordnet ist. Dieser monolithische Katalysator wird in die Reformierungskatalysatorschicht (15) gebracht, die zwischen dem ersten zylindrischen Körper (1) und dem zweiten zylindrischen Körper (2) gebildet ist. Wenn der monolithische Reformierungskatalysator verwendet wird, setzt sich der Katalysator nicht ab, wenn er eine thermische Verlagerung erleidet, so wie durch Ausdehnen und Zusammenziehen des ersten zylindrischen Körpers (1), so daß das Absetzen und Teilen in Stücke der Körner aus Katalysator, wie es in dem Fall eines kornförmigen Reformierungskatalysators hervorgerufen werden wird, unterdrückt werden. Cordierit wird als ein Beispiel eines keramischen Materials erwähnt, welches den Träger des monolithischen Reformierungskatalysators bildet. Beispiele des Metalls, welches den Träger bildet, umfassen rostfreie Stähle.
  • Wenn ein Polstermaterial, das in der Lage ist, die thermische Verlagerung zu absorbieren, zwischen den monolithischen Reformierungskatalysator und den ersten zylindrischen Körper (1) gebracht wird, kann die thermische Verlagerung auf dem monolithischen Katalysator weiter unterdrückt werden. Ein Drahtgitter kann als das Polstermaterial verwendet werden. Die Verwendung eines Metalls mit einer guten Wärmeübertragungsfähigkeit als ein Gittermaterial ist zweckmäßig, da es das Wärmeübertragungsvermögen nicht absenkt.
  • In der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) wird die folgende CO-Verschiebungsreaktion, d.h. die Wassergasverschiebungsreaktion (II) ausgeführt, wobei CO, das in einem Reformierungsgas vorliegt, in Kohlendioxid zusammen mit der Erzeugung von Wasserstoff umgewandelt wird. CO + H2O → CO2 + H2 (II)
  • Als der CO-Verschiebungskatalysator in der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) wird ein Katalysator, der hauptsächlich aus Platin besteht, verwendet. Der Katalysator, der hauptsächlich aus Platin besteht, wird gebildet, indem Platin auf einem Träger, so wie Aluminiumoxid oder dergleichen, gehalten wird. Der Katalysator, der hauptsächlich aus Platin besteht, wird wahrscheinlich keine Verschlechterung unterlaufen, so wie durch Oxidation, und kann kontinuierlich innerhalb eines Hochtemperaturbereiches von 350°C oder darüber verwendet werden, insbesondere in einem Hochtemperaturbereich von 400°C oder darüber, was somit erlaubt, daß die Reaktion mit einer höheren Geschwindigkeit abläuft. In diesem Fall kann die bloße Anwendung eines Platin-basierten Katalysators bei der CO-Verschiebungsreaktion eine Seitenreaktion hervorrufen, die Methanisierungsreaktion (III) genannt wird, die unten in einem Hochtemperaturbereich angegeben ist, wodurch die beabsichtigte CO-Verschiebungsreaktion erschwert wird. CO + 3H2 → CH4 + H2O (III)
  • Um dieses zu vermeiden, wird als der CO-Verschiebungskatalysator in der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) ein Katalysator, der aus einer Hauptkomponente aus Platin zusammen mit einem Metalloxid so wie CeO2 oder dergleichen als eine Minderkomponente besteht, verwendet. Dies erlaubt es, daß die Methanisierungsreaktion vor dem Auftreten in einem Hochtemperaturbereich unterdrückt wird. Als der CO-Verschiebungskatalysator, der Platin als eine Hauptkomponente und ein Metalloxid als eine Minderkomponente enthält, ist ein CO-Verschiebungskatalysator, genannt „AD-Katalysator", erhältlich bei Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., bekannt.
  • Darüberhinaus können Fe/Cr-basierte Hochtemperatur-CO-Verschiebungskatalysatoren auch als die CO-Verschiebungskatalysatoren verwendet werden. Zusätzlich können auch Hochtemperatur-CO-Verschiebungskatalysatoren, bei denen die Basis Metalle, so wie Al, Cu, Fe, Cr, Mo und dergleichen, auf einem Träger, so wie aus Zr, gehalten werden, verwendet werden. Es wird angemerkt, daß der Hochtemperatur-CO-Verschiebungskatalysator in Kombination mit einem Niedertemperatur-CO-Verschiebungskatalysator verwendet werden kann.
  • Die CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) ist mit einem CO-Beseitigungskatalysator (= PROX-Katalysator) gefüllt, und die Reaktion zum Beseitigen des CO geschieht mittels des PROX-Katalysators in einem Ausmaß, daß der Gehalt an CO in die Größenordnung von ppm verringert wird. Als der CO-Beseitigungskatalysator kann irgendein Typ eines Katalysators, der in der Lage ist, ausgewählt CO in einem Reformierungsgas zu oxidieren, ohne Beschränkung verwendet werden, und zum Beispiel wird ein Ru-basierter metallischer Katalysator verwendet. Der metallische Katalysator wird aufgebaut, indem zum Beispiel ein metallischer Katalysator, so wie Ru, auf einem Träger, so wie Aluminiumoxid, gehalten wird. Die Reaktion in der CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) geschieht entsprechend der folgenden Formel (IV). 2CO + O2 → 2CO2 (IV)
  • Das Reformierungsgas, aus dem das CO in der CO-Beseitigungsschicht (19) entfernt worden ist, wird aus einem Abziehport (21) für reformiertes Gas abgezogen.
  • Der Abziehport (21) für reformiertes Gas ist mit einem Brenngaszufuhrrohr verbunden, das wiederum zum Beispiel mit einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC, nicht gezeigt) verbunden ist. In diesem Fall wird das reformierte Gas, das eine vorbestimmte Konzentration an Wasserstoff enthält, an die Seite einer Brennstoffelektrode einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle geliefert und wird als ein Brennstoff für die Energieerzeugung verwendet. Das Abgas aus der Brennstoffelektrode der Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle kann als ein Brennstoffgas zum Verbrennen mit dem Brenner (5) verwendet werden.
  • Als das wärmeisolierende Material (34) können wärmeisolierende Materialien mit einer guten Wärmeisolationswirkung, so wie zum Beispiel Mikrotherm, Kalziumsilikat, Aluminiumoxidfasern und dergleichen verwendet werden.
  • Als nächstes werden nun die Betriebsschritte dieser Reformierungseinheit, d.h. der Anlaufbetrieb und der stationäre Betrieb, veranschaulicht.
  • <Anlaufbetrieb>
  • Wasser zum Reformieren wird zugeführt, und der Brenner (5) wird gezündet, um die Innenseite der Reformiereinheit zu heizen. Der Brenner (5) ist in der Lage, die Wärmeübertragungs-Trennwand (4) durch Aufgingen von Strahlungswärme aus der Flamme zu heizen, und das Verbrennungsabgas strömt durch den Durchlaß (8) zwischen der Wärmeübertragungs-Trennwand (4) und dem ersten zylindrischen Körper (1). Auf diese Weise werden jeweils die Reformierungskatalysatorschicht (15) und die Vorheizschicht (14) geheizt. Das Verbrennungsabgas wird aus einem Auslaß (10) ausgegeben.
  • Das Startgas absorbiert in effektiver Weise die Verbrennungswärme am Brenner (5) mit der Hilfe des die Wärmeübertragung fördernden Effektes eines Füllmittels, das in die Vorheizschicht (14) gepackt ist, und wird somit auf eine gegebene Temperatur aufgeheizt, die für die Reformierungsreaktion notwendig ist, gefolgt durch Strömen in die Reformierungskatalysatorschicht (15), in der das Gas reformiert wird. Wenn die Reformierungsreaktion in der Reformierungskatalysatorschicht (15) nahe an das Gleichgewicht kommt, läuft das sich ergebende reformierte Gas aus dem unteren Teil der Reformierungskatalysatorschicht (15) und wird an dessen oberem Ende umgeleitet.
  • Die CO-Verschiebungsreaktion in der CO-Verschiebungskatalysatorschicht ist eine exotherme Reaktion, und die Reaktion beginnt ab ungefähr 200°C, wie bei einem Cu-Zn-basierten Katalysator. Nach dem Entfernen des CO durch die CO-Beseitigungsreaktion in der CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) wird das reformierte Gas aus dem Abziehport (21) durch eine Vielzahl von Löchern (33) abgezogen, die entlang dem Umfang der Trennwand (32) vorgesehen sind. Auf diese Weise ist die Reformierungseinheit mit der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) und der CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) um die Reformierungskatalysatorschicht (15) ohne Zwischenlegen einer wärmeisolierenden Schicht, eines Kühlmechanismus und dergleichen versehen. Somit ist die Verbrennungswärme des Brenners (5) in der Lage, die Temperatur der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) und der CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) innerhalb einer relativ kurzen Zeit anzuheben, und trägt zur Erzeugung des erforderlichen Dampfes bei. Das Verbrennungsabgas aus dem Brenner (5) läuft und strömt zwischen der Wärmeübertragungs-Trennwand (4) und dem ersten zylindrischen Körper (1), so daß Wärme, die in dem Verbrennungsabgas enthalten ist, in effektiver Weise absorbiert werden kann, was zur Brennstoffersparnis während des Anlaufbetriebes führt. Mit anderen Worten kann bei der Reformierungseinheit die Einheit auf eine Temperatur, die für den Anlaufbetrieb nötig ist, innerhalb einer kurzen Zeit angehoben werden, ein Brennstoff kann gespart werden und ein sehr schneller Anlaufbetrieb kann durchgeführt werden.
  • <Stationärer Betrieb>
  • In der CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) wird das CO in dem reformierten Gas ausgewählt oxidiert. Das reformierte Gas, das nach dem Beseitigen des CO durch die Oxidationsreaktion von CO in der CO-Beseitigungskatalysatorschicht (9) erhalten wird, ist ein Gas, das zum Beispiel 75 % Wasserstoff, 2 % Methan, 20 % Kohlendioxid, 3 % Stickstoff und nicht mehr als 10 ppm Kohlenmonoxid enthält, und wird aus dem Abzugsport (21) abgezogen. Das reformierte Gas hat eine Konzentration an Kohlenmonoxid von 10 ppm oder darunter und kann zum Beispiel als ein Brennstoff für eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle verwendet werden.
  • Bei der Reformierungseinheit ist ein Wärmeübertragungsrohr (26), das auch als eine Vorheizeinrichtung für Zufuhrwasser dient, um den Brennereinbau (6) in der oberen Abdeckung zum Halten des Brenners (5) im wesentlichen zu einem vollen Kreis gewickelt. Das Wärmeübertragungsrohr (26) bildet im wesentlichen den Kreis des Außenumfangs des Brennereinbaus (6) der oberen Abdeckung und kommt über ein Verbindungsrohr (25) zu einem unteren Ende eines wärmeisolierenden Elementes (44), das hiernach beschrieben wird, und ist mit einem Startgas-Zufuhrrohr (11) verbunden, wobei es spiralig an dessen Außenumfang ansteigt. Die Reformierungseinheit ist in bezug auf die Vorheizschicht (14) so angeordnet, daß die Vorheizschicht (14) an einem oberen Teil zwischen dem ersten zylindrischen Körper und dem zweiten zylindrischen Körper vorgesehen ist, und die Reformierungskatalysatorschicht (15) ist an einem unteren Teil angrenzend an den oberen Teil vorgesehen. Ein Rundstahl (41) ist spiralig innerhalb der Vorheizschicht (14) angeordnet, so daß ein kontinuierlicher Spiralenlauf innerhalb der Vorheizschicht (14) eingerichtet ist.
  • Weiter sind eine Wärmewiedergewinnungsschicht (42), eine CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) [= Verschiebungsschicht (16)] und eine CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) jeweils an der stromabwärtigen Seite der Reformierungskatalysatorschicht (15) angeordnet, d.h. zwischen dem zweiten zylindrischen Körper (2) und dem dritten zylindrischen Körper (3). Die Wärmewiedergewinnungsschicht (42) hat eine Vielzahl von Rundstählen (43), die spiralig darin angeordnet sind. Der Innenraum der Wärmewiedergewinnungsschicht (42) ist mittels der mehreren Rundstähle (43) spiralig aufgeteilt, so daß eine Vielzahl von spiraligen Durchlässen darin ausgebildet wird. Die Länge des spiraligen Durchlasses in der Wärmewiedergewinnungsschicht (42) ist eine, die ausreichend ist, die Temperatur des reformierten Gases, das in die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) strömt, nicht höher als die Wärmewiderstandstemperatur eines CO-Verschiebungskatalysators werden zu lassen.
  • Obwohl der Katalysator, der in die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) gepackt ist, ein herkömmlicher sein kann (d.h. ein Cu/Zn-basierter Niedertemperatur-CO-Verschiebungskatalysator oder dergleichen), ermöglicht es die Verwendung eines Katalysators, der kontinuierlich wenigstens bei 350°C oder darüber verwendet werden kann (d.h. ein Platin-basierter oder Fe-/Cr-basiertes Hochtemperatur-CO-Verschiebungskatalysator oder dergleichen), die Länge der Wärmewiedergewinnungsschicht (42) und der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) zu verkürzen und macht diese Schichten gering in der Größe, so daß eine Reformierungseinheit mit geringer Größe und geringem Gewicht insgesamt realisiert wird.
  • Die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) ist zwischen dem zweiten zylindrischen Körper (2) und dem dritten zylindrischen Körper (3) vorgesehen und ist mit dem wärmeisolierenden Element (44) um diese angeordnet. Das wärmeisolierende Element (44) ist mit dem Wärmeübertragungsrohr (26) über einen kreisförmigen zylindrischen Körper gewickelt, der aus einem dünnen Blech (45) besteht. Genauer ist das wärmeisolierende Element (44) zwischen dem dritten zylindrischen Körper (3) und dem kreisförmigen zylindrischen Körper, der aus dem dünnen Blech (45) hergestellt ist, angeordnet und dient als ein Kühlmechanismus zum indirekten Kühlen der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) mittels des Wärmeübertragungsrohrs (26). Als das isolierende Element werden diejenigen mit guter Bearbeitbarkeit, so wie keramische Fasern, verwendet. Das wärmeisolierende Element, so wie die keramischen Fasern, wird in einer Dicke gewickelt, die es erlaubt, daß die Temperatur der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) gleichförmig auf einem geeigneten Wert gehalten wird, ohne daß sie sich übermäßig durch die Kühlwirkung des Wärmeübertragungsrohrs (26) ver ringert. Das Wärmeübertragungsrohr (26) [einschließlich des Wärmeübertragungsrohrs (26), das als eine Vorheizeinrichtung für Zufuhrwasser dient] hat die Funktion eines Heißwasserbereiters und bildet einen kontinuierlichen Durchlaß ohne lokale Stagnation, wie sie bei mehreren Durchlässen auftreten wird.
  • Die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) ist an ihrem unteren und ihrem oberen Ende durch enie Trennwand (46) und eine Trennwand (47) getrennt, und die Trennwand (47) ist mit einer Vielzahl von Löchern (48) in gleichen Abständen entlang der Umfangsrichtung gebildet. Eine Trennwand (79) ist auch oberhalb der Trennwand (47) mit einem gegebenen Abstand zwischen den beiden angeordnet, und Luft zum Beseitigen von CO wird über das Zufuhrrohr (18) in den Raum zwischen den beiden Trennwänden geliefert. Ein kreisförmiger Durchlaß (50) ist oberhalb der Trennwand (49) angeordnet, und der Raum zwischen der Trennwand (47) und der Trennwand (49) und der Durchlaß (50) sind wechselseitig durch ein Loch (51) mit einem gegebene Durchmesser verbunden. Wenn das Loch (51) mit dem gegebenen Durchmesser und in der Zahl 1 vorgesehen ist, wird eine vorbestimmte Durchlaßgeschwindigkeit beim Durchströmen des reformierten Gases und der Luft für das Beseitigen von CO erhalten, mit der das reformierte Gas und die Luft für das Beseitigen von CO gut durch die turbulente Strömung im Laufe des Durchlasses gemischt werden können.
  • Der Durchlaß (50) ist in Verbindung mit der CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) durch eine Vielzahl von Löchern (52), die gleichmäßig entlang dem Umfang der Einheit angeordnet sind. Die CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) ist mit dem Abziehport (11) für reformiertes Gas über eine Vielzahl von Löchern (54) verbunden, die gleichmäßig entlang dem Umfang der Trennwand (53) gebildet sind, welche als eine obere Abdeckung dient. Die CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) ist von dem dritten zylindrischen Körper umgeben und ist direkt mit dem Kühlrohr (26), d.h. dem Wärmeübertragungsrohr (26), um diesen gewickelt.
  • Die Wärmewiedergewinnungsschicht (42) ist stromaufwärts der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) angeordnet, was es möglich macht, die Temperatur des reformierten Gases, das in die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) strömt, auf einen gegebenen Wert zu senken. Wenn zum Beispiel ein Stadtgas (13A) im Betrieb bei einem geringen Dampfverhältnis von S/C = 3.5 oder darunter verwendet wird, ist die Temperatur des reformierten Gases aus der Reformierungskatalysatorschicht (15) bei ungefähr 700°C. In einem solchen Fall kann das reformierte Gas in die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) durch die Wärme wiedergewinnungsschicht (42) geleitet werden, so daß die Temperatur auf 600°C oder darunter abgesenkt werden kann, was die Wärmewiderstandstemperatur der CO-Verschiebungskatalysatorschicht nicht übersteigt. Die Temperatur des reformierten Gases kann mittels der Wärmewiedergewinnungsschicht (42), nicht höher als die Wärmewiderstandstemperatur des CO-Verschiebungskatalysatorschicht gehalten werden und die Reformierungstemperatur in der Reformierungskatalysatorschicht (15) kann angehoben werden. Auf diese Weise kann ein Startgas, d.h. ein Kohlenwasserstoffgas mit C1 bis C3 oder C4, in befriedigender Weise reformiert werden.
  • Weiterhin kann ein CO-Verschiebungskatalysator, so wie ein Cu/Zn-basierter Niedertemperatur-CO-Verschiebungskatalysator, der hauptsächlich aus Basismetallen zusammengesetzt ist, ein Fe/Cr-basierter Hochtemperatur-CO-Verschiebungskatalysator oder dergleichen verwendet werden. Während Cr Toxizität hat und Kosten für die Abfallentsorgung erfordert, wird ein Hochtemperatur-CO-Verschiebungskatalysator, in dem Cr durch Al ersetzt wird, einfach bei der Entsorgung, mit einer Umweltbelastung, die gering ist. Ein CO-Verschiebungskatalysator, der hauptsächlich aus Cu und Al besteht, zeigt eine höhere Aktivität als der Fe-Cr-basierte und kann zu diesem Zweck eingesetzt werden. Es ist bekannt, daß der Cu/Zn-basierte Niedertemperatur-CO-Verschiebungskatalysator durch Oxidation verschlechtert wird. Niedertemperatur-CO-Verschiebungskatalysatoren, welche andere Basismaterialien als Cu/Zn verwenden, werden als einen hohen Oxidationswiderstand habend berichtet, und solche Katalysatoren können verwendet werden.
  • Wenn zwei oder mehr solcher Basismetall-basierten CO-Verschiebungskatalysatoren geeigneter weise eingesetzt werden, ist die kontinuierliche Verwendung innerhalb eines Bereiches von 200°C bis 600°C möglich. Demgemäß kann das Auftreten einer Seitenreaktion, die Methanisierungsreaktion genannt wird, unterdrückt werden und CO-Verschiebungskatalysatoren mit einem guten Oxidationswiderstand können realisiert werden.
  • Wirkung der Erfindung
  • Bei den zylindrischen Dampfreformiereinheiten der Erfindung werden die folgenden Wirkungen erhalten.
    • (1) Eine CO-Verschiebungskatalysatorschicht und eine CO-Beseitigungskatalysatorschicht (= PROX-Schicht) werden jeweils direkt auf den Außenumfang einer Reformierungskatalysatorschicht ohne Bildung irgendeiner wärmeisolierenden Schicht und dergleichen angeordnet, so daß die Reformierungseinheit selbst gering in der Größe hergestellt werden kann. Da Wärme von einem Brenner leicht auf die CO-Verschiebungskatalysatorschicht und die CO-Beseitigungskatalysatorschicht übertragen wird, kann die Anlaufzeit bemerkenswert verkürzt werden.
    • (2) Das Vorsehen eines Wärmeübertragungsrohres zum Verdampfen von Wasser für das Reformieren um die CO-Verschiebungskatalysatorschicht und die CO-Beseitigungskatalysatorschicht trägt dazu bei, die CO-Verschiebungskatalysatorschicht und die CO-Beseitigungskatalysatorschicht jeweils auf gegebenen Temperaturen zu halten, und eine thermische Leistung der Reformierungseinheit kann durch die Wärmewiedergewinnung des Wärmeübertragungsrohres verbessert werden.
    • (3) Wenn die Strömungsgeschwindigkeit einer flüssigen Phase eines Kühlmediums (Wasser und Dampf) innerhalb des Wärmeübertragungsrohrs auf 0.1 m/s oder darüber eingestellt wird, kann dem Pulsieren vorgebeugt werden, was es erlaubt, daß das Kühlmedium aus zweiphasigen Dämpfen sanft durchgelassen wird.
    • (4) Die Wärmewiedergewinnungsschicht ist stromaufwärts der CO-Verschiebungskatalysatorschicht vorgesehen, so daß ein CO-Verschiebungskatalysator mit einer relativ geringen Wärmewiderstandstemperatur verwendet werden kann, ohne daß man sich auf einen bestimmten Typ eines Katalysators zurückzieht. In diesem Sinne können die Kosten für den Katalysator verringert werden.
    • (5) Das Vorsehen des Wärmeübertragungsrohres um die CO-Verschiebungskatalysatorschicht durch ein wärmeisolierendes Element kann das Überkühlen der CO-Verschiebungskatalysatorschicht verhindern und trägt dazu bei, eine geeignete Temperatur zu halten und erlaubt eine gleichförmige Temperatur, ohne daß eine Temperaturdifferenz gehalten werden müßte. Dies erlaubt es, daß die Wärme eines Verbrennungsauspuffgases und eines reformierten Gases in effektiver Weise absorbiert werden, wodurch eine thermische Leistung durch Einsatz einer einfachen Struktur verbessert wird.
    • (6) Luft kann gut in die CO-Beseitigungskatalysatorschicht eingemischt werden, so daß das CO stabil reduziert werden kann. Stangenelemente, welche Durchlässe der Vorheizschicht trennen, sind spiralisch angeordnet, und ein Füllmittel, so wie Aluminiumoxidkugeln, wird gepackt, so daß dem Pulsieren mit einem zweiphasigen Strom aus Wasser und Dampf vorgebeugt werden kann. Da ein Startgas und Dampf gut gemischt werden können, wird eine stabile Erzeugung des reformierten Gases möglich.
    • (7) Da die Konzentration an Kohlenmonoxid in dem sich ergebenden reformierten Gas auf einen vorbestimmten Wert oder darunter verringert werden kann, kann die Einheit als ein Wasserstoffgenerator einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle verwendet werden. In diesem Fall, wie in (1) oben ausgeführt, kann die Reformierungseinheit als solche gering in der Größe hergestellt werden, so daß es ermöglicht wird, ein Brennstoffzellensystem hoher Leistung in geringer Größe aufzubauen.

Claims (10)

  1. Zylindrische Dampfreformierungseinheit, mit: (a) einem ersten zylindrischen Körper (1), einem zweiten zylindrischen Körper (2) und einem dritten zylindrischen Körper (3), die in konzentrisch beabstandeter Lagebeziehung angeordnet sind und aufeinanderfolgend im Durchmesser anwachsen, wobei der erste zylindrische Körper (1) eine Bodenplatte (7) hat und der dritte zylindrische Körper (3) eine Bodenplatte (22) hat; (b) einem Strahlungszylinder (4), der innerhalb des ersten zylindrischen Körpers (1) in beabstandeter Lagebeziehung mit diesem und mit einer Mittelachse, die konzentrisch zu dem ersten zylindrischen Körper (1) definiert ist, angeordnet ist; (c) einem Brenner (5), der in einem radial mittigen Teil des Strahlungszylinders (4) angeordnet ist; (d) einer Reformierungskatalysatorschicht (15), die in einem Spalt gebildet ist, der radial durch den ersten zylindrischen Körper (1) und den zweiten zylindrischen Körper (2) zum Reformieren eines Startgases geteilt ist, und einer Vorheizschicht (14), die stromabwärts der Refomierungskatalysatorschicht (15) zum Vorheizen des Startgases angeordnet ist; (e) einer Wärmewiedergewinnungsschicht (42), die in einem Spalt zwischen dem zweiten zylindrischen Körper (2) und dem dritten zylindrischen Körper (3) gebildet ist, wobei der Spalt mit dem Spalt kommuniziert, in dem die Refomierungskatalysatorschicht (15) gebildet ist; (f) einer CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16), die in dem Spalt angeordnet ist, welcher mit der Wärmewiedergewinnungsschicht (42) kommuniziert, die in einem Spalt zwischen dem zweiten zylindrischen Körper (2) und dem dritten zylindrischen Körper (3) gebildet ist; (g) einer CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19), die stromabwärts in einer Strömungsrichtung eines reformierten Gases von der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) angeordnet ist; (h) wobei eine Strömungsrichtung eines Verbrennungsauspuffgases zwischen einem Strahlungszylinder (4) und dem ersten zylindrischen Körper (1) umgekehrt zu der Strömungsrichtung in dem Brenner (5) ist und entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Startgases ist, welches durch die Reformierungskatalysatorschicht (15) strömt; (i) wobei die Vorheizschicht (14), die stromaufwärts der Reformierungskatalysatorschicht (15) angeordnet ist, an einem Außenumfang des Strahlungszylinders (4) angeordnet ist, und die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) an einem Außenumfang der Vorheizschicht (14) angeordnet ist; (j) wobei die Strömungsrichtung des reformierten Gases in der Wärmewiedergewinnungsschicht (42) in bezug auf die Strömungsrichtung in der Reformierungskatalysatorschicht (15) umgekehrt ist.
  2. Zylindrische Dampfreformierungseinheit nach Anspruch 1, bei der ein kontinuierlicher Rundstahl (41) spiralig in dem Spalt innerhalb der Vorheizschicht (14) angeordnet ist, so daß ein spiraliger Durchlaß gebildet wird.
  3. Zylindrische Dampfreformierungseinheit nach Anspruch 1, bei der eine Vielzahl kontinuierlicher runder Stangen (43) spiralig in dem Spalt innerhalb der Wärmewiedergewinnungsschicht (42) angeordnet ist, so daß ein spiraliger Durchlaß gebildet wird, und eine Länge des spiraligen Durchlasses ausreichend ist, die Temperatur des reformierten Gases, welches in die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) strömt, nicht höher werden zu lassen als die Wärmewiderstandstemperatur eines CO-Verschiebungskatalysators.
  4. Zylindrische Dampfreformierungseinheit nach Anspruch 1, bei der der CO-Verschiebungskatalysator in der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) einer ist, der kontinuierlich wenigstens bei einer Temperatur von 350°C verwendbar ist.
  5. Zylindrische Dampfreformierungseinheit nach Anspruch 1, bei der in der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) ein Hochtemperatur-CO-Verschiebungskatalysator an der Seite der Reformierungskatalysatorschicht (15) angeordnet ist und ein Niedertemperatur-CO-Verschiebungskatalysator an der Seite der CO-Beseitigungskatalysatorschicht (19) angeordnet ist.
  6. Zylindrische Dampfreformierungseinheit nach Anspruch 1, bei der die CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) mit einem CO-Verschiebungskatalysator in einer vollen Menge, die ausreichend ist, daß sie bei einer gewöhnlichen Betriebsbedingung verwendet wird, gefüllt ist.
  7. Zylindrische Dampfreformierungseinheit nach Anspruch 1, bei der ein Wärmeübertragungsrohr (26) für den Durchlaß von Wasser, das für die Reformierungsreaktion in der Reformierungskatalysatorschicht (15) und zum Kühlen der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) verwendet wird, aufgebaut ist, wobei es spiralig um eine Außenwand der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) gewickelt ist.
  8. Zylindrische Dampfreformierungseinheit nach Anspruch 1, bei der eine Schicht (44) eines wärmeisolierenden Elementes um die Außenwand der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) vorgesehen ist und ein Wärmeübertragungsrohr (26) für den Durchlaß von Wasser, das für die Reformierungsreaktion und zum Kühlen der CO-Verschiebungskatalysatorschicht (16) verwendet wird, aufgebaut ist, indem es spiralig um einen Außenumfang der Schicht (44) des wärmeisolierenden Elementes gewickelt ist.
  9. Zylindrische Dampfreformierungseinheit nach Anspruch 1, bei der eine Vorheizeinheit für Zufuhrwasser zum Durchführen eines Wärmeaustauschs mit einem Verbrennungsauspuffgas stromabwärts des Wärmeübertragungsrohrs (26), um Wasser, das in die Reformierungskatalysatorschicht (15) eingeführt wird, vorzuwärmen, vorgesehen ist.
  10. Zylindrische Dampfreformierungseinheit nach Anspruch 9, bei der die Vorheizeinheit für Zufuhrwasser durch Wickeln des Wärmeübertragungsrohrs (26) um eine Außenfläche der Reformierungseinheit in der Umgebung eines Verbrennungsauspuffgasauslasses, aus dem ein Verbrennungsauspuffgas ausströmt, gebildet ist.
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