DE69506767T2

DE69506767T2 - Katalytisches Material für die Reformierung von Kohlenwasserstoffen und ihre Konfiguration

Info

Publication number: DE69506767T2
Application number: DE69506767T
Authority: DE
Inventors: Richard Allen Pittsburgh Pennsylvania 15239 Basel; Raymond Anthont Pittsburgh Pennsylvania 15217 George; Larry Anthont Pittsburgh Pennsylvania 15239 Shockling; Prabhakar Export Pennsylvania 15632 Singh
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2015-02-15
Also published as: CA2142781A1; US5527631A; KR950031230A; TW299345B; JPH0822835A; EP0677327B1; DE69506767D1; EP0677327A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Feld von katalytischen Kohlenwasserstoffgasreformierern, und auf ein verbessertes Katalysatorträgermaterial und Katalysatorträgeraufbau zur Benutzung in einem katalytischen Kohlenwasserstoffgasreformierer. Die Erfindung ist besonders nützlich in elektrochemischen Festelektrolytengeneratoren hoher Temperatur für elektrische Leistungserzeugung. Ein Gesichtspunkt ist insbesonders auf einen reformierenden Katalysatorträger gerichtet, der ein poröses, nicht festes fasriges Material mit verbesserter dimensioneller Stabilität während verlängertem Betrieb hat, un ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung ist auf einen reformierenden Katalysatorträger gerichtet, der in einem Aufbau angebracht ist, der diskrete Strömungswege entlang der Länge des Katalysatorträgers für eine verbesserte Wärmeübertragungsrate und Widerstand gegenüber Druckabfall über die zu reformierenden Kohlenwasserstoffgassströmungswege definiert.
Naturgase, die Methan umfassen, Ethan, Propan, Butan und/oder Stickstoff und dergleichen, verdampfte Erdölbruchteile wie Naphtha und dergleichen, und auch Alkohole, zum Beispiel Ethylalkohol und dergleichen, sind geeignete Brennstoffe für elektrochemische Reaktionen und können in einer elektrochemischen Generatorvorrichtung verbraucht werden, um elektrische Leistung zu erzeugen, zum Beispiel einem elektrochemischen Festoxidbrennstoffzellengenerator hoher Temperatur. Die direkte Benutzung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen zum Erzeugen von elektrischer Leistung kann aber Kohlenstoffablagerung oder Bildung von Ruß auf den elektrochemischen Brennstoffzellen des Generators und anderen Generatorkomponenten verursachen, wenigstens teilweise von Kohlenwasserstoffspaltung. Ablagerung von Kohlenstoff auf den elektrochemischen Generatorkomponenten, zum Beispiel Isoliertafeln, Brennstoffverteilungstafeln, Trägerblöcken, Aufteilungstafeln und Brennstoffzellen, verringert die Wirksamkeit des elektrochemischen Generators durch Blockieren von Transportwegen, Liefern von elektrischen Kurzschlusswegen und Verringern von Isolierwirkungen.
Um Kohlenstoffablagerung zu verringern, ist es bekannt, das Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoffgas, das in die Brennstoffzellenkammer einer elektrochemischen Generatorvorrichtung eintritt, durch die Benutzung von einem reformierenden Katalysator in einfachere Moleküle umzuwandeln, insbesonders in Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H&sub2;). Kohlenwasserstoffreformierung wird daher benutzt, um tief karbonisierende Brennstoffe für die elektrochemischen Zellen zu liefern. Es ist auch bekannt, dass die Gegenwart von Wasserdampf (H&sub2;O(g,) und/oder Kohlendioxid (CO&sub2;) und eines reformierenden Katalysators die direkte Umwandlung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen wie Naturgas in CO und H&sub2; durch eine endotherme reformierende Reaktion gestattet, das heißt, einen Vorrat von Wärme erfordert. Die reformierende Reaktion wird am besten bei einer Temperatur von ungefähr 900ºC durchgeführt.
Der reformierte Kohlenwasserstoffbrennstoff wird dann zum Beispiel in einer elektrochemischen Generatorvorrichtung mit einem Oxidationsmittel wie Luft kombiniert, um Wärme und elektrische Leistung herzustellen. Da die reformierende Reaktion endotherm ist, muss zusätzliche thermische Energie geliefert werden, das heißt, durch direkte Verbrennung oder durch Wärmeübertragung durch die Wände eines Wärmetauschers, wie in einem Dampf Luft- oder Luft-Luftwärmetauscher. Die Wärme, die für die reformierende Reaktion in einer elektrochemischen Generatorvorrichtung erfordert ist, ist typischerweise von einem bedeutenden Bruchteil der übermäßigen Wärme abgeleitet, die sich von dem Betrieb des elektrochemischen Generators ergibt.
Festoxidelektrolytenbrennstoffzellen hoher Temperatur und Vielzellengeneratoren und Aufbauten, die zum Umwandeln von chemischer Energie in elektrische Gleichstromenergie gestatltet sind, typischerweise in dem Temperaturbereich von 600ºC bis 1200ºC, sind wohlbekannt. Ein Vielzellengenerator enthält im allgemeinen eine Vielzahl von parallelen, langgestreckten, elektrisch untereinander verbundenen rohrförmigen elektrochemischen Brennstoffzellen, wobei jede Brennstoffzelle eine äußere Brennstoffzelle hat, eine innere Luftelektrode, einen Festoxidelektrolyten, der zwischen den Elektroden gelagert ist, und ein Mittel zum Eintritt eines gasförmigen Oxidationsmittels und eines gasförmigen Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoffs. Ein vorher reformierter Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff, das heißt, in H&sub2; und CO umgewandelt, wird an einem Ende in den Generator gebracht und strömt parallel zu dem Äußeren einer Brennstoffelektrodenoberfläche, die entlang einer Achse langgestreckt ist. Der Brennstoff wird von einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff oder Luft oxidiert, das an einem anderen Ende und -parallel zu dem Inneren der Luftelektrodenoberfläche, die entlang einer Achse langgestreckt ist, in den Generator gebracht wird. Elektrische Gleichstromenergie wird erzeugt. Verbrauchter Brennstoff wird mit verbrauchtem Oxidationsmittel in einer getrennten Brennkammer verbrannt, und wird von dem Generator als ein heißes verbranntes Ablassgas entlüftet.
In den bekannten Festoxidelektrolytenbrennstoffzellen hoher Temperatur und Vielzellengeneratoren wird das Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoffgas wie Naturgas im allgemeinen mit Wasserdampf und/oder Kohlendioxid gemischt, das typischerweise von einem rezirkulierten verbrauchten Brennstoffgas (nicht oxidiert) geliefert wird, der typischerweise H&sub2;O und CO&sub2; enthält, und wird als anfänglicher Schritt reformiert, das heißt, durch Benutzung eines reformierenden Katalysators, typischerweise Nickel oder Platin, der auf einem Katalysatorträgermaterial getragen wird, typischerweise feste und stark gesinterte Aluminiumoxidkügelchen, in H&sub2; und CO umgewandelt. Reformierung des Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoffs kann entweder innerhalb oder außerhalb des elektrochemischen Generators durchgeführt werden. Kohlenwasserstoffreformierung außerhalb des Generators ist aber weniger wünschenswert, da Wärmeenergie an dem Reformierer und an den verbindenden Leitungen verloren wird, was ein solches System teuerer und komplizierter als eins mit einem inneren Reformierer macht. Weiterhin wird die das Kohlenwasserstoff reformierende Reaktion bei einer Temperatur in der Nähe von der von dem elektrochemischen Brennstoffzellenbetrieb durchgeführt. Daher ist die reformierende Wirksamkeit am besten, wo der Reformierer in dem elektrochemischen Generator ist, und der größtmögliche Bruchteil von übermäßiger Wärme, die sich von dem Brennstoffzellengeneratorbetrieb ergibt, nützlich angewandt werden kann.
Die U.S. Patentbeschreibung Nr. 4729931 (Grimble) beschreibt einen Brennstoffzellengenerator mit einem internen katalytischen Kohlenwasserstoffreformierer, wo heißes verbrauchtes Brennstoffgas, das H&sub2; und CO&sub2; enthält, rezirkuliert wird und an einer Auswurfgerätdüse in frischen Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff gezogen wird, und die zu reformierende gasförmige Mischung wird dann durch eine interne, den Kohlenwasserstoff reformierende Kammer gebracht, die eine gepackte reformierende Katalysatorschicht oder eine gepackte Säule von fein aufgeteiltem Ni und Pt enthält, die entlang der Länge der Brennstoffzellenkammer angeordnet ist. Nachdem sie durch die gepackte Schicht bei ungefähr 900ºC strömt, ergibt die zu reformierende gasförmige Mischung ein reformiertes Brennstoffgas, namentlich H&sub2; und CO&sub2;, das schließlich über die Brennstoffelektroden in der Brennstoffzellenkammer gebracht wird. Die Benutzung von nicht leicht überwachten oder gesteuerten Mengen von rezirkuliertem verbrauchtem Brennstoffgas als eine Quelle von H&sub2;O und/oder CO&sub2; kombiniert mit frischem Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff für die reformierende Reaktion hat aber eine Möglichkeit, wegen Kohlenstoffablagerung auf dem reformierenden Katalysator während der Kohlenwasserstoffreformierung und anderen auch auf Generatorkomponenten Probleme zu ergeben.
Man nimmt an, dass Kohlenstoffablagerung auf einer den Kohlenwasserstoff reformierenden Katalysatoroberfläche sich von unzureichender Adsorption von H&sub2;O und/oder CO&sub2; auf der reformierenden Katalysatoroberfläche ergibt, das heißt, unzureichender Gegenwart der Sauerstoffart. Verringerte Vergasung von Kohlenstoff von dem adsorbierten Kohlenwasserstoffzubringungsgas und Kohlenwasserstoffspaltung sind die Ergebnisse. Die Sauerstoffart wird in einer ausreichenden Menge benötigt, um mit der adsorbierten Kohlenstoffart zu reagieren, um Kohlenmonoxid zu bilden. Ohne Sauerstoff wird Kohlenstoff auf dem reformiernden Katalysator und anderen Komponenten des elektrochemischen Generators gebildet. Dieser sich ergebene abgelagerte Kohlenstoff wird in der Natur eingekapselt und widersteht der Oxidation von H&sub2;O, das in der reformierenden Atmosphäre vorhanden ist.
Es sind Versuche gemacht worden, Kohlenstoffablagerung auf dem den Kohlenwasserstoff reformierenden Katalysator und anderen elektrochemischen Brennstoffzellengeneratorkomponenten zu verringern. Um Kohlenstoffablagerung auf dem reformierenden Katalysator und der reformierenden Katalysatorträgerstruktur zu verringern, ist es bekannt, Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoffgas in einem Überschuss von Wasserdampf und/oder Kohlendioxid in der Gegenwart von reformierendem Katalysator zu reformieren.
Die U.S. Patentbeschreibung Nr. 5143800 (George et al.) beschreibt einen Festoxidelektrolytenbrennstoffzellengenerator hoher Temperatur mit einem internen katalytischen Kohlenwasserstoffreformierer, wo verbrauchter Brennstoff, der H&sub2;O und CO&sub2; enthält, rezirkuliert wird und an einer Zirkulations- oder Mischungsdüse in frischen Zubringungskohlenwasserstoff gesaugt wird, bevor er in die reformierende Kammer eintritt, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Einlass für frische Zubringung einen Umgehungskanal in den verbrauchten rezirkulierten Brennstoffkanal hat, der eine Ventilanordnung hat, um den verbrauchten Brennstoffeinschluss in dem frischen Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff vor dem Eintreten in eine reformierende Kammer zu steuern, die einen Nickelkatalysator enthält. Zusätzlicher verbrauchter Brennstoff wird mit verbrauchtem Oxidationsmittel in einer Brennkammer kombiniert, um verbranntes Ablassgas zu bilden, das zirkuliert wird, um die reformierende Kammer und andere Komponenten der Brennstoffzelle zu erwärmen. Die von dem Ventil eingestellte Kombination von verbrauchtem Brennstoff mit frischem Zubringungsbrennstoff versucht, Kohlenstoffablagerung und Rußbildung in dem reformierenden Katalysator und der reformierenden Katalysatorträgerstruktur und anderen Brennstoffzellengeneratorkomponenten zu verhindern.
Es sind andere Versuche gemacht worden, um Kohlenstoffablagerung auf dem Kohlenwasserstoff reformierenden Katalysator und der reformierenden Katalysatorträgerstruktur zu verringern. Die U.S. Patentbeschreibung Nr. 5169730 (Reichner et al.) beschreibt einen Festoxidbrennstoffzellengenerator hoher Temperatur mit einem internen katalytischen Kohlenwasserstoffreformierer, wo der rezirkulierte verbrauchte Brennstoff durch Wärmeübertragungsbetriebe mit anderen Komponenten des Brennstoffzellengenerators auf eine Temperatur von unter 400ºC abgekühlt wird, bevor er in die Düse oder das Auswurfgerät eintritt, das an einer äußeren Stelle von dem Hauptkörper des Generators mit geringer Temperatur angeordnet ist, und dann mit dem frischen Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff gemischt wird, um Kohlenwasserstoffspaltung an der Düse und Deaktivierung oder Vergiftung des reformierenden Katalysators zu vermeiden.
Die U.S. Patentbeschraibung Nr. 4898792 (Singh et al.) beschreibt einen Festoxidelektrolytenbrennstoffzellengenerator hoher Temperatur mit porösen Brennstoffaufbereitertafeln, die benutzt werden, um Kohlenwasserstoff über die Brennstoffzellen zu verteilen, und auch, um in einer den Kohlenwasserstoff reformierenden Kapazität zu wirken. Bei Singh et al. schließt das reformierende Katalysatormaterial, das benutzt wird, um Kohlenstoflbildung zu verringern, einen porösen, fest gepressten oder gesinterten Filz aus einem Pulver- oder Faseraluminiumoxid als Katalysatorträgerstruktur ein, der mit einem reformierenden Katalysator imprägniert oder behandelt wird, der katalytisches Ni und auch Metallsalze einschließt, wobei die Salze Nitrate einschließen, Formate und Acetate, und Metalloxide, und die Metalle von der Gruppe von Mg, Ca-Al, Sr-Al, Ce, Ba und Mischungen davon ausgewählt sind. Es ist bekannt, dass Metalloxide wirksam sind, um gasförmiges H&sub2;O leicht zu adsorbieren.
U.S. -A-4337178 beschreibt eine Katalysatorstruktur for Kohlenwasserstoffreformierung, in der der Katalysatorträger in der Richtung der Gasströmung langgestreckt ist.
EP-A-0226306 lehrt eine Katalysatorstruktur für reformierende Reaktionen, die Kanäle umfasst, in denen die Struktur Bewegung gestattet, um Beanspruchungen unterzubringen.
Typische Kohlenwasserstoffreformierergestaltungen bestehen aus einer Vielzahl von langen, dünnen Rohren, die mit diesen Katalysatorkügelchen gefüllt sind. Eine solche Reformierergestaltung wird benutzt, um eine hohe Wärmeübertragungsrate zu erreichen, während ein langer Gasströmungsweg über einem großen Gebiet von aktivem Katalysator beibehalten wird. Dieser Aufbau ist aber betreffs des Raums oder des Volumens nicht wirksam. Er ergibt weiterhin einen relativ hohen Druckabfall des Reformierergasstroms durch die Katalysatorschicht. Einige vorgeschlagene Kohlenwasserrstoffreformiereranwendungen sind in der verfügbaren Raumzuordnung sehr begrenzt und auch in dem verfügbaren Pumpdruck, um das Reformierergas durch die Katalysatorschicht zu treiben. Ein Beispiel ist ein interner Reformierer für einen Festoxidbrennstoffzellenrezirkulationsgenerator hoher Temperatur, der ein Auswurfgerät oder eine Düse als Gasstromantriebselement umfasst. Es besteht ein Bedarf nach einem optimaleren Aufbau der reformierenden Kammer und des darin enthaltenen reformierenden Katalysatormaterials, einschließlich der Katalysatorträgerstruktur und des daruf abgelagerten Katalysators, um Wärmeübertragungsraten und Widerstand gegenüber Druckabfällen zu verbessern.
Es wäre für katalytische Kohlenwasserstoffreformierer vorteilhaft, insbesonders in einer elektrochemischen Brsnnstoffzellengeneratorvorrichtung, ein reformierendes Katalysatormaterial mit einer Katalysatorträgerstruktur zu enthalten, die mit einem Katalysator imprägniert ist, der gegenüber dem mechanischen oder dimensionellen Zusammenbruch wegen Kohlenstoflbildung nicht anfällig ist, Gasstromdruckabfall durch die Katalysatorschicht verbessert, und ermöglicht, dass ein hoher Wärmefluss von der Katalysatorbeinhaltungswand zu dem zu reformierenden Gasstrom geht. Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Katalysatormaterial geliefert, das ein poröses, nicht festes Katalysatorträgermaterial einschließt, das mit einem reformierenden Katalysator imprägniert ist. Der nicht feste Katalysatorträger ist zusammendrückbar und verbessert die Stabilität des Katalysatorträgers gegenüber Pulverisierung. Weiterhin, sogar in dem Fall des Erzeugungsbetriebs, wo Kohlenstoffbildung manchmal möglich werden wird, liefert der nicht feste Katalysatorträger der Erfindung dem Katalysator strukturelle Stabilität ohne Pulverisierung des Katalysatorträgers oder des Katalysators. Nach einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Katalysatormaterial geliefert, das einen Katalysatorträgeraufbau einschließt, der in der Richtung der zu reformierenden Gasströmung langgestreckt ist, der diskrete Strömungswege oder Durchgangswege entlang dem Katalysatorträgerkörper hat, um eine zu reformierenden Gasmischungsströmungskanal oder -kanäle darin zu bilden, die Durchgangswege für die zu reformierende Gasmischung bei geringeren Druckabfällen und Wärmeübertragungsraten zu liefern. Der Katalysatorträgerautbau definiert daher diskrete Durchgangswege entlang seiner Länge für wesentliche Teile der zu reformierenden Gasmischung, was Wärmeübertragungseigenschaften verbessert und die Druckabfall- und Pumpanforderungen über der Katalysatorschicht verringert.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrochemische Generatorvorrichtung zu liefern, die einen internen katalytischen Kohlenwasserstoffreformierer enthält, der ein reformierendes Katalysatormaterial einschließt, das ein verbessertes reformierendes Katalysatorträgermaterial umfasst.
Es ist eine andere Aufgebe der Erfindung, ein reformierendes Katalysatorträgermaterial mit dimensoinaler Stabilität zu liefern, das während verlängertem Betrieb nicht zu mechanischer Verschlechterung und Pulverisierung des Katalysatorträgers und des Katalysators und seiner Trägerstruktur neigt.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine elektrochemische Generatorvorrichtung zu liefern, die einen internen katalytischen Kohlenwasserstoffreformierer enthält, der ein reformierendes Katalysatormaterial einschließt, das einen verbesserten reformierenden Katalysatorträgeraufbau umfasst.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, ein reformierendes Katalysatormaterial zu liefern, das bei verlängerter Benutzung nicht von Kohlenstoffbildung verschlechtert wird.
Es ist ein anderer Vorteil der Erfindung, ein reformierendes Katalysatormaterial mit einem geringen Gasstromdruckabfall durch das reformierende Katalysatorträgermasterial zu liefern.
Es ist ein anderer Vorteil der Erfindung, ein reformierendes Katalysatormaterial mit einem hohen Wärmefluss zwischen dem reformierenden Katalysatorträgermaterialbeinhaltungswand und dem zu reformierenden Gasmischungsstrom zu liefern.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung besteht in einer reformierenden Katalysatorvorrichtung, gekennzeichnet durch einen porösen reformierenden Katalysatorträger, der mit einem Katalysator imprägniert ist, wenigstens eine einschränkende Wand, die um den Katalysatorträger angeordnet ist, wobei der Katalysatorträger in einer Richtung der Strömung eines zu reformierenden Kohlenwasserstoffgases langgestreckt ist, und wobei eine kontaktierende Oberfläche des zu reformierenden Gases des Katalysatorträgers wenigstens einen diskreten Durchgangsweg definiert, der sich entlang der Länge des Katalysatorträgers erstreckt, um einen zu reformierenden Gasströmungskanal zu bilden, wobei der wenigstens eine diskrete Durchgangsweg in Wärmeverbindung mit einem Mittel zum Erwärmen des zu reformierenden Kohlenwasserstoffgases in dem wenigstens einem diskreten Durchgangsweg ist, worin der reformierende Katalysatorträger bei Kontakt mit einem zu reformierenden Kohlenwasserstoffgas einer Kohlenstoffablagerung ausgesetzt ist, worin der reformierende Katalysatorträger einen nicht festen, porösen, fasrigen Aluminiumoxidkatalysatorträger umfasst, wo die Fasern zusammengedrückt werden können und im wesentlichen nicht gesintert sind, was Widerstand gegenüber dimensioneller und mechanischer Verschlechterung und Brechung bei der langsamen Ablagerung von Kohlenstoff gestattet. Der Katalysatorträger ist vorzugsweise von einer Vielzahl von diskreten Durchgangswegen gekennzeichnet, die sich entlang der Länge des Katalysatorträgers erstrecken, der eine Vielzahl von Gasströmungskanälen bildet, wo wenigstens einer der Gasströmungskanäle das zu reformierende Kohlenwasserstoffgas trägt. Die diskreten Durchgangswege sind vorzugsweise wenigstens teilweise von integralen Schlitzen gebildet, die sich inwärts in den Katalysatorträger erstrecken und in der Richtung der Gasströmung langgestreckt sind, und es besteht vorzugsweise wenigstens eine einschränkende Wand, die aus einem thermisch leitenden Material hergestellt ist, das hoher Temperatur widersteht, das um den Katalysatorträger angeordnet ist, wo die einschränkende Wand den integralen Schlitz teilweise schließt. Der mit dem Katalysatoraufbau imprägnierte Katalysatorträger ist nach der Erfindung aufgebaut, um diskrete zu reformierende Gasströmungskanäle zu definieren, verbessert den zu reformierenden Kohlenwasserstoffgasstromdruckabfall durch die Katalysatorschicht der reformierenden Kammer, er ermöglicht, dass ein hoher Wärmefluss von der Katalysatorträgerbeinhaltungswand zu dem zu reformierenden Gasstrom besteht, der in den Strömungskanälen angeordnet ist, und er gestattet Kompaktheit der Gestaltung.
Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung besteht in einer elektrochemischen Generatorvorrichtung, insbesonders eines Festoxidelektrolytenbrennstoffzellengenerators hoher Temperatur, der folgendes umfasst: eine langgestreckte Generatorkammer, die wenigstens ein Zellenbündel enthält, das Bündel eine Vielzahl von parallelen, langgestreckten chemischen Zellen enthält, jede Zelle mit einer äußeren Brennstoffelektrode, einer inneren Luftelektrode, und einem Festoxidelektrolyten dazwischen, einen Einlass für frischen gasförmigen Zubringungsbrennstoff zu der Generatorkammer, einen Einlass für frisches gasförmigen Zubringungsoxidationsmittel zu der Generatorkammer, wenigstens einen Ausgang für gasförmigen verbrauchten Brennstoff von der Generatorkammer, eine Brennkammer, wenigstens einen Ausgang für gasförmiges verbranntes Ablassgas von der Brennkammer, eine reformierende Kammer, die ein Katalysatormaterial zur Reformierung von Kohlenwasserstoff enthält, die einen reformierenden Katalysatorträger umfasst, der mit einem reformierenden Katalysator imprägniert ist, wenigstens eine einschränkende Wand, die um den Katalysatorträger angeordnet ist, wobei ein Ausgangskanal für verbrauchten Brennstoff von der Generatorkammer geht, um sich mit einem Einlass für frischen Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff an einer Mischungskammer zu mischen, und eine zu reformierende Gasmischung von der Mischungskammer zu der reformierenden Kammer geht, in der die zu reformierende Kohlenwasserstoffgasmischung im wesentlichen reformiert wird und von der reformierenden Kammer in die Generatorkammer geht, weiter worin die das zu reformierende Gas kontaktierende Oberfläche des reformierenden Katalysatorträgers, der mit dem Katalysator imprägniert ist, wenigstens einen diskreten Durchgangsweg umfasst, der wenigstens teilweise integral in dem reformierenden Katalysatorträger gebildet ist und sich entlang der Länge des reformierenden Katalysatorträgers in die Richtung von der zu reformierenden Kohlenwasserstoffgasströmung mit Bildung eines zu reformierenden Gasströmungskanals erstreckt, wobei der wenigstens eine diskrete Durchgangsweg in Wärmeverbindung mit einem Mittel zum Erwärmen des zu reformierenden Kohlenwasserstoffgases in dem wenigstens einen diskreten Durchgangsweg ist, worin der reformierende Katalysatorträger bei Kontakt mit einem zu reformierenden Kohlenwasserstoffgas einer Kohlenstoffablagerung ausgesetzt ist, worin der reformierende Katalysatorträger einen nicht festen, porösen, fasrigen Aluminiumoxidkatalysatorträger umfasst, wo die Fasern zusammengedrückt werden können und im wesentlichen nicht gesintert sind, was Widerstand gegenüber dimensioneller und mechanischer Verschlechterung und Brechung bei der langsamen Ablagerung von Kohlenstoff gestattet. Die Kontaktoberfläche für das zu reformierende Gas des Katalysatorträgers umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von diskreten Durchgangwegen, die nebeneinander in dem Katalysatorträger angeordnet sind. Das Mittel zum Erwärmen des zu reformierenden Kohlenwasserstoffgases umfasst vorzugsweise den Ausgang für verbrauchtes Gas oder den Ausgang für verbranntes Ablassgas, der in Wärmeverbindung mit einer Wand der reformierenden Kammer gerichtet ist, worin die Wand der reformierenden Kammer um den Katalysatorträger angeordnet ist, den wenigstens einen Durchgangsweg teilweise schließt. Weiterhin ist das reformierende Katalysatormaterial vorzugsweise aus einem nicht festen, porösen, fasrigen Katalysatorträgermaterial hergestellt, worin die Fasern zusammendrückbar und im wesentlichen nicht gesintert sind, und mit katalytischem Ni und MgO imprägniert sind.
In den Zeichnungen werden bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt, wie sie hier bevorzugt sind. Es sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen begrenzt ist, die als Beispiele beschrieben sind, und innerhalb des Umfangs der angehängten Patentansprüche Veränderungen fähig ist. In den Zeichnungen
Fig. 1 ist eine Schnittansicht entlang einer axialen Ebene durch eine Ausführungsform eines elektrochemischen Festoxidelektrolytengenerators hoher Temperatur, der eine interne reformierende Kammer 56 einschließt, die ein reformierendes Katalysatormaterial enthält, das einen reformierenden Katalysatorträger umfasst, der nach der Erfindung mit einem Katalysator imprägniert aufgebaut ist, der entlang einer Richtung der axialen Langstreckung teilweise ausgeschnitten gezeigt ist.
Fig. 2, die die Erfindung am besten darstellt, ist eine seitliche Schnittansicht eines monolithischen reformierenden Katalysatormaterials, das eine Katalysatorträgeranordnung nach einer Ausführungsform umfasst, die getrennte benachbarte Gasdurchgangswege zeigt, die integral in dem Katalysatorträger definiert sind, um Druckabfall über dem Katalysatormaterial zu verringern und um thermische Energie von den heißen Gasen zu den zu reformierenden Gasen zu übertragen, wobei wenigstens die letztgenannten in der Gegenwart eines reformierenden Katalysators erwärmt werden, der auf dem Katalysatorträger dotiert ist.
Fig. 3 ist eine Obenansicht des Katalysatormaterials von Fig. 2.
Fig. 4 ist eine seitliche Schnittansicht eines gerippten reformierenden Katalysatormaterials, das eine Katalysatorträgeranordnung nach der Erfindung einschließt, die eine Vielzahl von kompakten, stapelbaren Scheiben zeigt, wobei jede Scheibe getrennte benachbarte Durchgangswege hat, die integral mit jeder Katalysatorträgerscheibe definiert sind, um Druckabfall über das Katalysatormaterial zu verringern und um thermische Energie von dan heißen Gasen zu den zu reformierenden Gasen zu übertragen, wobei wenigstens die letztgenannten in der Gegenwart von einem reformierenden Katalysator erwärmt werden, der auf dem Katalysatorträger dotiert ist, und
Fig. 5 ist eine Obenansicht des Katalysatormaterials von Fig. 4.
Der hier benutzte Ausdruck "Brennstoffelektrode" meint die Elektrode in Kontakt mit Kohlenwasserstoffbrennstoff, der hier benutzte Ausdruck "Luftelektrode" meint die Elektrode in Kontakt mit Luft oder Sauerstoff: Die hier benutzten Ausdrücke "verbrauchter" Brennstoff oder "verbrauchtes" Oxidationsmittel beziehen sich auf teilweise reagierten, geringen BTU-Brennstoff, oder teilweise reagiertes, verarmtes Oxidationsmittel, das heißt, die jeweils 5 bis 15% Sauerstoff enthalten. Der Ausdruck "verbraucht" schließt nicht die Mischung des verbrauchten Brennstoffs ein, der mit verbrauchtem Oxidationsmittel verbrannt ist, welche Mischung hier als "verbranntes Ablass" gas beschrieben wird.
Wenn man auf Fig. 1 Bezug nimmt, dann wird eine elektrochemische Vorrichtung oder Generator 10 gezeigt, der Zellenbündel 12 und 14 enthält, jedes Bündel mit einer Vielzahl von parallelen langgestreckten elektrochemischen Brennstoffzellen 16, wie Festoxidelektrolytenbrennstoffzellen. Die Brennstoffzellen sind in einer Generatorkammer 22 angeordnet, und können mit den Zellen oder Bündeln angeordnet werden, die in einem rechteckigen oder runden Aufbau usw. angeordnet sind.
Jede Brennstoffzelle 16 hat eine äußere Brennstoffelektrode 18, die ihre langgestreckte Oberfläche bedeckt, die zur Klarheit als gepunkteter Abschnitt gezeigt ist, eine innere Luftelektrode, und einen Festoxidelektrolyten zwischen den Elektroden. Die Luftelektrode und der Elektrolyt sind nicht spezifisch in Fig. 1 gezeigt, und können in einer Weise angeordnet werden, die beim Stand der Technik bekannt ist. Die Luftelektrode kann ein dotiertes Keramikmaterial der Perowskitfamilie sein, zum Beispiel dotiertes LaMnO&sub3;. Der Elektrolyt kann ein mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirconiumdioxid sein. Die Brennstoffelektrode kann ein Zirconiumdioxid-Nickel-Cermetmaterial sein. Ein mit Calciumoxid stabilisierter Zirconiumdioxidträger kann wahlweise für die Luftelektrode benutzt werden.
Die elektrochemische Generatorvorrichtung soll mit einer internen Temperatur in dem Bereich von ungefähr 600ºC bis ungefähr 1200ºC arbeiten Ein äußeres Gehäuse 20 umgibt im allgemeinen die elektrochemische Generatorvorrichtung. Das Gehäuse umfasst typischerweise ein Metall, das hoher Temperatur widersteht, wie Inconel oder dergleichen. Ein inneres Gehäuse (nicht gezeigt) kann eine Vielzahl von Kammern umgeben, einschließlich der Generatorkammer 22 und einer Brennkammer 24. Das innere Gehäuse kann auch, fall überhaupt, ein Metall umfassen, das hoher Temperatur widersteht, wie Inconel. Thermische Isolierung 26, wie Aluminiumoxid mit geringer Dichte, ist vorzugsweise in dem äußeren Gehäuse 20 angeordnet.
Ein Einlass 28 für frischen Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff, wo der frische Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff als F gezeigt ist, und ein Einlass 30 für Oxidationsmittelzubringung, wo das Oxidationsmittel wie Luft als O gezeigt ist, dringen durch das Gehäuse 20 und die Isolierung 26. Es können auch Mündungen für elektrische Leitungen und dergleichen (nicht gezeigt) geliefert werden.
Die Generatorkammer 22 erstreckt sich zwischen einer Wand 32 und einer porösen Schranke 34. Die poröse Schranke 34 ist gestaltet, um zu gestatten, dass verbrauchtes Brennstoffgas von der Generatorkammer 22 zu der Brennkammer 24 austritt, wie von Pfeilen 36 angezeigt ist. Die Generatorkammer arbeitet bei einem Druck, der etwas über dem atmosphärischen Druck liegt, und die Brennkammer 24 arbeitet bei einem etwas geringerem Druck als die Generatorkammer. Das verbrauchte Gas 36 kombiniert sich mit verbrauchtem Oxidationsmittel, wie von Pfeilen 46 angezeigt ist, was ein heißes verbranntes Ablassgas bildet, wie als E gezeigt ist, das durch den verbrannten Ablasskanal 38 geht.
Langgestreckte Festoxidelektrolytenbrennstoffzellen 16 hoher Temperatur erstrecken sich zwischen der Brennkammer 24 und der Wand 32 und sind in der Generatorkammer 22 angeordnet. Die Brennstoffzellen 16 haben offene Enden 40 an der Brennkammer 24, und geschlossene Enden in der Nähe der Wand 32, die zu der Generatorkammer 22 führen. Jede individuelle Zelle erzeugt ungefähr ein Volt bei nomineller Belastung, und eine Vielzahl von Zellen sind elektrisch durch leitende Filze 42, typischerweise Nickelfasermetall, miteinander verbunden. Die Zellen können in einer Reihen-Parallel- Anordnung verbunden sein, um ein erwünschtes Verhältnis der Ausgabespannung zu Stromkapazität zu erhalten.
Beispielsweise wird während des Betriebs der elektrochemischen Generatorvorrichtung 10 ein gasförmiges Oxidationsmittel O wie Luft durch den Oxidationsmittelzubringungseinlass 30 gebracht, und tritt in die Oxidationsmittelzubringungsleitungen 44 ein, zum Beispiel bei einer Temperatur von von ungefähr 500ºC bis 700ºC, und über atmosphärischem Druck. Das Oxidationsmittel kann wahlweise vor dem Eintreten in das Gehäuse von einem konventionellen Mittel erwärmt werden, wie einem mit einem Gebläse gekuppelten Wärmetauscher. Das Oxidationsmittel in den Leitungen 44 wird dann durch die Brennkammer 24 gegeben, wo es weiter auf eine Temperatur von ungefähr 800ºC bis 900º von dem verbrannten Ablassgas E erwärmt wird. Das Oxidationsmittel strömt dann durch die Länge des Oxidationsmittelkreises, durch die Leitungen 44, die sich die innere Länge der Brennstoffzellen 16 herunter erstrecken, weiter auf ungefähr 1000ºC aufgrund des Absorbierens des meisten Teils der Wärme, die während der elektrochemischen Reaktion erzeugt wird, erwärmt werden. Ein kleinerer Bruchteil der Wärme wird von dem Brennstoff absorbiert.
Das Oxidationsmittel wird in den geschlossenen Endboden der Brennstoffzellen 16 entlassen. Das Oxidationsmittel in den Brennstoffzellen kehrt seine Richtung um, und reagiert elektrochemisch an der inneren Luftelektrode entlang der innenseitig aktiven Länge der Brennstoffzellen, ist ziemlich an Sauerstoffgehalt verarmt, wenn es sich dem gegenüberliegenden offenen Ende 40 der Brennstoffzellen 16 nähert.
Das Oxidationsmittel wird an der Luftelektroden-Elektrolyten-Grenzfläche verringert, was Sauerstoffionen liefert, die durch den Elektrolyten zu der Brennstoffelektroden- Elektrolyten-Grenzfläche wandern, wo sie in der Gegenwart von reformiertem Kohlenwasserstoffbrennstoff oxidiert werden, um Elektronen herzustellen, die durch einen äußeren Ladungskreis zu der Luftelektrode strömen, so einen Strom von elektrischem Strom erzeugen. Die elektrochemischen Reaktionen an den Luft- und Brennstoffelektroden, wo Kohlenwasserstoff als Brennstoff benutzt wird, sind zum Beispiel durch die folgenden Gleichungen gegeben:
O&sub2; + 4e&supmin; → 2O&sub2;&supmin; (Luftelektrode)
2O²&supmin; + 2H&sub2; → 2H&sub2;O + 4e&supmin; (Brennstoffelektrode)
Das verarmte oder verbrauchte Oxidationsmittel wird dann durch die offenen Brennstoffzellenenden 40 in die Brennkammer 24 entlassen, und wird als verbrauchte Oxidationsmittelausgangsströme 46 gezeigt. Das verbrauchte Oxidationsmittel 46 verbrennt mit verarmtem oder verbrauchtem Brennstoff ein Teil davon geht durch die poröse Schranke 34, wie von Pfeil 36 gezeigt ist, um verbranntes Ablassgas zu bilden, das aus der Vorrichtung zum Beispiel durch eine oder mehrere Kanäle 38 für verbranntes Ablassgas austritt, er tritt schließlich als das als E gezeigte Ablassgas aus. Das verbrannte Ablassgas E kann gerichtet werden, um in Wärmeübertragungsverbindung mit der Wand eines Reformierer zu gehen bevor es aus der Vorrichtung austritt. Die Kanäle 38 für verbranntes Ablassgas können aus einem Metall hergestellt sein, das hoher Temperatur widersteht, wie Inconel.
In der Erfindung kann ein gasförmiger Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff F, der noch nicht reformiert worden ist, wie ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, einschließlich von Kohlenwasserstoffen wie Methan, Ethan, Propan und dergleichen, verdampfte Erdölbruchteile wie Naphtha, Alkohole wie Ethylalkohol und dergleichen, und/oder Naturgas, durch den Einlasskanal 28 für frischen Zubringungsbrennstoff zu der elektrochemischen Generatorvorrichtung gebracht werden. Zum Beispiel kann eine Mischung von 85% Methan, 10% Ethan mit einem Ausgleich von Propan, Butan und Stickstoff durch den Einlasskanal 28 für frischen Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff in die elektrochemische Generatorvorrichtung gebracht werden und in einer reformierenden Kammer 56 in brennbare Zusammensetzungen reformiert werden, die weniger wahrscheinlich Kohlenstoffbildungen und Ruß auf einem Katalysatormaterial 58 in der reformierenden Kammer 56 herstellen. Der hier benutzte Ausdruck "Katalysatormaterial" bezieht sich auf ein reformierendes Katalysatorträgermaterial mit einem reformierenden Katalysator, der darauf behandelt, imprägniert oder dotiert ist, und wahlweise andere Förderungsmittel oder dergleichen einschließt.
In der in Fig. I gezeigten Ausführungsform geht ein Hauptteil des heißen, gasförmigen verbrauchten Brennstoff, der entlang der Länge der Brennstoffzellen 16 gebildet ist, zu wenigstens einem Rezirkulationskanal 48 für verbrauchten Brennstoff. Der Rezirkulationskanal 48 für verbrauchten Brennstoff kann gleicherweise aus einem Metall hergestellt sein, das hoher Temperatur widersteht, wie Inconel. Ein anderes Teil des heißen verbrauchten Brennstoffs geht in eine Brennkammer 24, wie vorher von Pfeil 46 gezeigt ist, um mit verbrauchtem Oxidationsmittel zu verbrennen, wie vorher von Pfeil 46 gezeigt wurde, und um die frische Oxidationsmittelzubringung O vorzuwärmen. Der Rezirkulationskanal 48 für verbrauchten Brennstoff, der verbrauchten Brennstoff enthält, geht von der Generatorkammer 22, um an der Mischungsvorrichtung 50 in den frischen Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff, der Zubringungsbrennstoff F enthält, zu gehen und sich mit ihm zu kombinieren.
Die Mischungsvorrichtung 50 kann irgendeine beim Stand der Technik bekannte Art sein, zum Beispiel ein Auswurfgerät, eine Strahlpumpe, eine Düse, ein Sauggerät, Mischerdüse/Mischerzerstäuber oder dergleichen. Dieses gestattet Rezirkulation eines Teils des verbrauchten Brennstoffs, der in den Rezirkulationskanal 48 für verbrauchten Brennstoff gebracht wird, um sich an der Mischungsvorrichtung 50 mit dem frischen Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff F zu mischen, der durch den Einlass 28 gebracht wird, um eine zu reformierende Gasbrennstoffmischung herzustellen, wie von Pfeilen 54 gezeigt ist. Zusätzlich kann der Mischer wahlweise so gestaltet sein, dass die dynamische Energie der Brennstoffmischung an dem Eingang zu dem Mischer 50, wie einer Düse, wirksam an einem Eingang zu einer reformierenden Kammer 56 von einem Zerstäuber 52 auf einen angehobenen Druck umgewandelt wird, dessen Querschnitt größer wird, wenn er von seinem Eingang in der Nähe der Düse zu der reformierenden Kammer 56 fortschreitet.
Bevor sie durch die katalytische, den Kohlenwasserstoff reformierende Kammer geht, enthält die zu reformierende Gasbrennstoffmischung 54 im allgemeinen wenigstens H&sub2;O- Dunst (Dampf), und typischerweise auch H&sub2;, CO und CO&sub2;, die alle von dem verbrauchten Brennstoff beigetragen werden, der durch den Rezirkulationskanal 48 für verbrauchten Brennstoff in die Mischervorrichtung 50 eintritt. Das Volumenverhältnis von verbrauchtem Brennstoff zu frischem Zubringungsbrennstoff wird vorzugsweise durch Steuern der Geschwindigkeit der Eingabe von frischem Zubringungsbrennstoff in die Mischungsvorrichtung 50 eingestellt, so dass ungefähr zwei Volumen zu fünf Volumen von H&sub2;O (Dampf) und CO&sub2; zu jedem Volumen von frischem Zubringungsbrennstoff zugegeben werden. Ein bevorzugtes Volumenverhältnis von O:C ist von ungefähr 1,2:2 bis 3:1 für einen mit Naturgas betriebenen elektrochemischen Brennstoffzellengenerator. Die Gegenwart von H&sub2;O(g) und/oder CO&sub2; plus eines reformierenden Katalysatormaterials gestattet die Umwandlung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in CO und H&sub2; und verringert die Rate der Kohlenstoffbildung wegen Kohlenwasserstoffspaltung.
Die reformierenden Reaktionen für Methan und Ethan (Naturgas) mit Benutzung von zum Beispiel Wasser und Kohlendioxid sind von den folgenden Gleichungen gegeben:
CH&sub4; + H&sub2;O → CO + 3H&sub2; (1)
CH&sub4; + CO&sub2; -2CO + 2H&sub2; (2)
und,
C&sub2;H&sub6; + 2H&sub2;O → 2CO + 5H&sub2; (3)
C&sub2;H&sub6; + 2CO&sub2; -4CO + 3H&sub2; (4)
Die reformierende Reaktion ist endotherm und wird am besten bei einer Temperatur von ungefähr 900ºC durchgeführt.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform geht die zu reformierende gasförmige Kohlenwasserstoffbrennstoffmischung 54 als nächstes von dem Ausgang der Mischungsvorrichtung durch eine katalytische, den Kohlenwasserstoff reformierende Kammer 56, die ein den Kohlenwasserstoff reformierendes Katalysatormaterialkassette 58 enthält, die ein selbsttragendes Katalystträgermaterial umfasst, das mit einem reformierenden Katalysator behandelt ist und wahlweise auch mit Förderungsmitteln oder dergleichen behandelt ist. Die zu reformierende Gasmischung wird in einen relativ gering karbonisierenden Brennstoff reformiert, wie von Pfeilen 64 gezeigt ist, und tritt aus der reformierenden Kammer durch Generatoreingangsöffnungen 66 parallel zu der Generatorkammer in die Generatorkammer 22.
Die reformierende Kammer 56 kann, wie in Fig. 1 gezeigt ist, zum Beispiel ein reformierendes Katalysatormaterial 58 enthalten, das einen langgestreckten zylindrischen Katalysatorträgerautbau hat, der langgestreckte Strömungskanäle oder Durchgangswege 59 definiert, die sich durch Katalysatormaterial 58 erstrecken, das in der reformierender. Kammer 56 angeordnet ist, in der Richtung des zu reformierenden Gasströmungswegs langgestreckt. Die Kanäle können teilweise durch ringförmige Öffnungen zwischen konzentrischen rohrförmigen Abschnitten, axialen Schlitzen, Nuten oder Kanälen definiert sein, und/oder andererseits wie nachfolgend vollständiger beschrieben wird. Die reformierende Kammer 56 kann aus einem einer hohen Temperatur widerstehenden Metall wie Inconel hergestellt sein, und kann aufgebaut sein, um das reformierende Katalysatormaterial 58 entsprechend darin eingebaut zu empfangen.
Der Rezirkulationskanal 48 für verbrauchten Brennstoff ist vorzugsweise für thermisch leitenden Kontakt mit dem Mittel angeordnet, das die Strömungskanäle 59 der reformierenden Kammer 56 definiert, um Wärmeübertragung zwischen heißem verbrauchtem Gas in dem Rezirkuationskanal 48 und den zu reformierenden Gasen 54 zu gestatten, die durch die reformierende Kammer 56 gehen. Diese Anordnung überträgt Wärmeenergie von dem rezirkulierten verbrauchten Brennstoff, um Wärmeenergie zu liefern, die für die endotherme reformierende Reaktion benötigt wird, die am besten bei ungefähr 900ºC durchgeführt werden. Zusätzlich fährt nach der Ausführungsform in Fig. 1 der rezirkulierte verbrauchte Brennstoff in dem Rezirkulationskanal 48 herunter fort und ringsherum zu der Mischungsdüse 50 und in Kontakt mit der Außenseite der Mischerzerstäuberkammer 52 mit einer weiteren Übertragung von Wärmeenergie zu der zu reformierenden gasförmigen Brennstoffmischung 54, während sie sich der reformierenden Kammer nähert.
Der Kanal 38 für verbranntes Ablassgas kann wahlweise auch für thermische Übertragung zu der reformierenden Kammer 56 angeordnet sein, um zusätzliche Wärme in einer ähnlichen Weise an den Reformierer zu liefern. Der Kanal 38 für verbranntes Ablassgas kann zum Beispiel angeordnet sein, um durch eine ringförmige Öffnung zwischen konzentrischen rohrförmigen Abschnitten der reformierenden Kammer zu gehen.
Weiterhin kann in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform die Temperatur des verbrauchten Brennstoffs von ungefähr 1000ºC an dem Eingang zu dem Rezirkulationsbrennstoffkanal 48 auf eine ausreichend geringe Temperatur verringert werden, wenn es sich der Mischungsdüse 50 nähert, so dass der frische Kohlenwasserstoffzubringungsbrennstoff F 400ºC nicht überschreitet. Der Aufbau kann so Kohlenstoffablagerung und Rußbildung wegen Kohlenwasserstoffspaltung, die bei Temperaturen über 400ºC auftritt, weiter verhindern.
Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst die reformierende Kammer 56 im allgemeinen ein Gefäß mit Wand, das ein reformierendes Katalysatormaterial 58 darin enthält, wobei das reformierende Katalysatormaterial getrennte Strömungskanäle 59 hat, die sich den Strömungsweg des zu reformierendes Gases entlang erstrecken, auf die Brennstoffzellen gerichtet werden, und die Strömungswege von einem oder beiden des heißen verbrauchten Gases und des verbrannten Ablassgases in nahe Nähe zu den zu reformierenden Gasströmungswegen gerichtet werden. Wärmeenergie geht durch den Körper der reformierenden Kammer von einem der Strömungswege zu dem anderen. Der Strömungsweg für wenigstens das zu reformierende Gas ist mit dem reformierenden Katalysator ausgekleidet, und der Katalysator ist vorzugsweise auf den Oberflächen eingeschlossen, die den zu reformierenden Gasströmungsweg definieren.
Eine Anzahl von anderen spezifischen Strukturen für die reformierende Kammer sind möglich. Die reformierende Kammer 56 kann einen runden, ovalen oder rechteckigen Querschnitt haben und kann mehr oder weniger dick sein. Während der Körper der reformierenden Kammer 56 von den benachbarten diskreten Durchgangswegen 59 durchquert wird, die in dem reformierenden Katalysatormaterial 58 definiert sind, sind die getrennten Strömungswege 59 der Gase in einer Weise definiert, die die Gase in einer kompakten und wirksamen Weise in ein thermisches Übertragungsverhältnis bringt. Weiterhin gestatten die Strömungswege 56, dass die zu reformierende Gasmischung 54 die reformierende Kammer 56 ohne wesentliche Verringerung des Drucks über dem Katalysator durchquert.
In einer wie in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Ausführungsform kann die reformierende Kammer 56 ein reformierendes Katalysatormaterial 58 enthalten, das ein langgestrecktes Kataloysatorträgermaterial umfasst, das mit denn reformierenden Katalysator imprägniert ist. Der Katalysatorträger ist im allgemeinen zylindrisch und definiert eine Vielzahl von Strömungsdurchgangswegen 59 für die zu reformierende Gasmischung, wobei die Strömungsdurchgangswege parallel zu und mit einem radialen Abstand von der zentralen Achse des Katalysatorträgers angeordnet sind. Das Katalysatorträgermaterial ist vorzugsweise von nicht festem, porösem, fasrigem, im wesentlichen nicht gesintertem Aluminiumoxid hergestellt, das mit katalytischem Ni und MgO imprägniert ist. Die Vielzahl von Durchgangswegen 59 mit radialer Nut oder Schlitz können in dem Katalysatorträgermaterial durch bekannte Einschließungstechniken integral gebildet werden, wie zum Beispiel durch selektives Zusammendrücken der Strömungsweggebiete. Die Vielzahl von Durchgangswegen 59 mit radialer Nut oder Schlitz für die zu reformierende Gasmischung 54 sind gebildet, um sich von der äußeren Peripherie radial inwärts zu erstrecken, um Wärmeübertragung und Widerstand gegenüber Druckabfall über das Katalysatormaterial zu verbessern.
Die Nut- oder Schlitzdurchgangswege 59 sind auf der Außenseite von geeigneten Beinhaltungswänden 56 für die reformierende Kammer geschlossen, wie hoher Temperatur widerstehendes Inconel oder dergleichen, die das heiße verbrauchte Brennstoffgas in den Rezirkulationskanal 48 für verbrauchten Brennstoff wie gezeigt nach unten führen können, oder nach oben (nicht gezeigt), um entweder gleichgerichtete Strömung oder Gegenströmung zu definieren. Die Nut- oder Schlitzdurchgangswege 59 können auch auf der Außenseite von getrennten, einer hohen Temperatur widerstehenden Metallwänden wie Inconel geschlossen sein. Es ist auch möglich, dass die getrennten Durchgangswege in einer anderen Weise ausgerichtet sein könnten oder für Strömungen in andere relative Richtungen wie gleichgerichtete Strömung, Gegenströmung oder Querströmung in einem elektrochemischen Generator, der im allgemeinen verschieden aufgebaut war. Es ist auch möglich, dass das Katalysatormaterial 58 einen Katalysatorträger umfasst, der auch einen axialen Durchgang definiert, der durch geeignete innere Beinhaltungswände für die reformierende Kammer oder getrennte Metallwände geschlossen ist, wobei die axialen Durchgangswege für verbrauchtes Brennstoffgas und/oder verbranntes Ablassgas benutzt werden, um darin zu strömen. Das Katalysatormaterial schließt daher eine zusätzliche Vielzahl von Durchgangswegen 59 für die zu reformierende Gasmischung 54 ein, die parallel zu dem axialen Durchgang und mit einem radialen Abstand von der inneren Perpherie angeordnet sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine andere Ausführungsform, in der das reformierende Katalysatormaterial 58 einen Katalysatorträger umfasst, der mit einem Katalysator imprägniert ist, der als eine rohrförmige und gerippte Anordnung aufgebaut ist, um innere und äußere Strömungskanäle 59 zu definieren, die sich parallel zu der Achse des im allgemeinen rohrförmigen Katalysatorträgermaterials erstrecken. Weiterhin zeigt Fig. 4 das reformierende Material 58 als stapelbare Scheiben, jede Scheibe mit den diskreten Strömungswegen 59 darin definiert. Die Scheiben liefern leichteren Zusammenbau und Auseinandernahme des Katalysatormaterials in der reformierenden Kammer. Das Katalysatormaterial ist von inneren und äußeren rohrförmigen Wänden eingeschränkt, zum Beispiel den Wänden 56 der reformierenden Kammer aus thermisch leitendem Material wie Inconel, sie definieren dabei getrennte Durchgangswege für die zu reformierende Gasmischung 54. Die Oberflächen, auf denen die zu reformiernde Gasmischung 54 das reformierende Katalysatormaterial 58 kontaktiert, ist in diesem Fall von im allgemeinen rechteckigen Nuten oder Schlitzen 59 entlang der Richtung von zu reformierender Gasströmung definiert. Es sind auch andere Gestalten möglich. Weiterhin können die Nuten unregelmäßige Gestalten definieren, zum Beispiel Definierung einer gekerbten oder geriffelten Oberfläche, um ein erhöhtes Oberflächengebiet entlang den Strömungswegen zu liefern.
Wenn man wiederum auf die Ausführungsform in Fig. 1 Bezug nimmt, dann ist die reformierende Kammer 56 vorzugsweise in einem axial langgestreckten Rohr angeordnet, um das reformierende Katalysatormaterial 58 darin aufzunehmen und den Einlass 60 für den zu reformierenden Gasmischungsbrennstoff und den Auslass 62 für reformierten Gasbrennstoff zu kuppeln. Wenigstens dieser Durchgang für die zu reformierende Gasmischung 54 enthält ein reformierendes Katalysatormaterial 58, das einen Katalysatorträger und einen Katalysator wie allgemein in Fig. 2 und 4 gezeigt ist einschließt. Die Beinhaltungswände 56 für die reformierende Kammer umschließen daher um die Außenseite des reformierenden Materials 58 und können ein Teil der Wände der getrennten Strömungskanäle 59 (das heißt, die äußersten Kanäle in Fig. 2 und beide äußersten und innersten Kanäle in Fig. 4) definieren.
Zu diesem Zweck schließt das reformierende Katalysatormaterial 58 einen Katalysatorträgerkörper ein, der vorzugsweise aus einem selbsttragenden Material hergestellt ist, das vorzugsweise ein selbsttragendes poröses Aluminiumoxidmaterial umfasst, das mit katalytischem Ni und möglicherweise MgO imprägniert ist, und wahlweise Förderungsmitteln. Das reformierende Katalysatormaterial 58 mit dem Aufbau nach der Erfindung kann konventionelle freste, gepresste oder gesinterte Aluminiumoxidkatalysatorträger umfassen, der mit einem reformierenden Katalysator imprägniert ist, d.h. der durch den größten Teil des Katalysatorträgermaterial verteilt ist. Ein konventioneller fester Katalysatorträger ist aber nicht bevorzugt. Nach dem anderen Gesichtspunkt der Erfindung, wie nachfolgend genauer erklärt wird, ist es am meisten bevorzugt, dass das reformierende Katalysatormaterial 58 einen nicht festen, porösen, fasrigen Aluminiumoxidträger umfasst, der wenigstens auf den Kontaktoberflächen der zu reformierenden Gasmischung mit katalytischem Material imprägniert ist, worin der Katalysatorträger flexibel und im wesentlichen nicht gesintert ist, und dann in die erforderte Gestalt geformt wird, um die getrennten zu reformierenden das Gas kontaktierenden Oberflächen oder Strömungskanäle 59 entlang der Länge des Katalysatorträgers zu definieren. Der reformierende Katalysator umfasst typischerweise katalytisches Pt und Ni, vorzugsweise Ni, und kann auch Metallsalze und Metalloxide umfassen, die von der Gruppe von Mg, Ca-Al, Sr-Al, Zr, Y, Ce, Ba und Mischungen davon ausgewählt sind, vorzugsweise Mg und Ca, besonders mehr bevorzugt Mg.
So, statt eine gepackte Schicht von kommerziellen Katalysatorkügelchen zu benutzen, die in Beinhaltungswänden einer reformierenden Kammer enthalten sind, und so den den Strömungsweg wesentlich einschließen, schließt der Aufbau des reformierenden Katalysatormaterials 58 mit diskreten Durchgangswegen 59, die entlang der Länge des Katalysatorträgers nach der Erfindung definiert sind, einen Katalysatorträger ein, der den imprägnierten reformierenden Katalysator entlang Oberflächen freilegt, die die zu reformierende Brennstoffgasmischung 54 ohne wesentliche Druckabfälle kontaktieren, während er auch benachbarte Durchgangswege 59 für geeignete Übertragung von Wärmeeenergie definiert. Das Ergebnis ist gute Wärmeübertragung, ein geringer Druckabfall, eine sehr kompakte, leicht zusammensetzbare und wirksame Anordnung für das Katalysatormaterial 58 und die reformierende Kammer 56. Die Wärmeübertragung kann weiter verbessert werden, indem bestimmte Durchgangswege von Beinhaltungswänden 56 der reformierenden Kammer teilweise definiert werden, die aus einem thermisch leitendem Material (das heißt Metall) hergestellt sind, das hoher Temperatur widersteht, wobei solche Durchgangswege auch teilweise durch äußere Oberflächen des Katalysatormaterials 58 selbst definiert sind.
So richten die Strömungskanäle 59 mit geringem Druckabfall und hohem Wärmefluss, die die Kontaktoberflächen des zu reformierenden Gases definieren, ein wesentliches Teil der zu reformierenden Gasmischungsströmung 54, um neben der heißen Wand 56 der reformierenden Kammer zu sein, wo die vorzugsweise unregelmäßige Oberfläche thermische Energie von der die reformierende Kammer aufteilende Wand empfängt und Wärmeenergie durch Strahlung, Leitung und Konvektion zu der zu reformierenden Gasmischung überträgt. Daher liefern die Strömungskanäle 59 bessere Wärmeübertragung zu der zu reformierenden Gasmischung, während sie einen engen Kontakt zwischen den katalytischen Stätten und dem zu reformierenden Gasstrom beibehalten. Durch Benutzung von diesem reformierenden Katalysatormaterialaufbau kann sich eine bedeutende Erhöhung des Wärmeübertragungsgebiets pro Reformierervolumen ergeben. Daher kann dieser Katalysatoraufbau besonders auf viele kompakte Geometrien angepasst werden, die mit kommerziellen Katalysatorkügelchen nicht praktisch wären.
Die Strömungskanäle 59 gestatten zusätzlich einen im wesentlichen nicht gestörten Strömungsweg der zu reformierenden Gasmischung 54 durch die reformierende Kammer 56 und verringern den Druckabfall in der reformierenden Kammer wesentlich. Dieses ist in einer Brennstoffzellengeneratorvorrichtung besonders vorteilhaft, in der Pumpdruck, der verfügbar ist, um die zu reformierende Gasmischung 54 durch ein reformierendes Katalysatormaterial 58 zu treiben, begrenzt ist. Weiterhin kann die Benutzung von langgestreckten Stücken von reformierendem Katalysatormaterial, das mit integralen Strömungskanälen 59 aufgebaut ist, die in dem Katalysatorträger entlang dem Kontinuum davon definiert sind, auch bedeutende Verbesserung bei dem Katalysatoreinbau- und Entfernungsverfahren über demjenigen liefern, das für lose Katalysatorkügelchen in einer reformierenden Kammer erfordert ist.
Es wird eingesehen, dass andere bestimmte Aufbauten mit solchen integral gebildeten getrennten Strömungswegen auch möglich sind. Zusätzlich kann die Erfindung auf andere spezifische Strömungsaufbauten für elektrochemische Generatoren mit internen katalytischen, den Kohlenwasserstoff reformierenden Kammern angewandt werden, zum Beispiel, wie in den U.S. Patentbeschreibungen Nrn. 5143800 (George et al.); und 5169730 (Reichner) gelehrt wird, die hierdurch eingeschlossen sind.
Nach dem anderen Gesichtspunkt der Erfindung umfasst das reformierende Katalysatormaterial 58 ein poröses, nicht festes und so flexibles Katalysatorträgermaterial, das mechanbischen oder dimensionellen Zusammenbruch des reformierenden Katalysatormaterials 58 wesentlich verringert, von dem man glaubt, dass er sich von der langsamen Ablagerung oder Anbau von Kohlenstoff auf dem reformierenden Katalysatormaterial bei verlängerten Reformierungsbetrieben ergibt.
Es ist bekannt, dass der Langzeitbetrieb eines mit Kohlenwasserstoff betriebenen elektrochemischen Generators wie eines Festoxidelektrolytenbrennstoffgenerators hoher Temperatur, der eine interne Reformierungskammer enthält, die kommerzielle reformierende Katalysatorkügelchen enthält, Probleme verursachen. Kommerzielle feste, poröse, mit gesintertem Aluminiumoxidkatalysator getragene, auf Nickel beruhende reformierende Katalysatorkügelchen sind wegen der langsamen Ablagerung von Kohlenstoff gegenüber mechanischer Verschlechterung, Pulverisierung und Verstauben anfällig. Kohlenstoffablagerung führt zu einem Druckaufbau über der Reformiererschicht, und folglich zu Verschlechterung der elektrischen Ausgabe des Generators. Strukturelle und chemische Analyse eines aufgelösten und pulverisierten Katalysators in einem elektrochemischen Generator hat gezeigt, dass der mechanische Zusammenbruch wegen der Kohlenstoffbildung in dem Katalysator stattfindet, insbesonders fadenartiger Kohlenstoffbildung.
Das poröse, nicht feste, fasrige, im wesentlichen nicht gesinterte reformierende Katalysatormaterial 58 nach der Erfindung ist durch einen Aluminiumkatalysatorträger gekennzeichnet, der nicht fest gesintert oder zu Festigkeit gepresst ist, und ist daher nicht durch weitgehende feste Bindung zwischen Teilchen und zwischen Fasern gekennzeichnet. So enthält der reformierende Katalysatorträger nicht feste gesinterte Kontakte zwischen körnigen oder fasrigen Trägern. Der Katalysatorträger ist bei der Abwesenheit dieser festen Kontakte flexibel und zusammendrückbar und bleibt im wesentlichen gegenüber dimensioneller und mechanischer Verschlechterung, Pulverisierung, Verstauben und Brechung während Kohlenstoffbildung und weiter während der nachfolgenden Entfernung von Kohlenstoff von dem Träger durch Oxidation widerstandsfähig. Der nicht feste Aluminiumoxidträger ist aus zusammengewebten Aluminiumoxidfasern hergestellt, die ihn flexibel zusammendrückbar machen und im wesentlichen gegenüber internen Beanspruchungen widerstandsfähig, die in dem Katalysatormaterial wegen Kohlenstoffablagerung entwickelt werden. Der nicht feste, poröse Aluminiumoxidträger ist vorzugsweise mit katalytischem Ni behandelt oder imprägniert, um die Kohlenwasserstoffe zu reformieren, und auch MgO, um H&sub2;O-Adsorption zu verbessern. Die katalytischen Dotierungsmaterialien, zum Beispiel Pt und Ni, vorzugsweise Ni, und Modifizierer, zum Beispiel Metallsalze und Metalloxide, die von der Gruppe von Mg, Ca- Al, Sr-Al, Zr, Y, Ce, Ba und Mischungen davon ausgewählt sind, vorzugsweise Mg und Ca, sogar noch bevorzugter Mg, und das Verfahren der Imprägnierung auf dem Katalysatorträger werden in der U.S. Patentbeschreibung Nr. 4898792 (Singh et al.) gelehrt.
Das flexible oder zusammendrückbare Katalysatorträgermaterial nach der Erfindung bleibt während Reformierungsbetrieben flexibel, und daher wird es bei der langsamen Ablagerung des Kohlenstoffs auf den Oberflächen davon nicht internen Beanspruchungen ausgesetzt, die konventionelle Materialien begleiten. Es bleibt daher während verlängerten Betrieben im wesentlichen intakt. Der Katalysatorträger bleibt flexibel, indem er von Fasern hergestellt ist und nicht wesentlich gesintert wird.
Die Erfindung wird weiter durch eine Betrachtung des folgenden Beispiels aufgeklärt, das nur beispielshaft für die Benutzung der Erfindung sein soll.

BEISPIEL 1

Ein reformierendes Katalysatormaterial nach der Erfindung wurde durch imprägnieren eines nicht festen, porösen, im wesentlichen nicht gesinterten, Aluminiumoxidträgermaterials (auf fasrigem Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) beruhendes Isolierungsmaterial (ZAL-15)) mit Ni und MgO durch das Verfahren der Imprägnierung hergestellt, das in der U.S. Patentbeschreibung Nr. 489892 (Singh et al.) beschrieben ist. Das reformierende Katalysatormaterial wurde dann in eine reformierende Kammer einer Festoxidelektrolytengeneratorvorrichtung hoher Temperatur gebracht, wie in Fig. 1 gezeigt ist, in der Gegenwart einer CH&sub4;-H&sub2;O-Gasmischung (Verhältnis von Dampf zu Kohlenstoff 1:1) bei 500ºC für ungefähr 65 Stunden. Ein kommerzieller, fester, gesinterter, mit Ni und MgO in der Form von Kügelchen imprägnierter Aluminiumoxidkatalysatorträger des Standes der Technik wurde auch hergestellt und wie oben getestet.
Der konventionelle mit Katalysator imprägnierte Katalysatorträger zeigte starke mechanische Auflösung, Pulverisierung, Brechung und Verstauben des Katalysatorträgers wegen Kohlenstoffablagerung, während der nicht feste reformierende Katalysatorträger, der nach der Erfindung mit Katalysator behandelt ist, strukturell und dimensionell stabil blieb ohne irgendein wesentliches Verstauben oder Pulverisierung. Das reformierende Katalysatormaterial nach diesem Gesichtspunkt der Erfindung kann wie oben beschrieben nach dem anderen Gesichtspunkt der Erfindung aufgebaut werden. Das reformierende Katalysatormaterial kann auch als ein Kontinuum in einer reformierenden Kammer oder in Verbindung mit einer Katalysatorkügelchenschicht angeordnet sein.
Da die Erfindung in Verbindung mit den vorangehenden Variationen und Beispielen beschrieben worden ist, werden nun zusätzliche Variationen Fachleuten klar sein. Die Erfindung soll nicht auf die spezifisch erwähnten Variationen begrenzt sein, und daher sollte man auf die angehängten Ansprüche Bezug nehmen, statt auf die vorangehende Diskussion von bevorzugten Beispielen, um den Umfang der Erfindung einzuschätzen, in der exklusive Rechte beansprucht werden.

Claims

1. Katalysatoraufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff, gekennzeichnet durch einen reformierenden Katalysatorträger, der mit einem Katalysator imprägniert ist, wenigstens eine einschränkende Wand, die um den Katalysatorträger angeordnet ist, wobei der Katalysatorträger in einer Richtung der Strömung eines zu reformierenden Kohlenwasserstoffgases langgestreckt ist, worin eine Kontaktoberfläche des zu reformierenden Gases des Katalysatorträgers wenigstens einen diskreten Durchgangsweg definiert, der sich entlang der Länge des Katalysatorträgers erstreckt, einen zu reformierenden Gasströmungskanal bildet, der wenigstens eine diskrete Durchgangsweg in Wärmeverbindung mit einem Mittel zum Erwärmen des zu reformierenden Kohlenwasserstoffgases in wenigstens einem diskreten Durchgangsweg ist, worin der reformierende Katalysatorträger bei einem Kontakt mit einem zu reformierenden Kohlenwasserstoffgas einer Kohlenstoffablagerung ausgesetzt ist, worin der reformierende Katalysatorträger einen nicht festen, porösen fasrigen Aluminiumoxidkatalysatorträger umfasst, wo die Fasern zusammengedrückt werden können und im wesentlichen nicht gesintert sind, was Widerstand gegenüber dimensioneller und mechanischer Verschlechterung und Brechung bei der langsamen Ablagerung von Kohlenstoff gestattet,

2. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktoberfläche des zu reformierenden Kohlenwasserstoffgas eine Vielzahl von diskreten Durchgangswegen umfasst, die sich entlang der Länge des Katalysatorträgers erstrecken, mit Bildung einer Vielzahl von Gasströmungskanälen, wobei wenigstens einer der Gasströmungskanäle ein zu reformierendes Kohlenwasserstoffgas trägt.

3. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmungskanäle wenigstens teilweise von integralen Schlitzen gebildet sind, die sich inwärts in den Katalysatorträger erstrecken und in die Richtung der Gasströmung langgestreckt sind.

4. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine einschränkende Wand um den Katalysatorträger angeordnet ist, wobei die einschränkende Wand den integralen Schlitz teilweise schließt.

5. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einschränkende Wand aus einem thermisch leitenden Metall oder einer Legierung hergestellt ist, die einer hohen Temperatur widersteht.

6. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger im allgemeinen zylindrisch ist und in der Richtung der Gasströmung langgestreckt ist.

7. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger im allgemeinen rechteckig ist und in der Richtung der Gasströmung langgestreckt ist.

8. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger eine Vielzahl von Scheiben umfasst, die aufeinander gestapelt werden können.

9. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger wenigstens einen zentralen Durchgangsweg hat und wenigstens einen integralen Schlitz, der sich inwärts in den Katalysatorträgerkörper erstreckt, wobei der zentrale Durchgangsweg und der Schlitz in der Richtung der Gasströmung langgestreckt sind.

10. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das reformierende Katalysatormaterial einen porösen Aluminiumoxidkatalysatorträger umfasst, der mit einem reformierenden Katalysator imprägniert ist, der von der Gruppe von Metallen ausgewählt ist, die aus Ni und Pt besteht.

11. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der reformierende Katalysator weiterhin Metalle oder Metalloxide umfasst, die von der Gruppe ausgewählt sind, die aus Mg, Ca- Al, Sr-Al, Ce und Ba besteht.

12. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dass der auf dem Katalysatorträger imprägnierte reformierende Katalysator Ni und MgO umfasst.

13. Katalysatormaterialaufbau für die Reformierung von Kohlenwasserstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der reformierende Katalysatormaterialträger einen nicht festen, porösen, fasrigen Aluminiumoxidkatalysatorträger umfasst, wo die Fasern zusammengedrückt werden können und im wesentlichen nicht gesintert sind, und mit Ni und MgO imprägniert sind.

14. Elektrochemische Generatorvorrichtung, gekennzeichnet durch:

eine langgestreckte Generatorkammer, die wenigstens ein Zellenbündel enthält, das Bündel eine Vielzahl von parallelen, langgestreckten elektrochemischen Zellen enthält, jede Zelle mit einer äußeren Brennstoffelektrode, einer inneren Luftelektrode, und einem Festoxidelektrolyten dazwischen;

einen Einlass für frischen gasförmigen Brennstoff zu der Generatorkammer:

einen Einlass für frisches gasförmiges Zubringungsoxidationsmittel zu der Generatorkammer;

wenigstens einen Ausgang für gasförmigen verbrauchten Brennstoff von der Generatorkammer,

eine Brennkammer;

wenigstens einen Ausgang für gasförmiges verbranntes Ablassgas von der Brennkammer;

eine Reformierungskammer, die ein Katalysatormaterial zum Reformieren von Kohlenwasserstoff enthält, das einen reformierenden Katalysatorträger umfasst, der mit einem reformierenden Katalysator imprägniert ist; und

wenigstens eine einschränkende Wand, die um den Katalysatorträger angeordnet ist, wo ein Ausgangskanal für verbraquchten Brennstoff von der Generatorkammer geht, um sich mit einem Einlass für frischen Kohlenwasserzubringungsbrennstoff an einer Mischungskammer zu kombinieren, und eine zu reformierende Kohlenwasserstoffgasmischung von der Mischungskammer zu der reformierenden Kammer geht, in der die zu reformierende Kohlenwasserstoffgasmischung im wesentlichen reformiert wird und von der reformierenden Kammer in die Generatorkammer geht, wo die Kontaktoberfläche des zu reformierendes Gases des reformierenden Katalysatorträgers wenigstens einen diskreten Durchgangsweg umfasst, der wenigstens integral in dem reformierenden Katalysatorträger gebildet ist und sich entlang der Länge des reformierenden Katalysatorträgers in der Richtung der zu reformierenden Kohlenwassergasströmung erstreckt, mit Bildung eines zu reformierenden Gasströmungskanals, der wenigstens eine diskrete Durchgangsweg in Wärmeverbindung mit einem Mittel zum Erwärmen des zu reformierenden Kohlenwasserstoffgases in dem wenigstens einen diskreten Durchgangsweg ist, worin der reformierende Katalysatorträger bei einem Kontakt mit einem zu reformierenden Kohlenwasserstoffgas einer Kohlenstoffablagerung ausgesetzt ist,

worin der reformierende Katalysatorträger einen nicht festen, porösen, fasrigen Aluminiumoxidkatalysatorträger umfasst, wo die Fasern zusammengedrückt werden können und im wesentlichen nicht gesintert sind, was Widerstand gegenüber dimensioneller und mechanischer Verschlechterung und Brechung bei der langsamen Ablagerung von Kohlenstoff gestattet.

15. Elektrochemische Generatorvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Kontaktoberfläche des zu reformierenden Kohlenwasserstoffgases eine Vielzahl von diskreten Durchgangswegen umfasst, die nebeneinander in dem Katalysatorträger angeordnet sind, und die weiterhin ein Mittel umfasst, um das zu reformierende Gas durch die disktreten Durchgangswege zu richten.

16. Elektrochemische Generatorvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Erwärmen des zu reformierenden Kohlenwasserstoffgases umfasst, dass der Ausgang für verbrauchtes Gas oder der Ausgang für verbranntes Ablassgas in eine Wärmeverbindung mit einer Wand der reformierenden Kammer gerichtet wird, worin die Wand der reformierenden Kammer um den Katalysatorträger angeordnet ist, teilweise den wenigstens einen diskreten Durchgangsweg schließt.

17. Elektrochemische Generatorvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das reformierende Katalysatormaterial einen Katalysatorträger umfasst, der mit einem Katalysator imprägniert ist, in dem die Gasströmungskanäle wenigstens teilweise durch integrale Schlitze gebildet sind, die sich inwärts in den Körper erstrecken und in die Richtung der Gasströmung langgestreckt sind.

18. Elektrochemische Generatorvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das reformierende Katalysatormaterial einen Katalysatorträger umfasst, der wenigstens einen zentralen Durchgang und wenigstens einen integralen Schlitz hat, der sich inwärts in den Körper erstreckt, wobei der zentrale Durchgang und der Schlitz in der Richtung der Gasströmung langgestreckt sind, und der weiterhin wenigstens eine einschränkende Wand umfasst, die um den Körper angeordnet ist, wobei die einschränkende Wand den integralen Schlitz teilweise schließt.