DE69908242T2 - Reformer - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • (1) Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reformer zur Wasserstofferzeugung, der auf geeignete Weise im industriellen und Kfz-Bereich eingesetzt wird.
  • (2) Beschreibung des Standes der Technik
  • In den letzten Jahren richtete sich die Aufmerksamkeit vermehrt auf die Erzeugung von Elektrizität ohne die Verursachung von Umweltverschmutzung, und das Interesse an Brennstoffzellen hat zugenommen. Brennstoffzellen haben verschiedene Vorteile, wie hohe Effizienz bei der Stromerzeugung, die Bildung einer geringen Menge an Kohlendioxid (CO2) und im Wesentlichen keine Bildung schädlicher Substanzen wie Kohlenmonoxid (CO), Stickstoffoxide (NOx) und dergleichen. Daher gibt es in letzter Zeit Forschung und Entwicklung im Bereich der Verwendung von Brennstoffzellen in einem In-situ-Stromerzeuger oder in einem Kraftfahrzeug. Bei der Erzeugung von Elektrizität unter Einsatz einer Brennstoffzelle ist Wasserstoff mit hoher Reinheit erforderlich. Dieser Wasserstoff wird erzeugt, indem als Ausgangsmaterial ein Kohlenwasserstoff (z. B. Butan oder Propan), ein Alkohol (z. B. Methanol), CO oder dergleichen eingesetzt und eine katalytische Reaktion durchgeführt wird.
  • Die Hauptreaktion bei der obigen Wasserstoffproduktion ist Dampf-Reformation, die in Gegenwart von Dampf und eines Katalysators stattfindet. Da es sich bei der Dampf-Reformation im Allgemeinen um eine endotherme Reaktion handelt, obwohl sie je nach dem verwendeten Ausgangsmaterial unterschiedlich ist, ist es wichtig, den Katalysator gleichförmig auf eine erwünschte Temperatur zu erwärmen. Die Verringerung der Reaktionstemperatur führt zur Bildung von Koks und daraus resultierender Katalysator-Deaktivierung; daher ist bei der industriellen Konstruktion des Reaktors große Sorgfalt notwendig.
  • Weiters ist, da die obige Dampf-Reformation anders als eine Verbrennungsreaktion eine geringe Reaktiongeschwindigkeit hat, bei der Behandlung einer bestimmten Menge eines Ausgangsmaterials ein relativ großes Katalysatorvolumen erforderlich. Indes arbeitet der Katalysator bei einer hohen Temperatur. Daher dauert es lange, den Katalysator aufzuwärmen. Deshalb sind Probleme aufgetreten, wenn die Dampf-Reformation in einem In-situ-Generator oder einem Kfz eingesetzt wird, wo rasche Wasserstofferzeugung erforderlich ist.
  • Bei herkömmlichen katalytischen Verfahren zur Wasserstofferzeugung durch Dampf-Reformation wurde der eingesetzte Katalysator im Allgemeinen extern erhitzt. Wenn ein Ausgangsmaterial über ein fixes Katalysatorbett geleitet wird und eine relativ große Reaktionsröhre verwendet wird, ist es schwierig, Wärme zur Mitte des Katalysatorbetts zu übertragen, und es wurde ein komplizierter Mechanismus eingesetzt, bei dem ein röhrenförmiger Reaktor unter Verwendung eines Heizmediums, wie eines Metallbades, eines Verbrennungsabgases oder dergleichen erhitzt wird.
  • Bei einem anderen herkömmlichen katalytischen Verfahren zur Wasserstofferzeugung durch Dampf-Reformation erfolgte das Erwärmen des Katalysators, indem ein Verbrennungsabgas (erzeugt in Gasphasenreaktion oder katalytischer Verbrennung) in die Reaktionsröhre eingeleitet und der Katalysator mit der Wärme des Abgases erhitzt wurde. Dieses Verfahren wird nicht vorgezogen, da es die Fluidströmungsmenge erhöht, wodurch die Aktivität der beabsichtigten Reaktion verringert und mehr CO2 durch Verbrennung erzeugt wird.
  • Im durch Dampf-Reformation erzeugten Gas hat Wasserstoff keine ausreichende Reinheit, um ihn in einer Brennstoffzelle zu verwenden, und CO hat eine Deaktivierungswirkung auf die in der Brennstoffzelle verwendete Elektrode auf Pt-Basis. Daher werden eine CO-Shiftreaktion (eine wässrige Umwandlungsreaktion) und eine selektive CO-Oxidationsreaktion durchgeführt, um die Wasserstoff-Reinheit zu erhöhen. Es gibt jedoch viele technische Probleme im Zusammenhang damit, wie die dabei verwendeten Katalysatoren erhitzt werden, um zu arbeiten, oder damit, wie die Reaktionen stabil stattfinden können.
  • Als weiteres Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoff oder dergleichen gibt es ein Verfahren, das das Erzeugen von Wasserstoff und CO durch eine partielle Oxidationsreaktion eines Kohlenwasserstoffs anstelle der obigen Dampf-Reformation umfasst, gefolgt von der oben genannten CO-Shiftreaktion und selektiven CO-Oxidationsreaktion, um Wasserstoff zu erhalten. Bei diesem Verfahren ist die partielle Oxidationsreaktion des ersten Schritts eine exotherme Reaktion und ist im Wesentlichen frei vom Problem der Wärmezufuhr; da die Reaktionstemperatur jedoch im Allgemeinen höher als jene der Dampf-Reformation ist, bleiben technische Probleme in Hinblick darauf, wie die Katalysatortemperatur beibehalten wird und wie Wasserstoff mit hoher Reinheit in kurzer Zeit erzeugt wird, ungelöst, wenn das Verfahren in einem In-situ-Generator oder einem Kfz eingesetzt wird. Ein wieder anderes Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoff oder dergleichen ist ein Verfahren, bei dem eine Abbaureaktion eingesetzt wird. Ein spezifisches Beispiel für die Abbaureaktion ist eine Abbaureaktion zur Erzeugung von Wasserstoff aus Methanol. Bei dieser Reaktion handelt es sich ähnlich wie bei der Dampf-Reformation um eine endotherme Reaktion, und daher gibt es ähnliche Probleme wie oben erwähnt.
  • Auch gibt es in industriellen Bereichen, wo Wasserstoff in einer großen Menge verbraucht wird, wie Ammoniak-Synthese, Hydrierung, Hydrodesulfidierung oder dergleichen, viele technische Probleme, die zu verbessern sind, etwa auf dem Gebiet der Reaktionseffizienz, geringer Betriebsenergie, Dauer der Reaktor-Inbetriebnahme und Umwandlung des Ausgangsmaterials.
  • Die US-A-5746985 offenbart einen Reformationsreaktor mit einem Katalysator und einem Heizwiderstand. Der Heizwiderstand ist in den Katalysator eingebettet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes haben in dem Bemühen, die obigen Probleme zu lösen, einen Reformer mit neuer Konfiguration vorgeschlagen, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 9-296004 (entspricht der EP-A-913357) offenbart. Dieser im Strömungsweg eines Reaktandenfluids angeordnete Reaktor umfasst:
    eine Katalysatoreinheit, die durch Katalyse Wasserstoff aus einem Reaktandenfluid erzeugen kann, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält; und
    eine elektrisch heizbare Heizeinheit, worin Wabenstrukturen auf geeignete Weise sowohl für den Katalysator als auch die Heizeinheiten eingesetzt werden.
  • Der Reaktor kann innerhalb kurzer Zeit Wasserstoff mit hoher Reinheit für eine Brennstoffzelle erzeugen, die in einer industriellen Einheit oder einem Kfz eingesetzt wird. Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes haben jedoch nach umfangreichen Studien zur weiteren Verbesserung des Reaktors festgestellt, dass es Verbesserungsmöglichkeiten gibt, beispielsweise im Bereich der Kontakteffizienz zwischen der Katalysatoreinheit und dem Reaktandenfluid und der Wärmeaustauscheffizienz der Heizeinheiten, wenn zwei oder mehr Einheiten installiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird auf Basis der obigen Erkenntnis gemacht, zielt darauf ab, einen im Strömungsweg eines Reaktandenfluids angeordneten Reformer bereitzustellen, der eine Katalysatoreinheit, die aus einem Reaktandenfluid, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, durch Katalyse Wasserstoff erzeugt, und eine elektrisch heizbare Heizeinheit umfasst, worin Verbesserungen am oben genannten Reaktor beispielsweise bezüglich der Kontakteffizienz zwischen der Katalysatoreinheit und dem Reaktandenfluid und der Wärmeaustauscheffizienz der Heizeinheiten vorgenommen werden, wenn zwei oder mehr Einheiten installiert werden.
  • Gemäß vorliegender Erfindung wird in einem ersten Aspekt ein im Strömungsweg eines Reaktandenfluids angeordneter Reformer bereitgestellt, der umfasst:
    eine elektrisch heizbare Heizeinheit mit Wabenstruktur; und
    zumindest eine Katalysatoreinheit mit Wabenstruktur, die fähig ist, durch Katalyse stromab im Fluidströmungsweg von der Heizeinheit Wasserstoff aus einem Reaktandenfluid zu erzeugen, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, worin die Heizeinheit und die Katalysatoreinheit oder zumindest eine der Katalysatoreinheiten die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der Heizeinheit ≤ Zelldichte der Katalysatoreinheit.
  • Weiters wird gemäß vorliegender Erfindung als zweiter Aspekt bereitgestellt:
    ein im Strömungsweg eines Reaktandenfluids angeordneter Reformer, der umfasst:
    zwei oder mehrere elektrisch heizbare Heizeinheiten mit Wabenstruktur; und
    zumindest eine zwischen den Heizeinheiten im Fluidströmungsweg angeordnete Katalysatoreinheit mit Wabenstruktur, die fähig ist, durch Katalyse aus einem Reaktandenfluid, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, Wasserstoff zu erzeugen,
    worin zumindest eine der Heizeinheiten stromab von der Katalysatoreinheit (stromaufseitige Heizeinheit) und zumindest eine der Heizeinheiten stromab von der Katalysatoreinheit (stromabseitige Heizeinheit) die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≥ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit.
  • Weiters wird gemäß vorliegender Erfindung als dritter Aspekt bereitgestellt:
    ein im Strömungsweg eines Reaktandenfluids angeordneter Reformer, der umfasst:
    zwei oder mehrere elektrisch heizbare Heizeinheiten mit Wabenstruktur, die in Fluidströmungsrichtung angrenzend aneinander angeordnet sind, und
    eine Katalysatoreinheit mit Wabenstruktur, die fähig ist, durch Katalyse aus einem Reaktandenfluid, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, Wasserstoff zu erzeugen, worin zwei benachbarte der Heizeinheiten die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≤ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit.
  • Weiters bezeichnet gemäß vorliegender Erfindung der Begriff "Wabenstruktur" eine Struktur mit einer Anzahl an Durchgangslöchern (Zellen), die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. Außerdem bezeichnet gemäß vorliegender Erfindung "eine Katalysatoreinheit mit Wabenstruktur, die fähig ist, durch Katalyse aus einem Reaktandenfluid, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, Wasserstoff zu erzeugen" eine Katalysatoreinheit mit Wabenstruktur, die eine katalytische Reaktion. aufweist, bei der die Reinheit von Wasserstoff, der aus einem Reaktandenfluid erzeugt wird, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, durch Katalyse, z. B. CO-Shiftreaktion und selektive CO-Oxidation, erhöht wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Ausführungsform eines Reformers gemäß einer ersten Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine schematische Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform eines Reformers gemäß der zweiten Erfindung zeigt.
  • 3 ist eine schematische Schnittansicht, die wieder eine andere Ausführungsform eines Reformers gemäß der dritten Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 1).
  • 5 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 2).
  • 6 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers (VERGLEICHSBEISPIEL).
  • 7 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 3).
  • 8 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 4).
  • 9 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 5).
  • 10 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 6).
  • 11 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 7).
  • 12 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 8).
  • 13 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 9).
  • 14 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 10).
  • 15 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 11).
  • 16 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 12).
  • 17 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 13).
  • 18 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 14).
  • 19 ist eine schematische Schnittansicht des Reformers gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (BEISPIEL 15).
  • 20 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für eine Wabenstruktur zeigt.
  • 21 ist eine schematische Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel für die Wabenstruktur zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Der Reformer gemäß dem ersten Aspekt umfasst eine elektrisch heizbare Heizeinheit mit Wabenstruktur stromauf im Strömungsweg eines Reaktandenfluids und zumindest eine Katalysatoreinheit mit Wabenstruktur, die Wasserstoff aus einem Reaktendenfluid, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, durch Katalyse stromab von der Heizeinheit erzeugen kann.
  • Beim Reformer der obigen Konfiguration gibt die Heizeinheit an das Reaktandenfluid, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, Wärme ab, und die Katalysatoreinheit andererseits versieht den Reaktanden im Fluid mit einer Katalysestelle. An ersterem ist ein einfaches Wärmeübertragungssystem beteiligt, während zweiteres den katalytischen Prozess von "Adsorption des Reaktanden an der Katalysestelle → katalytische Reaktion → Desorption des Erzeugnisses von der Katalysestelle" umfasst und für die Kontakteffizienz zwischen der Katalysatoreinheit und dem Reaktandenfluid viel empfindlicher ist. Es ist daher vorzuziehen, die Katalysatoreinheit mit einer höheren Zelldichte anzusetzen als die Heizeinheit, um die Kontakteffizienz zwischen der Katalysatoreinheit und dem Reaktandenfluid zu verbessern und dadurch die Gesamteffizienz des Verfahrens von der Erwärmung bis zur Reaktion zu verbessern. Es ist besonders wichtig, die Kontakteffizienz zwischen dem Reaktandenfluid und der Katalysestelle zu verbessern, wenn die beteiligte Reaktion nicht so schnell wie beispielsweise Verbrennung ist.
  • Darüber hinaus kann die Mischeffizienz des Reaktandenfluids zwischen der Heizeinheit und der Katalysatoreinheit erhöht werden und eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Abschnitt der Katalysatoreinheit verringert werden, wenn sich die Heizeinheit und die Katalysatoreinheit voneinander in der Zellstruktur (Gestalt und Dichte) unterscheiden und die stromab gelegene Katalysatoreinheit eine feinere Zellstruktur aufweist als die stromauf gelegene Heizeinheit, d. h. erstere eine höhere Zelldichte aufweist als letztere.
  • In Hinblick auf obige Ausführungen ist der Reformer gemäß dem ersten Aspekt dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Heizeinheit und zumindest eine Katalysatoreinheit stromab von der Heizeinheit die folgende Bedingung (1) erfüllen: Zelldichte der Heizeinheit ≤ Zelldichte der Katalysatoreinheit (1)
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Ausführungsform des Reformers gemäß dem ersten Aspekt zeigt. In 1 umfasst der Reformer eine Heizeinheit 1 und eine Katalysatoreinheit 2, die in einem Metallgehäuse 3 angeordnet sind, das einen Strömungsweg des Reaktandenfluids bildet. Die Heizeinheit 1 weist Elektroden 4 auf, und Elektrizität wird von einer in 1 nicht gezeigten externen Elektrizitätsquelle zugeführt. Die Heizeinheit 1 ist stromauf von der Katalysatoreinheit 2 angeordnet. Ein Reaktandenfluid A wird von einem Einlass 5 in den Reformer zugeführt, geht durch die Heizeinheit 1 und die Katalysatoreinheit 2 hindurch und erreicht einen Auslass 6. Ein Fluid B, das den erzeugten Wasserstoff enthält, verlässt den Auslass 6 und wird zu einem Brennstoffzellen-Abschnitt transportiert, der stromab vom Reformer angeordnet ist. Sowohl die Heizeinheit 1 als auch die Katalysatoreinheit 2 weisen Wabenstruktur auf, wobei ihre Zelldichten die Bedingung (1) erfüllen.
  • Bei der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist im Reformer eine Katalysatoreinheit angeordnet. Es können jedoch zwei oder mehr Katalysatoreinheiten angeordnet sein. In einem solchen Fall kann die beabsichtigte Wirkung der vorliegenden Erfindung sichergestellt werden, wenn die Heizeinheit und zumindest eine der Katalysatoreinheiten stromab von der Heizeinheit die Bedingung (1) erfüllen. Die Wirkung ist größer, wenn die Heizeinheit und die daran angrenzende Katalysatoreinheit die Bedingung (1) erfüllen, und noch größer, wenn die Heizeinheit und alle Katalysatoreinheiten stromab von der Heizeinheit die Bedingung (1) erfüllen.
  • Der Reformer gemäß dem zweiten Aspekt umfasst zwei oder mehr elektrisch heizbare Heizeinheiten mit Wabenstruktur im Strömungsweg eines Reaktandenfluids und zumindest eine Katalysatoreinheit mit Wabenstruktur, die fähig ist, durch Katalyse aus einem Reaktandenfluid, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, an zumindest einer Position zwischen den obigen Heizeinheiten Wasserstoff zu erzeugen.
  • Beim Reformer mit der obigen Konfiguration weist vorzugsweise die Heizeinheit stromauf von der Katalysatoreinheit (stromaufseitige Heizeinheit) eine hohe Zelldichte auf, um die Wärmeaustauscheffizienz zwischen ihr und dem Fluid zu verbessern. Die Heizeinheit stromab von der Katalysatoreinheit (stromabseitige Heizeinheit) andererseits erhält das Fluid von der stromaufseitigen Heizeinheit und der Katalysatoreinheit, die sich beide stromauf von der stromabseitigen Heizeinheit befinden, und die stromaufseitige Heizeinheit und die Katalysatoreinheit sind an der stromauf befindlichen Seite der stromabseitigen Heizeinheit angeordnet, wobei das Fluid von den stromaufseitigen Einheiten gekühlt wird. Wenn der Reformer einen Kaltstart macht, nimmt das gekühlte Fluid Wärme von der stromabseitigen Heizeinheit auf, wodurch das Erwärmen der Heizeinheit möglicherweise verzögert wird. Vorzugsweise hat daher die stromabseitige Heizeinheit eine geringere Zelldichte als die stromaufseitige Heizeinheit, so dass sie eine geringere Kontakteffizienz mit dem Fluid aufweist als die stromaufseitige Heizeinheit.
  • Insbesondere, wenn die zwischen der stromaufseitigen und der stromabseitigen Heizeinheit angeordnete Katalysatoreinheit Wasserstoff erzeugen soll, enthält das in die stromabseitige Heizeinrichtung strömende Fluid Wasserstoff in einer höheren Konzentration als jenes, das in die stromaufseitige Heizeinrichtung strömt. Vorzugsweise wird daher das erstere Fluid aus Sicherheitsgründen nicht übermäßig erhitzt und weist die stromabseitige Heizeinheit eine geringere Zelldichte auf als die stromaufseitige Heizeinheit.
  • In Hinblick auf obige Ausführungen ist der Reformer gemäß dem zweiten Aspekt dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Heizeinheiten stromauf von der Katalysatoreinheit (stromaufseitige Heizeinheit) und zumindest eine der Heizeinheiten stromab von der Katalysatoreinheit (stromabseitige Heizeinheit) die folgende Bedingung (2) erfüllen: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≥ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit (2)
  • 2 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Ausführungsform des Reformers gemäß dem zweiten Aspekt zeigt. In 2 umfasst der Reformer eine stromaufseitige Heizeinheit 10, eine Katalysatoreinheit 12, eine stromabseitige Heizeinheit 11 und eine Katalysatoreinheit 17, die in einem Metallgehäuse 13 angeordnet sind, das einen Strömungsweg des Reaktandenfluids bildet. Jede aus den stromaufseitigen und stromabseitigen Heizeinheiten 10 und 11 weist Elektroden 14 auf, und Elektrizität wird von einer in 2 gezeigten externen Stromquelle zugeführt. Die stromaufseitige Heizeinheit 10 ist stromauf von der Katalysatoreinheit 12 angeordnet, und die stromabseitige Heizeinheit 11 stromab von der Katalysatoreinheit 12. Ein Reaktandenfluid A wird dem Reformer von einem Einlass 15 zugeführt, geht durch die stromaufseitige Heizeinheit 10, die Katalysatoreinheit 12, die stromabseitige Heizeinheit 11 und die Katalysatoreinheit 17 hindurch und erreicht einen Auslass 16. En Fluid B, das den erzeugen Wasserstoff enthält, verlässt den Auslass 16 und wird zu einem Brennstoffzellen-Abschnitt transportiert, der stromab vom Reformer angeordnet ist. Sowohl die stromaufseitige als auch die stromabseitige Heizeinheit 10 und 11 haben eine Wabenstruktur, wobei ihre Zelldichten die Bedingung (2) erfüllen.
  • Bei der in 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind zwei Heizeinheiten im Strömungsweg angeordnet, eine stromaufseitige Heizeinheit und eine stromabseitige Heizeinheit mit einer Katalysatoreinheit dazwischen. Es können jedoch auch drei oder mehr Heizeinheiten angeordnet sein, mit zwei oder mehr stromaufseitigen Heizeinheiten und/oder zwei oder mehr stromabseitigen Heizeinheiten. In einem solchen Fall kann die beabsichtigte Wirkung der vorliegenden Erfindung gewährleistet werden, wenn zumindest eine der stromaufseitigen Heizeinheiten und zumindest eine der stromabseitigen Heizeinheiten die Bedingung (2) erfüllen. Die Wirkung ist größer, wenn die stromaufseitige Heizeinheit und die stromabseitige Heizeinheit ohne konstituierendes Element (z. B. Heizeinheit) mit Ausnahme einer oder mehrerer Katalysatoreinheiten dazwischen die Bedingung (2) erfüllen.
  • Wenn drei oder mehr Heizeinheiten mit jeder von zwei oder mehr Katalysatoreinheiten an unterschiedlichen Positionen dazwischen verwendet werden, erfüllen die stromaufseitige Heizeinheit und die stromabseitige Heizeinheit in Bezug auf die am weitesten stromauf befindliche Katalysatoreinheit vorzugsweise die Bedingung (2). Die beabsichtigte Wirkung ist noch größer, wenn alle stromaufseitigen und stromabseitigen Heizeinheiten für die Konfiguration mit drei oder mehr Heizeinheiten die Bedingung (2) erfüllen.
  • Der Reformer als dritter Aspekt umfasst zwei oder mehr elektrisch heizbare Heizeinheiten mit Wabenstruktur, die aneinander angrenzend im Strömungsweg eines Reaktandenfluids in Strömungsrichtung des Fluids angeordnet sind, und zumindest eine Katalysatoreinheit mit Wabenstruktur, die in der Lage ist, durch Katalyse aus einem Reaktandenfluid, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, Wasserstoff zu erzeugen.
  • Im Reformer mit der obigen Konfiguration, wo das Fluid durch zwei oder mehr benachbarte Heizeinheiten erhitzt wird, kann das Fluid kontinuierlich und effizient entlang dem Strömungsweg von der bzw. den stromaufseitigen Heizeinheiten) zu der bzw. den stromabseitigen Heizeinheiten) erhitzt werden, wenn die stromabseitige Heizeinheit eine höhere Zelldichte, d. h. einen höheren Wärmetauschwirkungsgrad, aufweist als die stromaufseitige Heizeinheit. Andererseits kann, wenn die stromabseitige Heizeinheit eine geringere Wärmeaustauscheffizienz, d. h. eine geringere Zelldichte, aufweist als die stromaufseitige Heizeinheit, die Temperatur des Fluids, die durch die stromaufseitige Heizeinheit mit einem Aufwand gewonnene Temperatur nicht gehalten werden oder wird im Gegenteil durch die stromabseitige Heizeinheit gesenkt. Es ist daher in Hinblick auf die Gesamt-Heizwirkung vorzuziehen, dass die stromabseitige Heizeinheit eine höhere Zelldichte aufweist als die stromauseitige Heizeinheit.
  • Die Mischeffizienz des Reaktionsfluids zwischen den Heizeinheiten kann erhöht werden, wenn sich die stromaufseitige und die stromabseitige Heizeinheit in ihrer Zellstruktur (Gestalt und Dichte) unterscheiden und die stromabseitige Heizeinheit eine feinere Zellstruktur, d. h. eine höhere Zelldichte, aufweist als die stromauseitige Heizeinheit, und eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Heizeinheits- oder dem Katalysatoreinheitsabschnitt kann verringert werden, wenn der stromabseitigen Heizeinheit eine benachbarte Heizeinheit oder Katalysatoreinheit folgt.
  • In Hinblick auf die obigen Ausführungen ist der Reformer gemäß dem dritten Aspekt dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei benachbarte Heizeinheiten die folgende Bedingung (3) erfüllen: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≤ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit (3)
  • 3 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Ausführungsform des Reformers gemäß dem dritten Aspekt zeigt. In 3 umfasst der Reformer eine stromauf befindliche Heizeinheit 20, eine stromab befindliche Heizeinheit 21 und eine Katalysatoreinheit 22, die in einem Metallgehäuse 23 angeordnet sind, das einen Strömungsweg des Reaktandenfluids bildet. Jede der stromaufseitigen und der stromabseitigen Heizeinheiten 20 und 21 weist Elektroden 24 auf, und Elektrizität wird von einer in 3 nicht gezeigten externen Stromquelle zuführt. Die stromauf befindliche Heizeinheit 20 und die stromab befindliche Heizeinheit 21 grenzen in der Strömungsrichtung des Fluids aneinander und sind von der Katalysatoreinheit 22 stromab von diesen beiden Heizeinheiten gefolgt. Ein Reaktandenfluid A wird am Einlass 25 in den Reformer zugeführt, geht durch die stromauf gelegene Heizeinheit 20, die stromab gelegene Heizeinheit 21 und die Katalysatoreinheit 22 hindurch und erreicht einen Auslass 26. Ein Fluid B, das den erzeugten Wasserstoff enthält, verlässt den Auslass 26 und wird zu einem Brennstoffzellen-Abschnitt transportiert, der stromab vom Reformer angeordnet ist. Sowohl die stromaufseitige als auch die stromabseitige Heizeinheit 20 und 21 haben Wabenstruktur, wobei ihre Zelldichten die Bedingung (3) erfüllen.
  • Bei der in 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind zwei benachbarte Heizeinheiten im Strömungsweg angeordnet. Es können jedoch auch drei oder mehr benachbarte. Heizeinheiten angeordnet sein. In einem solchen Fall kann die beabsichtigte Wirkung der vorliegenden Erfindung gewährleistet werden, wenn zumindest zwei der Heizeinheiten die Bedingung (3) erfüllen. Die Wirkung ist größer, wenn die am weitesten stromauf befindliche Heizeinheit und die daran angrenzende Heizeinheit die Bedingung (3) erfüllen. Die Wirkung ist noch größer, wenn alle angrenzenden Heizeinheiten die Bedingung (3) erfüllen.
  • Der erste und der dritte Aspekt, wie oben beschrieben, können nach Bedarf miteinander kombiniert werden. Die gemeinsamen Merkmale für die Reformatoren dieser Erfindungen werden nachstehend beschrieben.
  • Gemäß vorliegender Erfindung wird als Ausgangsmaterial zum Erhalten von Wasserstoff ein Reaktandenfluid verwendet, das eine organische Verbindung wie Kohlenwasserstoff (z. B. Butan oder Propan) oder Alkohol (z. B. Methanol) oder Kohlenmonoxid (CO) enthält. In Hinblick auf den Transport über einen Gaszylinder oder ein Gasrohr wird Kohlenwasserstoff bevorzugt. In Hinblick auf die Handhabbarkeit beim Verwenden in einem Kfz wird ein Benzin oder Alkohol (z. B. Methanol), das eine Flüssigkeit und leicht zu verwenden ist, bevorzugt. Das Ausgangsmaterial zum Erhalten von Wasserstoff ist jedoch nicht darauf beschränkt. CO wird als Ausgangsmaterial nicht bevorzugt, da es ein toxisches Gas ist.
  • Die Hauptreaktion im Reformer gemäß vorliegender. Erfindung ist eine Dampf-Reformationsreaktion, die in Gegenwart von Dampf stattfindet. Weiters wird zugelassen, dass eine Dampf-Reformationsreaktion und eine selektive CO-Oxidationsreaktion stattfinden, um CO (ein Nebenprodukt) zu verringern, um Wasserstoff mit hoher Reinheit zu erhalten und die Deaktivierung der Elektrode der Brennstoffzelle durch CO zu verringern. Ein Beispiel für die Reaktionen, die stattfinden, wenn Butan als Ausgangsmaterial verwendet wird, wird nachstehend gezeigt. (1) C4H10 + 9H2O → 9H2 + 4CO Dampf-Reformationsreaktion (2) CO + H2O → CO2 + H2 CO-Shiftreaktion (3) CO + 1/2O2 → CO2 selektive CO-Oxidationsreaktion
  • Wasserstoff kann auch erhalten werden, indem anstelle der Dampf-Reformationsreaktion eine partielle Oxidationsreaktion eingesetzt wird. (4) C4H10 + 2O2 → 4CO + 5H2 partielle Oxidationsreaktion nach der obigen partiellen Oxidationsreaktion werden die obigen Reaktionen (2) und (3) ablaufen gelassen, um die Wasserstoff-Reinheit zu erhöhen. Das Verfahren zum Erhalten von Wasserstoff auf Basis von Reaktion (1) wird als Dampf-Reformation bezeichnet, und das Verfahren zum Erhalten von Wasserstoff auf Basis von Reaktion (4) wird als partielle Oxidation bezeichnet. Jedes beliebige dieser Verfahren ist auf die vorliegende Erfindung anwendbar. Der Einsatz von Dampf-Reformation oder partieller Oxidation bei der Wasserstofferzeugung ist fakultativ. Zur Verwendung bei einer Brennstoffzelle, die in einem Kfz angebracht ist, richtet sich die Aufmerksamkeit auf partielle Oxidation, wenn Benzin als Ausgangsmaterial verwendet wird, und die Aufmerksamkeit richtet sich auf Dampf-Reformation, wenn ein Alkohol (z. B. Methanol) als Ausgangsmaterial verwendet wird. Im Allgemeinen kann durch Dampf-Reformation Wasserstoff mit hoher Reinheit leicht bei niedrigerer Temperatur erzeugt werden, und sie ist effizienter.
  • Als Reaktion zur Erzeugung von Wasserstoff aus Methanol stehen die folgenden beiden Reaktionen zur Verfügung: (5) CH3OH → CO + H2 Abbaureaktion (endotherm) (6) CH3OH + H2O → 3H2 + CO2 Dampf-Reformationsreaktion (endotherm)
  • Bei diesen Reaktionen werden im Allgemeinen verschiedene Katalysatoren eingesetzt (die verwendeten Katalysatoren werden später beschrieben), und die Reaktionsbedingungen sind ebenfalls unterschiedlich. Die Reaktionen (1), (5) und (6) sind im Allgemeinen endothermisch und erfordern eine Temperatur von 500°C oder darüber. Die Reaktionen (2) und (3) sind exothermisch und werden bei einer relativ niedrigen Temperatur von 300°C oder darunter ablaufen gelassen. Die Reaktion (4) ist exothermisch und erfordert eine Temperatur von 500°C oder darüber. Um Wasserstoff mit hoher Reinheit zu erhalten, werden die Reaktionen (1) [oder (5) oder (6)] und (3) oder die Reaktionen (4), (2) und (3) über jeweilige Katalysatoren durchgeführt, die in Serie im Strömungsweg eines Reaktandenfluids angeordnet sind. Je nach der erforderlichen Wasserstoff-Reinheit ist es möglich, nur die Reaktionen (1) [oder (5) oder (6)] oder die Reaktion (4) im Reformer durchzuführen; wenn CO als Ausgangsmaterial verwendet wird, werden die Reaktion (2) und nach Bedarf die Reaktion (3) durchgeführt.
  • Die Katalysatoreinheit für die vorliegende Erfindung enthältlich zumindest eine der Katalysatorkomponenten mit Katalyse für die oben genannte Dampf-Reformation, partielle Oxidation oder den Abbau, die CO-Shiftreaktion, selektive CO-Oxidation usw. Von diesen ist die selektive CO-Oxidationsreaktion für die Reduktion in CO bestimmt und weist keine direkte Beziehung mit der Wasserstoff-Produktion auf; wenn jedoch Wasserstoff mit hoher Reinheit erforderlich ist, ist diese Reaktion wichtig und kann im Reformer ablaufen, und der Katalysator für die Reaktion ist in der Katalysatoreinheit enthalten.
  • Konkrete Beispiele für den Katalysator zur Erzeugung von Wasserstoff aus einem Reaktandenfluid, das eine organische Verbindung oder CO enthält, sind aus den bevorzugten einen Katalysator, der als Hauptkomponenten ein hitzebeständiges Oxid und zumindest eine Art von Metall enthält, das aus den Metallelementen der Gruppen VB bis VIII, IB und IIB des Periodensystems in der langen Form ausgewählt ist.
  • Was das Metallelement betrifft, das für Dampf-Reformation, partielle Oxidation oder Abbau wirksam ist, wird vorzugsweise ein Metall der Gruppe VIII als essentielles Metallelement verwendet. Die bevorzugten Metallelemente sind Ni, Rh, Ru, Ir, Pd, Pt, Co und Fe, und sie werden einzeln oder in Kombination verwendet. Es wird vorgezogen, als Promotor-Katalysator V oder Nb der Gruppe VB, Cr, Mo oder W der Gruppe VIB; Mn oder Re der Gruppe VIIB; oder dergleichen zuzugeben. Es kann auch ein Erdalkalimetall zugegeben werden, um die Karbonisierung zu verhindern. Diese Metalle werden üblicherweise auf ein hitzebeständiges Oxid aufgeladen, wodurch der resultierende Katalysator eine erhöhte spezifische Oberfläche, verstärkte Aktivität und Beständigkeit gegenüber der Reaktionstemperatur haben kann.
  • Als hitzebeständiges Oxid können Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, MgO, Zeolith, SAPO, ALPO, eine Verbindung mit Schichtstruktur oder ein Verbundoxid davon verwendet werden. Von diesen Oxiden wird eines verwendet, das eine spezifische Oberfläche von üblicherweise 5 bis 300 m2/g aufweist. Aus dem hitzebeständigen Oxid und der oben genannten Metallkomponente werden durch ein bekanntes Mittel, wie ein chemisches Verfahren (z. B. Eintauchen, gemeinsame Fällung oder Sol-Gel-Verfahren), physikalisches Mischen oder dergleichen ein gleichförmiges Gemisch gemacht. Die spezifische Oberfläche des synthetisierten Katalysators liegt im Allgemeinen im Bereich von 5 bis 300 m2/g. Eine spezifische Oberfläche unter 5 m2/g verstärkt die Tendenz zu verringerter Aktivität, und jene über 300 m2/g kann zu einer deutlichen Änderung der Eigenschaften bei hoher Temperatur und einer daraus resultierenden Reduktion der Haltbarkeit führen.
  • Als hitzebeständiges Oxid kann vorzugsweise Aluminiumoxid (Al2O3) verwendet werden, da es relativ kostengünstig ist und auch bei hoher Temperatur eine hohe spezifische Oberfläche aufweist. Es kann auch Spinell verwendet werden, der erhalten wird, indem Magnesiumoxid zu Aluminiumoxid zugegeben wird, oder Magnesiumoxid (das ein Basisträger ist) an sich oder eine Verbundoxid davon, um die Karbonisierung zu unterdrücken.
  • Der Anteil des Katalysatormetalls, das dem hitzebeständigen Oxid zugegeben wird, beträgt vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-%. Wenn das Katalysatormetall ein Edelmetall ist, reicht die Zugabe von bis zu etwa 10 Gew.-% aus, da das Edelmetall hohe Aktivität aufweist. Wenn das Katalysatormetall ein Basismetall wie Ni ist, wird die Zugabe von 10 bis 30 Gew.-% bevorzugt.
  • Als Katalysator, der für die CO-Shiftreaktion geeignet ist, werden oft Fe oder Co der Gruppe VIII, Cu der Gruppe IB, Zn der Gruppe IIB oder dergleichen verwendet. Die gemäß vorliegender Erfindung angeführten Metallelemente weisen ziemlich hohe Aktivität für CO-Shiftreaktion auf. Da die Metalle, die bei reaktiv niedriger Temperatur eine Aktivität aufweisen, Cu, Zn oder beides umfassen, kann das Aufladen eines solchen Metalls oder einer solchen Metallkombination auf das oben genannte hitzebeständige Oxid (z. B. Aluminiumoxid) hohe Hitzebeständigkeit gewährleisten. In einem solchen Fall beträgt die Menge des Metalls, das dem hitzebeständigen Oxid zugegeben wird, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%. Wenn die CO-Shiftreaktion bei relativ hoher Temperatur durchgeführt wird, kann auch Spinell (z. B. Fe-Cr) an sich verwendet werden.
  • Als Katalysator, der für selektive CO-Oxidationsreaktion geeignet ist, können Metalle wie Mn der Gruppe VII, Co und Edelmetalle der Gruppe VIII, Cu, Ag und Au der Gruppe IB und dergleichen genannt werden. Sie können herkömmlicherweise eingesetzt werden, indem sie auf das oben genannte hitzebeständige Oxid geladen werden. Der Katalysator muss erzeugten Wasserstoff nicht oxidieren, und es können Pt oder dergleichen mit starken Wechselwirkungen mit CO verwendet werden. Ein Hopcalit-Katalysator ist ebenfalls einer der bevorzugten Katalysatoren.
  • Die Katalysatoreinheit wird in Form einer Wabenstruktur verwendet, die aus (einer) Katalysatorkomponente(n) an sich bestehen kann oder erhalten werden kann, indem (eine) Katalysatorkomponente(n) auf einen Träger mit Wabenstruktur aus einem inerten Material, wie Cordierit, Mullit oder dergleichen aufgeladen wird. Die geeigneten Materialien für den Wabenstrukturträger sind Keramikmaterialien (z. B. Cordierit und Mullit), folienförmige Metalle, die aus hitzebeständigem Edelstahl bestehen (z. B. Fe-Cr-Al-Legierung) sowie Metallmaterialien, aus denen durch Pulvermetallurgie eine Wabenstruktur gebildet ist. Der Träger mit Wabenstruktur ist unabhängig davon, ob es sich um eine Keramik oder ein Metall handelt, vorzugsweise porös, um die Wärmekapazität zu verringern und die Katalysator-Ladeeigenschaften zu verbessern. Seine Porosität liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 50%, mehr bevorzugt 10 bis 40%. Wenn die Katalysatorkomponente in Form einer Überzugsschicht auf den Träger mit Wabenstruktur aufgetragen wird, liegt die Dicke der Überzugsschicht vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 100 μm. Eine Dicke unter 5 μm kann zur Katalysator-Deaktivierung führen, während jene über 100 μm den Druckverlust erhöht.
  • Die Katalysatoreinheit wird gebildet, indem ein Katalysator Dampf-Reformation, partielle Oxidation oder Abbau, ein Katalysator für CO-Shiftreaktion sowie ein Katalysator für selektive CO-Oxidation im Allgemeinen in Serie angeordnet werden. Die Katalysatoreinheit kann erhalten werden, indem jeweilige Katalysatoren auf unterschiedliche Bereiche einer Wabenstruktur aufgeladen werden; da jedoch jeder Katalysator eine andere Betriebstemperatur aufweist, wird im Reformer vorzugsweise eine Vielzahl von Katalysatoreinheiten angeordnet, die jeweils einen anderen Katalysator enthalten.
  • Die Heizeinheit für die vorliegende Erfindung weist wie die Katalysatoreinheit ebenfalls Wabenstruktur auf. Sie kann aus einem an sich elektrisch heizbaren Material bestehen; in Hinblick auf die Aufwärmeigenschaft und Reaktionsbeschleunigung während des Kaltstarts und der Temperaturstabilisierung der Katalysatoreinheit während des Betriebs in stabilem Zustand enthält die Heizeinheit vorzugsweise zumindest eine der Katalysatorkomponenten, die Katalyse für die/den obige(n) Dampf-Reformation, partielle Oxidation oder Abbau, CO-Shiftreaktion, selektive CO-Oxidation usw. aufweisen. Die Katalysator-Präsenz in der Heizeinheit kann erreicht werden, indem der bzw. die Katalysatoren) mit dem elektrisch heizbaren Material gemischt wird bzw. werden (Bilden einer Zusammensetzung), oder wird mehr bevorzugt erreicht, indem der bzw. die Katalysatoren) auf das elektrisch heizbare Material aufgeladen wird bzw. werden. In Hinblick auf die erwartete Reaktionsaktivität, wird eine Heizeinheit am meisten bevorzugt, die erhalten wird, indem der Katalysator bzw. die Katalysatoren auf die Wabenstruktur aufgeladen wird, die elektrisch heizbar ist. Die Katalysatorkomponente für die Heizeinheit kann die gleiche wie die für die Katalysatoreinheit sein oder sich davon unterscheiden.
  • Als Material für die Heizeinheit kann ein Sintermaterial verwendet werden, das durch elektrischen Widerstand heizbar ist, beispielsweise Bariumtitanat (aus sogenanntem PTC, einer Substanz, die positive Widerstandseigenschaften aufweist), Carbid (z. B. SiC oder MoSi2), supraleitendes Oxid von Y- oder Bi-Typ, Perowskit, das eine negative Widerstandseigenschaft aufweist, Sauerstoffion leitendes Material (z. B. ZrO2), Silicid, Borid, Nitrid oder iOnenleitendes Glas, obwohl es sich dabei nicht um ein Sintermaterial handelt. Es kann auch ein Metall verwendet werden, das durch elektrischen Widerstand heizbar ist, wie Fe-Cr-Al-Ferrit-Zusammensetzung oder eine andere Legierungszusammensetzung (z. B. Ni-Cr, Fe-Al, Fe-Cr oder Ni-Al); oder ein Cermet, der ein Verbundmaterial aus dem obigen Metall und einem hitzebeständigen Material ohne Heizbarkeit durch elektrischen Widerstand ist (z. B. Aluminiumoxid).
  • Die oben genannten Materialien für die Heizeinheit können einzeln oder in Form von Verbundmaterial aus zwei oder mehr Arten verwendet werden, oder können als Verbundmaterial mit (einer) Katalysatorkomponente(n) verwendet werden. Es ist wichtig, dass jegliches Material für die Heizeinheit elektrisch heizbar sein muss und es keinerlei andere Einschränkung für die Art des Materials gibt. In Hinblick auf die Kosten und einfache Herstellung wird eine Legierungszusammensetzung wie Fe-Cr-Al, Fe-Al, Fe-Cr oder dergleichen bevorzugt. Diese Legierungen werden bereits bei katalytischen Konvertern für Kraftfahrzeuge kommerziell eingesetzt und weisen insofern verschiedene Vorteile auf, als sie hervorragende Hitzebeständigkeit und Thermoschockbeständigkeit aufweisen und durch Walzen oder Pulvermetallurgie leicht in Form einer Wabenstruktur gebracht werden können. Beispiele für die Wabenstrukturen sind beispielsweise in den (offengelegten) japanischen Kokai-Patentanmeldungen Nr. 295184/1991 (20) und der nationalen Veröffentlichung der internationalen Patentanmeldung Nr. 500911/1991 (21) offenbart.
  • An die Heizeinheit sind Elektroden angeschlossen, um die Einheit mit Elektrizität zu versorgen, und Elektrizität wird von einer externen Stromquelle zugeführt. Wenn der Reformer in ein Kfz eingebaut ist, kann die Stromquelle eine Batterie, ein Wechselstromgenerator, ein Kondensator oder dergleichen sein. Wenn eine Vielzahl von Heizeinheiten im Reformer angeordnet ist, können sie unabhängig voneinander an die Stromquelle angeschlossen oder in Serie oder parallel angeordnet sein, um sie an eine Quelle anzuschließen. In der Heizeinheit muss der Widerstand in Abhängigkeit von der zugeführten Leistung, der eingesetzten Spannung usw. eingestellt werden. Es gibt keine Einschränkung in Bezug auf die Einstellung des Widerstands; wenn die Heizeinheit jedoch eine Wabenstruktur ist, kann die Einstellung vorgenommen werden, indem Schlitze oder Spalten darin ausgebildet werden, wie in der (offengelegten) japanischen Kokai-Patentanmeldung Nr. 295184/1991 und der nationalen Veröffentlichung der internationalen Patentanmeldung Nr. 500911/1991 offenbart.
  • Sowohl die Katalysatoreinheit als auch die Heizeinheit haben vorzugsweise eine Zelldichte von 4 bis 2.000 Zellen/Zoll2 (cpsi), mehr bevorzugt 50 bis 1.500 cpsi, um die Bedingung eines jeden aus dem ersten bis dritten Aspekt zu erfüllen. Eine Zelldichte unter 4 cpsi kann unzureichende Kontakteffizienz und somit unzureichende Funktion der Einheit (Erwärmung für die Heizeinheit und katalytische Reaktion für die Katalysatoreinheit) begünstigen. Zelldichten über 2.000 cpsi können andererseits einen übermäßigen Druckverlust begünstigen. Der Zellquerschnitt kann jede Gestalt haben, beispielsweise kreisförmig, quadratisch, polygonal oder gewellt sein.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird detaillierter beschrieben, wobei sie dadurch keinesfalls eingeschränkt wird.
  • [Herstellung der Heizeinheit]
  • Die Heizeinheiten A bis I wurden nach den folgenden Verfahren hergestellt
  • (Heizeinheit A)
  • Pulverförmiges Fe, Cr-30Al (Gew.-%), Fe-50Al (Gew.-%), Fe-20B (Gew.-%) und Y2O3, die alle eine mittlere Teilchengröße von 44 μm oder weniger aufweisen, wurden so gemischt, dass sie eine Zusammensetzung Fe-16Cr-8Al-0,05B-0,5Y2O3 aufweisen, und 100 g des Gemisches wurden mit 4 g Methylcellulose als organisches Bindemittel und 1 g Ölsäure als Oxidationshemmer verbunden. Das so hergestellte Gemisch wurde zu einer zylindrischen Wabenstruktur extrudiert, das 16 h lang in Luft bei 90°C getrocknet, 2 h lang bei 1.325°C in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert und 30 min lang in Luft bei 1.150°C wärmebehandelt wurde.
  • Die nach dem obigen Verfahren erzeugte Wabenstruktur hatte einen Außendurchmesser von 93 mm, eine Dicke von 30 mm, eine Trennwanddicke von 0,1 mm (etwa 4 mit) und eine Zelldichte von 400 cpsi (hexaponale Zellen). Sie war mit Schlitzen versehen, um rasches Erhitzen des mittleren Abschnitts zuzulassen, um das Wabenheizgerät zu erzeugen (20). Das Wabenheizgerät wurde. dann mit Elektroden versehen und in einem Metallgehäuse aus Edelstahl angeordnet, während es vom Gehäuse isoliert gehalten wurde, um die Heizeinheit A zu erzeugen. Sie hatte ein effektives Volumen von 0,2 l.
  • (Heizeinheit B)
  • Die Heizeinheit B wurde auf ähnliche Weise wie die Heizeinheit A hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur eine Zelldichte von 600 cpsi hatte.
  • (Heizeinheit C)
  • Handelsübliches γ-Al2O3 mit einer spezifischen Oberfläche von 200 m2/g wurde mit einer wässrigen Lösung getränkt, die Ru enthielt, getrocknet und bei 600°C gesintert, um das mit Ru getränkte Al2O3-Pulver herzustellen, das mit adäquaten Mengen an Wasser und Essigsäure gemischt und in nassem Zustand in die Aufschlämmung zerkleinert wurde. Die Aufschlämmung wurde auf die Wabenstruktur mit einer Zelldichte von 400 cpsi aufgeladen (ähnlich wie die Heizeinheit A). Die mit Aufschlämmung beladene Wabenstruktur wurde bei 500°C gesintert. Dann wurde sie mit Schlitzen und Elektroden versehen und in einem Metallgehäuse angeordnet, ähnlich wie bei der Heizeinheit A, um die Heizeinheit C zu erzeugen, die die Katalysatorkomponente zur Dampf-Reformation trug.
  • (Heizeinheit D)
  • Die Heizeinheit D mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur Dampf-Reformation trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Heizeinheit C, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, eine Zelldichte von 300 cpsi aufwies.
  • (Heizeinheit E)
  • Die Heizeinheit E mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur Dampf-Reformation trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Heizeinheit C, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, eine Zelldichte von 500 cpsi aufwies.
  • (Heizeinheit F)
  • Handelsübliches γ-Al2O3 mit einer spezifischen Oberfläche von 200 m2/g wurde mit einer wässrigen Lösung, die Kupferacetat enthielt, und einer weiteren wässrigen Lösung getränkt, die Zinkacetat enthielt, getrocknet und bei 500°C gesintert, um das mit C/Zn getränkte Al2O3-Pulver herzustellen, das mit adäquaten Mengen an Wasser und Essigsäure gemischt wurde, und im nassen Zustand in die Aufschlämmung zerkleinert. Die Aufschlämmung wurde auf die Wabenstruktur mit einer Zelldichte von 400 cpsi geladen (auf ähnliche Weise wie bei Heizeinheit A). Die mit Aufschlämmung beladene Wabenstruktur wurde bei 500°C gesintert. Dann wurde sie mit Schlitzen und Elektroden versehen und in einem Metallgehäuse angeordnet, auf ähnliche Weise wie bei Heizeinheit A, um die Heizeinheit F mit der Katalysatorkomponente zur CO-Shiftreaktion zu erzeugen.
  • (Heizeinheit G)
  • Die Heizeinheit G mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente für die CO-Shiftreaktion trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Heizeinheit F, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, eine Zelldichte von 300 cpsi aufwies.
  • (Heizeinheit H)
  • Die Heizeinheit H mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente für die CO-Shiftreaktion trug, wurde auf ähnliche Weise wie die Heizeinheit F hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, eine Zelldichte von 600 cpsi aufwies.
  • (Heizeinheit I)
  • Handelsübliches γ-Al2O3 mit einer spezifischen Oberfläche von 200 m2/g wurde mit einer wässrigen Lösung getränkt, die H2PtCl5 enthielt, getrocknet und bei 500°C gesintert, um das mit Pt getränkte Al2O3-Pulver herzustellen, das mit adäquaten Mengen an Wasser und Essigsäure gemischt und im nassen Zustand in die Aufschlämmung zerkleinert wurde. Die Aufschlämmung wurde auf die Wabenstruktur mit einer Zelldichte von 200 cpsi (mit Ausnahme der Zelldichte ähnlich wie die Heizeinheit A) geladen. Die mit Aufschlämmung beladene Wabenstruktur wurde bei 500°C gesintert. Dann wurde sie mit Schlitzen und Elektroden versehen und in einem Metallgehäuse angeordnet, auf ähnliche Weise wie bei der Heizeinheit A, um die Heizeinheit I zu erzeugen, die die Katalysatorkomponente für selektive CO-Oxidation trägt.
  • [Herstellung von Katalysatoreinheiten]:
  • Die Katalysatoreinheiten A bis N wurden nach den folgenden Verfahren hergestellt. Alle Katalysatoreinheiten wiesen die gleiche Menge an Katalysatorkomponente pro Volumseinheit der Wabenstruktur auf. Da Al2O3 einen Großteil der Katalysatorkomponente ausmachte, war ihre Wärmekapazität pro Volumseinheit der Wabenstruktur, auf die sie aufgetragen war, im Wesentlichen gleich.
  • (Katalysatoreinheit A)
  • Die gleiche Aufschlämmung wie die, die verwendet wurde, um die Heizeinheit C zu erzeugen, wurde auf einen Träger mit Wabenstruktur (Zelldichte: 600 cpsi, Volumen: 1,0 l, Außendurchmesser: 93 mm, Dicke der Trennwand: 0,15 mm (etwa 6 mil), Zellgestalt: sechseckig) aus Cordierit (NGK Insulators, Ltd.) aufgeladen. Die mit Aufschlämmung beladene Wabenstruktur wurde bei 500°C gesintert, um die Katalysatoreinheit A zu erzeugen, die die Katalysatorkomponente zur Dampfreformation trug.
  • (Katalysatoreinheit B)
  • Die Katalysatoreinheit B mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur Dampf-Reformation trug, wurde auf ähnliche Weise wie die Katalysatoreinheit A hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, eine Zelldichte von 400 cpsi aufwies.
  • (Katalysatoreinheit C)
  • Die Katalysatoreinheit C mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur Dampf-Reformation trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Katalysatoreinheit A, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, ein Volumen von 0,8 l aufwies.
  • (Katalysator D)
  • Die Katalysatoreinheit D mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur Dampf-Reformation trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Katalysatoreinheit A, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, ein Volumen von 0,6 l aufwies.
  • (Katalysatoreinheit E)
  • Die Katalysatoreinheit E mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur Dampf-Reformation trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Katalysatoreinheit A, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, eine Zelldichte von 300 cpsi und ein Volumen von 0,8 l aufwies.
  • (Katalysatoreinheit F)
  • Die Katalysatoreinheit F mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur Dampf-Reformation trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Katalysatoreinheit A, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgetragen wurde, eine Zelldichte von 300 cpsi und ein Volumen von 0,6 l aufwies.
  • (Katalysatoreinheit G)
  • Die gleiche Aufschlämmung wie jene, die zur Erzeugung von Heizeinheit F verwendet wurde, wurde auf einen Träger mit Wabenstruktur (Zelldichte: 600 cpsi, Volumen: 1,0 l, Außendurchmesser: 93 mm, Trennwanddicke: 0,15 mm (etwa 6 mil), Zellgestalt: sechseckig) aus Cordierit (NGK Insulators, Ltd.) aufgeladen. Die mit Aufschlämmung beladene Wabenstruktur wurde bei 500°C gesintert, um die Katalysatoreinheit G zu erzeugen, die die Katalysatorkomponente zur CO-Shiftreaktion trug.
  • (Katalysatoreinheit H)
  • Die Heizeinheit H mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur CO-Shiftreaktion trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Katalysatoreinheit G, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, eine Zelldichte von 400 cpsi aufwies.
  • (Katalysatoreinheit I)
  • Die Katalysatoreinheit I mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur CO-Shiftreaktion trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Katalysatoreinheit G, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, ein Volumen von 0,8 l aufwies.
  • (Katalysatoreinheit J)
  • Die Katalysatoreinheit J mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur CO-Shiftreaktion trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Katalysatoreinheit G, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die Aufschlämmung aufgeladen wurde, eine Zelldichte von 400 cpsi und ein Volumen von 0,8 l aufwies.
  • (Katalysatoreinheit K)
  • Die Katalysatoreinheit K mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur CO-Shiftreaktion trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Katalysatoreinheit G, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, eine Zelldichte von 400 cpsi und ein Volumen von 0,6 l aufwies.
  • (Katalysatoreinheit L)
  • Die gleiche Aufschlämmung wie die, die zur Erzeugung der Heizeinheit C verwendet wurde, wurde auf die obere Hälfte eines Trägers mit Wabenstruktur (Zelldichte: 600 cpsi, Volumen: 2,0 l, Außendurchmesser: 93 mm, Trennwanddicke: 0,15 mm (etwa 6 mil), Zellgestalt: sechseckig) aus Cordierit (NGK Insulator, Ltd.) aufgeladen, und die gleiche Aufschlämmung wie die, die zur Erzeugung der Heizeinheit F verwendet wurde, wurde auf die untere Hälfte des obigen Trägers aufgeladen. Die mit Aufschlämmung beladene Wabenstruktur wurde bei 500°C gesintert, um die Katalysatoreinheit L zu erzeugen, die die Katalysatorkomponenten zur Dampfreformation und CO-Shiftreaktion an unterschiedlichen Positionen auf dem selben Träger trug.
  • (Katalysatoreinheit M)
  • Die gleiche Aufschlämmung wie die, die zur Herstellung der Heizeinheit I verwendet wurde, wurde auf einen Träger mit Wabenstruktur (Zelldichte: 600 cpsi, Volumen: 1,0 l, Außendurchmesser: 93 mm, Trennwanddicke: 0,15 mm (etwa 6 mil), Zellgestalt: sechseckig) aus Cordierit (NGK Insulator, Ltd.) aufgeladen, um die Katalysatoreinheit M zu erzeugen, die die Katalysatorkomponente zur selektiven CO-Oxidation trug.
  • (Katalysatoreinheit N)
  • Die Katalysatoreinheit N mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur selektiven CO-Oxidation trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Katalysatoreinheit M, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die die Aufschlämmung aufgeladen wurde, eine Zelldichte von 400 cpsi aufwies.
  • (Katalysatoreinheit O)
  • Die Katalysatoreinheit O mit Wabenstruktur, die die Katalysatorkomponente zur selektiven CO-Oxidation trug, wurde auf ähnliche Weise hergestellt wie die Katalysatoreinheit M, mit der Ausnahme, dass die Wabenstruktur, auf die sie Aufschlämmung aufgeladen wurde, ein Volumen von 0,8 l aufwies.
  • [Konfiguration der Reformer]:
  • Die Reformer mit den folgenden Konfigurationen wurden unter Einsatz der oben beschriebenen Heizeinheiten und Katalysatoreinheiten hergestellt. Die Bezugszahlen in den Zeichnungen in Klammern sind jeweils an die Heizeinheiten und die Katalysatoreinheiten gebunden, um die Heizeinheit/Katalysatoreinheit-Typen aufgrund der Bezugszahlen klar zu unterscheiden.
  • (Reformer A)
  • Der Reformer A umfasste die Heizeinheit A(30), die Katalysatoreinheit A(40), die Katalysatoreinheit G(46) und die Katalysatoreinheit M(52) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (4).
  • (Reformer B)
  • Der Refomer B umfasst die Heizeinheit A(30), die Katalysatoreinheit A(40), die Katalysatoreinheit H(47) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (5).
  • (Reformer C)
  • Der Reformer C umfasste die Heizeinheit B(31), die Katalysatoreinheit B(41), die Katalysatoreinheit H(47) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (6).
  • (Reformer D)
  • Der Reformer D umfasste die Heizeinheit A(30), die Katalysatoreinheit B(41), die Katalysatoreinheit H(47) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (7).
  • (Reformer E)
  • Der Reformer E umfasste die Heizeinheit C(32), die Katalysatoreinheit C(42), die Katalysatoreinheit H(47) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (8).
  • (Reformer F)
  • Der Reformer F umfasste die Heizeinheit A(30), die Katalysatoreinheit L(51) und die Katalysatoreinheit M(52) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (9).
  • (Reformer G)
  • Der Reformer G umfasste die Heizeinheit C(32), die Katalysatoreinheit C(42), die Heizeinheit G(36), die Katalysatoreinheit J(49) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (10).
  • (Reformer H)
  • Der Reformer H umfasste die Heizeinheit C(32), die Katalysatoreinheit E(44), die Heizeinheit G(36), die Katalysatoreinheit J(49) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (11).
  • (Reformer I)
  • Der Reformer I umfasste die Heizeinheit C(32), die Katalysatoreinheit C(42), die Heizeinheit H(37), die Katalysatoreinheit J(49) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (12).
  • (Reformer J)
  • Der Reformer J umfasste die Heizeinheit C(32), die Heizeinheit E(34), die Katalysatoreinheit D(43), die Katalysatoreinheit H(47) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (13).
  • (Reformer K)
  • Der Reformer K umfasste die Heizeinheit C(32), die Heizeinheit E(34), die Katalysatoreinheit F(45), die Katalysatoreinheit H(47) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (14).
  • (Reformer L)
  • Der Reformer L umfasste die Heizeinheit C(32), die Heizeinheit D(33), die Katalysatoreinheit D(43), die Katalysatoreinheit H(47) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (15).
  • (Reformer M)
  • Der Reformer M umfasste die Heizeinheit C(32), die Heizeinheit E(34), die Katalysatoreinheit D(43), die Heizeinheit G(36), die Katalysatoreinheit J(49) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (16).
  • (Reformer N)
  • Der Reformer N umfasste die Heizeinheit C(32), die Katalysatoreinheit D(43), die Heizeinheit H(37), die Katalysatoreinheit J(49) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (17).
  • (Reformer O)
  • Der Reformer O umfasste die Heizeinheit C(32), die Katalysatoreinheit C(42), die Heizeinheit G(36), die Heizeinheit F(35), die Katalysatoreinheit K(50) und die Katalysatoreinheit N(53) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (18).
  • (Reformer P)
  • Der Reformer P umfasste die Heizeinheit C(32), die Katalysatoreinheit C(42), die Heizeinheit G(36), die Katalysatoreinheit I(48), die Heizeinheit I(38) und die Katalysatoreinheit O(54) in dieser Reihenfolge im Strömungsweg von der Stromaufseite aus (19).
  • [Bewertung der Reformer]:
  • Ein Gemisch aus Methanol (CH3OH) und Wasser wurde jedem der obigen Reformer A bis P mit einer konstanten Rate zugeführt, wobei das Verhältnis Dampf/Kohlenstoff (S/C) im Ausgangsgemisch auf 2,0 eingestellt wurde. Elektrizität wurde jeder Heizeinheit bis zu einer Gesamtleistung von 2,5 kW zugeführt, wobei die Zufuhr von Elektrizität und jene des Ausgangsgemisches zu jedem Reformer gleichzeitig aufgenommen wurden. Elektrizität wurde aufgrund der endothermen Beschaffenheit der Dampf-Reformation der Heizeinheit stromauf von der Katalysatoreinheit, die die Katalysatorkomponente zur Dampf-Reformation trug, und der Heizeinheit, die die Katalysatorkomponente zur Dampf-Reformation trug, kontinuierlich zugeführt, während das Ausgangsgemisch zugeführt wurde. Bei dem Reformer, der die Heizeinheit umfasste, die die Katalysatorkomponente zur CO-Shiftreaktion trug, wurde aufgrund der exothermen Beschaffenheit der Reaktion die Zufuhr von Elektrizität zu dieser Heizeinheit unterbrochen, wenn sie 300°C erreichte. Bei dem Reformer, der gleichzeitig die, die die Katalysatorkomponente für die CO-Shiftreaktion trug, und jene aufwies, die die Katalysatorkomponente zur selektiven CO-Oxidation trug, wurde dem System zwischen diesen Katalysatoreinheiten Luft zugeführt, um von letzterem benötigen Sauerstoff zuzuführen.
  • Die Umwandlung von Methanol, die für 3 min erreicht wurde (was die Zeit für den Kaltstart enthält), wurde für jeden Reformer gemessen, wobei die Umwandlung bestimmt wurde, indem eine Gesamt-Molanzahl des gebildeten CO und CO2 durch die Molzahl des gebildeten Methanol dividiert wurde. Die Umwandlung, die als Maß für die Effizienz der Wasserstofferzeugung verwendet wird, ist für jeden Reformer in Tabelle 1 angeführt. Die CO-Konzentration im Abgas wird als Maß für die CO-Bekämpfungseffizienz für die Katalysatoreinheit, die die Katalysatorkomponente für die CO-Shiftreaktion trägt, und jene, die die Katalysatorkomponente für die selektive CO-Oxidation trägt, verwendet. Sie wurde 1 und 3 min nach dem Beginn der Zufuhr des Ausgangsgemisches gemessen, um die Kaltstartkapazität des Reformers zu bewerten. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angeführt.
  • Tabelle 1
    Figure 00340001
  • Wie oben beschrieben, ist der Reformer gemäß vorliegender Erfindung verbessert, was beispielsweise den Kontaktwirkungsgrad zwischen der Katalysatoreinheit und dem Reaktandenfluid sowie den Wärmeaustauschwirkungsgrad der Heizeinheiten betrifft, was zu verbessertem Wirkungsgrad bei der Wasserstoff-Produktion und der Reduktion von CO als Nebenprodukt führt.

Claims (16)

  1. Im Strömungsweg eines Reaktandenfluids angeordneter Reformer, der umfasst: eine elektrisch heizbare Heizeinheit (1, 10, 11, 20, 21, 30–38) mit Wabenstruktur; und zumindest eine Katalysatoreinheit (2, 12, 17, 22, 40–54) mit Wabenstruktur, die fähig ist, durch Katalyse stromab im Fluidströmungsweg von der Heizeinheit Wasserstoff aus einem Reaktandenfluid zu erzeugen, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, worin die Heizeinheit und die Katalysatoreinheit oder zumindest eine der Katalysatoreinheiten die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der Heizeinheit ≤Zelldichte der Katalysatoreinheit.
  2. Reformer nach Anspruch 1, worin eine Vielzahl der Katalysatoreinheiten vorgesehen ist und die Heizeinheit und die daran angrenzende Katalysatoreinheit die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der Heizeinheit ≤ Zelldichte der Katalysatoreinheit.
  3. Reformer nach Anspruch 1, worin eine Vielzahl der Katalysatoreinheiten vorgesehen ist und die Heizeinheit und alle Katalysatoreinheiten stromab von der Heizeinheit die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der Heizeinheit ≤ Zelldichte der Katalysatoreinheit.
  4. Im Strömungsweg eines Reaktandenfluids angeordneter Reformer, der umfasst: zwei oder mehrere elektrisch heizbare Heizeinheiten (10, 11, 32–38) mit Wabenstruktur; und zumindest eine zwischen den Heizeinheiten im Fluidströmungsweg angeordnete Katalysatoreinheit (12, 17, 42, 43, 44, 48, 49) mit Wabenstruktur, die fähig ist, durch Katalyse aus einem Reaktandenfluid, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, Wasserstoff zu erzeugen, worin zumindest eine der Heizeinheiten stromab von der Katalysatoreinheit (stromaufseitige Heizeinheit) und zumindest eine der Heizeinheiten stromab von der Katalysatoreinheit (stromabseitige Heizeinheit) die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≥ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit.
  5. Reformer nach Anspruch 4, worin die stromaufseitige Heizeinheit und die stromabseitige Heizeinheit, zwischen denen sich kein Element außer einem oder mehreren der Katalysatoreinheiten befindet, die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≥ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit.
  6. Reformer nach Anspruch 4, worin drei oder mehrere der Heizeinheiten vorgesehen sind, wobei sich die Katalysatoreinheiten zwischen jedem Paar davon befinden, und die stromaufseitige Heizeinheit und die stromabseitige Heizeinheit in Bezug auf die am weitesten stromauf gelegene Katalysatoreinheit die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≥ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit.
  7. Reformer nach Anspruch 4, worin drei oder mehrere der Heizeinheiten vorgesehen sind, wobei sich die Katalysatoreinheiten zwischen jedem Paar davon befinden, und jedes Paar davon, bei dem es sich um die stromaufseitigen und die stromabseitigen Heizeinheiten in Bezug auf den Katalysator handelt, die folgende Bedingung erfüllt: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≥ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit.
  8. Im Strömungsweg eines Reaktandenfluids angeordneter Reformer, der umfasst: zwei oder mehrere elektrisch heizbare Heizeinheiten (20, 21, 32–36) mit Wabenstruktur, die in Fluidströmungsrichtung angrenzend aneinander angeordnet sind, und zumindest eine Katalysatoreinheit (22, 43, 50) mit Wabenstruktur, die fähig ist, durch Katalyse aus einem Reaktandenfluid, das eine organische Verbindung oder Kohlenmonoxid enthält, Wasserstoff zu erzeugen, worin zwei benachbarte der Heizeinheiten die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≤ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit.
  9. Reformer nach Anspruch 8, worin die Heizeinheit an der am weitesten stromauf gelegenen Position und die daran angrenzende Heizeinheit, wenn drei oder mehrere der benachbarten Heizeinheiten in der Fluidströmungsrichtung angebracht sind, die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≤ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit.
  10. Reformer nach Anspruch 8, worin, wenn drei oder mehrere der benachbarten Heizeinheiten in Fluidströmungsrichtung angebracht sind, alle der benachbarten Heizeinheiten die folgende Bedingung erfüllen: Zelldichte der stromaufseitigen Heizeinheit ≤ Zelldichte der stromabseitigen Heizeinheit.
  11. Reformer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Katalysatoreinheit eine oder mehrere der Katalysatorkomponenten zur Dampf-Reformation, partiellen Oxidation oder Zersetzung und/oder CO-Shiftreaktion und/oder selektiven CO-Oxidation enthält.
  12. Reformer nach Anspruch 11, worin die Katalysatorkomponente als Hauptbestandteile ein hitzebeständiges Oxid und zumindest ein Metallelement enthält, das aus jenen der Gruppen VB bis VIII, IB und IIB des Periodensystems in seiner langen Form ausgewählt ist.
  13. Reformer nach Anspruch 12, worin das oder jedes der Metallelemente aus den Metallelementen der Gruppen VIII, V, Cr, Mo, W, Re, den Metallelementen der Gruppe IB und Zn ausgewählt ist bzw. sind.
  14. Reformer nach Anspruch 12, worin das hitzebeständige Oxid aus Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2, MgO, Zeolith, SAPO (Silicoaluminophosphat), ALPO (Aluminophosphat) und einer Oxidverbindung mit Schichtstruktur davon ausgewählt ist.
  15. Reformer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Heizeinheit eine oder mehrere der Katalysatorkomponenten zur Dampfreformation, partiellen Oxidation oder Zersetzung und/oder CO-Shiftreaktion und/oder selektiven CO-Oxidation enthält.
  16. Reformer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Heizeinheit aus durch elektrische Widerstandsheizung erhitzbarem Sinter- oder Metallmaterial oder einem Verbundstoff daraus oder aus einem Verbundstoff aus einem hitzebeständigen Material ohne Erhitzbarkeit durch elektrischen Widerstand und dem Sinter- oder Metallmaterial besteht.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008050817A1 (de) * 2008-10-08 2010-04-15 Karl-Heinz Tetzlaff Abgasfreie allotherme Dampfreformierung

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6488838B1 (en) * 1999-08-17 2002-12-03 Battelle Memorial Institute Chemical reactor and method for gas phase reactant catalytic reactions
DE19944540B4 (de) 1999-09-17 2005-01-13 Daimlerchrysler Ag Reaktorsystem mit elektrischen Heizmitteln
DE10023410A1 (de) * 2000-05-12 2001-11-15 Linde Gas Ag Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Behandlungsgases für die Wärmebehandlung von metallischem Gut, Gasgenerator und Wärmebehandlungsanlage
MXPA03004998A (es) * 2000-12-05 2003-09-05 Texaco Development Corp Procesador de combustible compacto para producir gas rico en hidrogeno.
DE10061084A1 (de) 2000-12-08 2002-07-04 Emitec Emissionstechnologie Reformeranlage mit Wärmeschild
JP2002306915A (ja) † 2001-02-09 2002-10-22 Denso Corp ハニカム構造体
JP4401587B2 (ja) * 2001-03-08 2010-01-20 本田技研工業株式会社 改質装置の掃気方法
JP3863774B2 (ja) 2001-12-19 2006-12-27 三洋電機株式会社 燃料電池システム
US20040016650A1 (en) * 2002-07-29 2004-01-29 Klug Karl H. Electrocatalytic reformer for synthesis gas production
US7014835B2 (en) * 2002-08-15 2006-03-21 Velocys, Inc. Multi-stream microchannel device
US6622519B1 (en) 2002-08-15 2003-09-23 Velocys, Inc. Process for cooling a product in a heat exchanger employing microchannels for the flow of refrigerant and product
US6969505B2 (en) * 2002-08-15 2005-11-29 Velocys, Inc. Process for conducting an equilibrium limited chemical reaction in a single stage process channel
CA2410927A1 (fr) * 2002-11-05 2004-05-05 Michel Petitclerc Reacteur a chauffage electrique pour le reformage en phase gazeuse
US7105148B2 (en) 2002-11-26 2006-09-12 General Motors Corporation Methods for producing hydrogen from a fuel
US7208136B2 (en) * 2003-05-16 2007-04-24 Battelle Memorial Institute Alcohol steam reforming catalysts and methods of alcohol steam reforming
US8747805B2 (en) * 2004-02-11 2014-06-10 Velocys, Inc. Process for conducting an equilibrium limited chemical reaction using microchannel technology
US7544342B2 (en) * 2004-08-25 2009-06-09 The Boc Group, Inc. Hydrogen production process
KR100673747B1 (ko) * 2005-03-04 2007-01-24 삼성에스디아이 주식회사 분사노즐 조립체 및 이를 구비한 연료전지 시스템
JP4462082B2 (ja) 2005-03-22 2010-05-12 トヨタ自動車株式会社 燃料改質装置
JP4956946B2 (ja) * 2005-09-16 2012-06-20 三菱マテリアル株式会社 燃料電池
US20070084116A1 (en) * 2005-10-13 2007-04-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Reformer system having electrical heating devices
US7829035B2 (en) * 2006-01-19 2010-11-09 Massachusetts Institute Of Technology Oxidation catalyst
US20070237710A1 (en) * 2006-04-05 2007-10-11 Genkin Eugene S Reforming apparatus and method for syngas generation
US7736399B2 (en) * 2006-11-07 2010-06-15 Delphi Technologies, Inc. Electrically-heated metal vaporizer for fuel/air preparation in a hydrocarbon reformer assembly
DE102007010758A1 (de) * 2007-03-06 2008-09-11 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Elektrisch beheizbarer Wabenkörper und Verfahren zu dessen Betrieb
US8727050B2 (en) * 2009-02-25 2014-05-20 GM Global Technology Operations LLC System and method for controlling an electrically heated catalyst for a hybrid vehicle
FR2944519B1 (fr) * 2009-04-21 2011-08-26 Irma Module et dispositif de reformage catalytique, et procedes de fabrication
US8359844B2 (en) * 2009-08-07 2013-01-29 GM Global Technology Operations LLC Radiant heating systems and methods for catalysts of exhaust treatment systems
US9458812B2 (en) * 2009-09-02 2016-10-04 GM Global Technology Operations LLC Engine control systems and methods for minimizing fuel consumption
US9410458B2 (en) * 2009-10-01 2016-08-09 GM Global Technology Operations LLC State of charge catalyst heating strategy
AU2014346844B2 (en) 2013-11-06 2017-06-15 Watt Fuel Cell Corp. Chemical reactor with manifold for management of a flow of gaseous reaction medium thereto
JP6549600B2 (ja) 2013-11-06 2019-07-24 ワット・フューエル・セル・コーポレイションＷａｔｔ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｃｏｒｐ． 液体燃料ｃｐｏｘ改質器と燃料セルの統合システム、及び電気を生成する方法
WO2015069749A2 (en) 2013-11-06 2015-05-14 Watt Fuel Cell Corp. Liquid fuel cpox reformers and methods of cpox reforming
AU2014346741B2 (en) 2013-11-06 2017-01-19 Watt Fuel Cell Corp. Gaseous fuel CPOX reformers and methods of CPOX reforming
US10676354B2 (en) 2013-11-06 2020-06-09 Watt Fuel Cell Corp. Reformer with perovskite as structural component thereof
US9627701B2 (en) 2013-11-06 2017-04-18 Watt Fuel Cell Corp. Integrated gaseous fuel CPOX reformer and fuel cell systems, and methods of producing electricity
CA3016540C (en) * 2016-03-02 2022-06-07 Watlow Electric Manufacturing Company Virtual sensing system
KR20210016418A (ko) 2018-05-31 2021-02-15 할도르 토프쉐 에이/에스 스팀 메탄 개질에 의한 수소 제조
EP3574991A1 (de) 2018-05-31 2019-12-04 Haldor Topsøe A/S Durch widerstandsheizung erhitzte dampfreformierung
SG11202101714TA (en) 2018-08-21 2021-03-30 Chevron Usa Inc Catalytic reforming process and system for making aromatic hydrocarbons
CN109279573B (zh) * 2018-09-30 2022-03-22 中石化宁波工程有限公司 一种配套水煤浆气化的等温变换工艺
EP4048431A4 (de) * 2019-10-25 2023-11-08 ECC Tec MSJ Incorporated Abgassystem und merkmale davon
US11668215B2 (en) 2019-10-25 2023-06-06 ECC TEC MSJ Incorporated Catalytic converter
FR3102507B1 (fr) * 2019-10-28 2021-11-19 Faurecia Systemes Dechappement Dispositif de chauffage de gaz d’échappement, ligne d’échappement et véhicule associés
CN112871161B (zh) * 2021-02-20 2022-09-09 浙江工业大学上虞研究院有限公司 一种苯选择加氢制环己烯用催化剂的制备方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU515705B2 (en) * 1979-03-20 1981-04-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Liquid fuel burner
JPS58219945A (ja) * 1982-06-15 1983-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 炭化水素改質用触媒
US5023276A (en) 1982-09-30 1991-06-11 Engelhard Corporation Preparation of normally liquid hydrocarbons and a synthesis gas to make the same, from a normally gaseous hydrocarbon feed
DE8816514U1 (de) 1988-04-25 1989-10-26 Emitec Emissionstechnologie
JP2931362B2 (ja) 1990-04-12 1999-08-09 日本碍子株式会社 抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバーター
JPH0521084A (ja) * 1991-07-17 1993-01-29 Fuji Electric Co Ltd ユニツト組立型燃料電池発電システム
GB2268694A (en) 1992-07-14 1994-01-19 Rolls Royce Plc A catalytic combustion chamber
US5465573A (en) * 1992-07-29 1995-11-14 Ngk Insulators, Ltd. Multi-stage honeycomb heater
DE4230090C2 (de) 1992-09-09 1995-12-07 Heidelberger Druckmasch Ag Farbwerk für eine Druckmaschine
DE69405929T2 (de) * 1993-05-25 1998-01-29 Grace W R & Co Kombinierter, elektrisch heizbarer Umwandler
JP3526084B2 (ja) * 1993-12-28 2004-05-10 日本碍子株式会社 排ガス浄化用吸着・触媒体、吸着体、排ガス浄化システム及び排ガス浄化方法
JP3403494B2 (ja) 1994-05-23 2003-05-06 日本碍子株式会社 改質反応器
JP3599370B2 (ja) 1994-05-23 2004-12-08 日本碍子株式会社 水素製造装置
US5702838A (en) * 1995-08-18 1997-12-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fuel cell device equipped with catalyst material for removing carbon monoxide and method for removing carbon monoxide
JPH11130405A (ja) 1997-10-28 1999-05-18 Ngk Insulators Ltd 改質反応装置、触媒装置、それらに用いる発熱・触媒体、及び改質反応装置の運転方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008050817A1 (de) * 2008-10-08 2010-04-15 Karl-Heinz Tetzlaff Abgasfreie allotherme Dampfreformierung
US9314761B2 (en) 2008-10-08 2016-04-19 Karl-Heinz Tetzlaff Method and device for producing synthesis gas from gaseous hydrocarbons

Also Published As

Publication number Publication date
EP0967174A1 (de) 1999-12-29
DE69908242D1 (de) 2003-07-03
EP0967174B1 (de) 2003-05-28
US20020051741A1 (en) 2002-05-02
JP2000007301A (ja) 2000-01-11
US6585940B2 (en) 2003-07-01

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