JP2003137506A - 燃料、特に加熱油の改質方法 - Google Patents
燃料、特に加熱油の改質方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料、特に加熱油または他の液体燃料を改質
する方法を提供する。 【解決手段】 次のステップを含む方法による。酸素を
含むガスのジェット中に燃料を分散することによって、
燃料/ガス混合物を形成するステップと;更に、リター
ン流のガスを混合し、分散燃料を蒸発するステップと;
部分酸化によってガス混合物から合成ガスを発生するス
テップおよび不均一触媒作用による改質プロセスのステ
ップと;生成した合成ガスを製品流と再循環のためのリ
ターン流とに分けるステップと;その上で不均一触媒作
用が行われる触媒支持体を予め定められた温度に設定す
るためにリターン流から熱を制御して抽出するステップ
とを含む方法。
する方法を提供する。 【解決手段】 次のステップを含む方法による。酸素を
含むガスのジェット中に燃料を分散することによって、
燃料/ガス混合物を形成するステップと;更に、リター
ン流のガスを混合し、分散燃料を蒸発するステップと;
部分酸化によってガス混合物から合成ガスを発生するス
テップおよび不均一触媒作用による改質プロセスのステ
ップと;生成した合成ガスを製品流と再循環のためのリ
ターン流とに分けるステップと;その上で不均一触媒作
用が行われる触媒支持体を予め定められた温度に設定す
るためにリターン流から熱を制御して抽出するステップ
とを含む方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料、特に加熱油ま
たは他の液体燃料を改質する方法に関し、好ましくは、
高温燃料電池によって、電気的および熱的エネルギーを
得る目的のための方法に用いられる。本発明はまた当該
方法を実施するための装置および本発明の方法が用いら
れる燃料電池を有するプラントに関する。
たは他の液体燃料を改質する方法に関し、好ましくは、
高温燃料電池によって、電気的および熱的エネルギーを
得る目的のための方法に用いられる。本発明はまた当該
方法を実施するための装置および本発明の方法が用いら
れる燃料電池を有するプラントに関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、燃料ガスまたは気化した加熱油
の形で存在する炭化水素の改質は、蒸気の形で水を混合
し、熱を供給して800℃近辺で触媒的に行われる。改
質中に一酸化炭素と水素が生じ、それは抽出物として、
例えばEP−A−0780917(=P.6719)で
知られているような燃料電池のバッテリーにおいて、高
温燃料電池中の電気化学プロセスのために使用できる。
このバッテリーは燃料電池を有するセルブロックを含
み、それは断熱スリーブで囲まれている。スリーブとセ
ルブロックの間に後燃え(アフターバーニング)空間が
位置する。ガス状の燃料の調製だけに適したリフォーマ
ー(プレリフォーマーとも言う)がスリーブに配置され
る。それは熱交換器と連結され、それによって改質プロ
セスに必要な熱を排気ガスからリフォーマーに供給でき
る。
の形で存在する炭化水素の改質は、蒸気の形で水を混合
し、熱を供給して800℃近辺で触媒的に行われる。改
質中に一酸化炭素と水素が生じ、それは抽出物として、
例えばEP−A−0780917(=P.6719)で
知られているような燃料電池のバッテリーにおいて、高
温燃料電池中の電気化学プロセスのために使用できる。
このバッテリーは燃料電池を有するセルブロックを含
み、それは断熱スリーブで囲まれている。スリーブとセ
ルブロックの間に後燃え(アフターバーニング)空間が
位置する。ガス状の燃料の調製だけに適したリフォーマ
ー(プレリフォーマーとも言う)がスリーブに配置され
る。それは熱交換器と連結され、それによって改質プロ
セスに必要な熱を排気ガスからリフォーマーに供給でき
る。
【0003】空気、または不活性成分と分子状酸素O2
からなる成分から構成されたその他の酸素を含むガスを
炭化水素に混合すると、吸熱改質プロセスと併行して部
分酸化が起き、その部分酸化は発熱性で反応生成物とし
て水が生じる。部分酸化によって形成される水は、改質
の抽出物として役立つ。従って、水の混合はもはや必要
ないか、あるいは部分的に必要なだけで、これは有利で
ある。何故ならば、水はその純度に対する要求を考慮す
ると高価であるからである。然しながら、以下の説明が
示すように、部分酸化をともなって改質を行うと問題が
生じる。
からなる成分から構成されたその他の酸素を含むガスを
炭化水素に混合すると、吸熱改質プロセスと併行して部
分酸化が起き、その部分酸化は発熱性で反応生成物とし
て水が生じる。部分酸化によって形成される水は、改質
の抽出物として役立つ。従って、水の混合はもはや必要
ないか、あるいは部分的に必要なだけで、これは有利で
ある。何故ならば、水はその純度に対する要求を考慮す
ると高価であるからである。然しながら、以下の説明が
示すように、部分酸化をともなって改質を行うと問題が
生じる。
【0004】改質プロセスは均一な構造の触媒コンバー
ター中で不均質な触媒によって行われる。触媒コンバー
ターは触媒支持体からなり、その支持体の表面上に触媒
活性のある物質、すなわち白金材料(特にプラチナ、ロ
ジウムまたはパラジウム)、ニッケル又はそのような金
属の混合物が適用される。同時に行われる酸化は吸熱改
質反応よりもはるかに速く起こる。従って、それは酸化
による熱の発生によって高温に上昇する触媒コンバータ
ーの入口で起こる。これらの温度は、例えば蒸発によっ
て、触媒活性のある金属の不活性化をもたらし、触媒コ
ンバーターに損傷を与える。
ター中で不均質な触媒によって行われる。触媒コンバー
ターは触媒支持体からなり、その支持体の表面上に触媒
活性のある物質、すなわち白金材料(特にプラチナ、ロ
ジウムまたはパラジウム)、ニッケル又はそのような金
属の混合物が適用される。同時に行われる酸化は吸熱改
質反応よりもはるかに速く起こる。従って、それは酸化
による熱の発生によって高温に上昇する触媒コンバータ
ーの入口で起こる。これらの温度は、例えば蒸発によっ
て、触媒活性のある金属の不活性化をもたらし、触媒コ
ンバーターに損傷を与える。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は燃料、
特に加熱油またはその他の液体燃料を改質する方法を提
供することである。その方法では改質と同時に部分酸化
が行われるが、触媒コンバーターへの発熱プロセスの損
傷作用は回避できる。この目的は本願請求項に定義した
方法によって、定められたある一定の合成ガスのリター
ンを伴って、触媒コンバーターの入口領域の温度が熱損
傷を避けられる程度まで低下できる点で果たされる。
特に加熱油またはその他の液体燃料を改質する方法を提
供することである。その方法では改質と同時に部分酸化
が行われるが、触媒コンバーターへの発熱プロセスの損
傷作用は回避できる。この目的は本願請求項に定義した
方法によって、定められたある一定の合成ガスのリター
ンを伴って、触媒コンバーターの入口領域の温度が熱損
傷を避けられる程度まで低下できる点で果たされる。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による、燃料、特
に加熱油または他の液体燃料を改質する方法は、酸素を
含むガスを使用して実施される。その方法は以下の工程
を含む:酸素を含むガスのジェット中に燃料を分散する
ことによって、燃料/ガス混合物を形成するステップ;
更に、リターン流のガスを混合し、分散燃料を気化する
ステップ;部分酸化によってガス混合物から合成ガスを
発生するステップおよび不均一触媒による改質プロセス
のステップ;生成した合成ガスを製品流と再循環のため
のリターン流に分けるステップ;その上で不均一触媒作
用が行われる触媒支持体を予め定められた温度に設定す
るためにリターン流から熱を制御して抽出するステッ
プ。
に加熱油または他の液体燃料を改質する方法は、酸素を
含むガスを使用して実施される。その方法は以下の工程
を含む:酸素を含むガスのジェット中に燃料を分散する
ことによって、燃料/ガス混合物を形成するステップ;
更に、リターン流のガスを混合し、分散燃料を気化する
ステップ;部分酸化によってガス混合物から合成ガスを
発生するステップおよび不均一触媒による改質プロセス
のステップ;生成した合成ガスを製品流と再循環のため
のリターン流に分けるステップ;その上で不均一触媒作
用が行われる触媒支持体を予め定められた温度に設定す
るためにリターン流から熱を制御して抽出するステッ
プ。
【0007】本発明の有利な実施形態としては、上記の
方法であって、触媒支持体が整然と配置されたパッキン
グであるか、または高い比表面積の物体のバルク充填か
ら組み立てられており、また燃料/ガス混合物が2つの
物質ノズルによって供給され、そのノズルがノズルの先
端でくぼんでおり、この形状によって圧力低下を生じる
ように形成および配置され、その圧力低下の少なくとも
一部がリターン流の駆動力に使用され、パッキングが再
循環に関して可能な最低の流れ抵抗を生じる構造、即
ち、平行流チャンネルを有する蜂の巣構造、波形金属箔
および交差流チャンネルを有する構造、網状泡構造また
は三次元編構造を有することを特徴とする方法が挙げら
れる。この場合、供給された水を改質プロセスの反応成
分として利用するため、また還流合成ガスを冷却するた
めに、脱イオン水をリターン流中に噴霧することができ
る。また、酸素を含むガスが、ポンプによって少なくと
も2つのガス流を介してプロセスに供給され、最初のガ
ス流が分散中、特に加熱油の噴霧中に直接使用され、二
番目のガスが少なくとも1つの駆動ノズルを通ってリタ
ーン流中に供給されることができる。さらに、外部空気
および/または燃料電池バッテリーの後燃え(アフター
バーナー)からの排気ガスを酸素を含むガスとして使用
することも可能である。
方法であって、触媒支持体が整然と配置されたパッキン
グであるか、または高い比表面積の物体のバルク充填か
ら組み立てられており、また燃料/ガス混合物が2つの
物質ノズルによって供給され、そのノズルがノズルの先
端でくぼんでおり、この形状によって圧力低下を生じる
ように形成および配置され、その圧力低下の少なくとも
一部がリターン流の駆動力に使用され、パッキングが再
循環に関して可能な最低の流れ抵抗を生じる構造、即
ち、平行流チャンネルを有する蜂の巣構造、波形金属箔
および交差流チャンネルを有する構造、網状泡構造また
は三次元編構造を有することを特徴とする方法が挙げら
れる。この場合、供給された水を改質プロセスの反応成
分として利用するため、また還流合成ガスを冷却するた
めに、脱イオン水をリターン流中に噴霧することができ
る。また、酸素を含むガスが、ポンプによって少なくと
も2つのガス流を介してプロセスに供給され、最初のガ
ス流が分散中、特に加熱油の噴霧中に直接使用され、二
番目のガスが少なくとも1つの駆動ノズルを通ってリタ
ーン流中に供給されることができる。さらに、外部空気
および/または燃料電池バッテリーの後燃え(アフター
バーナー)からの排気ガスを酸素を含むガスとして使用
することも可能である。
【0008】本発明の前述の方法を実施する装置として
は、触媒コンバーターが第一のシリンダー状チューブ中
に位置しており、セラミックまたは金属の支持体構造を
有し、その上に触媒作用的に活性な物質を備え、そし
て、加熱油/ガス混合物の発生のための2つの物質ノズ
ルが触媒コンバーターの入口表面から距離を置いて配置
され、その距離が、加熱油が入るのに先立って気化する
ために適切に長い滞留時間を生じるのに十分大きく、混
合物が燃料入口領域の全体にわたって散布されて触媒コ
ンバーターの中に入ることを特徴とする装置が挙げられ
る。この装置では、リターン流が第一のシリンダー状チ
ューブと第二のシリンダー状チューブの間の環状空間を
通って導かれることができる。また、第二のチューブが
リターン流のために存在し、ジェットコンプレッサーと
して形成されることができる第二のチューブと、駆動媒
体として使用される酸素を含むガスの部分とともに、第
一のチューブの外側に配置されることもできる。そし
て、このような装置では、2つの物質ノズルが燃料用の
中央ノズルと酸素を含むガス用の環状ノズルの組み合わ
せであり、加熱油の予備過熱または気化のための中央ノ
ズルに加熱カートリッジを統合することができる。
は、触媒コンバーターが第一のシリンダー状チューブ中
に位置しており、セラミックまたは金属の支持体構造を
有し、その上に触媒作用的に活性な物質を備え、そし
て、加熱油/ガス混合物の発生のための2つの物質ノズ
ルが触媒コンバーターの入口表面から距離を置いて配置
され、その距離が、加熱油が入るのに先立って気化する
ために適切に長い滞留時間を生じるのに十分大きく、混
合物が燃料入口領域の全体にわたって散布されて触媒コ
ンバーターの中に入ることを特徴とする装置が挙げられ
る。この装置では、リターン流が第一のシリンダー状チ
ューブと第二のシリンダー状チューブの間の環状空間を
通って導かれることができる。また、第二のチューブが
リターン流のために存在し、ジェットコンプレッサーと
して形成されることができる第二のチューブと、駆動媒
体として使用される酸素を含むガスの部分とともに、第
一のチューブの外側に配置されることもできる。そし
て、このような装置では、2つの物質ノズルが燃料用の
中央ノズルと酸素を含むガス用の環状ノズルの組み合わ
せであり、加熱油の予備過熱または気化のための中央ノ
ズルに加熱カートリッジを統合することができる。
【0009】本発明の方法によって改質された過熱油
は、高温燃料電池のバッテリーを運転するために利用す
ることができる。従って、本発明は、高温燃料電池のバ
ッテリーおよび上記の装置を備えたプラントをも提供す
る。このプラントは、装置とバッテリーが装置の製品流
のためのラインで連結され、製品流の水素と一酸化炭素
が電気エネルギーを発生するための電気化学プロセスの
還元剤として利用されることを特徴とする。
は、高温燃料電池のバッテリーを運転するために利用す
ることができる。従って、本発明は、高温燃料電池のバ
ッテリーおよび上記の装置を備えたプラントをも提供す
る。このプラントは、装置とバッテリーが装置の製品流
のためのラインで連結され、製品流の水素と一酸化炭素
が電気エネルギーを発生するための電気化学プロセスの
還元剤として利用されることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の方法は図1に示した装置
を用いて実施できる。加熱油/ガス混合物は、加熱油2
0’のための中央切込み20、酸素を含むガス21’の
ための側部切込み21およびノズルチップ23を有する
2つの物質ノズル2によって装置に噴霧される。これに
関して、酸素を含むガスのさらなる部分流22’が、切
込み22と環状ノズル13を介して加熱油/ガス混合物
と合体される(本発明の方法はこの部分流なしに実施す
ることもできる)。ノズル13の出口で出現した噴出物
は気圧低下をもたらし、それによって熱いリターン流3
bのガスが吸い込まれる。この熱ガスをノズル13のジ
ェットと混合することによって、分散した加熱油(これ
は2つの物質ノズル2に低温で供給できる)に熱を供給
し、加熱油を気化させる。熱触媒コンバーター10を通
しての熱の放射は、分散した加熱油の加熱に寄与するの
で、気化に必要な熱をリターン流3bだけによって供給
しなくてもよい。
を用いて実施できる。加熱油/ガス混合物は、加熱油2
0’のための中央切込み20、酸素を含むガス21’の
ための側部切込み21およびノズルチップ23を有する
2つの物質ノズル2によって装置に噴霧される。これに
関して、酸素を含むガスのさらなる部分流22’が、切
込み22と環状ノズル13を介して加熱油/ガス混合物
と合体される(本発明の方法はこの部分流なしに実施す
ることもできる)。ノズル13の出口で出現した噴出物
は気圧低下をもたらし、それによって熱いリターン流3
bのガスが吸い込まれる。この熱ガスをノズル13のジ
ェットと混合することによって、分散した加熱油(これ
は2つの物質ノズル2に低温で供給できる)に熱を供給
し、加熱油を気化させる。熱触媒コンバーター10を通
しての熱の放射は、分散した加熱油の加熱に寄与するの
で、気化に必要な熱をリターン流3bだけによって供給
しなくてもよい。
【0011】2つの物質ノズル2は、触媒コンバーター
10から離れた距離に配置されており、入口表面100
までのその距離は、入口の前で加熱油が気化するための
適切に長い滞留時間が存在するように十分大きく、混合
物は燃料入口表面100上の全体に散布されて触媒コン
バーター10へ入る。触媒コンバーター10は第一のシ
リンダー状チューブ11の中に位置する。第二のシリン
ダー状チューブ12は、装置1の外壁部分を形成する。
触媒作用で生産された合成ガスは、出口表面101の下
で製品流3aとリターン流3bに分けられる。製品流3
aは出口チューブ29を通って装置1から離れる。リタ
ーン流3bはノズル13のくぼみの結果生じた圧力低下
によって動かされ、2つのチューブ11と12の間のリ
ング空間である再循環ギャップを通って上向きに導かれ
る。熱交換器6によってリターン流3bから熱が抽出さ
れる。制御された熱の抽出によって、触媒コンバーター
10の温度Tkを、例えば平均温度が予め定められた値
になるように変えることができる。
10から離れた距離に配置されており、入口表面100
までのその距離は、入口の前で加熱油が気化するための
適切に長い滞留時間が存在するように十分大きく、混合
物は燃料入口表面100上の全体に散布されて触媒コン
バーター10へ入る。触媒コンバーター10は第一のシ
リンダー状チューブ11の中に位置する。第二のシリン
ダー状チューブ12は、装置1の外壁部分を形成する。
触媒作用で生産された合成ガスは、出口表面101の下
で製品流3aとリターン流3bに分けられる。製品流3
aは出口チューブ29を通って装置1から離れる。リタ
ーン流3bはノズル13のくぼみの結果生じた圧力低下
によって動かされ、2つのチューブ11と12の間のリ
ング空間である再循環ギャップを通って上向きに導かれ
る。熱交換器6によってリターン流3bから熱が抽出さ
れる。制御された熱の抽出によって、触媒コンバーター
10の温度Tkを、例えば平均温度が予め定められた値
になるように変えることができる。
【0012】温度Tkは図2のダイアグラムで定性的に
説明したようなプロフィルを有する。図1にその方向が
描かれているx軸は触媒コンバーター10の主流の方向
に延在する。ダイアグラムの左手のライン100’は入
口表面100に対応し、右手のライン101’は出口表
面101に対応する。既に述べたように、発熱プロセス
の結果として、温度は入口付近で最高である。改質の吸
熱プロセスによって温度は最高に達した後徐々に低下す
る。引用された温度間隔△Tはある間隔の範囲以内でな
ければならず、その限界は約700℃の要求される最低
温度と約1000℃の最高許容温度によって与えられ
る。この条件は本発明の手段による以外は満足されな
い。
説明したようなプロフィルを有する。図1にその方向が
描かれているx軸は触媒コンバーター10の主流の方向
に延在する。ダイアグラムの左手のライン100’は入
口表面100に対応し、右手のライン101’は出口表
面101に対応する。既に述べたように、発熱プロセス
の結果として、温度は入口付近で最高である。改質の吸
熱プロセスによって温度は最高に達した後徐々に低下す
る。引用された温度間隔△Tはある間隔の範囲以内でな
ければならず、その限界は約700℃の要求される最低
温度と約1000℃の最高許容温度によって与えられ
る。この条件は本発明の手段による以外は満足されな
い。
【0013】リターン流3bのおかげで温度プロフィル
の温度間隔△Tはより小さく、また平均温度をより低く
設定できる。△Tの減少は2つの理由による:a)加熱
された油の蒸気の部分圧はリターンガスによって減少す
る(不活性ガスの割合の増加);b)改質プロセスのた
めの触媒コンバーターの入口付近で水がすでに利用可能
であり(プロセス中で生成した水)、したがって熱低下
を生じる。またこれらの2つの理由には、触媒コンバー
ター10中で煤煙の形成が抑えられると言う有利な効果
がある。
の温度間隔△Tはより小さく、また平均温度をより低く
設定できる。△Tの減少は2つの理由による:a)加熱
された油の蒸気の部分圧はリターンガスによって減少す
る(不活性ガスの割合の増加);b)改質プロセスのた
めの触媒コンバーターの入口付近で水がすでに利用可能
であり(プロセス中で生成した水)、したがって熱低下
を生じる。またこれらの2つの理由には、触媒コンバー
ター10中で煤煙の形成が抑えられると言う有利な効果
がある。
【0014】再循環に関して、パッキングは可能な最小
の流れ抵抗を生じるような構造でなければならない。整
然と配置されたパッキングが有利であり、その構造は平
行流通路のある蜂の巣構造または波形金属箔構造であっ
て、オープンで交差した流通路(交差チャンネル構造)
を有している。網状泡構造または三次元編構造も可能で
ある。
の流れ抵抗を生じるような構造でなければならない。整
然と配置されたパッキングが有利であり、その構造は平
行流通路のある蜂の巣構造または波形金属箔構造であっ
て、オープンで交差した流通路(交差チャンネル構造)
を有している。網状泡構造または三次元編構造も可能で
ある。
【0015】図3に示したプラント9は、プラナーリン
グライン高温燃料電池90を積み重ねた形のバッテリー
9’と加熱ガスの改質のための本発明による装置1とを
備える。燃料電池90とは別に、次の構成要素が見られ
る:スリーブ93(内部構造は説明されていない)、こ
れによって外部空気(入口92)が運転中予備加熱され
セル積み重ね中に均一に分布する;セルの積み重ね9’
とスリーブ93の間の後燃え空間(アフターバーニング
空間)94、これから熱交換器95を介して排熱が取り
去られる(例えば熱Qの水巡回路への移転);ファン9
6、それによって排ガスが吸い出され煙突に運搬され
る;柱98、電気エネルギーEを消費者に伝送する。
グライン高温燃料電池90を積み重ねた形のバッテリー
9’と加熱ガスの改質のための本発明による装置1とを
備える。燃料電池90とは別に、次の構成要素が見られ
る:スリーブ93(内部構造は説明されていない)、こ
れによって外部空気(入口92)が運転中予備加熱され
セル積み重ね中に均一に分布する;セルの積み重ね9’
とスリーブ93の間の後燃え空間(アフターバーニング
空間)94、これから熱交換器95を介して排熱が取り
去られる(例えば熱Qの水巡回路への移転);ファン9
6、それによって排ガスが吸い出され煙突に運搬され
る;柱98、電気エネルギーEを消費者に伝送する。
【0016】ポンプ4によって前に送られる酸素を含む
ガスは2つの部分流21’と22’で装置1に供給され
る。燃料電池バッテリー9’の後燃え(アフターバーニ
ング)からの外部空気5aおよび/または排気ガス5b
が酸素を含むガスとして使用される。混合装置5におい
て外部空気5aと排気ガス5bの理想的な割合が作られ
る。改質のための製品ガスはライン29を通ってバッテ
リー9’の中央ディストリビューター通路91に供給さ
れる。
ガスは2つの部分流21’と22’で装置1に供給され
る。燃料電池バッテリー9’の後燃え(アフターバーニ
ング)からの外部空気5aおよび/または排気ガス5b
が酸素を含むガスとして使用される。混合装置5におい
て外部空気5aと排気ガス5bの理想的な割合が作られ
る。改質のための製品ガスはライン29を通ってバッテ
リー9’の中央ディストリビューター通路91に供給さ
れる。
【0017】図4は特別な2つの物質ノズル2を示す。
これは加熱カートリッジ25を含み(電気接続25
a)、これによって加熱油20’を400℃から420
℃に予備加熱でき、気化またはそれを実施することを助
ける。
これは加熱カートリッジ25を含み(電気接続25
a)、これによって加熱油20’を400℃から420
℃に予備加熱でき、気化またはそれを実施することを助
ける。
【0018】本発明の装置の二番目の実施形態を図5に
示す。リターン流3bに対して、二番目のチューブ7を
触媒コンバーター10を含む最初のチューブに加えて、
二番目のチューブ7をジェットコンプレッサーとして形
成する。二番目の部分流22’と酸素を含むガスが駆動
媒体として利用される。合成ガスは駆動ノズル71によ
ってチューブ70を通して吸い込まれる。駆動媒体から
合成ガスに運動量移転が行われる次のダウンストリーム
チューブ要素72が熱交換器76として形成され、これ
は図1の実施形態の熱交換器6に対応する。次のディフ
ューザー73において、脱イオン水80を改質プロセス
の反応成分として利用し、また還流合成ガスを冷却する
ためにノズル8によってリターン流3b中に噴霧でき
る。ジェットコンプレッサー7によって運搬されるリタ
ーン流3bは、外壁11aと2つの物質ノズル2の周り
の円錐台様壁13’の間の装置1の上部に分布されてい
る。リターン流3bのガスはノズルチップ23のリング
ギャップを通してノズル2からでる加熱油/ガス混合物
と合体され、触媒コンバーター10に供給される。ノズ
ル2はまた図4に示す型であってもよい。
示す。リターン流3bに対して、二番目のチューブ7を
触媒コンバーター10を含む最初のチューブに加えて、
二番目のチューブ7をジェットコンプレッサーとして形
成する。二番目の部分流22’と酸素を含むガスが駆動
媒体として利用される。合成ガスは駆動ノズル71によ
ってチューブ70を通して吸い込まれる。駆動媒体から
合成ガスに運動量移転が行われる次のダウンストリーム
チューブ要素72が熱交換器76として形成され、これ
は図1の実施形態の熱交換器6に対応する。次のディフ
ューザー73において、脱イオン水80を改質プロセス
の反応成分として利用し、また還流合成ガスを冷却する
ためにノズル8によってリターン流3b中に噴霧でき
る。ジェットコンプレッサー7によって運搬されるリタ
ーン流3bは、外壁11aと2つの物質ノズル2の周り
の円錐台様壁13’の間の装置1の上部に分布されてい
る。リターン流3bのガスはノズルチップ23のリング
ギャップを通してノズル2からでる加熱油/ガス混合物
と合体され、触媒コンバーター10に供給される。ノズ
ル2はまた図4に示す型であってもよい。
【0019】加熱油の完全な蒸発のために、還流ガスは
約250℃から300℃の温度に達するように十分熱く
なければならない。ガスが900℃の温度で再循環され
る時、製品流に対するリターン流の比は約1:4でなけ
ればならない。再循環比が高ければ高い程、触媒コンバ
ーター中の温度プロフィルはより均一になる。しかしな
がら、運動量インプットの要求が高いために再循環流の
駆動が高くつくので、1より大きな比は経済的理由から
賢明でない。
約250℃から300℃の温度に達するように十分熱く
なければならない。ガスが900℃の温度で再循環され
る時、製品流に対するリターン流の比は約1:4でなけ
ればならない。再循環比が高ければ高い程、触媒コンバ
ーター中の温度プロフィルはより均一になる。しかしな
がら、運動量インプットの要求が高いために再循環流の
駆動が高くつくので、1より大きな比は経済的理由から
賢明でない。
【0020】再循環に要求される運動量は異なった方法
で反応空気を用いて利用できる。反応空気の全体は2つ
の物質ノズルを介して供給でき、その結果、比較的大き
なエネルギー要求を伴う微細な噴霧になる。反応空気は
第一と第二の空気に分けて供給でき、第一の空気は2つ
の物質ノズルに第二の空気はたとえばジェットコンプレ
ッサーに供給される。しかしながら、この第二の方法は
装置的により高くつく。
で反応空気を用いて利用できる。反応空気の全体は2つ
の物質ノズルを介して供給でき、その結果、比較的大き
なエネルギー要求を伴う微細な噴霧になる。反応空気は
第一と第二の空気に分けて供給でき、第一の空気は2つ
の物質ノズルに第二の空気はたとえばジェットコンプレ
ッサーに供給される。しかしながら、この第二の方法は
装置的により高くつく。
【0021】空気に加えて反応剤として水を使用するオ
ートサーム改質を実施するとき、水は反応温度の制御に
利用できる;その水はついで再循環ギャップに注入でき
る。
ートサーム改質を実施するとき、水は反応温度の制御に
利用できる;その水はついで再循環ギャップに注入でき
る。
【0022】本発明の方法はメタノール、エタノールま
たは「バイオジーゼル」(植物油)のような液体燃料で
実施することもできる。さらに本発明の方法を若干改良
すれば(燃料の蒸発がない)、ガス燃料(天然ガス、液
体ガス、バイオガス)を使用できる。加熱油よりも断熱
温度の上昇のより低いこれらの燃料を使用すると、例え
ば、再循環ギャップに熱を供給することにより転換また
は変換を改良できる。
たは「バイオジーゼル」(植物油)のような液体燃料で
実施することもできる。さらに本発明の方法を若干改良
すれば(燃料の蒸発がない)、ガス燃料(天然ガス、液
体ガス、バイオガス)を使用できる。加熱油よりも断熱
温度の上昇のより低いこれらの燃料を使用すると、例え
ば、再循環ギャップに熱を供給することにより転換また
は変換を改良できる。
【図1】本発明の方法を実施するための装置である。
【図2】触媒コンバーター中で部分酸化と同時の改質を
もたらす温度プロフィルのダイアグラムである。
もたらす温度プロフィルのダイアグラムである。
【図3】高温燃料電池のバッテリーを有するプラントと
加熱油の改質のための本発明による装置である。
加熱油の改質のための本発明による装置である。
【図4】特別な2つの物質ノズルである。
【図5】図5は本発明の装置の二番目の実施形態であ
る。
る。
1 装置
2 2つの物質ノズル
3a 製品流
3b リターン流
4 ポンプ
5 混合装置
5a 外部空気
5b 排気ガス
6 熱交換器
7 ジェットコンプレッサー
8 ノズル
9 プラント
9’ バッテリー
10 触媒コンバーター
11 シリンダー状チューブ
11a 外壁
12 シリンダー状チューブ
13 駆動ノズル
13’ 円錐台様壁
20 中央切込み
20’ 加熱油
21 側部切込み
21’ 酸素を含むガス
22 切込み
22’ 酸素を含むガスの部分流
23 ノズルチップ
25 加熱カートリッジ
25a 電気接続
29 出口チューブ(ライン)
70 チューブ
71 駆動ノズル
72 ダウンストリームチューブ要素(ジェットコンプ
レッサー) 73 デイフューザー 76 熱交換器 80 脱イオン水 90 高温燃料電池 91 中央ディストリビューター通路 92 外部空気入口 93 スリーブ 94 後燃え(アフターバーナー) 95 熱交換器 96 ファン 98 柱 100 入口表面 100’ 左手ライン 101 出口表面 101’ 右手ライン
レッサー) 73 デイフューザー 76 熱交換器 80 脱イオン水 90 高温燃料電池 91 中央ディストリビューター通路 92 外部空気入口 93 スリーブ 94 後燃え(アフターバーナー) 95 熱交換器 96 ファン 98 柱 100 入口表面 100’ 左手ライン 101 出口表面 101’ 右手ライン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 アレクサンダー シュラー
スイス国 ヴァイスリンゲン、レンヴェク
33
Fターム(参考) 4G140 EA03 EA06 EA07 EB03 EB04
EB12 EB23 EB42 EB43 EB45
5H027 AA02 BA01 KK42
Claims (10)
- 【請求項1】 不活性成分と酸素O2からなる成分を含
む、酸素を含むガスを使用して、燃料、特に加熱油また
は他の液体燃料を改質する方法であって、 酸素を含むガスのジェット中に燃料を分散することによ
って、燃料/ガス混合物を形成するステップと;更に、
リターン流のガスを混合し、分散燃料を気化するステッ
プと;部分酸化によってガス混合物から合成ガスを発生
するステップおよび不均一触媒作用による改質プロセス
のステップと;生成した合成ガスを製品流と再循環のた
めのリターン流とに分けるステップと;その上で不均一
触媒作用が行われる触媒支持体を予め定められた温度に
設定するためにリターン流から熱を制御して抽出するス
テップとを含む方法。 - 【請求項2】 請求項1による方法であって、触媒支持
体が整然と配置されたパッキングであるか、または高い
比表面積の物体のバルク充填から組み立てられており、
また燃料/ガス混合物が2つの物質ノズルによって供給
され、そのノズルがノズルの先端でくぼんでおり、この
形状によって圧力低下を生じるように形成および配置さ
れ、その圧力低下の少なくとも一部がリターン流の駆動
力に使用され、パッキングが再循環に関して可能な最低
の流れ抵抗を生じる構造、即ち、平行流チャンネルを有
する蜂の巣構造、波形金属箔および交差流チャンネルを
有する構造、網状泡構造または三次元編構造を有するこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2による方法であ
って、供給された水を改質プロセスの反応成分として利
用するため、また還流合成ガスを冷却するために、脱イ
オン水をリターン流中に噴霧することを特徴とする方
法。 - 【請求項4】 請求項1または請求項2による方法であ
って、酸素を含むガスが、ポンプによって少なくとも2
つのガス流を介してプロセスに供給され、最初のガス流
が分散中、特に加熱油の噴霧中に直接使用され、二番目
のガスが少なくとも1つの駆動ノズルを通ってリターン
流中に供給されることを特徴とする方法。 - 【請求項5】 請求項1から請求項4のいずれか1項に
よる方法であって、外部空気および/または燃料電池バ
ッテリーの後燃え(アフターバーナー)からの排気ガス
を酸素を含むガスとして使用することを特徴とする方
法。 - 【請求項6】 請求項1から請求項5のいずれか1項に
よる方法を実施する装置であって、触媒コンバーターが
第一のシリンダー状チューブ中に位置しており、セラミ
ックまたは金属の支持体構造を有し、その上に触媒作用
的に活性な物質を備え、そして、加熱油/ガス混合物の
発生のための2つの物質ノズルが触媒コンバーターの入
口表面から距離を置いて配置され、その距離が、加熱油
が入るのに先立って気化するために適切に長い滞留時間
を生じるのに十分大きく、混合物が燃料入口領域の全体
にわたって散布されて触媒コンバーターの中に入ること
を特徴とする装置。 - 【請求項7】 請求項6による装置であって、リターン
流が第一のシリンダー状チューブと第二のシリンダー状
チューブの間の環状空間を通って導かれることを特徴と
する装置。 - 【請求項8】 請求項6による装置であって、第二のチ
ューブがリターン流のために存在し、ジェットコンプレ
ッサーとして形成されることができる第二のチューブ
と、駆動媒体として使用される酸素を含むガスの部分と
ともに、第一のチューブの外側に配置されることを特徴
とする装置。 - 【請求項9】 請求項6から請求項8のいずれか一項に
よる装置であって、2つの物質ノズルが燃料用の中央ノ
ズルと酸素を含むガス用の環状ノズルの組み合わせであ
り、加熱油の予備過熱または気化のための中央ノズルに
加熱カートリッジを統合できることを特徴とする装置。 - 【請求項10】 高温燃料電池のバッテリーおよび請求
項6から請求項9のいずれか1項による装置を備えたプ
ラントであって、装置とバッテリーが装置の製品流のた
めのラインで連結され、製品流の水素と一酸化炭素が電
気エネルギーを発生するための電気化学プロセスの還元
剤として利用されることを特徴とするプラント。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP01810784 | 2001-08-15 | ||
EP01810784.7 | 2001-08-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003137506A true JP2003137506A (ja) | 2003-05-14 |
Family
ID=8184085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002228060A Abandoned JP2003137506A (ja) | 2001-08-15 | 2002-08-06 | 燃料、特に加熱油の改質方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6872379B2 (ja) |
JP (1) | JP2003137506A (ja) |
CN (1) | CN1407065A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008520529A (ja) * | 2004-11-17 | 2008-06-19 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 改質器の混合室及びそれを運転する方法 |
JP2008520530A (ja) * | 2004-11-17 | 2008-06-19 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 改質器の混合室及びそれを運転する方法 |
JP2009137817A (ja) * | 2007-12-10 | 2009-06-25 | Honda Motor Co Ltd | 燃料改質装置 |
JP2016521196A (ja) * | 2013-03-14 | 2016-07-21 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | フッ素化方法及び反応器 |
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