JP4902859B2 - 非発火性シフト触媒を利用しての燃料プロセッサーでのオートサーマルリフォーミング - Google Patents
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Description
本発明は非発火性シフト触媒(non-pyrophoric shift catalyst)を用いたオートサーマルリフォーマーを包含する燃料プロセッサーの始動(stat-up)および運転停止(shut down)の方法を構成する。
本発明の例示的態様を以下に記載する。平明にするために、実際の履行の全ての特徴が本明細書に記載されているわけではない。勿論、システム関連の及びビジネス関連の規制の遵守のような開発者達の特殊目標を達成するにはそれぞれの履行によって変動するであろう履行特殊性(implementation-specific)の多数の決定がなされなければならないということが認識されるであろう。さらには、かかる開発努力は、複雑かつ時間のかかるものであっても、本開示の利益を受けた当業者には日常的な仕事であろうということも認識されるであろう。
オートサーマルリフォーマー(autothermal reformer)(「ATR」)110、それは燃料プロセッサー102に投入される燃料112を燃料電池104向けのリフォーメート105に改質する;
オキシダイザー(oxidizer)(「Ox」)114、それは例証態様においてはアノードテールガスオキシダイザー(anode tailgas oxidizer)(「ATO」)であり、それは水116と燃料112と空気118を、ATR110へ配送される燃料混合物すなわち「プロセスフィード流」120を生じさせるべく、混合する;
燃料サブシステム122、それは投入燃料112(例証態様においては天然ガス)を、ATR110へ配送されるプロセスフィード流120に混入させるために、オキシダイザー114へ配送する;
水サブシステム124、それは水116を、ATR110へ配送されるプロセスフィード流120に混入させるために、オキシダイザー114へ配送する;
空気サブシステム126、それは空気118を、ATR110へ配送されるプロセスフィード流120に混入させるために、オキシダイザー114へ配送する;および
熱サブシステム128、それはATR110の運転における温度を、その中を通って冷却液113を循環させることによって、コントロールする。
オキシダイザー114およびATR110の具体的態様は以下に更に詳しく開示される。燃料サブシステム122、水サブシステム124、空気サブシステム、および熱サブシステム128は、オキシダイザー114とATR110の運転上の特徴を達成するのに適する当分野で既知のいずれのやり方で履行されてもよい。
102 燃料プロセッサー
104 燃料電池(FUEL CELL)
106 自動化コントロールシステム
108 リフォーメート(REFORMATE)
110 オートサーマルリフォーマー(ATR)
114 オキシダイザー
112 燃料
116 水
118 空気
120 プロセスフィード(FEED)流
122 燃料サブシステム(FUEL SUBSYSTEM)
124 水サブシステム(WATER SUBSYSTEM)
126 空気サブシステム(AIR SUBSYSTEM)
128 熱サブシステム(THERMAL SUBSYSTEM)
202、226 オキシダイザー反応器224への燃料のライン
204、228 反応器224への空気のライン
208、230 反応器224への水のライン
206 反応器224へのカソードリターン(CATHODE RETURN)ガスのライン
220 反応器224への脱水アノードリターンガスのライン
238 プロセスフィード流のライン
210 チェックバルブ
212 アノードリターン(ANODE RETURN)
214 水分離器
218 排水皿(DRAIN PAN)
222、236 ミキサー
224 オキシダイザー反応器
232、234 密閉コイル
233 電気ヒーター
240 排気(EXHAUST)
250a〜250e リフォーミングステージ
250b ATR110の反応器(REACTOR)
250c 脱硫ステージ
250d シフト(Shift)反応ステージ
250e 不活性床(Inert Bed)ステージ
252 熱交換器
262 優先酸化(「prox」)ステージ
300 電算化装置
305 プロセッサ
310 記憶装置
325 データ構造
330 基本ソフト
335 ユーザーインターフェースソフトウェア
365 アプリケーション
400 燃料プロセッサーの始動
402 オキシダイザーをライトオフする
404 オキシダイザーを運転温度にもっていく
406 ATRをライトオフする
408 ATRを運転温度にもっていく
410 オキシダイザーの始動
412 オキシダイザー反応器を初期温度において空気によってパージする
414 パージされたオキシダイザー反応器の少なくとも一部分に着火熱を発生させる
416 オキシダイザー反応器の加熱域に、プロセスフィード流の一部を含む燃料を導入する
418 燃料/空気混合物を含有するオキシダイザー反応器を運転温度に加熱する
420 ATRの始動
422 オートサーマルリフォーマー反応器を初期温度において燃料の爆発上限よりも高くにパージする
424 非発火性シフト触媒を、その中で水の凝縮が起こらないように十分な温度に維持する
426 パージされたオートサーマルリフォーマー反応器を、その中に燃料を流しながら、非発火性シフト触媒のライトオフ温度にまで加熱する
428 加熱された反応器に空気を、燃料の爆発上限を超す、空気と燃料の混合物を生じるように、導入する
430 オートサーマルリフォーマー反応器を運転温度に加熱する
600 燃料プロセッサーの運転停止
602 ATR反応器をパージする
604 ATR反応器を運転停止する
606 オキシダイザー反応器をパージする
608 オキシダイザー反応器を運転停止する
610 ATR反応器への空気の流れを停止する
612 空気の流れを停止した後に、ATR反応器への水の流れを停止する
614 ATR反応器を燃料によってパージする
616 ATR反応器を運転停止温度にまで放冷する
618 オキシダイザー反応器への燃料の流れを停止する
620 オキシダイザー反応器を空気によって運転停止温度までパージする
622 オキシダイザー反応器への空気の流れを停止する
Claims (36)
- 燃料プロセッサーの中のオートサーマルリフォーマーを始動させる方法であって、
以下の順序で、
オートサーマルリフォーマーの反応器を、初期温度において、燃料によって、燃料を含むプロセスフィード流の爆発上限より高く、パージし;
オートサーマルリフォーマーの非発火性シフト触媒を、その中で水の凝縮が起こらないようにするのに十分な温度に維持し;
パージされたオートサーマルリフォーマー反応器を、その中を通って燃料を流し続けながら、非発火性シフト触媒のライトオフ温度に加熱し;
加熱されたオートサーマルリフォーマー反応器に空気を導入することを、燃料の爆発上限を超える、空気と燃料の混合物を生じるように、行い;そして
オートサーマルリフォーマー反応器を運転温度に加熱する
ことを含む前記方法。 - オートサーマルリフォーマーによって改質するための燃料を含むプロセスフィード流を生成するためのオキシダイザーをライトオフすることを更に含む、請求項1の方法。
- オキシダイザーをライトオフすることは、
オキシダイザーの反応器を初期温度において空気によってパージし;
パージされたオキシダイザー反応器の少なくとも一部分に着火熱を発生させ;
オキシダイザー反応器の加熱された領域に、混合物のプロセスフィード流の一部を含む燃料を導入し、得られる燃料と空気の混合物は燃料の爆発下限より低いままであり;そして
オキシダイザー反応器を運転温度に加熱する
ことを包含する、請求項2の方法。 - オキシダイザー反応器を初期温度においてパージすることはオキシダイザー反応器を50℃未満でパージすることを包含する、請求項3の方法。
- オキシダイザー反応器を初期温度においてパージすることはオキシダイザー反応器を周囲温度でパージすることを包含する、請求項3の方法。
- オキシダイザー反応器を初期温度においてパージすることはオキシダイザー反応器を反応器容積の少なくとも3倍容の空気を通してパージすることを包含する、請求項3の方法。
- 着火熱を発生させることは触媒床の少なくとも一部分を少なくともライトオフ温度に加熱することを包含する、請求項3の方法。
- 着火熱を発生させることはスパーク源を作動させることを包含する、請求項3の方法。
- 着火熱を発生させることは少なくとも280℃の着火熱を発生させることを包含する、請求項3の方法。
- 燃料を導入することは天然ガスを導入することを包含する、請求項3の方法。
- 天然ガスを導入することは6.0以下のO/C(NG)比を有する空気と天然ガスの混合物を達成するように天然ガスを導入することを包含する、請求項10の方法。
- オキシダイザー反応器を加熱することはオキシダイザー反応器を400℃〜800℃の温度に加熱することを包含する、請求項1の方法。
- オートサーマルリフォーマー反応器をパージすることはオートサーマルリフォーマー反応器の中を通って反応器容積の少なくとも4倍容の燃料を導入することを包含する、請求項1の方法。
- オートサーマルリフォーマー反応器を初期温度においてパージすることはオートサーマルリフォーマー反応器を50℃未満でパージすることを包含する、請求項1の方法。
- オートサーマルリフォーマー反応器を初期温度においてパージすることはオートサーマルリフォーマー反応器を周囲温度でパージすることを包含する、請求項1の方法。
- オートサーマルリフォーマー反応器を燃料によってパージすることはオートサーマルリフォーマーを天然ガスによってパージすることを包含する、請求項1の方法。
- パージされたオートサーマルリフォーマー反応器を加熱することはパージされたオートサーマルリフォーマー反応器を300℃に加熱することを包含する、請求項1の方法。
- 加熱されたオートサーマルリフォーマー反応器に空気を導入することは0.4〜0.65(境界を含む)のO/C(NG)比を達成するように空気を導入することを包含する、請求項1の方法。
- 加熱されたオートサーマルリフォーマー反応器に空気を導入することは空気中26%天然ガス濃度を達成するように空気を導入することを包含する、請求項1の方法。
- オートサーマルリフォーマー反応器を運転温度に加熱することはオートサーマルリフォーマーを600℃〜900℃の温度に加熱することを包含する、請求項1の方法。
- 燃料プロセッサーの中のオキシダイザーをライトオフする方法であって、
オキシダイザーの反応器を初期温度において空気によってパージし;
パージされたオキシダイザー反応器の少なくとも一部分に着火熱を発生させ;
オキシダイザー反応器の加熱された領域に燃料を導入し、得られる燃料と空気の混合物は燃料の爆発下限より低いままであり;そして
燃料/空気混合物を含有するオキシダイザー反応器を運転温度に加熱する
ことを含む前記方法。 - オキシダイザー反応器を初期温度においてパージすることはオキシダイザー反応器を50℃未満でパージすることを包含する、請求項21の方法。
- オキシダイザー反応器を初期温度においてパージすることはオキシダイザー反応器を周囲温度でパージすることを包含する、請求項21の方法。
- オキシダイザー反応器をパージすることはオキシダイザー反応器を反応器容積の少なくとも3倍容の空気を通してパージすることを包含する、請求項21の方法。
- 着火熱を発生させることは触媒床の少なくとも一部分を少なくともライトオフ温度に加熱することを包含する、請求項21の方法。
- 着火熱を発生させることはスパーク源を作動させることを包含する、請求項21の方法。
- 着火熱を発生させることは少なくとも280℃の着火熱を発生させることを包含する、請求項21の方法。
- 燃料を導入することは天然ガスを導入することを包含する、請求項21の方法。
- 天然ガスを導入することは6.0より大きいO/C(NG)比を有する空気と天然ガスの混合物を達成するように天然ガスを導入することを包含する、請求項28の方法。
- オキシダイザー反応器を加熱することはオキシダイザー反応器を400℃〜800℃の温度に加熱することを包含する、請求項21の方法。
- 燃料プロセッサーの中の、非発火性シフト触媒を用いているオートサーマルリフォーマーを運転停止する方法であって、
以下の順序で、
オートサーマルリフォーマー反応器への空気の流れを停止し;
空気の流れを停止した後に、オートサーマルリフォーマー反応器への水の流れを停止し;
オートサーマルリフォーマー反応器を燃料によってパージし;そして
オートサーマルリフォーマー反応器を運転停止温度にまで放冷する
ことを包含する前記方法。 - 運転停止温度が周囲温度である、請求項31の方法。
- オートサーマルリフォーマー反応器を50℃未満まで積極的に冷却することを更に包含する、請求項31の方法。
- オートサーマルリフォーマー反応器を燃料によってパージすることはオートサーマルリフォーマー反応器を天然ガスによってパージすることを包含する、請求項31の方法。
- 非発火性シフト触媒を用いたオートサーマルリフォーマーと共に使用するオキシダイザーを運転停止する方法であって、
以下の順序で、
オキシダイザーの反応器への燃料の流れを停止し;
オキシダイザー反応器を空気によってパージすることを、オキシダイザー反応器内の温度が運転停止温度に達するまで、行い;そして
パージされたオキシダイザー反応器への空気の流れを停止する
ことを包含する前記方法。 - 運転停止温度が周囲温度である、請求項35の方法。
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