KR101832866B1 - 액체와 기체 연료 겸용 개질 장치 및 그 개질방법 - Google Patents

액체와 기체 연료 겸용 개질 장치 및 그 개질방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101832866B1
KR101832866B1 KR1020167013018A KR20167013018A KR101832866B1 KR 101832866 B1 KR101832866 B1 KR 101832866B1 KR 1020167013018 A KR1020167013018 A KR 1020167013018A KR 20167013018 A KR20167013018 A KR 20167013018A KR 101832866 B1 KR101832866 B1 KR 101832866B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
reforming
cpox
gas
reforming reaction
Prior art date
Application number
KR1020167013018A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160083010A (ko
Inventor
케인 엠. 핀너티
폴 드월드
Original Assignee
와트 퓨얼 셀 코퍼레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 와트 퓨얼 셀 코퍼레이션 filed Critical 와트 퓨얼 셀 코퍼레이션
Publication of KR20160083010A publication Critical patent/KR20160083010A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101832866B1 publication Critical patent/KR101832866B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J12/005—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor carried out at high temperatures, e.g. by pyrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/386—Catalytic partial combustion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J10/00—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
    • B01J10/007—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J12/007—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B01J19/2425—Tubular reactors in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2445—Stationary reactors without moving elements inside placed in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/002—Nozzle-type elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/005—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes provided with baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00—Apparatus for generating gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/065—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1836—Heating and cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00893—Feeding means for the reactants
    • B01J2208/00902—Nozzle-type feeding elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00893—Feeding means for the reactants
    • B01J2208/00911—Sparger-type feeding elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00004—Scale aspects
    • B01J2219/00006—Large-scale industrial plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00058—Temperature measurement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00058—Temperature measurement
    • B01J2219/00063—Temperature measurement of the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00069—Flow rate measurement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00117—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00132—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00132—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2219/00135—Electric resistance heaters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/0015—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2219/00155—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00157—Controlling the temperature by means of a burner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00159—Controlling the temperature controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00193—Sensing a parameter
    • B01J2219/00195—Sensing a parameter of the reaction system
    • B01J2219/002—Sensing a parameter of the reaction system inside the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00211—Control algorithm comparing a sensed parameter with a pre-set value
    • B01J2219/00213—Fixed parameter value
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00191—Control algorithm
    • B01J2219/00222—Control algorithm taking actions
    • B01J2219/00227—Control algorithm taking actions modifying the operating conditions
    • B01J2219/00229—Control algorithm taking actions modifying the operating conditions of the reaction system
    • B01J2219/00234—Control algorithm taking actions modifying the operating conditions of the reaction system inside the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00585—Parallel processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/085—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by electric heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1223—Methanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1229—Ethanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1247—Higher hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1276—Mixing of different feed components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/141—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in parallel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

액체와 기체 연료 겸용 CPOX 개질장치가 액체 및 기체 개질가능 연료의 각각의 CPOX 개질을 위한 제1, 제2 CPOX 반응 구역을 포함한다.

Description

액체와 기체 연료 겸용 개질 장치 및 그 개질방법{DUAL UTILIZATION LIQUID AND GASEOUS FUEL REFORMERS AND METHODS OF REFORMING}
본 출원은 2013년 11월 6일자로 출원된 피네티 등(Finnerty et al.)의 미국 가특허출원 제61/900,510호와 제61/900,543호의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본 출원에 참조문헌으로 통합된다.
본 발명은 수소-풍부 리포메이트(hydrogen-rich reformate)를 생산하기 위한, 액체 및 기체 개질 가능 연료의 개질장치 및 개질 방법에 관한 것이다.
기체 또는 액체 개질가능(reformable) 연료의 수소-풍부 일산화탄소-함유 기체 혼합물, 통상적으로 "합성 가스(synthesis gas)" 또는 "신가스(syngas)"라 칭해지는 제품으로의 전환(conversion)은 스팀 개질(steam reforming), 건식 개질(dry reforming), 자기열 개질(autothermal reforming), 및 촉매 부분 산화(CPOX) 개질과 같은 공지의 연료 개질 조작들에 따라 수행될 수 있다. 이러한 연료 개질 조작들의 각각은 그 특유의 화학작용 및 요건들을 가지며, 각 조작은 다른 조작과 비교되는 장점 및 단점이 있다.
향상된 연료 개질장치들, 연료 개질장치 구성요소들, 및 개질 프로세스들의 개발이, 연료 전지들, 즉 수소, 수소와 일산화탄소의 혼합물, 및 그 유사물과 같은 화학적으로 산화가능한 연료들을 전기로 전기화학적 전환하기 위한 디바이스들의, 주전력 장치들(MPUs) 및 보조전력 장치들(APUs)을 포함하는 일반 용도로 크게 확장된 역할을 할 잠재성으로 인해, 상당한 연구의 초점이 되어왔다. 또한, 연료 전지들은 전문 용도, 예를 들어 전기 차량용 차내탑재(on-board) 전기발생 디바이스들, 가정용 디바이스들을 위한 비상 전력 공급원, 레저용 주전력 공급원, 설비 부재 위치(our-of-grid locations)에서 옥외용 및 다른 전력소비 디바이스들, 및 휴대용 배터리 팩들을 위한 경량, 고전력 밀도, 주위온도-비의존형(ambient temperature-independent) 휴대용 배터리 팩 대체물들에 사용될 수 있다.
수소의 대규모의 경제적인 생산, 그 분배에 필요한 인트라스트럭쳐(intrastructure), 및 (특히 수송 연료로서) 그 저장을 위한 실용적인 수단은 아직 멀다고 생각되기 때문에, 최근의 연구 개발은, 전기화학적으로 산화가능한 연료의 공급원, 특히 수소와 일산화탄소의 혼합물의 공급원으로서 연료 개질장치와; 이러한 연료의 전력으로의 컨버터(convertor)로서, 통상적으로 연료 전지 "스택(stack)"이라 칭해지는, 연료 전지 어셈블리를 모두 향상시키는 것과, 보다 컴팩트하고, 신뢰성있으며, 효율적인 전기 에너지 생산 디바이스로 연료 개질장치와 연료전지의 통합(integration)을 지향하고 있다.
일반적으로, 개질장치는, 기체 개질가능 연료 또는 액체 개질가능 연료를 그 두 가지가 아닌, 어느 하나를 처리하기(process) 위하여 설계되고 구성된다. 이들 유형의 연료의 하나를 선택적으로 처리할 수 있는, 어느 시점에서 다른 유형의 연료의 처리로 전환할(switch over) 수 있는 개질장치가 있었다면, 이들 유형의 연료의 하나만을 처리할 수 있는 개질장치에 대해 큰 이점을 가졌을 것이다. 예를 들어, 액체와 기체 겸용 개질장치가 있다면, 이는 개질장치를 한 가지의 연료 또는 다른 연료로 바꾸어서 개질장치를 작동시키는 경제성 또는 특정 시간 및/또는 특정 장소에서의 연료의 상대적 구입 가능성과 같은 환경의 변화에 대응하여 한 유형의 연료를 다른 유형의 연료로 바꿀 수 있을 것이다.
따라서, 액체와 기체 연료를 겸용할 수 있는 개질장치 및 동일한 개질장치내에서 그러한 연료를 선택적으로 개질하는 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명에 따라, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치가 제공되며, 다음을 포함하여 구성된다;
액체 연료 기체-상 (gas phase) 개질 반응 구역;
기체 연료 기체-상 개질 반응 구역;
산소 함유 기체 유입구, 액체 연료 유입구, 기체 연료 유입구 또는 산소 함유 기체와 기체 연료 개질 반응 혼합물 유입구, 제1 히터에 열적으로 결합된 제1 가열 구역, 내부 및/또는 외부 열 공급원에 열적으로 결합된 제2 가열 구역, 액체 연료 기화기, 그리고 액체 연료 개질 반응 구역 및 기체 연료 개질 반응 구역과 기체 플로우(gas-flow) 연통하는 기체 개질 반응 혼합물 유출구를 포함하여 구성되는, 기체 플로우 도관;
액체 개질 반응 구역 및 기체 연료 개질 반응 구역과 각각 열적 연통하는 기체 개질 반응 혼합물 점화기; 및
수소 풍부 리포메이트 유출구.
또한, 본 발명에 따라, 제1(또는 액체 연료) 기체-상(gas phase) 개질 반응 구역, 제2(또는 기체 연료) 기체-상 개질 반응 구역, 또는 공용(common)(또는 액체와 기체 연료) 개질 반응 구역을 포함하여 구성되는 액체와 기체 연료 겸용 개질 장치내에서 개질하는 방법이 제공되며, 다음 단계를 포함하여 구성된다;
(a) 제1 또는 공용 개질 반응 구역 내에서 산소 함유 기체와 기화된 액체 연료를 포함하는 제1 기체 개질 반응 혼합물을 개질하여 수소 풍부 리포메이트를 생산하는 단계;
(b) (a) 개질 단계의 전에 또는 후에, 제2 또는 공용 개질 반응 구역내에서 산소 함유 기체와 기체 연료를 포함하는 제2 기체 개질 반응 혼합물을 개질하여 수소 풍부 리포메이트를 생산하는 단계; 및
(c) (a) 개질 단계로부터 회수된 열이, 추가적인 열 공급이 있거나 없이, 개질 단계(b)를 개시하기 위해 이용되도록, (a) 개질 단계로부터 (b) 개질 단계로 이행하는(transitioning) 단계, 또는 (a) 개질 단계의 시작 전에, (b) 개질 단계로부터 회수된 열이, 추가적인 열 공급이 있거나 없이, (a) 개질 단계의 시작 전에, 액체 연료를 기화시키고 제2 또는 공용 개질 반응 구역을 가열하기 위해 이용되도록, 개질 단계(b)로부터 (a) 개질 단계로 이행하는 단계.
본 발명의 액체와 기체 연료 겸용 개질 장치 및 개질 방법은, 액체 연료와 기체 연료의 선택적 개질을 위한 능력이 주어짐으로써, 이들 2가지 유형의 원료 중 하나의 개질을 다른 하나에 대해 일시적으로 선호하는 경향이 있는 환경에 효율적이고 효과적으로 대응할 수 있다. 현재의 상황에 비추어 어느 쪽 연료가 이점을 갖거나 상관없이, 액체 연료와 기체 연료의 유연하고 선택적인 개질을 위한 이러한 능력은, 예를 들어, 이동식 또는 휴대용 개질장치의 경우와 같이, 고정 부지 개질장치와 대조적으로, 개질장치가 장소를 달리하여 작동하는 것으로 예상되는 경우에 특히 유리하다.
본 발명의 개질장치와 개질 방법의 작동상의 다른 큰 이점은, 예열(preheating procedure)을 필요로 하지 않는 기체 연료로 그리고 고온 리포메이트가 기화기와 CPOX 반응구역을 가열하는, 상대적으로 짧은 기체 연료의 개질 기간의 후에, 냉간 시동(cold start), 즉 앞선 개질 작동으로부터 얻는 열이 거의 없거나 전혀 없는 시동을 성취하고, 기체 연료의 개질을 중지하며(discontinuing), 그리고 액체 연료의 정상 상태 개질 모드(steady-state mode of reforming)로 신속히 이행할 수 있는 능력일 수 있다. 효과에 있어서, 기체 연료의 시초 개질로부터 회수된 발열 열이, 액체 연료를 기화시키고 반응 구역을 예열하기 위해, 액체 연료의 개질로 전환(switching over)시에, 개질장치에 의해 효과적으로 이용될 수 있다. 이러한 방식으로 작동됨으로써, 본 발명의 개질장치는, 이어지는 액체 연료의 개질로 하여금 냉간 시동 작동 모드를 생략하고(dispense with) 즉시 정상 상태 작동 모드로 들어가는 것을 허용한다.
아래에 설명되는 첨부 도면들은 단지 예시의 목적으로 제시되는 것으로 이해하여야 한다. 상기 도면들은 반드시 축척에 따라 도시된 것은 아니며, 일반적으로 본 발명의 원리를 설명하는데 중점을 두고 도시한 것이다. 첨부 도면들은 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 제한하고자 하는 것이 아니다. 같은 도면 부호는 일반적으로 같은 부분을 가리킨다.
도 1A 및 1B는 본 발명에 따른 액체와 기체 연료 겸용 개질장치, CPOX 개질장치의 두 구체예와 그 작동의 관리를 위한 예시적인 제어 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2A 및 2B는, 액체 연료의 개질을 위한 개질장치 작동(도 2A)의 관리 및 기체 연료의 개질을 위한 개질장치 작동의 관리(도 2B)를 위한, 도 1A 및 1A의 액체와 기체 연료 겸용 개질장치의 구체예에 도시된 것과 같은 제어기에 의해 실행되는 예시적인 제어 루틴(control routine)의 플루우챠트(flowchart)이다.
도 3A 및 3B는, 액체 연료의 개질로부터 기체 연료의 개질로 이행된 때의 개질장치 작동의(도 3A) 관리 및 기체 연료의 개질로부터 액체 연료의 개질로 이행되는 때의 개질장치 작동(도 2B)의 관리를 위한, 도 1A 및 1A의 액체와 기체 연료 겸용 개질장치의 구체예에 도시된 것과 같은 제어기에 의해 도시된 것과 같은 제어기에 의해 실행되는 예시적인 제어 루틴의 플루우챠트이다.
도 4A는 본 발명에 따른 액체와 기체 연료 겸용 개질장치의 구체예의 종단면도이다. 도 4B는, 본 발명에 의한 도 4A의 개질장치의 변형예를 도시한 것으로서, 그 변형 개질장치는 액체 연료와 기체 연료를 모두 개질하기 위한 공용개질 구역을 가지는 단일 반응기를 포함하여 구성된다.
도 5는, 개질장치의 작동에 외부 열 공급원으로부터 회수된 열의 사용을 특징으로 하는, 본 발명에 따른 액체 연료 CPOX 개질장치의 다른 하나의 구체예의 종단면도이다.
도 6A 및 6B는 본 발명에 따른 액체와 기체 연료 겸용 CPOX 개질장치가 정상상태 모드에서 작동하고 있을 때, 최대 연료 전환 용량의 백분율의 변화에 따라, 액체 연료 개질 반응 구역과 기체 연료 개질 반응 구역 내의 각각의 액체 연료(디젤)와 기체 연료(프로판)의 개질 반응 혼합물의 산소 대 탄소 몰비(molar ratios)사이의 관계를 보여주는 데이터 그래프이다.
본 발명은, 본 명세서에 기술된 특정 절차, 물질 및 변형에 한정되지 않고, 그와 같이 변화할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용된 용어는 특정 구체예를 설명하기 위한 목적일 뿐이고, 첨부된 특허청구의 범위에 의해서만 제한될 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님도 이해하여야 한다.
간결한 설명을 위해, 본 명세서에서의 논의와 설명은, 촉매 부분 산화 개질 반응(catalytic partial oxidation reforming reactions) 및 반응물(reactants)(개질가능 연료 및 산소 함유 기체)을 포함하는 부분 산화 개질 반응 및 반응물에 주로 초점을 둘 것이다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 디바이스, 어셈블리, 시스템 및 방법은, 스팀 개질과 자기열 개질 그리고 그 각각의 반응물(각각, 개질가능 연료와 스팀, 그리고 개질가능 연료, 스팀 및 산소 함유 기체)과 같은 다른 개질 반응에 함께 적용할 수 있다. 따라서, 여기에서 디바이스 또는 방법과 관련하여 산소 함유 기체가 언급될 경우, 본 발명은, 명확히 기재되거나 문맥상 달리 이해되는 경우를 제외하고, 스팀을 단독으로 또는 조합하여, 즉, 산소함유 기체 및/또는 스팀인 것으로 고려되어야 한다. 또한, 여기에서 디바이스 또는 방법과 관련하여 개질가능 연료가 언급될 경우, 본 발명은, 명확히 기재되거나 문맥상 달리 이해되는 경우를 제외하고, 스팀을 단독으로 또는 조합하여, 즉, 개질가능 연료 및/또는 스팀인 것으로 고려되어야 한다.
또한, 본 발명의 개질장치와 방법은, 예를 들어, 본 명세서에 기술된 것과 같은 구조와 구성요소 내에서 그리고/또는 그와 같은 일반적인 방법으로, 스팀 개질 및 자기 열 개질을 수행하는데 적합하다는 것을 이해하여야 한다. 즉, 본 발명의 개질장치와 방법은, 적절한 액체 반응물, 예를 들어, 액체 개질가능 연료 및/또는 액체인 물을, 기화된 액체 개질가능 연료와 스팀을 각각 만들어내기 위하여, 액체 개질가능 연료 저장소로부터 기화기로 송출하고(deliver), 그리고 적절한 기체 반응물, 예를 들어, 산소 함유 기체, 기체 개질가능 연료와 스팀의 적어도 하나를 그 공급원으로부터 연료 전지 유닛 또는 시스템의 원하는 구성요소로 송출할 수 있다. 달리 말하면, 여러 액체 반응물이 본 발명 시스템의 액체 송출부를 통해 송출될 수 있고, 여러 기체 반응물이 본 발명 시스템의 기체 송출부를 통해 송출될 수 있다.
송출 시스템에 물이 사용되는 경우, 개질장치, 연료 전지 스택 및 애프터버너(afterburner)의 하나 또는 그 이상으로부터 재순환된 열은, 송출 시스템내에 있고 그리고/또는 별도의 공급원으로부터 송출 시스템으로 도입되는, 물을 기화시켜서 스팀을 만들어내는데 사용될 수 있다.
본 출원 전체에 걸쳐, 구성들(compositions)은 특정 구성요소들(components)을 가지는 것(having), 포함하는 것(including), 또는 포함하여 구성되는 것(comprising)으로 기술되고, 또한 여기서 방법들은 특정 방법 단계들을 가지는 것, 포함하는 것, 또는 포함하여 구성되는 것으로 기술되며, 또한 본 발명의 구성들(compositions)은 언급된 성분들로 주로 구성되는(consist essentially of), 또는 구성되는(consist of) 것으로 고려하고, 본 발명의 방법들은 언급된 방법 단계들로 주로 구성되는, 또는 구성되는 것으로 고려한 것이다.
본 출원에서, 구성 요소 또는 구성 성분은 기재된 구성요소들 또는 구성성분들의 목록에 포함되는 것, 및/또는 상기 목록에서 선택되는 것이라고 기술하는 경우, 상기 구성요소 또는 구성 성분은 상기 기재된 구성요소들 또는 구성성분들 중의 어느 하나일 수도 있고, 상기 기재된 구성요소들 또는 구성성분들의 둘 이상으로 구성되는 군에서 선택된 것일 수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 조성, 장치, 또는 방법의 구성요소들 및/또는 특징들(features)은, 명시적이든 암시적이든, 본 발명의 초점 및 영역에서 벗어남이 없이 다양한 방식으로 결합될 수 있는 것임을 이해하여야 한다. 예를 들어, 특정 구조가 언급되는 경우, 그 구조는 본 발명의 장치 및/또는 본 발명의 방법의 다양한 구체예들에서 사용될 수 있다.
사용된 용어 "포함하는(include, includes, including)", "가지는(have, has, having)", "함유하는(contain, contains, containing)" 및 그 문법적 등가의 표현은, 달리 명시되거나 또는 문맥상 다르게 이해되는 것이 아닌 한, 일반적으로 개방형이고 비제한적인 것으로, 예를 들어, 추가의 기재되지 않은 추가 구성요소들 또는 단계들을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 단수형, 예를 들어 "하나의" 및 "상기"는 달리 명시하지 않는 한, 복수형을 포함하며, 그 반대도 성립한다.
수량 값 앞에 용어 "약"이 사용되는 경우, 달리 명시되는 않는 한, 본 발명은 그 특정 수량값 자체도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는, 용어 "약"은, 달리 표시되거나 또는 추론되지 않는 한, 그 명목 값(nominal value)의 ±10% 차이를 가리킨다.
단계들의 순서 또는 특정 작용들을 수행하기 위한 순서는, 본 발명이 작동할 수 있는 상태를 유지하는 한, 중요하지 않음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 방법들은, 본 명세서에 달리 표시되지 않는 한 또는 문맥에 의해 명백하게 부정되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 둘 또는 그 이상의 단계들 또는 작용들이 동시에 수행될 수도 있다.
본 명세서의 전체에 걸쳐, 값들은 군들로 또는 범위들로 개시된다. 구체적으로 여기네 개시된 수치들(numerical values)의 범위는 그 범위 및 그 임의의 하위 범위(subrange)의 각각 및 모든 값을 포함하는 것으로 의도된 것이다. 예를 들어, 0 내지 40 범위의 수치는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 및 40, 그리고 그 임의의 하위 범위, 예를 들어, 0 내지 20, 10 내지 30, 20 내지 40 등을 개별적으로 개시하는 것으로 의도된 것이다.
본 명세서에서 제공되는 모든 예들, 또는 예시어들(예를 들어 "-와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 이해할 수 있도록 의도된 것이며, 특허청구되지 않는다고 해서 본 발명의 범위에 제한을 가하기 위한 것은 아니다. 본 명세서의 표현들은, 비-특허청구 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 구성요소로 나타내는 것으로 해석되지 않아야 한다.
"상부(upper)", "하부(lower)", "최상부(top)", "저부(bottom)", "수평의(horizontal)", "수직의(horizontal)" 등과 같은 공간적인 방향 또는 고도를 나타내는 용어들 및 표현들은, 문맥상 달리 명시하지 않는 한, 구조적, 기능적 또는 작동적 의미를 가지지 않는 것이며, 단지 첨부 도면들의 특정 도면에 도시된 본 발명의 액체 연료 CPOX 개질장치의 다양한 도면들(views)의 임의로 선택된 방향들을 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는, "개질가능 연료"는, 액체 개질가능 연료 및/또는 기체 개질가능 연료를 말한다.
본 출원에서 용어 "세라믹"은 그 분야에서 알고 있는 의미에 더하여, 글라스들(glasses), 글라스-세라믹들(glass-ceramics), 서밋들(cermets)(즉, 세라믹-금속 복합체들)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 CPOX 반응기 유닛의 벽에 적용하고 있는 표현 "기체 투과성(gas permeable)"은, 기체 CPOX 반응 혼합물들 및 생성물 기체 리포메이트(예를 들어 기체 CPOX 반응 혼합물의 기화된 액체 개질가능 연료 성분, 및 생성물 리포메이트의 수소 성분을 포함하되 그에 한정되지 아니함)에 투과성인 벽 구조를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
상기표현 "액체 개질가능 연료"는 표준 온도 및 압력(standard temperature and pressuer: STP) 조건에서 액체인 개질가능 탄소- 및 수소-함유 연료를 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 그 예로는 개질을 받게 되면 수소-풍부 리포메이트로 전환되는 메탄올, 에탄올, 나프타, 석유 추출물(distillate), 가솔린, 등유, 제트 연료, 디젤, 바이오디젤 등이 있다. 또한, 상기 표현 "액체 개질가능 연료"는 이러한 연료가 액체 상태로 있거나 기체 상태(즉, 증기)로 있거나 관계없이 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
상기 표현 "기체 개질 반응 혼합물"은 기체 액체 개질가능 연료(예를 들어,기화된 액체 개질 가능 연료), 기체 액체 개질가능 연료(예를 들어, 기화된 액체 개질 가능 연료), 기체 개질가능 연료 또는 그 결합들, 및 산소-함유 기체(예를 들어 공기) 그리고/또는 물(예를 들어, 스팀 형태인)을 포함하는 혼합물을 지칭한다. 기체 개질 반응 혼합물은, 일산화탄소를 포함할 수 있는, 수소 풍부 생성물("reformate", 리포메이트)를 만들어내기 위해 개질 반응을 시킬 수 있다. 촉매 부분 산화 개질 반응이 수행될 경우, 기체 개질 반응 혼합물은, 개질가능 연료와 산소 함유 기체를 포함하는, "기체 CPOX 반응 혼합물"이라고 말할 수 있다. 스팀 개질 반응이 수행될 경우, 기체 개질 반응 혼합물은, 개질가능 연료와 스팀을 포함하는, "기체 스팀 반응 혼합물"이라고 말할 수 있다, 자기열 개질 반응이 수행될 경우, 기체 개질 반응 혼합물은, 개질가능 연료, 산소 함유 기체와 스팀을 포함하는, "기체 자기열 개질(AT) 반응 혼합물"이라고 말할 수 있다.
상기 표현 "기체 개질가능 연료"는 STP 조건에서 기체이고, 개질하면 수소-풍부 리포메이트로 전환하는 개질가능 탄소- 및 수소-함유 연료를 포함하는 것으로 이해하여야 하며, 그 예를 들면, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 이소부탄, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 이소부틸렌, 디메틸 에테르, 이들의 혼합물들, 예컨데 천연 가스 및 액화 천연 가스(LNG)(주성분은 메탄임); 석유가스 및 액화 석유 가스(LPG)(주성분은 프로판 또는 부탄이나, 주로 프로판과 부탄으로 만들어진 모든 혼합물을 포함함), 암모니아 및 그 유사물들이 있다.
용어 "개질 반응"은, 기체 반응 매질의 수소 풍부 리포메이트로의 전환(conversion) 동안에 일어나는 발열 및/또는 흡열 반응을 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 그러므로, 본 명세서에서의 "개질 반응"은, 예를 들어, CPOX, 자기 열 개질 및 스팀 개질을 포함한다.
상기 표현 "CPOX 반응"은 촉매 부분 산화 개질, 또는 개질가능 연료의 수소-풍부 리포메이트로의 전환 중에 일어나는 반응(들)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상기 표현 "기체 CPOX 반응 혼합물"은 기체 개질가능 연료 또는 기화된 액체 개질 가능 연료와, 산소-함유 기체, 예를 들어 공기의 혼합물을 지칭한다.
상기 표현 "개구형 기체 플로우 통로" 는 기체가 통과하는 통로를 위한 도관 또는 채널을 지칭하며, 상기 도관 또는 채널은 도관 또는 채널의 전체 단면(entire cross-sectional plane)의 전역에 고형물(solids)(다공성 고형물 또는 물질을 포함함)가 존재하지 않는, 즉 다공성 고형들을 포함하는 고형물들이 없는 도관 또는 채널이다. 예를 들어, CPOX 반응기 유닛의 경우에, 모노리쓰(monolith)와 같은 다공성 촉매를 포함하는 CPOX 촉매가, 관형 CPOX 반응기 유닛의 종방향 축에 수직인 전체 내부 단면(entire internal cross-sectional plane)의 전역에 존재할 수 없다. 이러한 구조는 다공성 촉매로 채워진(packed) 통로와 구별된다. 또한, 개구형 기체 플로우 통로는, 중공 보어(hollow bore)를 구획하는 관, 또는 그 종방향 축을 따라 관통하는 중공 보어를 구획하는 원통형 기재(substrate)로 정의될 수 있는 CPOX 반응기 유닛에 존재할 수 있다. 이러한 예시적인 설명에서, 중공 보어는 개구형 기체 플로우 통로로 간주될 수 있다. 보통, 개구형 기체 플로우 통로는 CPOX 반응기 유닛의 종방향 축을 따라 연장할 수 있지만, 구불구불한 도관 또는 채널이 또한 본 발명에 의해 예상되며, CPOX 반응기 유닛의 횡단면 전역에 고형물들이 없다는 것을 전제로 개구형 기체 플로우 통로를 가질 수 있다. 또한, 개구형 기체 플로우 통로의 단면 치수(들)은 그 종방향 축을 따라 또는 상기 구불구불한 도관 또는 채널을 따라 변화 가능함을 이해하여야 한다.
"개질의 냉간 시동 모드" 표현은, 본 명세서에서, 앞선 개질 작동으로부터 회수할 수 있는 열이 없거나 거의 없는, 개질장치의 시동 작동 모드를 말하는 것으로 이해하여야 한다. 본질적으로 주위 온도의 개질장치는, 개질의 정상 상태 모드로 들어갈 수 있기 전에 냉간 시동 작동 모드를 필요로 한다.
"개질의 고온 시동 모드" 표현은, 본 명세서에서, 앞선 발열 개질 작동으로부터 회수되는 잔열(residual heat)이, 액체 연료의 처리(processing)로부터 기체 연료의 처리로 이행하는 것, 그리고 그와 반대로 기체 연료의 처리로부터 액체 연료의 처리로 이행하는 것을 촉진하는데 효과적으로 이용되는, 개질장치의 시동 작동 모드를 말하는 것으로 이해하여야 한다.
간결한 설명을 위해 앞에서 말한 것을 반복하는 것이거니와, 본 명세서에서의 논의와 설명은, 촉매 부분 산화 개질 반응 및 반응물(개질가능 연료 및 산소 함유 기체)을 포함하는 부분 산화 개질 반응 및 반응물에 주로 초점을 둘 것이다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 디바이스, 어셈블리, 시스템 및 방법은, 스팀 개질과 자기열 개질과 같은 다른 개질 반응 그리고 그 각각의 반응물에 균등하게 적용할 수 있다. 예를 들어, 스팀 개질의 경우, 스팀이 본 명세서에 기술된 산소 함유 기체를 대체할 수 있다. 예를 들어, 자기 열 개질의 경우, 스팀이 본 명세서에 기술된 산소 함유 기체 및/또는 개질 가능 연료와 함께 도입될 수 있다.
본 명세서에서의 액체와 기체 연료 겸용 개질장치와 개질 방법은, 액체 연료와 기체 연료의 어느 하나를 처리할 수 있고, 그리고 개질에 의해 생성된 발열 열이, 예를 들어, 개질 장치가 주위 공기 온도에 또는 주위 공기 온도에 가깝게 도달할 정도까지, 크게 방열되는 작동 정지 후에, 다른 하나의 유형의 연료로 작동하도록 전환할 수 있다.
본 발명의 개질장치 및 개질 방법은, 처음에 액체 연료를 처리하고, 그 후에 기체 연료의 처리로 이행할 수도 있으며, 이러한 방식으로, 기체 연료의 전환을 시작하기 위해, 예를 들어 전기 저항 히터 유닛에 의해 추가로 공급된 열에 의해 증가될 수도 있는, 액체 연료의 리포메이트로의 전환으로부터 회수된 발열 열을 이용할 수 있다.
본 발명의 개질장치 및 개질 방법은 또한, 처음에 기체 연료를 처리하고, 그 후에 액체 연료의 처리로 전환할 수도 있으며, 이번에는, 추가적인 열의 공급이 있거나 없이, 액체 연료의 리포메이트로의 전환을 수행하기 전에 액체 연료를 기화시키고, 개질 반응 구역을 가열하기 위해, 기체 연료의 전환으로부터 회수된 발열 열을 이용할 수 있다.
특정 구체예에서, 액체 개질가능 연료를 기화시키기 위한 기화기가, 액체 연료의 리포메이트로의 전환이 일어나게 되어 있는, 개질 반응 구역의 유입구와 유체 플로우 연통한다. 그 기화기는, 연료를 그 플래싱 점(flash point)의 온도로 또는 그 이상으로 가열시키는 것 및/또는 연료의 상당한 열 분해를 일으키는 것을 제거하거나 감소시키도록 작동될 수 있다.
여러 구체예에서, 예를 들어, 개질장치의 시동 작동 모드 동안에, 개질 반응 구역내에서 반응을 시작하기 위한 점화기가 개질 반응 구역과 열 연통한다.
본 발명의 액체와 기체 연료 겸용 개질 장치는, 단일 반응 구역을 포함하여 구성될 수 있고, 또는 다른 구체예에서는, 그 자체의 개질 반응 구역을 각각 가지는 복수의 이격된 관형 반응기 유닛 또는 그 어레이를 포함하여 구성될 수 있다. 수소 배리어가, 그러한 관형 개질 반응기 유닛의 벽의 적어도 그 개질 반응 구역에 대응되는 섹션(wall section)에 부착될 수 있으며, 이는 그로부터 수소의 손실을 막기 위한 것이다.
본 발명의 액체와 기체 연료 겸용 개질장치는, 반응 구역(들)에 대한 기체(들)의 플로우를 관리하기 위한 도관을 포함할 수 있다. 상기 도관은, 산소-함유 기체의 유입을 위한 유입구; 액체 연료, 기화된 액체 연료, 또는 그 모두의 유입을 위한 유입구; 기체 연료 또는 산소 함유 기체와 기체 연료의 혼합물의 유입을 위한 유입구; 및 기체 개질 반응 혼합물용 유출구;를 포함할 수 있다. 상기 도관은 더 콤팩트한 개질장치 구조를 위해 U-자형인 것이 유리하다.
특정 실시예들에서, 본 발명의 개질장치는, 기체 개질 반응 혼합물의 산소 함유 기체 성분의 플로우를 보내기(directing) 위한 분리 전송 시스템(split routing system)을 가질 수 있으며, 그 경우, 산소 함유 기체의 한 부분은, 플래싱(flashing)에 저항성이 있는, 상대적인 연료-풍부 스트림을 제공하기 위해 기화된 연료와 합쳐질(combined) 수 있고, 산소 함유 기체의 다른 부분은, 원하는 CPOX 개질 반응을 위한 미리 정해진 산소 대 탄소 몰비 내에 들어 오는 기체 개질 반응 혼합물을 제공하기 위해 연료-풍부 반응 혼합물과 합쳐질 수 있다.
일부 구체예들에서, 더욱 균일한 분포의 기체 개질 반응 혼합물을, 예를 들어 실질적으로 균일한 조성으로, 실질적으로 균일한 온도로 그리고/또는 실질적으로 균일한 유량(rate)으로 제공하기 위해, 상술한 복수의 반응기 유닛들 또는 그 어레이를 포함하는 개질 반응기 유닛의 유입구와 유체연통하는 매니폴드 또는 플리넘(plenum)이 구성될 수 있다. 특정 구체예들에서, 매니폴드는 매니폴드 챔버를 구획하는 하우징 또는 인클로져(enclosure)를 가질 수 있다. 매니폴드 또는 매니폴드 챔버는 기체 분배기, 예를 들어, 기체 반응 혼합물을 개질 반응기 유닛의 유입구에 더욱 고르게 분배하기 위해, 매니폴드 챔버 내에 배치된 기체 분배기를 포함할 수 있다. 상기 하우징 또는 인클로져는 비교적 저가이고, 성형이 용이한 열가소성 또는 열경화성 수지로 제작될 수 있으며, 그리고/또는 그 유출구와 CPOX 반응기 유닛의 유입구 사이에 "콜드 시일(cold seal)" 연결부를 구비할 수도 있다.
본 발명의 개질장치는, 제1 가열 구역, 및 도관에 도입된 산소 함유 기체를 시초 범위의 상승 온도내로 가열하기 위하여, 개질장치의 시동 작동 모드 동안에 그 제1 가열 구역에 작동 가능하게 열적으로 결합된, 제1 히터를 포함한다. 본 발명의 개질장치는 또한, 제2 가열 구역, 및 산소 함유 기체를 시초 범위의 상승 온도내로 가열하기 위하여, 개질장치의 정상 상태 작동 모드 동안에 그 제2 가열 구역에 작동 가능하게 열적으로 결합된, 내부 또는 외부 열 공급원을 포함한다.
본 발명의 개질장치는 또한, 제3 가열 구역, 및 산소 함유 기체를 더 상승된 범위의 상승 온도내로 가열하기 위하여, 개질장치의 시동 작동 모드 및 정상 상태 작동 모드 동안에 그 제3 가열 구역에 작동 가능하게 열적으로 결합된, 제2 히터를 포함한다.
본 발명의 개질장치 믹서, 예를 들어, 산소 함유 기체 및 기화된 액체 개질 가능 연료를 보다 균일하게 혼합하기 위해, 반응 구역내에 배치된 정적 믹서(static mixer)를 포함할 수 있다.
본 발명의 개질장치는, 리포메이트 프로세싱 유닛 또는 디바이스, 예를 들면 생성 리포메이트 중의 일산화탄소 함량을 줄이기 위한 일산화탄소 제거 디바이스를 포함할 수 있다. 리포메이트 프로세싱 유닛 또는 디바이스는, 워터 가스 시프트 컨버터(water gas shift converter), 선택 산화 반응기(preferential oxidation reactor), 및/또는 리포메이트를 수소 스트림과 일산화탄소-함유 스트림으로 분리하기 위한 수소-선택성 멤브레인을 포함할 수 있다.
여러 구체예에서, 본 발명의 개질장치는, 다른 디바이스, 예를 들어, 연료 전지의 유입구(들)에 직접 연결된, 수소 풍부 리포메이트용 유출구를 하나 또는 그 이상 포함할 수 있다.
본 발명의 개질장치는, 개질 반응 구역(들) 및/또는 개질장치의 다른 열-방사(heat-radiating) 구성 요소로부터의 열 손실을 감소시키기 위한 열 절연부(heat insulation)를 포함할 수 있다.
본 발명의 액체 연료 CPOX 개질장치는, 개질장치로, 그 안에서 그리고 그것을 통해서 기체 플로우를 구동하기(driving) 위한 기체 스트림 구동기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기체 스트림 구동기는, 단일 원심 블로워 유닛 또는 상호 연결된 블로워 유닛의 시리즈를 포함하는 블로워 시스템일 수 있다. 시리즈 내의 블로워 또는 블로워 유닛은, 축 방향 유입구(axial inlet)와 축 방향 유출구를 가지는 케이싱, 기체, 예를 들어, 공기와 같은 산소 함유 기체를 축 방향 유입구에 흡인하고 축방향 유출구를 통해 내보내기 위한 임펠러; 및 임펠러를 구동하기 위한 모터;를 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 블로워는, 제1 압력으로 기체를 흡인하고, 제2 압력, 예를 들어, 더 높은 압력으로 내보낼 수 있다. 블로워는 또한, 시리즈 내의 적어도 하나의 블로워 유닛의 축 방향 유출구를 시리즈 내의 적어도 하나의 다른 블로워 유닛의 축 방향 유입구와 연결하는 덕트를 포함할 수 있다.
본 발명의 개질장치는 액체 연료 펌프를 포함할 수 있다. 적합한 액체 연료 펌프의 예는 계량 펌프(metering pump), 로타리 펌프(rotary pump), 임펠러 펌프, 격막 펌프(diaphragm pump), 연동 펌프(peristaltic pump), 양변위 펌프(positive displacement pump), 기어 펌프, 압전 펌프(piezoelectric pump), 동전기 펌프(electrokinetic pump), 전기삼투 펌프(electroosmotic pump) 및 모세관 펌프(capillary pump) 등을 포함한다.
본 발명의 개질장치는, 개질장치의 작동을 모니터링하고 제어하기 위한 센서 어셈블리를 포함할 수 있다. 그 센서 어셈블리의 예는 유량계, 열전대(thermocouples), 써미스터 및 저항 온도 탐지기를 포함한다.
발명의 개질장치는 또한, 개질장치 작동의 시동, 정상 상태 및 정지 모드 동안에 개질 장치의 작동을 자동화하기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 그 제어기는,그와 통신하는, 상술한 복수의 센서 어셈블리를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액체와 기체 연료 겸용 개질장치 및 개질 방법이 위에서 그리고 본 명세서의 다른 곳에 개괄적으로 설명되어 있다. 첨부 도면들을 참조한 다음의 설명은, 본 발명의 개질장치 및 개질 방법의 상기한 특징들 및 다른 특징들을 명확하게 하기 위하여 제시되는 것으로, 본 발명의 본질을 제한하지 않으며, 앞에서 검토한 것에 응용될 수 있는, 다양한 구체예들을 설명하는 것임을 이해하여야 한다.
이제 첨부 도면을 참조하면, 도 1A 및 1B에는 본 발명에 의한 액체와 기체 연료 겸용 CPOX 개질장치의 구체예가 도시되어 있다.
도 1A에 나타낸 바와 같이, 액화 기체 연료 겸용 개질장치(120)는 산소-함유 기체(이 구체예에서, 그리고 본 발명의 다른 구체예들에서 공기로 예시됨)를 도관(103)으로 도입하고, 이 스트림 및 다른 기체 스트림 [기화 연료-공기 혼합물(들)과 수소-풍부 리포메이트를 포괄함]을, 개질장치의 관형 CPOX 반응기 유닛(109)의 개구형 기체 플로우 통로들을 포함하는 다양한 통로들을 통해 구동하기 위한, 원심 블로워(102)를 포함한다. 도관(103)은 유량계(104) 및 열전대(thermocouple: 105)를 포함할 수 있다. 이러한 디바이스들 및 유사한 디바이스들이, CPOX 개질장치(100)의 작동을 측정, 모니터링 및 제어하기 위하여 CPOX 개질장치 내의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 이는 제어기(126)와 관련지어 아래에 보다 상세하게 설명하기로 한다.
제1 기체 CPOX반응 혼합물(즉, 산소 함유 기체와 기화된 액체 연료)이 수소 풍부 리포메이트로 전환을 일으키게 되어 있는,CPOX 개질장치(100)의 주위 온도, 또는 "냉간(cold)" 시동 작동 모드에서, 블로워(102)에 의해 도관(103)으로 도입된 주위 온도의 공기는, 그 공기가, 주어진 유량에서 미리 정해진, 또는 목표로 정해진, 제1 범위의 상승 온도, 예를 들어, 전기 저항식의 제1 히터(207)에 의해 처음 가열되는, 제1 가열 구역(106)을 통과한다. 처음 가열된 공기는 그 다음에, CPOX 개질장치(100)의 작동의 정상 상태에서 관형 CPOX 반응기 유닛(109)의 CPOX 반응 구역(110)내에서 일어나는 CPOX 반응으로부터 회수된 발열 열에 의해 가열되는, 열 전달 구역(heat transfer zone)(108)을 통과한다. 개질장치(100)의 그러한 정상 상태 작동이 일단 성취되면, 즉, CPOX 반응기 유닛내의 CPOX 반응이 자기 지속(self-sustaining)되게 되면, 제1 히터(107)의 열적 아웃풋이 감소될 수 있고, 또는 그 작동이 중단될 수 있으며, 그 이유는, 유입 공기가 열 전달 구역(108)을 통과함에 따라 제1 범위의 상승 온도 내로 또는 그와 접근하게 이미 가열되었기 때문이다.
도관(103)내의 하류로 더 진행함에 따라, 정상 상태 작동 중에 제1 가열 구역(206)을 통과하는 것 또는 정상 상태 작동 중에 열 전달 구역(108)을 통과하는 것의 어느 하나에 따라 초기 가열된 공기는, 역시 전기 저항식인 제2 히터(112)에 의해 제2 범위의 상승 온도내로 더 가열되는 곳인 제2 가열 구역(111)을 통과한다. 히터가, 앞서 가열된 공기의 온도를 종결하기(top-off) 위해 작동하여, 액체 연료 처리시의 CPOX 개질 장치(100)의 여러 가지 작동 요건을 만족시킬 수 있는데, 그것은, 신속히 응답하여 그리고 필요에 따라, 개질장치의 열적 요건의 조절(regulation) 및 미세 조정을 돕는 것, 도관(103)내의 하류로 더 도입된 액체 개질가능 연료의 그 후의 기화를 위한 충분한 열을 제공하는 것 및 가열된 기체 CPOX 반응 혼합물을 제공하는 것이다.
본 구체예에서 그리고 본 발명의 다른 구체예에서 디젤로 예시된 액체 개질가능 연료가, 임의 선택적인 유량계(115) 및 임의 선택적인 유량 제어 밸브(116)가 장치된 연료 라인(114)을 통해 펌프(113)를 거쳐 도관(103)내로 계속 도입되며, 그곳에서 그 연료가, 제2 가열 구역으로부터 유입되는 가열 공기의 열을 이용하는 기화기 시스템(117)에 의해, 기화된다. 믹서, 예를 들어, 인-라인 믹서(19)와 같은 정적 믹서, 및/또는 도관(103)의 내부 표면내에 형성된 와류 형성 나선형 홈들(vortex-creating helical grooves), 또는 외부 전력으로 작동되는 믹서(도시되지 않음)가, 이와 다를 경우에 비해 더 균일한, 기화된 액체연료-공기 기체 CPOX 반응 혼합물을 제공하기 위해, 도관(103)의 혼합 구역(118)에 배치된다.
가열된 기화 액체 연료-공기 CPOX 반응 혼합물은 매니폴드(또는 플리넘)(120)로 들어간다. 상기 매니폴드는 상기 반응 혼합물을 관형 CPOX 반응기 유닛들(109)에 보다 고르게 그리고 예를 들어, 보다 균일한 온도로, 분배하는 기능을 한다. 도관과 매니폴드는 보통 열 절연부[예를 들어, 도 4A에 도시된 CPOX 개질장치(400)의 절연부(410)]에 의해 둘러싸여 있지만, CPOX 반응 혼합물은 아직, 대등한 길이의 도관(103)보다도 일반적으로 체적이 더 크고, 그에 따라 벽 표면 면적이 더 큰, 매니폴드의 벽들을 통한 열 손실로 인해 온도 강하를 일으킬 수 있다. 매니폴드(120)내의 CPOX 반응 혼합물의 온도 강하를 일으킬 수 있는 다른 요소는, CPOX 반응 혼합물이 도관(103)을 나가서 매니폴드(120)의 더 큰 공간으로 들어감에 따라, CPOX 반응 혼합물에 일어나는 온도와 속도의 감소이다.
이들 인자들의 어느 하나, 구체적으로 매니폴드(120)의 내부 벽들, 코너들 및/또는 다른 오목부(recess)에 인접하거나 접한 반응 혼합물의 부위들(regions)에서 일어나는 것들로 인한 CPOX 반응 혼합물의 온도 감소는, 기화된 연료의 국소화된 액화(condensation)를 가져올 수 있다. 그러한 액화의 가능성을 최소화하기 위해,기체 CPOX 반응 혼합물의 온도를 그 기화된 연료 성분의 액화 임계 값 이상으로 유지하기 위한 수단이 매니폴드에 제공될 수 있다. 예를 들면, 도 1A에 도시된 바와 같이, 전기 저항식의 히터(121), 및 온도 제어를 목적으로 한 열전대 또는 써미스터 프로브(probe)(122)가, 이러한 목적을 달성하기 위하여 매니폴드(120)내에 배치된다. 히터의 대안으로 또는 그에 추가하여, 관형 CPOX 반응기 유닛(109)의 CPOX 반응 구역(110)에서 일어나는 CPOX 반응으로부터 회수된 발열 열을, 연료 증기의 액화 잠재성이 가장 클 수 있는 매니폴드 내의 위치, 예를 들어, 기화된 연료의 국부화된 액화를 일으킬 수 있는 매니폴드의 연료-공기 유출구에 인접한 벽 표면들 및/또는 코너와 다른 오목부와 같은 다른 장소에 전송하기 위한, 열 전도성 구조(들)[예를 들어, 도 4A에 도시된 CPOX 개질장치의 열 전도성 요소(434)]가 개질장치에 제공될 수 있다.
가열된 CPOX 반응 혼합물이, 매니폴드(120)로부터, 관형 CPOX 반응기 유닛(109)으로 도입된다. CPOX 개질장치(100)의 "냉간" 시동 작동 모드에서, 점화기(123)가 관형 CPOX 반응기 유닛(109)의 CPOX 반응 구역(110)내의 기체 반응 혼합물의 CPOX 반응을 시작하고, 그에 따라 수소 풍부 리포메이트의 생산을 시작한다. 일단 정상 상태 CPOX 반응 온도(예를 들어, 250 °C 내지 1,100 °C )에 도달하면, 반응이 자기 지속되게 되고, 점화기의 작동이 중지될 수 있다. 열전대들(124, 125)이 각각, 도관(103)내에서 일어나는 기화 작동의 온도 및 CPOX 반응기 유닛(109)내에서 일어나는 CPOX 반응의 온도를 모니터링하기 위해 설치되며, 그 온도 측정 값은 모니터링된 파라미터로서 개질장치 제어 시스템(126)에 전달된다(relayed).
도 1A에 더 도시되어 있는 바와 같이, 산소 함유 기체와 기체 연료를 포함하는 제2 CPOX 반응 혼합물이 수소 풍부 리포메이트로 전환을 일으키도록 만들어지는 CPOX 개질장치의 주위 온도, 또는 "냉간" 시동 작동 모드에서, 블로워(102)에 의해 도입된 공기가, 여기서 그리고 본 발명의 다른 구체예에서 프로판으로 예시되고, 임의선택적인 열전대(133), 유량계(134) 및 유량 제어 밸브(135)가 장치된 기체 연료 라인(132)을 통해 기체 연료 저장 탱크(131)로부터 비교적 낮은 압력으로 도관(103)에 도입된, 기체 개질 가능 연료와 합쳐진다. 블로워(102)에 의해 도입된 공기 및 기체 연료 라인(132)을 통해 도관(103)에 도입된 프로판은, 처음에, 정적 믹서(137)가 차지한 혼합 구역(136)에서 합쳐져서, 다른 구조의 경우보다 더욱 균일한 프로판-공기 CPOX 반응 혼합물로서 그 혼합 구역으로부터 나간다(emerge). 프로판-공기 CPOX 반응 혼합물은 먼저 제1 가열 구역(106)으로 들어가서, CPOX 반응 혼합물용 점화기로서 효과적으로 기능하는 제1 히터(107)에 의해 기체 연료 CPOX 반응 온도로 가열되고, 그에 따라 수소 풍부 리포메이트의 생산을 시작한다. 제1 가열 구역(106)은, (도시된) 기체 연료 CPOX 반응 구역(138)에 가깝게, 또는 그 구역과 부분적으로 또는 완전히 위치적으로 일치하게 배치될 수 있다. 기체 연료 CPOX 반응 구역(138)은 열 전달 구역(108)과 위치적으로 일치하는 것으로 도시되어 있다. CPOX 반응 구역(138)에서 CPOX 반응 온도(예를 들어, 250 oC 내지 1100 oC)에 일단 도달되면, 반응이 자기지속되게 되고, 제1 히터(107)의 작동이 중지될 수 있다.
CPOX 개질장치(100)가, 액체 연료 CPOX 개질의 정상 상태 모드로부터 기체 연료 CPOX 개질의 "고온"("hot") CPOX 개질의 시동 모드로 이행하기 위한 방식으로 작동될 때, 관형 CPOX 반응기유닛(109)의 CPOX 반응 구역(110)으로부터 회수된 잔열이, 추가적인 열의 공급이 있거나 없이, 열 전달 구역(108)에 그리고 그에 따라 CPOX 반응 구역(138)으로 전달되어(transferred), 그 구역에서, 그 전달된 열이 공기-프로판 혼합물을 점화시켜서 수소 풍부 리포메이트의 생산을 시작하는 역할을 한다.
반대로, CPOX 반응기(100)가 기체 연료 CPOX 개질의 정상 상태 모드로부터 액체 연료 CPOX 개질의 "고온" 시동 모드로 이행하기 위한 방식으로 작동될 때, CPOX 반응 구역(138)으로부터 회수된 잔열이, 추가적인 열의 공급이 있거나 없이, 도관(103)으로 도입된 공기에 전달되며, 그렇게 가열된 공기가, 그 다음에, 개질장치의 액체 연료 CPOX 작동과 관련하여 앞에서 설명한 바와 같이, 액체 연료를 기화시키고, 그리고 CPOX 반응기 유닛(109)의 CPOX 반응 구역(110)을 예열하기 위해, 이용된다.
도 1A에 도시된 바와 같이, CPOX 반응기(100)의 열 전달 구역(108)이 CPOX 반응 구역(110)내에서 일어나는 CPOX 반응으로부터 회수된 열을, 열 전달 구역(108)을 통해 유동하는 기체(들)에 전달하기 위해 제공되는 경우, 기체 CPOX 촉매(129)를 생략하는 것, 그리고 제1 히터(107)의 작동이 있거나 없이, 기체 연료-공기 CPOX 반응 혼합물을, 기화된 액체 연료-공기 CPOX 반응 혼합물을 처리하기 위해 사용된 것과 동일한 관형 CPOX 반응기 유닛(109)에서, 처리하는 것은, 본 발명의 범위내에 있다. (도 4B에 도시된)CPOX 반응기의 구체예에서, 관형 CPOX 반응기 유닛(109)의 CPOX 반응 구역(110)은, 액체 또는 기체 CPOX 연료를 처리하기 위해 선택적으로 작동 가능한, 단일, 공유 또는 공용 CPOX 반응 구역으로서 기능한다.
도 1B에 도시된 CPOX 반응기(150)는, 그 반응기에서,기체 연료 라인(132)이, 원심 블로워 시스템(164)의 원심 블로워 유닛(162, 163)을 연결하는 덕트(161)의 유입구(160)에 연결되는 반면, CPOX 반응기(100)에서는, 기체 연료 라인(132)이, 정적 믹서(137)가 차지한 혼합 구역(136)의 유입구(103)에 연결되는 것을 제외하고, 도 1A에 도시된 CPOX 반응기(100)와 본질적으로 동일하다. 도 1B의 CPOX 반응기에서는, 블로워 유닛(162)으로부터 흡인되어 그로부터 방출되는(expelled) 공기가, 유입구(160)를 통해 덕트(161)로 도입된 기체 연료와 합쳐지고, 그 기체 연료- 공기 스트림은, 그 다음에, 블로워 유닛(163)에 들어가며, 잘 혼합된 균일 CPOX 반응 매질로서 그곳으로부터 방출된다. 이러한 구성은, 배압의 증가를 수반하지 않고 형성된, 훨씬 더 균일한 반응 혼합물을 제공하는 반면, 도 1A의 CPOX 반응기(100)의 혼합 구역(136)과 정적 믹서(137)를 생략하는 이점이 있다.
필요한 경우, 예를 들어, 생성 유출물이 CO에 의한 오염에 특히 민감한 촉매를 사용하는 연료 전지 스택(예를 들어, 폴리머 전해질 멤브레인 연료전지)에 연료로서 도입되는 경우, 생성 유출물 또는 액체 CPOX 개질장치(100)로부터의 수소-풍부 리포메이트는 그 일산화탄소(CO) 함량을 줄이기 위하여 하나 또는 그 이상의 통상의 또는 공지의 일산화탄소 제거 디바이스에 도입될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 생성 유출물이, CO를 이산화탄소(CO2)로 전환함과 동시에 추가의 수소를 산출하는 워터 가스 시프트(WGS) 컨버터로 도입될 수 있고, 또는 CO가 일산화탄소(CO2)로 선택 산화(preferential oxidation : PROX)가 이루어지는 반응기로 도입될 수 있다. CO 감량은, 예를 들어 WGS에 뒤이은 PROX, 또는 PROX에 뒤이은 WGS와 같이, 이러한 프로세스들의 조합을 이용하여 수행될 수 있다.
또한, 생성물 리포메이트를 수소 스트림과 CO-함유 부산물 스트림으로의 분리를 제공하는 수소-선택성 멤브레인이 장치된 공지의 또는 통상의 클린업(clean-up) 유닛 또는 디바이스를 통과시켜서, 생성물 리포메이트 내의 CO 레벨을 줄이는 것도 본 발명의 범위내에 있다. 이러한 종류의 유닛들/디바이스들은, 또한 위에서 설명한 WGS 컨버터 및/또는 PROX 반응기와 같은 하나 이상의 다른 CO-감량 유닛들과 조합될 수 있다.
또한, 개질장치(100)는, 블로워(102), 유량계(104 및 115), 히터(107, 112, 121), 액체연료 펌프(113), 유량조절밸브(116, 135), 점화기(123) 및 열전대(105, 122, 124, 125, 133)와 같은 전기 구동식 구성요소들에 전력을 제공하기 위하여 그리고, 만일 필요한 경우, 추후 사용을 위한 잉여 전기를 저장하기 위하여, 예를 들어 재충전가능한 리튬이온 배터리 시스템(127)과 같은 전류 공급원을 포함할 수 있다.
작동될 때, 시동, 정상 상태 및 정지 모드에서 CPOX 개질장치(100)의 작동들을 제어하기 위하여, 제어기(controller)(126)가 제공된다. 상기 제어기는 프로세서에서 작동하는 소프트웨어일 수 있다. 하지만, 하나 이상의 디지털 또는 아날로그 회로, 또는 이들의 조합으로 구현되는 제어기를 사용하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.
제어기(126)는 또한, 제어기와 통신하고 CPOX 개질장치(100)의 선택된 작동 파라미터를 모니터링하기에 적합한 복수의 센서 어셈블리, 예를 들어, 유량계(104, 115), 열전대(105, 122, 124, 125, 133) 등을 포함한다.
센서 어셈블리, 사용자-입력 디바이스로부터의 사용자 명령 및/또는 프로그램된 서브루틴과 명령 시퀀스의 입력 신호에 응답하여, 제어기(126)는 본 발명의 CPOX 개질장치의 작동을 관리할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어기(126)는, 명령 신호를 보내어 특정 동작을 지시함으로써, CPOX 개질장치(100)의 원하는 섹션 또는 구성요소의 제어 신호-수신부와 통신할 수 있다. 그리하여, 예를 들어, 유량계(104, 115)로부터의 액체 연료 유량 입력 신호 및/또는 열전대(105, 122, 124, 125, 133)로부터의 온도 입력 신호에 응답하여, 제어기(126)는, 예를 들어, 연료 라인(114)를 통해 도관(103)에 대한 액체 연료의 플로우를 제어하기 위해 액체 연료 펌프(113) 및/또는 액체 연료 유량 제어 밸브(116)에, 도관(103)으로의 공기의 플로우를 제어하기 위해 그리고 CPOX 반응기 유닛(109)내의 그리고 그것을 통한 가열된 기체 CPOX 반응 혼합물의 플로우를 구동하기 위해 원심 블로워(102)에, 그 열적 아웃풋을 제어하기 위해 제1, 제2 히터 유닛(107, 112)에, 그 열적 아웃풋을 제어하기 위해 매니폴드 히터(121)에, 그 온-오프 상태를 제어하기 위해 점화기(123)에, 그리고 그 기능을 관리하기 위해 배터리/배터리 재충전기 시스템(127)에, 제어 신호를 보낼 수 있다. 유사하게, 유량계(134)로부터의 기체 유량 입력 신호 및/또는 열전대(133)로부터의 온도 입력 신호에 응답하여, 제어기(126)는, 라인(132)을 통한 기체 연료의 플로우를 제어하기 위해 기체 연료 유량 조절 밸브(136)에, 도관(103)을 통한 공기 플로우를 제어하기 위해 원심 블로워(102)에, 그 온-오프 상태[개질장치(100)가 기체 연료를 처리할 때, 오프 상태]를 제어하기 위해 제1, 제2 히터 유닛(107, 112)에, 그리고 그 온-오프 상태를 제어하기 위해 점화기(123)에 제어신호를 보낼 수 있다.
본 발명에서, 센서 어셈블리들, 제어 신호-수신 디바이스들 및 통신경로들(communication pathways)은, 당 분야에 알려진 임의의 적합한 구성을 가질 수 있다. 상기 센서 어셈블리들은 모니터링되는 작동 파라미터들을 위한 임의의 적합한 센서 디바이스들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 연료 유량은 임의의 적합한 유량계로 모니터링될 수 있고, 압력은 임의의 적합한 압력-감지 또는 압력-조절 디바이스 등으로 모니터링될 수 있다. 또한, 상기 센서 어셈블리들은, 필수적인 것은 아니지만, 제어기와 통신하는 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 상기 통신경로들은 보통 유선 전기 신호들에 의해 연결될 수 있으나, 임의의 다른 적당한 형태의 통신 경로들도 사용될 수 있다.
도 1A에 있어서, 통신경로들이 일방향 화살표 또는 양방향 화살표로 개략적으로 도시되어 있다. 제어기(126)에서 끝나는 화살표는 측정된 유량 또는 측정된 온도의 값과 같은 입력 신호를 개략적으로 나타낸다. 제어기(126)로부터 연장하는 화살표는 화살표가 끝나는 구성요소로부터 응답 동작을 명령하도록 보낸 제어 신호를 개략적으로 나타낸다. 양방향 경로들은, 제어기(126)가 결정된 응답 동작을 제공하도록 CPOX 개질장치(100)의 대응하는 구성요소로 명령 신호들을 송신하는 것뿐만 아니라, CPOX 개질장치(100)와 그것의 다양한 구성요소, 연료 펌프(113) 및 일산화 탄소 제거 디바이스(128)와 같은 기계적 유닛들로부터 작동 입력들을 수신하는 것을 개략적으로 나타낸다.
도 2A 및 2B는 각각, 본 발명에 따라 액체 연료와 기체 연료를 처리할 때, 본 발명에 의한 액체와 기체 연료 겸용 CPOX 개질장치의 작동을 자동화하기 위하여 도 1A 및 1B의 제어기(126)와 같은 제어기에 실행될 수 있는 예시적 제어 루틴의 플로우챠트를 나타낸다. 유사하게, 도 3A 및 3B는 각각, 액체 연료 처리로부터 기체 연료로 이행하고(도 3A), 기체 연료 처리로부터 액체 연료로 이행하도록(도 3B) 만들어진, 본 발명의 CPOX 개질장치의 작동을 자동화하기 위하여 도 1A 및 1B의 제어기(126)와 같은 제어기에 실행될 수 있는 예시적 제어 루틴의 플로우챠트를 나타낸다. 이 플로우챠트는 제어기에 의해 고정된 인터벌로, 예를 들어 매 0.01 초(10 milliseconds) 등과 같은 인터벌로 실행될 수 있다. 도 2A 및 2B, 도 3A 및 3B에 도시된 제어 논리(control logic)는, 시동 작동 모드 및 정상상태 작동 모드에서 액체 연료 개질과 개질 반응온도의 경우에 기체 플로우들, 가열 및 연료 기화의 관리, 그리고 개질장치의 정지 작동 모드를 위한 절차의 관리를 포함하는 여러 가지 기능들을 수행한다.
본 발명을 더 대표하는, 도 4A에 도시된, 본 발명의 예시적인 액체와 기체 연료 겸용 CPOX 개질장치(400)의 여러 가지 도면들에 나타낸 바와 같이, 산소-함유 기체로서의 공기는, 콤팩트한 디자인이 선호되고 일반적으로 U 자형인 도관 섹션을 포함하는 메인 도관(404)의 유입구(403)를 통해 원심 블로워 시스템(402)을 경유하여 주위 온도로 그리고 사전에 설정된 질량유량(preset mass flow rate)으로 도입된다. 주위 공기 온도의 공기는, 개질장치 작동의 시동 모드에서 제1 히터 유닛(406)으로부터의 열이 공급되는 제1 가열 구역(405)을 통과함으로써, 미리 정해진 범위의 상승 온도내로 처음 가열된다. 제1 히터 유닛(406) 및 그로부터 하류의 제2 히터 유닛(413)은, 개질장치의 연료 처리 용량의 설계 범위에 따라 예를 들어, 정격 10 내지 40 와트 또는 더 큰 정격의 통상적인 또는 그와 달리 공지된 전기 저항식일 수 있다. 그러한 히터들은, 메인 도관(404)에 도입된 주위 공기의 온도를 상대적으로 넓은 범위의 CPOX 개질장치 구성 및 작동 용량에 대해 필요한 레벨까지 올릴 수 있다. CPOX 개질장치 작동의 정상 상태 모드 동안에, 제1 히터 유닛(406)은 동작 정지될 수 있고, 그러면 메인 도관(404)으로 도입된 공기는, 세장관형 기체-투과성 CPOX 반응기 유닛(408)의 CPOX 반응구역(409)으로부터 회수된 발열 열에 의해 열 전달 구역(407)내에서 처음 가열될 수 있다. 이러한 방법으로, 도관(404)으로 도입된 공기의 온도가 주위 온도로부터 미리 정해진 상승 범위의 온도로 증가될 수 있으며, 그 구체적인 온도는, 이 분야의 통상의 기술자가 쉽게 확인할 수 있는 다양한 설계 사항, 즉 구조적 및 작동 요소에 의한 영향을 받는다.
예를 들어, 미세다공성 알루미나 기반 내화물질 타입의 열 절연부(410)가, 대부분의 메인 도관(404) 및 CPOX 반응 구역(409)에 대응되는 CPOX 반응기 유닛(408)의 부분들을 둘러싸는데, 이는 이들 구성요소들로부터의 열 손실을 줄이기 위한 것이다.
가열된 공기 스트림이 메인 도관(404)내에서 하류로 유동하면서, 2개의 스트림으로 나뉠 수 있으며, 그 한 스트림은 계속하여 메인 도관(404)을 통해 흐르고, 다른 하나의 스트림은 분지 도관(411)으로 방향 전환되어 그로부터 나가서 합류 구역(421)에서 메인 도관(404)에 다시 들어가서, 제1 혼합 구역(420)(제1 정적 믹서 및/또는 그 안에 배치된 나선형 내부 벽 표면을 가짐)으로부터 통과하는, 기화된 연료-공기 혼합물과 합류한다. 그 합류된 기체는, 그 다음에, 제2 혼합 구역(422)(마찬가지로 제2 정적 믹서 및/또는 그 안에 배치된 나선형 홈이 형성된 내부벽 표면을 가짐)으로 들어가서, 유출구(425)를 통한 매니폴드(426)의 기체 분배기(427)로의 도입을 위한 매우 균일한 조성의 기체 CPOX 반응 혼합물을 제공하며, 그 구조와 작동은 본 명세서에 보다 완전하게 기술된다.
원하는 CPOX 반응의 총 공기량을 2개 스트림으로 분할함으로써, 방금-기화된 연료와 가열된 공기를 형성하기 시작하고 합쳐지기 시작하는 연료-공기 혼합물에 포함된, 기화된 액체 연료 성분(component)의 양이, 공기 성분의 산소 함량에 비해 높게 유지될 수 있고, 그에 따라 이 비-균일 시초 연료-공기 혼합물의 일부 부위(region)(들)는, 코크스 형성(coke formation)으로 이어지는 점화를 지원하기에 충분할 만큼 높은 농도의 산소를 함유할 가능성을 제거 또는 감소시킬 수 있다. 시초 연료-공기 혼합물이 제1 혼합 구역에 배치된 제1 정적 믹서를 통과하여, 상대적으로 높은 산소 농도의 점화-유도 부위가 매우 적게 생기도록 만드는 일정한 정도의 균일한 조성도(compositional uniformity)를 일단 얻으면, 어느 정도 더 균일한 연료-공기 혼합물이, 그 다음에, 합류 구역(merger zone)(421)에서 분지 도관(411)을 나가는 제2 가열 공기 스트림과 합류할 수 있다. 이러한 연료-공기 혼합물은, 그 다음에, 제2 혼합 구역(422)내에 배치된 제2 정적 믹서를 통해 유동하여, 조성적으로 보다 더 균일한(more compositioally uniform) 기체 CPOX 반응 혼합물을 그것이 매니폴드(426)의 기체 분배기(427)에 들어가기 직전에 제공할 수 있다.
제1 가열 구역(405) 및/또는 열 전달 구역(407)을 통과함으로써 초기 가열된 공기의 온도를 높이기 위해, 그 초기 가열된 공기가 메인 도관(404)내의 하류로 계속 유동하면서, 제2 히터 유닛(413)으로부터 열을 공급받는 제2 가열 구역(405)을 통해 전송된다. 그 제2 히터 유닛(413)은 초기 가열된 공기의 온도를 상대적으로 작은 정도 만큼만 증가시키는 것을 필요로 하기 때문에, 그것은, 본 명세서에 기술된 연료 기화 시스템 및 관형 CPOX 반응기 유닛 두 가지의 기능 발휘(functioning)에 관하여 개질장치의 정밀하고 신속한 열 관리에 기여하는(conductive), 전형적으로 작은 공기 온도 조정을 할 수 있는, 증분 히터(incremental heater)로서 기능할 수 있다.
상술된 것과 같은, 그리고 본 발명의 현 구체예 및 다른 구체예에서 디젤 연료로 예시된, 액체 개질가능 연료는, 메인 도관(404)내에서 끝나는 연료 라인(414)을 거쳐 액체 연료 스프레더 디바이스(415), 예를 들어, 심지(416) 또는 디바이스(도시되지 않음)에 도입된다.
연료를 액체 연료 CPOX 개질장치에 도입하기 위해, 종래의 또는 달리 공지된 임의의 펌프 디바이스(418), 예를 들어, 계량 펌프, 로타리 펌프, 임펠러 펌프, 격막 펌프, 연동 펌프, 지로터펌프와 같은 양변위 펌프, 기어 펌프, 압전 펌프, 동전기 펌프, 전기침투류 펌프, 모세관 펌프, 및 그 유사 펌프가 이러한 목적으로 이용될 수 있다. 위에 나타낸 바와 같이, 압축 액체 연료는 심지에 의해, 또는 연료 분사기, 가압식 노즐, 아토마이저(amomizers)(초음파식 포함), 네블라이저(nebulizers) 등과 같은 종래의 또는 달리 공지된 임의의 분무 디바이스에 의한 미세 분사 또는 액적 형태의(in droplet form)의 다른 분사에 의해, 도관(404)내에 산포될 수 있다. 제1, 제2 히터 유닛(406, 413)과 연료 스프레더 디바이스(415)가 도관(404)내에 도입된 액체 연료를 기화시키기 위해 함께 기능할 수 있고, 함께 개질장치(400)의 기화기 시스템의 주요 구성요소를 이룬다. 일부 구체예들에서, 펌프 또는 균등 디바이스가 단속적 또는 펄스형 플로우 식 또는 실질적으로 연속 플로우로 연료를 송출할 수 있다. 특정 구체예들에서, 펌프 또는 균등 디바이스가, 변화하는 CPOX 개질장치 작동 요건에 응답하여 연료 유량의 신속한 조정을 할 수 있다.
CPOX 개질장치가 작동의 시동 모드 동안에 액체 연료의 기화를 구동하기 위하여 임의의 열 공급원, 예를 들어, [히터(406, 415)의 경우와 같이] 전기저항식 히터를 사용할 수 있고, 특히 연료의 기화가 메인 도관(404)의 외부에서 일어나도록 되어 있는 경우에 그러하지만, 도 4A에 도시된 구체예의 액체 CPOX 개질장치는, 초기 가열된 주위 온도 공기의 온도를 점차적으로 높이기 위해서 뿐 아니라, 액체 연료를 메인 도관(404)에 도입하기에 앞서서 가열하기 위해 그리고 일단 연료가 메인 도관에 들어가면 그 연료를 기화시키기에 충분한 열을 제공하기 위해, 히터(413)를 사용한다. 액체 연료를 그것이 도관(404)에 도입되기 전에 가열하기 위한 이러한 임의 선택적인 구성은, 도관(404)에 들어갈 때 주위 온도를 가지는 액체 개질 가능 연료로 작동하는 동일한 기화기 시스템보다도, 주어진 양의 액체 개질 가능 연료를 보다 빠르게, 또는 주어진 시간 기간내에 더 많은 양의 액체 연료를, 기화시키는 것을 가능하게 한다.
메인 도관(404)에 들어가기 전에 액체 연료의 가열을 제공하기 위해 그리고 도 4A에 도시된 기화기 시스템 또는 기화기 어셈블리에 나타낸 바와 같이, 연료 라인(414)은, 그 연료 라인이 메인 도관(404)의 제2 가열 구역(412)을 통과하거나 그에 인접해 있는 곳 안에서 유동하는 연료의 체류시간을 연장하기 위해, 길이 방향으로 연장된 그 섹션(419)에 의해 메인 도관(404)의 벽을 통과한다(traverse). 그와 같이 연장된 연료 라인 섹션은, 이러한 목적을 위해, 다양한 구조, 예를 들어, 제2 가열 구역(412)에 대응되는 도관(404)의 외부 표면에 또는 그에 인접해 배치된 (도시된 바와 같은) 코일형 또는 나선형 와인딩(winding) 또는 일련의 긴 주름부(a series of lengthwise folds), 또는 제2 가열 구역(412)에 또는 그에 가까이 있는 도관의 내부에 배치된 임의의 유사 구조를 취할 수 있다. 연장된 연료 라인 섹션(419)은, 그 정확한 구조 및/또는 배치와 관계없이, 그 안에 있는 연료의 온도를 미리 정해진 범위의 온도내로 올리기에 충분한 양의 열을 받기 위해, 제2 가열 구역(412)에 대해 효과적인 열 전달에 효과적이도록 근접해(in effectivs heat transfer proximity to) 있어야 한다. 그리하여, 메인 도관(404)의 제2 가열 구역(412)내의 히터(4130의 열적 아웃풋의 한 부분이, 이 구역내에 유동하는 공기를 더 가열하는 것에 더하여, 연료 라인(414)의 말단 섹션(419)안을 유동하는 연료, 예를 들어, 디젤 연료에 전달되며, 그 연료 라인(414)의 말단 섹션(419)은, 도면 부호(419)로 나타낸 바와 같이, 연장되어, 그 온도를 미리 정해진 범위내로 올릴 수 있다. 연료 라인내의 액체 연료에 대해 여하한 범위의 온도가 선택되더라도, 그것은, 증기 폐색(vapor lock) 및 그에 이은 개질장치(400)의 가동 정지를 피해야 한다면, 연료의 비등점(디젤의 경우, 150 oC 내지 350 oC )을 넘지 않아야 한다.
본 명세서에 기술된 액체 연료 기화기에 있어서, 디젤 연료가 가열된 표면, 예를 들어, 전기 저항 히터 요소의 표면과 직접 접촉함으로써, 디젤 연료의 온도를 그 플래싱 점으로 또는 그 이상으로 올리는 위험을 일으키고, 디젤 연료의 기화가 아닌 스패터 현상(spattering)을 일으키고 그리고/또는 코크스 형성을 일으키는 연료 열 분해를 초래할 기회는 없거나 거의 없다. 그리하여, 도 4A에 도시되어 있는 기화기 시스템에 있어서, 디젤 연료의 온도는, 그 플래싱 점 아래의 레벨로, 그리고 스패터링 현상 또는 코크스 형성의 중대한 발생이 없이, 쉽게 그리고 신뢰성 있게 유지될 수 있다.
액체 연료 스프레더(415)는 제2 가열 구역(412) 및 관련 히터(413)의 하류의 그리고 제1 혼합 구역(420)의 상류의 메인 도관(404)내에 배치된다. 열전대(423)는, 기화기에서 형성되기 시작하는 기화된 연료-공기 혼합물의 온도를 모니터링하기 위해, 기화기 하류의 메인 도관(404)내에 배치된다.
제2 혼합구역(422)내에 배치된 제2 정적 믹서를 통과한 후, 기체 CPOX 반응 혼합물이 유출구(425)를 통해 메인 도관(404)을 빠져 나가고, 관형 CPOX 반응기 유닛들(408) 쪽으로 그리고 그 내부에서 반응 혼합물의 더 균일한 분배를 제공하도록 구성된 매니폴드(426)의 기체 분배기(427)로 들어간다. 본 발명 내에서의 이러한 장치 구조 또는 다른 장치 구조가, 임의의 두 CPOX 반응기 유닛 내에서 기체 CPOX 반응 혼합물의 유량 차이는 약 20 퍼센트보다 크지 않고, 예를 들어 약 10 퍼센트보다 크지 않고, 또는 약 5 퍼센트보다 크지 않은, 기체 CPOX 반응 혼합물의 분배를 제공할 수 있다.
매니폴드(426)는 매니폴드 챔버(429)를 구획하는 매니폴드 하우징 또는 인클로져(428)를 포함하며, 상기 챔버 안에서 기체 CPOX 반응 혼합물(기체) 분배기(427)가 메인 도관(404)의 유출구(425)에 연결된다. 유출구(425)를 통해 도관(404)을 나가는 가열된 기체 CPOX 반응 혼합물은 기체 분배기(427)로 들어간 후에. 기체 분배기의 저부 또는 하부에 위치한 개구들(apertures)(예를 들어 홀들 또는 슬롯들)(430)을 통해 외부로 나가고, 그 다음 상기 기체는 상기 분배기의 외부 표면 둘레에서 그 최상부 또는 상부로 흐르고, 거기서 관형 CPOX 반응기 유닛들(408)의 유입구들(431)로 유동한다.
매니폴드 챔버(429)의 일부 부위(들) 및 표면(들)내의 온도가 그 안에 있는 기체 CPOX 반응혼합물의 기화된 액체 개질가능 연료의 액화 온도로 또는 그 아래로 떨어질 가능성을 제거하거나 적게 하기 위해, 전기 저항 히터(432) 및 열전대(433)를 매니폴드 챔버(429) 내에, 예를 들어, 그 내부 표면의 하나 이상에 배치하거나, 그 벽들의 하나 이상에 박아넣어(embed), 챔버 내의 온도를 연료 액화 온도 이상으로 유지하기 위한 능동 히터 시스템을 설치할 수 있다. 그 능동 히터 시스템에 더하여, 예를 들어, 상술한 바와 같이, 또는 그에 대한 대안으로, 예를 들어, 구리와 같은 우수 열전도체로 제조하고, 관형 CPOX 반응기 유닛(408)의 CPOX 반응 구역(409)을 매니폴드 챔버(429)와 열적으로 연결하는, 열적 전도성 요소(434)를 포함하여 구성되는 피동 열 전달 시스템을 개질장치(400)내에 배치하여, 매니폴드 챔버(429)내의 기화된 연료의 온도를 그 액화 온도 이상으로 유지하기 위하여, CPOX 반응 구역으로부터의 발열 열을 매니폴드 챔버내의 부위들 및/또는 표면들에 전달할 수 있다.
연료 액화의 발생을 막거나 최소화하는 기능에 추가하여, 그러한 능동/피동 가열 시스템은 기체 CPOX 반응 혼합물의 온도를, 그것이 CPOX 반응기 유닛의 유입구로 도입됨에 따라, 더욱 균일하게 만들도록 할 수 있으며, 그 결과 개질 장치의 작동과 제어 모두에 이익이 된다. 그리하여, 예를 들어, 그 하나 또는 둘 모두의 매니폴드 가열 시스템은, 임의의 두개의 CPOX 반응기 유닛에 들어가는 기체 CPOX 반응 혼합물의 온도의 차이가, 약 10%가 넘지 않도록, 예를 들어, 약 5%가 넘지 않도록 하기 위해, 매니폴드 챔버에 걸쳐서 일관되게 균일한 온도의 기체 CPOX 반응 혼합물을 제공하도록 작동될 수 있다.
CPOX 반응기 유닛들로 기체 CPOX 반응 혼합물의 더 균일한 분배를 촉진하는 기능을 달성하기 위한 매니폴드(426)의 설계 최적화와 연관될 수 있는 몇몇 특정 인자들은, 그 하우징(428)의 형태, 그 챔버(429)의 체적, 그리고 개구들(apertures)의 수, 형태 및 배치를 포함하는 기체 분배기(427)의 치수들(dimensions)을 포함한다. 이러한 인자들은 다시, 도관 내에서 기체 CPOX 반응 혼합물의 목표 유량, CPOX 반응기 유닛들(408)의 수 및 배열, CPOX 반응기 유닛들(408)의 유입구들(431)의 형상 및 치수들, 및 유사 고려사항들과 같은 개질장치 설계 및 작동 인자들에 좌우된다. 본 발명에 따르는 특정 액체 연료 CPOX 개질장치를 위한 최적의 연료-공기 분배 성능의 매니폴드는 당 분야의 기술자가 루틴한 테스트 방법을 사용하는 것에 의해 용이하게 구성될 수 있다.
매니폴드(426)로부터, 가열된 기체 CPOX 반응 혼합물이 CPOX 반응기 유닛들(408)의 유입구들(431)로 그리고 CPOX 반응구역들(409)로 들어가고, 여기서 상기 반응 혼합물이 기체-상 CPOX 반응하여 수소-풍부, 일산화탄소-함유 리포메이트를 생성한다. 시동 모드에서, 하나 또는 그 이상의 점화기들(435) CPOX를 개시한다. CPOX가 자기지속이 된 이후에, 예를 들어 반응구역의 온도가 약 250℃ 내지 약 1100℃에 도달할 때, 이제 자기지속인 CPOX 반응을 유지하는데 더 이상의 외부 점화가 필요하지 않게 되므로, 상기 점화기(들)를 작동정지할 수 있다.
액체 개질 가능 연료를 처리하는 것에 더하여, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치((400)는, 기체 개질 가능 연료를 선택적으로 처리할 수 있게 하는 구조적 구성요소를 포함하는데, 이것은, 두 가지 유형의 연료가 사용 가능한 경우, 그렇다고 해도 예를 들어, 반드시 동시에 그러한 것은 아닌 경우, 또는 그 다음에 액체 연료를 사용하는 고온 시동 작동 모드를 용이하게 하기 위한 경우, 연료 관리를 최적화하는 능력이다. 이것, 비교적 짧은 기간의 기체 연료 CPOX 개질은, CPOX 개질장치가 액체 연료 CPOX 개질의 고온 시동모드에의 이행에 대해 그리고 액체 연료 CPOX 개질의 빠른 진입(quick entry)에 대비하게 할 수 있다.
도 4A에 도시된 바와 같이, 개질장치(400)는, 기체 개질가능 연료 라인(441), 그리고 메탄 또는 천연 가스 또는 프로판과 같은 기체 연료가, 원심 블로워 시스템(402) 및 유입구(403)의 하류이고, 혼합 구역(437)내에 배치된 정적 믹서(436)의 하류에 있는 위치의 메인 도관(404)에 도입되는데 통과하는, 기체 연료 유입구(442)의 두 가지를 포함한다. 기체 연료는, 혼합 구역(437)을 통과함으로써, 먼저 도입된 주위 온도 공기와 합쳐지고, 그렇게 만들어진 기체 연료-공기 혼합물은, 그 다음에, 제1 가열 구역(405)을 통과하며, 그 곳에서, CPOX 반응 온도로 가열되어, CPOX 반응기 구역(443)[본질적으로, 열 전달 구역(407)과 위치가 일치함]으로 들어간다.
기체 투과성 CPOX 촉매 포함 지지체(444), 예를 들어, 기공 내화 금속 및/또는 세라믹 물질로 제공된 밀착-고정 슬리브(close-fitting sleeve), 인서트(insert), 라이닝 또는 코팅이 메인 도관(404)의 CPOX 반응 구역(443)에 배치되어, 열 전달 구역(407)의 길이의 적어도 일부 또는 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 시동 작동 모드 동안에 제1 가열 구역(405)내에서 CPOX를 개시하기에 충분한 온도로 또는 정상 작동 모드 동안에 열 전달 구역(407)내에서 CPOX-개시 온도로 가열된 연료-공기 혼합물은, CPOX 촉매 포함 지지체(443)와 접촉하여 CPOX를 일으켜서 수소-풍부 리포메이트를 제공한다.
메인 도관(404)의 열 전달 구역(404)내의 기체-투과성 CPOX 촉매 포함 지지체(444)의 제공은, 기체 연료의 CPOX 개질이, 디젤과 같은 액체 개질가능 연료의 덜 효율적인 CPOX 전환의 보다 높은 온도(예를 들어, 약 650 oC 내지 약 1,100 oC)와 대조되게, 기체 연료의 보다 효율적인 CPOX 전환에 전형적인, 보다 온화한(milder) 온도( 약 600 oC 내지 약 850 oC) 조건하에 진행되게 한다. 위에 언급한 보다 낮은 온도의 CPOX 촉매 포함 지지체(444)내에서 기체 연료 CPOX 개질을 수행하는 것은, 연료의 크랙킹과 그에 따라 코크스가 (메인) 도관 표면과 CPOX 반응기 유닛에 형성되는 위험을 감소시키는 큰 이점을 가진다. 그러한 일은, 기화된 연료-공기 혼합물이 CPOX 반응기 유닛에 도입됨과 동시에 또는 그에 이어, 기체 연료가 직접 CPOX 반응기 유닛에 추가되면, 더욱 잘 일어나서 CPOX 개질장치의 동작 정지에 이르게 하기 쉽다. 그러므로, 본 발명의 CPOX 개질장치의 기체 연료의 단독 처리로부터 이행하고, 일저 기간의 액체 개질가능 연료 CPOX 전환후에 다시 돌아가는 것이, CPOX 개질장치와 그 고유 기능 발휘의 완전성에 대한 위험 없이 쉽게 그리고 원활하게 성취될 수 있다.
개구형 기체 플로우 통로는, 기체 CPOX 반응 혼합물 및 수소-함유 리포메이트의 실질적으로 방해받지 않는 흐름(substantially unimpeded flow)을 허용할 수 있으며, 이는 본 발명의 액체 연료 CPOX 개질장치의 작동 특성인 낮은 배압에 기여하는 본 발명의 CPOX 반응기 유닛들의 구조적 특징이다. 본 발명에 따르는 액체 연료 CPOX 개질장치의 작동에서, 약 3인치 물(0.0075 bar) 이하, 예를 들어 약 2인치 물 이하, 또는 약 1인치 물 이하의 배압을 용이하게 달성할 수 있다.
전술한 바와 같이, CPOX 반응기 유닛(408)의 기체-투과성 벽을 통과하여 확산하는 것에 의한 수소의 상실을 방지 또는 억제하기 위하여, CPOX 반응기 유닛들의 일부 구체예들에서, 수소 배리어가, CPOX 반응구역(409)에 대응하는 그 길이의 적어도 그 부분에 대한 기체-투과성 벽의 외부 표면에 부착되는 것이 유리하다. 효과적인 수소 배리어로 기능할 수 있는 물질들은 CPOX 반응에 전형적인 높은 온도에서 열적으로 안정하여야 하고, 리포메이트 기체들, 특히 수소가 CPOX 반응구역(409)에 대응하는 벽의 외부 표면을 넘어서 침투 또는 확산하는 것을 방지 또는 차단하기에 충분할 정도로 치밀하여야 한다.
이러한 요건에 부합하는 다양한 세라믹 물질들(글라스들 및 글라스-세라믹들을 포괄함) 및 금속들이 알려져 있으며, 수소 배리어를 제공하는데 적합하다. 수소 배리어용 구체적인 물질들은, 예를 들어 알루미늄, 니켈, 몰리브덴, 주석, 크롬, 알루미나, 재결정 알루미나, 알루미나이드, 알루미노실리케이트, 산화티타늄, 탄화티타늄, 질화티타늄, 질화붕소, 산화마그네슘, 산화크롬, 인산지르코늄, 산화세륨, 산화지르코늄, 뮬라이트(mulite), 및 그 유사물, 그 부가혼합물, 및 이들의 적층조합들을 포함한다.
관형 CPOX 반응기 유닛의 CPOX 반응구역의 촉매활성 벽 구조가 제작될 수 있는 재료는, 이러한 벽 구조가 CPOX 반응들의 특성인 고온 및 산화환경에서 안정을 유지할 수 있게 하는 재료이다. 통상 및 공지의 내화 금속들, 내화 세라믹들, 및 이들의 조합들이 CPOX 반응구역의 촉매활성 벽 구조를 구성하는데 이용될 수 있다. 이러한 재료들중 몇몇, 예를 들어 페로브스카이트는 부분산화를 위한 촉매 활성을 보유할 수 있으므로, CPOX 반응구역의 촉매활성 벽 구조의 제작에 유용할 뿐만 아니라, 이러한 구조를 위한 CPOX 촉매의 일부 또는 심지어 전부를 제공할 수 있다.
본 발명에 이용될 수 있는 수 많은 공지 및 통상의 CPOX 촉매들 중에는, 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 페로브스카이트, 피로클로르, 이들의 혼합물들 및 조합들이 있으며, 그 예는 미국특허 5,149,156; 5,447,705; 6,379,586; 6,402,989; 6,458,334; 6,488,907; 6,702,960; 6,726,853; 6,878,667; 7,070,752; 7,090,826; 7,328,691; 7,585,810; 7,888,278; 8,062,800; 및 8,241,600호에 개시된 다양한 것들을 포함하며, 상기 특허문헌들의 전체 내용은 본 출원에 참조문헌으로 통합된다.
다수의 고활성 귀금속-함유 CPOX 촉매들이 알려져 있고, 이러한 촉매들은 본 발명에 이용할 수 있다. 하지만, 이러한 촉매들은 고가이고, 고온에서 소결하여 촉매 활성이 저하하는 경향이 있으며, 황에 오염되는 경향이 있기 때문에, 일반적으로 다른 종류의 공지된 CPOX 촉매들보다 덜 사용된다.
페로브스카이트 촉매는, CPOX 반응기 유닛의 촉매활성 벽 구조의 구성에도 적합하기 때문에, 본 발명에 유용한 CPOX 촉매류이다. 페로브스카이트 촉매들은 구조 ABX3를 특징으로 하며, 여기서 "A" 및 "B" 는 크기가 매우 다른 양이온들이고, "X"는 상기 두 양이온 모두에 결합하는 음이온(일반적으로 산소)이다. 적합한 페로브스카이트 CPOX 촉매의 예는 LaNiO3, LaCoO3, LaCrO3, LaFeO3 및 LaMnO3를 포함한다.
상기 페로브스카이트의 A-사이트 변성(A-site modification)은 일반적으로 그 열 안정성에 영향을 미치는 한편, B-사이트 변성은 일반적으로 촉매 활성에 영향을 미친다. 페로브스카이트는, A 및/또는 B 사이트에서의 도핑(doping)에 의해 특정 CPOX 반응 조건에 맞게 변성될 수 있다. 도핑은 페로브스카이트 격자(lattice) 내에서 활성 도판트의 원자수준 분산을 유발하여, 페로브스카이트의 촉매 성능 열화를 억제한다. 페로브스카이트는 또한 CPOX 개질의 특성인 고온에서 황에 대한 우수한 저항성을 발현할 수 있다. CPOX 촉매로 유용한 도핑된 페로브스카이트의 예는, La1 - xCexFeO3, LaCr1 - yRuyO3, La1 - xSrxAl1 - yRuyO3 및 La1 - xSrxFeO3 를 포함하며, 여기서 x 및 y는, 도판트의 용해한도(solubility limit) 및 코스트에 의존하며, 0.01 내지 0.5, 예를 들어 0.05 내지 0.2의 수이다.
대안적으로, 또는 CPOX 개질장치의 유출구의 연결과 조합하여, 다중 관형 CPOX 개질장치의 둘 또는 그 이상의 CPOX 반응기 유닛의 유출구들은, 상호 간에(그리고 CPOX 반응기 유닛들의 추가 유출구들과 서로 유체 연통할 수 있고, 상기 유출구들로부터의 수소-풍부 리포메이트는 연료 전지로 도입 전에 합쳐질(combined) 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 CPOX 반응기 유닛들로부터의 수소-풍부 리포메이트 유출물은 매니폴드 또는 유사 디바이스 및/또는 하나 이상의 도관에서 합쳐지고, 그 다음, 다중관형 연료 전지 또는 단일 연료 전지 유닛일 수 있는 연료전지로 도입될 수 있다. 따라서, 본 발명의 CPOX 개질장치는 그 최종 용도에 따라, 예를 들어 수소-풍부 리포메이트를 단일 또는 다중 관형 연료 전지 유닛에 공급하는데 적응될 수 있다.
도 1B에 도시된 CPOX 개질장치의 다중 원심 블로워 시스템(152) 및 도 4B에 도시된 CPOX 개질장치의 다중 원심 블로워 시스템(501)은, 그 이점 중, 이러한 구성의 다중 원심 블로워 시스템이 생성 수소-풍부 리포메이트의 요구량 변화에 응답하여 도관으로 도입된 공기의 용량 및/또는 CPOX 반응기에 대한 기체 연료-공기혼합물의 유량을 신속하게 조절하는 능력을 보유하는 장점이 있다. 대등한 공기 유량의 단일 원심 블로워는, 상대적으로 많은 전력을 소모하는 블로워에 의존하지 않고는 위에서 설명한 바와 같은 능력을 제공하는 것이 불가능하다.
도 5의 CPOX 개질장치(500)는 주로, 기체 CPOX 반응 혼합물의 기체 성분 및/또는 액체 개질가능 연료 성분이 개질장치의 정상 상태 작동 모드 동안에 가열되는 방식에서, 도 4A의 개질장치(400)와 차이가 있다. CPOX 개질장치(500)에서는, 원심 블로워 시스템(501)에 의해 제공된 주위 온도 공기의 가압 플로우(pressurized flow)가, 열 교환 유체의 플로우, 예를 들어, 연료 전지 스택(도시되지 않음)의 애프터버너 섹션과 같은 외부 열-발생원(heat-producing source)으로부터의 고온 기체의 플로우가 통과해 순환되는, 열 교환기502)에 도입되어 통과한다. 이 구성은, 개질장치의 정상 상태 작동 모드 동안에 개질장치에 들어가는 주위 공기가 메인 도관(404)의 열 전달 구역(407)을 통과하고, 그 공기가, CPOX 반응기 유닛(408)의 CPOX 반응 구역(409)내에서 일어나는 CPOX 반응의 발열 반응으로부터 회수되는 열에 의해 열 전달 구역(407)에서 가열되는, 도 4A의 CPOX 개질장치(400)와 공기 가열 구성과 차이가 있다. 그에 더해, 연료 라인 섹션(414)을 유동하는 연료가 CPOX 개질장치(500)의 히터(413)에 의해 가열되는 도 4A에 도시된 연료 가열 시스템과 대조적으로, 연료 라인의 섹션이, 연료를 그것이 기화되기 전에 유사하게 가열해주기 위해 열 교환기(502)를 거치도록 할 수 있다. 모든 다른 관점에서, CPOX 개질장치(500)는 CPOX 개질장치(400)와 본질적으로 동일한 방식으로 작동할 수 있다.
도 6A 및 6B는 기화된 디젤 연료-공기 CPOX 반응 혼합물들의 산소(O) 대 탄소(C) 몰비와 CPOX 반응 온도 사이의 관계를 보여주는 데이터 그래프를 제시한다. 상기 데이터가 보여주는 바와 같이, CPOX 반응 혼합물들의 산소(O) 대 탄소(C) 몰비가 점차 감소함에 따라, 즉 상기 반응 혼합물이 상대적인 탄소-부족 반응혼합물로부터 상대적 탄소-풍부 반응혼합물로 조절됨에 따라, CPOX 반응 온도는 하강한다. 이러한 데이터는 본 발명에 따른 액체 및 기체 연료 겸용 연료 CPOX 개질장치의 최적화된 작동을 위한 여러가지 의미를 내포하고 있다.
CPOX 촉매의 신속한 가열을 촉진하기 위하여, 그리고 결과적으로, 기상(gaseous) CPOX 반응의 시작을 촉진하기 위하여, 높은 O 대 C 몰비를 가지는 기체 CPOX 반응 혼합물(즉, 연료-부족 반응혼합물)이 본 개질장치의 작동의 시동 모드 중에 이용될 수 있다. 연료-부족 반응혼합물과 연관된 더 높은 작동 온도는, CPOX 촉매 온도의 더 신속한 상승과, 정상-상태 작동에 대한 더 단축된 시간을 가능하게 할 수 있다. 이에 더하여, 연료-부족 비는, CPOX 촉매가 최적의 온도를 이루어 완전히 활성화되기 전에, 코크스 형성을 억제하는데 도움을 준다. 일단, CPOX 촉매가 약 650 ℃ 및 그 이상의 온도에 도달하면, O 대 C 몰비는 연료 플로우가 증가됨에 따라 감소될 수 있다. O 대 C 몰비를 감소시키는 것은 촉매 온도를 낮추고, CPOX 반응기 유닛들의 열적 제어, 이어서 연료 기화기 유닛의 열적 제어를 손상시킴이 없이 더 많은 연료가 처리되는 것을 가능하게 한다. 그 반대 동작(opposite action)이 정지 작동에 대해, 즉, 유지된(maintained) O 대 C 몰비에서 연료 플로우가 줄어드는 경우에, 취해 질 수 있다.개질장치의 CPOX 반응구역들의 온도가 코크스 형성을 초래하는 온도 아래로, 예를 들어 약 650℃ 아래로 접근 또는 하회하기 시작함에 따라, CPOX 촉매가 비활성화되는데 따른 코크스 형성을 방지 또는 최소화하기 위하여 상기 O 대 C 몰비를 증가시킬 수 있다. 전형적으로, CPOX 개질장치는, CPOX 반응 혼합물의 온도가 약 500℃를 하회할 때, 정지될 수 있다. 산소-함유 기체의 플로우는, 연료 플로우가 중지된 후에 약 15 내지 20초 정도까지 계속될 수 있다. 이러한 정지 절차는, 도관, 또는 제어 밸브와 도관내로의 연료의 도입 장소 사이의 연료 라인의 한 부위 내에 들어있을 수 있는, 개질장치로부터의 연료의 제거를 허용한다. 이러한 제어 특성은, 구체적인 개질장치 설계에 이용되는 특정 기퐈기 시스템 및 제어기 유닛 구성요소들을 포함하는 다양한 개질장치 구성요소들에 의해 영향을 받을 수 있다.
연료-공기 CPOX 반응 혼합물의 O 대 C 몰비는 작동중에 그 아웃풋 열적 조건들에 맞추도록 조절될 수 있고, O 대 C 몰비의 변경은 리포메이트의 품질 및/또는 조성의 변화를 유발할 수 있음을 이해하여야 한다. CPOX 온도가 약 650℃ 위로 증가함에 따라 연료-부족에서 연료-풍부로 바뀌는 O 대 C 몰비의 범위가 있다. 상이한 CPOX 촉매들은 조작상의 윈도우들(operational windows) 및 CPOX 온도들에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 상이한 연료들(기체 또는 액체)은 개질 반응들의 효율에 따라 CPOX 온도들을 변경시킬 수 있다.
당 분야의 기술자는, 본 명세서에서 설명된 액체 연료 CPOX 개질장치들의 다양한 구체예들과 그 작동 원리를 참작하고, 루틴한 실험 절차들을 이용함으로써, 본 발명에 따른, 소망하는 액체 개질가능 연료 전환 능력, 구조적 특징들, 및 기계적 특성들을 갖는 특정 개질장치의 설계를 용이하게 최적화할 수 있다.
또한 본 발명에 따라, 개질방치가 자기열 개질 및/또는 스팀 개질 반응(들)을 수행하기 위해 작동될 수 있도록, 스팀이 개질장치에 도입될 수 있다.
하나의 구체예에서, 개질장치는, 액체 또는 기체 개질가능 연료의 CPOX 개질을 수행하여, 예를 들어, 전기 히터에 의해 공급되는 추가적인 열이 있거나 없이, 스팀 발생기에서 스팀을 생산하기 위해 회수될 수 있는 발열 열을 제공하도록 처음 작동될 수 있다. 그와 같이 발생된 스팀은, 개질장치내의 한 곳 또는 그 이상의 위치에 도입될 수 있다. 적합한 위치의 하나는, 액체 연료를 기화시키기 위하여 스팀이 열을 제공할 수 있는, 기화기이다. 예를 들어, 도 4에 도시된 개질장치(400)의 심지(415)에 도입된 스팀은, 심지 표면의 액체 연료를 기화시키는 열을 제공할 수 있고, 동시에 그 표면의 막힘(clogging)을 제거 또는 억제할 수 있다.
다른 구체예에서, 본 발명에 따른 개질장치는, 개질장치로부터의 수소 풍부 리포메이트가 전류로 전환되는 연료 전지 스택에 연결될 수 있다. 연료 전지 스택의 작동은, 그리고 관련 애프터버너가 있는 경우, 마찬가지로, 전기 히터에 의해 공급되는 것과 같은 추가적인 열이 있거나 없이, 스팀 발생기의 작동을 위해 회수되어 이용될 수 있는 폐열의 공급원(들)을 제공할 수 있다. 스팀 발생기로부터의 스팀은, 그 다음에, 자기열 또는 스팀 개질을 지원하기 위해, 예를 들어, 도 4의 개질장치(400)의 심지(415)를 통해 개질장치내로 도입될 수 있다. 이러한 개질장치와 연료 전지 스택의 통합 구성에서, 위에 말한 폐열의 공급원(들)은 자기열 또는 스팀 개질 공정에 포함되는 흡열 반응(들)을 구동하기 위해 필요한 열을 공급할 수 있다.
종합하면, 본 발명의 송출 시스템(delivery system)은, 촉매 부분 산화(CPOX) 개질과 같은 부분 산화(POX) 개질, 스팀 개질 및 자기열(AT) 개질을 포함하는 개질 반응들을 수행하기 위한 적절한 반응물들을 송출할 수 있음을 이해하여야 할 것이다. 액체 개질가능 연료와 물과 같은 액체 반응물이, 송출 시스템의 "액체 개질가능 연료" 송출 구성요소, 도관, 및 어셈블리로부터, 그리고 그를 통해 송출될 수 있다. 기체 개질가능 연료, 스팀, 그리고 공기와 같은 산소 함유 기체와 같은 기체 반응물이, 송출 시스템의 "기체 개질가능 연료" 송출 구성요소, 도관, 및 어셈블리로부터, 그리고 그를 통해 송출될 수 있다. 스팀 및 산소 함유 기체와 같은 특정 기체 반응물은, 본 발명의 송출 시스템에 부수적이거나 2차적인 구성 요소 및 어셈블리로부터 또는 그것을 통해 송출될 수 있으며, 예를 들어, 산소 함유 기체는 개질에 앞서서, 예를 들어, 액체 개질가능 연료 및/또는 기화된 액체 개질가능 연료와 혼합되기 위하여, 연료 전지 유닛 또는 시스템의 연료전지 스택, 기화기, 개질장치의 적어도 하나와 독립적으로 작동 가능 유체 연통하는 산소 함유 기체 공급원으로부터 송출될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 다른 특정 형태들의 구체예들을 망라한다. 그러므로 전술한 구체예들은 모두 예시적인 관점에서 고려된 것이며 여기서 설명된 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 범위는 전술한 설명에 의한 것보다는 첨부하는 청구범위에 의해 표시되며, 본 청구범위와 등가의 의미 및 범위 내에 있는 모든 변경들은 청구범위 안에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. 액체 연료 기체-상 (gas phase) 개질 반응 구역;
    기체 연료 기체-상 개질 반응 구역;
    산소 함유 기체 유입구, 상기 산소 함유 기체 유입구의 하류에 위치한 액체 연료 유입구, 상기 산소 함유 기체 유입구의 하류에 위치하거나 또는 상기 산소 함유 기체 유입구의 하류에 위치한 산소 함유 기체와 기체 연료 개질 반응 혼합물 유입구의 하류에 위치한 기체 연료 유입구, 제1 히터에 열적으로 결합되고 상기 산소 함유 기체 유입구의 하류에 위치된 제1 가열 구역, 내부 및/또는 외부 열 공급원에 열적으로 결합되고 상기 산소 함유 기체 유입구의 하류에 위치된 제2 가열 구역, 액체 연료 기화기, 그리고 액체 연료 개질 반응 구역 및 기체 연료 개질 반응 구역과 기체 플로우(gas-flow) 연통하는 기체 개질 반응 혼합물 유출구를 포함하여 구성되는, 기체 플로우 도관;
    액체 개질 반응 구역 및 기체 연료 개질 반응 구역과 각각 열적 연통하는 기체 개질 반응 혼합물 점화기 시스템; 및
    상기 액체 연료 기체-상 개질 반응 구역과 유체 연통하는 수소 풍부 리포메이트 유출구를 포함하여 구성되는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  2. 제1항에 있어서, 제2 히터에 열적으로 결합된 제3 가열 구역을 더 포함하여 구성되는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1, 제2 히터가 전기 히터인, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1, 제2 히터가 전기 저항 히터인, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 가열 구역이, 액체 연료 반응 구역 및/또는 기체 연료 반응 구역을 포함하는 외부 열 공급원과 열적 연통하는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 가열 구역이, 연료 전지 및 연료 전지 애프터버너를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 외부 열 공급원과 열적 연통하는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 함유 기체 유입구와 기체 연료 유입구가 함께 기체 연료 개질 반응 혼합물 유입구를 형성하는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    액체 연료 반응 구역과 기체 연료 반응 구역이 함께 액체 연료와 기체 연료 겸용 개질 반응 구역을 형성하는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도관의 기체 개질 반응 혼합물 유입구가 액체 연료 개질 반응 구역과 기체-플로우 연통하고, 기체 연료 개질 반응 구역이 상기 제2 가열 구역에 근접하거나 적어도 부분적으로 위치가 공통되는 위치의 도관과 배치되는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  10. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체 플로우 도관이, 하류와 상류 부분(sections)을 포함하고, 상기 도관 내에서, 상류 부분부터 하류 부분까지 상기 산소 함유 기체 유입구, 기체 연료 유입구 또는 산소 함유 기체와 기체 연료 개질 반응 혼합물 유입구, 제1 가열 구역, 제2 가열 구역, 액체 연료 기화기, 그리고 기체 연료 개질 반응 구역 유출구의 순서로 배치되는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  11. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체 플로우 도관이, 하류와 상류 부분을 포함하고, 상기 도관 내에서, 상류 부분부터 하류 부분까지 상기 산소 함유 기체 유입구, 제1 가열 구역, 제2 가열 구역, 제3 가열 구역, 액체 연료 기화기, 기체 연료 유입구 또는 산소 함유 기체와 기체 연료 유입구 그리고 기체 연료 개질 반응 구역 유출구의 순서로 배치되는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 기체 플로우 도관이, 하류와 상류 부분을 포함하고, 상기 도관 내에서, 상류 부분부터 하류 부분까지 상기 산소 함유 기체 유입구, 기체 연료 유입구 또는 산소 함유 기체와 기체 연료 개질 반응 혼합물 유입구, 상기 제2 가열 구역에 근접하거나 적어도 부분적으로 위치가 공통되는 위치에 배치되는 기체 연료 개질 반응 구역, 제3 가열 구역, 액체 연료 기화기, 그리고 기체 연료 개질 반응 구역 유출구의 순서로 배치되는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 기체 플로우 도관이, 하류와 상류 부분을 포함하고, 상기 도관 내에서, 상류 부분부터 하류 부분까지 상기 산소 함유 기체 유입구, 기체 연료 유입구 또는 산소 함유 기체와 기체 연료 개질 반응 혼합물 유입구, 제1 가열 구역, 제2 가열 구역, 제3 가열 구역, 액체 연료 기화기, 그리고 액체 연료와 기체 연료 겸용 개질 반응 구역과 기체 플로우 연통하는 기체 개질 반응 구역 유출구의 순서로 배치되는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 기체 플로우 도관이, 하류와 상류 부분을 포함하고, 상기 도관 내에서, 상류 부분부터 하류 부분까지 상기 산소 함유 기체 유입구, 제1 가열 구역, 제2 가열 구역, 제3 가열 구역, 액체 연료 기화기, 기체 연료 유입구 또는 산소 함유 기체와 기체 연료 개질 반응 혼합물 유입구, 그리고 액체 연료와 기체 연료 겸용 개질 반응 구역과 기체 플로우 연통하는 기체 개질 반응 구역 유출구의 순서로 배치되는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  15. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 개질 반응 구역이 CPOX 촉매를 포함하는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  16. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제어기를 포함하는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.
  17. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 개질 반응 혼합물 점화기 시스템이, 액체 연료 개질 반응 구역과 열적 연통하는 제1 기화기 및 기체 연료 개질 반응 구역과 열적 연통하는 제2 기화기를 포함하는, 액체와 기체 연료 겸용 개질장치.

  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
KR1020167013018A 2013-11-06 2014-11-06 액체와 기체 연료 겸용 개질 장치 및 그 개질방법 KR101832866B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361900510P 2013-11-06 2013-11-06
US201361900543P 2013-11-06 2013-11-06
US61/900,543 2013-11-06
US61/900,510 2013-11-06
PCT/US2014/064362 WO2015069907A2 (en) 2013-11-06 2014-11-06 Dual utilization liquid and gaseous fuel reformer and method of reforming

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160083010A KR20160083010A (ko) 2016-07-11
KR101832866B1 true KR101832866B1 (ko) 2018-02-27

Family

ID=52003046

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167012065A KR101832864B1 (ko) 2013-11-06 2014-11-05 기체 반응 매질 플로우 관리용 매니폴드를 가지는 화학 반응기
KR1020167012732A KR101832865B1 (ko) 2013-11-06 2014-11-06 기상 발열 반응들의 점화를 위한 점화기를 갖는 다중-관형 화학 반응기
KR1020167013018A KR101832866B1 (ko) 2013-11-06 2014-11-06 액체와 기체 연료 겸용 개질 장치 및 그 개질방법

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167012065A KR101832864B1 (ko) 2013-11-06 2014-11-05 기체 반응 매질 플로우 관리용 매니폴드를 가지는 화학 반응기
KR1020167012732A KR101832865B1 (ko) 2013-11-06 2014-11-06 기상 발열 반응들의 점화를 위한 점화기를 갖는 다중-관형 화학 반응기

Country Status (9)

Country Link
US (4) US10106406B2 (ko)
EP (3) EP3065861A2 (ko)
JP (3) JP6357242B2 (ko)
KR (3) KR101832864B1 (ko)
CN (4) CN105706281B (ko)
AU (4) AU2014346844B2 (ko)
CA (3) CA2929816C (ko)
MX (4) MX2016005700A (ko)
WO (3) WO2015069762A2 (ko)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016148681A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-22 WATT Fuel Cell Corp Centrifugal blower system with internal gas mixing and gas phase chemical reactor incorporating same
US11117110B2 (en) * 2016-02-04 2021-09-14 Technip France Method for reducing temperature spread in reformer
CN106242978B (zh) * 2016-07-28 2018-08-31 南京工业大学 一种利用微反应装置制备防老剂6ppd的方法
DE102016122777A1 (de) * 2016-11-25 2018-05-30 Frima International Ag Gargerät
EP3710399A4 (en) * 2017-11-16 2021-07-21 Societé de Commercialisation des Produits de la Recherche Appliquée SOCPRA Sciences et Génie S.E.C INTEGRATED SOLAR MICROREACTORS FOR HYDROGEN SYNTHESIS BY STEAM REFORMING OF METHANE
WO2019117859A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 Kent State University Multifunctional manifold for electrochemical devices and methods for making the same
JP7239559B2 (ja) * 2018-03-27 2023-03-14 株式会社カネカ フロー式リアクター及びこれを有する製造設備
KR102075671B1 (ko) * 2018-04-06 2020-02-10 서울시립대학교 산학협력단 탈메틸화 장치 및 방법
KR102550860B1 (ko) * 2018-08-30 2023-07-04 와트 퓨얼 셀 코퍼레이션 개질기 및 연료 전지 시스템 용 컨테이너
US20210388515A1 (en) * 2018-10-29 2021-12-16 Battelle Energy Alliance, Llc Electrochemical cells for hydrogen gas production and electricity generation, and related structures, apparatuses, systems, and methods
MX2022002032A (es) * 2019-08-29 2022-03-11 WATT Fuel Cell Corp Reactor quimico multitubular con dispositivo de ignicion para el inicio de reacciones exotermicas en fase gaseosa.
EP3862076A1 (de) * 2020-02-10 2021-08-11 Linde GmbH Reaktor und verfahren zur durchführung einer chemischen reaktion
KR102541322B1 (ko) * 2021-03-29 2023-06-12 (주)바이오프랜즈 수소 생성 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2945077A (en) 1955-12-01 1960-07-12 Phillips Petroleum Co Process and apparatus for pressure and temperature control system
US20030064259A1 (en) 2001-10-01 2003-04-03 Gittleman Craig S. Method of delivering fuel and air to a fuel cell system
US20060029539A1 (en) 2004-08-06 2006-02-09 Conocophillips Company Synthesis gas process comprising partial oxidation using controlled and optimized temperature profile
US20110269032A1 (en) 2010-12-10 2011-11-03 Delphi Technologies, Inc. Combustor for a fuel cell system

Family Cites Families (209)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR937605A (fr) 1945-12-21 1948-08-23 Vickers Système de transmission de force
US3518284A (en) * 1967-02-20 1970-06-30 Shell Oil Co Partial oxidation of organic compounds
US3516284A (en) 1968-06-19 1970-06-23 Nasa Leak detector
US3560107A (en) 1968-09-25 1971-02-02 Gen Motors Corp Cooled airfoil
US3560167A (en) 1968-12-18 1971-02-02 Air Prod & Chem Upflow catalytic reactor for fluid hydrocarbons
GB1314984A (en) 1969-08-21 1973-04-26 Chemical Construction Corp Process for recovering and using waste heat in the steam reforming
US4588659A (en) 1984-12-11 1986-05-13 Energy Research Corporation Fuel vaporizer
GB2177318B (en) 1985-07-02 1989-01-18 Shell Int Research Catalytic conversion of gas or liquid in a multitube reactor
JPS62165461A (ja) 1986-01-16 1987-07-22 Casio Comput Co Ltd 構内呼出しシステム
JPH0513975Y2 (ko) * 1986-04-10 1993-04-14
GB8721964D0 (en) 1987-09-18 1987-10-28 Shell Int Research Multitube reactor
ZA911838B (en) 1990-04-03 1991-12-24 Standard Oil Co Ohio Endothermic reaction apparatus
US5149516A (en) 1990-10-15 1992-09-22 Mobil Oil Corp. Partial oxidation of methane over perovskite catalyst
DE9116447U1 (de) 1991-03-16 1992-10-08 Kiekert GmbH & Co KG, 5628 Heiligenhaus Elektromotorischer Antrieb für eine Zentralverriegelungsvorrichtung an einem Kraftfahrzeug
FR2696109B1 (fr) 1992-09-28 1994-11-04 Inst Francais Du Petrole Catalyseur d'oxydation et procédé d'oxydation partielle du méthane.
KR100327521B1 (ko) 1993-03-19 2002-07-03 이.아이,듀우판드네모아앤드캄파니 일체형화학가공장치및그제조방법
US5648582A (en) 1993-08-20 1997-07-15 Regents Of The University Of Minnesota Stable, ultra-low residence time partial oxidation
US5358696A (en) * 1993-12-01 1994-10-25 Texaco Inc. Production of H2 -rich gas
TW299345B (ko) 1994-02-18 1997-03-01 Westinghouse Electric Corp
CA2144201C (en) 1994-03-17 1999-05-25 Charles A. Maher, Jr. Electronic control system for a heating apparatus
US5573737A (en) 1994-09-27 1996-11-12 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Functionally gradient material for membrane reactors to convert methane gas into value-added products
EP1865060B1 (en) 1996-07-12 2010-11-17 Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale (Inserm) Transcriptional Intermediary Factor-2
US6245303B1 (en) 1998-01-14 2001-06-12 Arthur D. Little, Inc. Reactor for producing hydrogen from hydrocarbon fuels
US6033793A (en) 1996-11-01 2000-03-07 Hydrogen Burner Technology, Inc. Integrated power module
US5846641A (en) 1997-03-20 1998-12-08 Exxon Research And Engineering Company Multi-layer membrane composites and their use in hydrocarbon partical oxidation
JPH1179703A (ja) 1997-09-04 1999-03-23 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池用改質装置
GB9720353D0 (en) 1997-09-25 1997-11-26 Johnson Matthey Plc Hydrogen purification
NZ503606A (en) 1997-10-01 2002-05-31 Acumentrics Corp Integrated solid oxide fuel cell and reformer
AR017317A1 (es) 1997-10-14 2001-09-05 Shell Int Research Proceso de oxidacion parcial catalitica, un metodo y disposicion para generar energia electrica por medio de dicho proceso, y medio de transporteprovisto con dicha disposicion
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
JPH11139802A (ja) 1997-11-04 1999-05-25 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池用改質装置
DE19806810A1 (de) 1998-02-18 1999-08-19 Deggendorfer Werft Eisenbau Röhrenreaktor für katalytische Reaktionen
JP2000007301A (ja) 1998-06-29 2000-01-11 Ngk Insulators Ltd 改質反応装置
KR20010053268A (ko) 1998-06-30 2001-06-25 지스트라텐 알베르터스 빌헬머스 요안느 두 개의 촉매적-활성 금속을 이용한 촉매적 부분 산화
US6379586B1 (en) 1998-10-20 2002-04-30 The Boc Group, Inc. Hydrocarbon partial oxidation process
US6296814B1 (en) 1998-11-10 2001-10-02 International Fuel Cells, L.L.C. Hydrocarbon fuel gas reformer assembly for a fuel cell power plant
DE10007303B4 (de) 1999-02-23 2008-11-27 Witte-Velbert Gmbh & Co. Kg Befestigungsvorrichtung für Sitze, Sitzbänke oder dergleichen am Boden eines Kraftfahrzeuges oder dergleichen
JP2000247603A (ja) 1999-03-03 2000-09-12 Toyota Motor Corp 炭化水素系燃料の改質器
JP4355047B2 (ja) 1999-04-05 2009-10-28 石油資源開発株式会社 リホーミング用触媒およびこれを用いた合成ガスの製法
US6641625B1 (en) 1999-05-03 2003-11-04 Nuvera Fuel Cells, Inc. Integrated hydrocarbon reforming system and controls
JP3508094B2 (ja) 1999-06-15 2004-03-22 本田技研工業株式会社 燃料電池システムにおける液体燃料の蒸発制御方法
US6488907B1 (en) 1999-07-30 2002-12-03 Conoco Inc. Catalytic partial oxidation processes and catalysts with diffusion barrier coating
US6402989B1 (en) 1999-07-30 2002-06-11 Conoco Inc. Catalytic partial oxidation process and promoted nickel based catalysts supported on magnesium oxide
US6488838B1 (en) 1999-08-17 2002-12-03 Battelle Memorial Institute Chemical reactor and method for gas phase reactant catalytic reactions
US6383670B1 (en) 1999-10-06 2002-05-07 Idatech, Llc System and method for controlling the operation of a fuel processing system
US6497970B1 (en) 1999-10-15 2002-12-24 General Motors Corporation Controlled air injection for a fuel cell system
US6409940B1 (en) 1999-10-18 2002-06-25 Conoco Inc. Nickel-rhodium based catalysts and process for preparing synthesis gas
CA2317992A1 (en) 1999-11-08 2001-05-08 General Motors Corporation Down-sized water-gas-shift reactor
US7116717B1 (en) 1999-12-15 2006-10-03 Bigband Networks, Inc. Method and system for scalable representation, storage, transmission and reconstruction of media streams
KR100758942B1 (ko) 1999-12-28 2007-09-14 다이킨 고교 가부시키가이샤 부분산화 개질장치
US6465118B1 (en) 2000-01-03 2002-10-15 Idatech, Llc System and method for recovering thermal energy from a fuel processing system
US6458334B1 (en) 2000-03-02 2002-10-01 The Boc Group, Inc. Catalytic partial oxidation of hydrocarbons
JP3678118B2 (ja) 2000-06-01 2005-08-03 日産自動車株式会社 燃料改質システム
US6887436B1 (en) 2000-06-27 2005-05-03 Delphi Technologies, Inc. Fast light-off catalytic reformer
US6869456B2 (en) 2000-06-27 2005-03-22 Delphi Technologies, Inc. Method for starting a fast light-off catalytic fuel reformer
EP1299920B1 (en) 2000-07-10 2010-12-08 Versa Power Systems, Ltd. Integrated module for solid oxide fuel cell systems
US6521204B1 (en) 2000-07-27 2003-02-18 General Motors Corporation Method for operating a combination partial oxidation and steam reforming fuel processor
US7048897B1 (en) 2000-08-28 2006-05-23 Motorola, Inc. Hydrogen generator utilizing ceramic technology
DE10046692C2 (de) 2000-09-21 2003-09-18 Ballard Power Systems Vorrichtung zur Verdampfung einer Flüssigkeit
JP3874334B2 (ja) 2000-10-13 2007-01-31 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP4728475B2 (ja) 2000-11-06 2011-07-20 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
US7069435B2 (en) 2000-12-19 2006-06-27 Tricipher, Inc. System and method for authentication in a crypto-system utilizing symmetric and asymmetric crypto-keys
JP4130302B2 (ja) 2000-12-22 2008-08-06 本田技研工業株式会社 燃料電池用燃料ガス生成装置
US7294421B2 (en) 2001-02-07 2007-11-13 Delphi Technologies, Inc. Solid oxide auxiliary power unit reformate control
US6656623B2 (en) 2001-02-15 2003-12-02 Siemens Westinghouse Power Corporation Low-cost atmospheric SOFC power generation system
US7192458B1 (en) 2001-03-22 2007-03-20 Hyradix Incorporated Process, control system and apparatus for the distribution of air in a fuel cell/fuel processor system
CN1264600C (zh) 2001-04-26 2006-07-19 德士古发展公司 紧凑的单室燃料处理装置
US20020160239A1 (en) 2001-04-27 2002-10-31 Plug Power Inc. Integrated high temperature PEM fuel cell system
JP4713758B2 (ja) 2001-05-01 2011-06-29 本田技研工業株式会社 燃料電池発電システム及びその運転方法
US20020179887A1 (en) 2001-05-01 2002-12-05 Yongxian Zeng Supported perovskite-type oxides and methods for preparation thereof
JP4045755B2 (ja) 2001-05-23 2008-02-13 日産自動車株式会社 燃料電池システム
PT1425814E (pt) 2001-06-04 2006-08-31 Acumentrics Corp Sistema de tubos horizontais para celula de combustivel e metodos
JP2003081603A (ja) 2001-07-04 2003-03-19 Hitachi Ltd 水素製造装置及びそれを用いた発電システム
US6872379B2 (en) 2001-08-15 2005-03-29 Sulzer Hexis Ag Method for the reformation of fuels, in particular heating oil
US6635544B2 (en) 2001-09-07 2003-10-21 Power Intergrations, Inc. Method of fabricating a high-voltage transistor with a multi-layered extended drain structure
US20030054215A1 (en) 2001-09-20 2003-03-20 Honeywell International, Inc. Compact integrated solid oxide fuel cell system
US20030064269A1 (en) 2001-10-02 2003-04-03 Kelly Sean M. Fuel cell stack having a featured interconnect element
US6887456B2 (en) 2001-10-05 2005-05-03 Conocophillips Company Catalyst system for enhanced flow syngas production
JP3826770B2 (ja) 2001-11-16 2006-09-27 日産自動車株式会社 燃料改質システム
JP2003160301A (ja) 2001-11-22 2003-06-03 Mitsubishi Electric Corp 改質器
US20050154046A1 (en) 2004-01-12 2005-07-14 Longgui Wang Methods of treating an inflammatory-related disease
US8409539B2 (en) * 2002-02-27 2013-04-02 Basf Aktiengesellschaft Reactor and method for producing phosgene
JP2003272691A (ja) * 2002-03-20 2003-09-26 Toshiba International Fuel Cells Corp 燃料電池発電装置および燃料電池発電装置の運転方法
KR100525668B1 (ko) 2002-03-26 2005-11-02 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 연료 전지 시스템
JP2003306307A (ja) 2002-04-09 2003-10-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質装置
US6833536B2 (en) 2002-05-22 2004-12-21 Applera Corporation Non-contact radiant heating and temperature sensing device for a chemical reaction chamber
JP4178830B2 (ja) 2002-05-08 2008-11-12 日産自動車株式会社 燃料改質システム
US7001867B2 (en) 2002-05-21 2006-02-21 Conocophillips Company Rare earth aluminates and gallates supported rhodium catalysts for catalytic partial oxidation of hydrocarbons
US7125528B2 (en) 2002-05-24 2006-10-24 Bp Corporation North America Inc. Membrane systems containing an oxygen transport membrane and catalyst
US6881508B2 (en) 2002-05-30 2005-04-19 Plug Power, Inc. Apparatus and method for controlling a fuel cell system
US20030234455A1 (en) 2002-06-24 2003-12-25 Mieney Harry R. Non-contacting fuel vaporizer
US6921596B2 (en) 2002-06-24 2005-07-26 Delphi Technologies, Inc. Solid-oxide fuel cell system having an integrated reformer and waste energy recovery system
US7037349B2 (en) 2002-06-24 2006-05-02 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for fuel/air preparation in a fuel cell
WO2004007355A1 (ja) 2002-07-11 2004-01-22 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha 蒸発器
DE10231883B4 (de) 2002-07-12 2008-01-17 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Verdampferanordnung, insbesondere zur Erzeugung eines in einem Reformer zur Wasserstoffgewinnung zersetzbaren Kohlenwasserstoff/Mischmaterial-Gemisches
US6790431B2 (en) 2002-07-16 2004-09-14 Conocophillips Company Reactor for temperature moderation
US7097787B2 (en) 2002-07-19 2006-08-29 Conocophillips Company Utilization of micro-channel gas distributor to distribute unreacted feed gas into reactors
US20040077496A1 (en) 2002-07-26 2004-04-22 Shizhong Zhao Catalyst
US7118717B2 (en) 2002-09-06 2006-10-10 Engelhard Corporation Simplified article for carbon monoxide removal
US7232352B2 (en) 2002-09-10 2007-06-19 Deborah Kutny Splaine Paddle hand grips and method for making and using same
JP4425560B2 (ja) 2002-09-24 2010-03-03 コンビ株式会社 ベビーカー
US7404936B2 (en) 2002-10-22 2008-07-29 Velocys Catalysts, in microchannel apparatus, and reactions using same
AU2003286894A1 (en) 2002-11-05 2004-06-07 Millennium Cell, Inc. Hydrogen generator
US20040138317A1 (en) 2002-11-11 2004-07-15 Conocophillips Company Supports for high surface area catalysts
US7090826B2 (en) 2002-12-23 2006-08-15 The Boc Group, Inc. Monolith based catalytic partial oxidation process for syngas production
US20040144030A1 (en) 2003-01-23 2004-07-29 Smaling Rudolf M. Torch ignited partial oxidation fuel reformer and method of operating the same
FR2850372B1 (fr) 2003-01-23 2006-06-09 Inst Francais Du Petrole Nouveau reacteur d'oxydation partielle
JP3873171B2 (ja) 2003-03-25 2007-01-24 カシオ計算機株式会社 改質装置及び発電システム
DE10317451A1 (de) 2003-04-16 2004-11-18 Degussa Ag Reaktor für heterogen katalysierte Reaktionen
JP2004342413A (ja) 2003-05-14 2004-12-02 Toshiba Corp 燃料電池システム
US20050028445A1 (en) 2003-07-31 2005-02-10 Subir Roychoudhury Method and system for catalytic gasification of liquid fuels
US7121407B2 (en) 2003-09-08 2006-10-17 Plano Molding Company Utility case
ITMI20031739A1 (it) 2003-09-11 2005-03-12 Enitecnologie Spa Procedimento di ossidazione parziale catalitica per
KR100558970B1 (ko) 2003-09-26 2006-03-10 한국에너지기술연구원 자체 기동 기능이 있는 콤팩트형 부분산화반응 공정
US7156866B1 (en) 2003-10-15 2007-01-02 Riggs Jeffrey M Holistic method of treating injured or pathologic tissue with a laser
US20050081444A1 (en) 2003-10-17 2005-04-21 General Electric Company Catalytic partial oxidation processor with heat exchanger for converting hydrocarbon fuels to syngas for use in fuel cells and method
US7285247B2 (en) 2003-10-24 2007-10-23 Arvin Technologies, Inc. Apparatus and method for operating a fuel reformer so as to purge soot therefrom
JP3985771B2 (ja) * 2003-10-27 2007-10-03 トヨタ自動車株式会社 燃料改質装置および燃料改質方法
DE10359205B4 (de) 2003-12-17 2007-09-06 Webasto Ag Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat
JP4349122B2 (ja) 2003-12-25 2009-10-21 マックス株式会社 予備ステープル収納部を備えたステープラ
CN1636860B (zh) 2003-12-26 2011-04-20 松下电器产业株式会社 氢生成装置和使用该装置的燃料电池系统
US20050142049A1 (en) 2003-12-31 2005-06-30 Amsden Jeffrey M. Multi-tubular reactors with monolithic catalysts
JP4464692B2 (ja) 2004-01-19 2010-05-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US7422810B2 (en) 2004-01-22 2008-09-09 Bloom Energy Corporation High temperature fuel cell system and method of operating same
US7517372B2 (en) 2004-02-26 2009-04-14 General Motors Corporation Integrated fuel processor subsystem with quasi-autothermal reforming
KR100570754B1 (ko) 2004-02-26 2006-04-12 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
DE102004010014B4 (de) 2004-03-01 2011-01-05 Enerday Gmbh Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat
US8277524B2 (en) 2004-03-16 2012-10-02 Delphi Technologies, Inc. Reformer start-up strategy for use in a solid oxide fuel cell control system
US7364812B2 (en) 2004-03-19 2008-04-29 Pittsburgh Electric Engines, Inc. Multi-function solid oxide fuel cell bundle and method of making the same
JP4761722B2 (ja) * 2004-03-26 2011-08-31 京セラ株式会社 燃料電池
KR100939134B1 (ko) 2004-04-08 2010-01-28 에이치에스씨 디벨럽먼트 엘엘씨 모낭 추출 방법 및 장치
KR100589408B1 (ko) 2004-04-29 2006-06-14 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템
US7335432B2 (en) 2004-04-30 2008-02-26 Motorola, Inc. Solid oxide fuel cell portable power source
US7415312B2 (en) 2004-05-25 2008-08-19 Barnett Jr James R Process module tuning
KR101126201B1 (ko) 2004-06-23 2012-03-28 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
KR100627334B1 (ko) 2004-06-29 2006-09-25 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 개질기 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
KR100599685B1 (ko) 2004-06-30 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
US7585810B2 (en) 2004-09-01 2009-09-08 Umicore Ag & Co. Kg Method for partial oxidation of hydrocarbons, catalyst member therefor and method of manufacture
US20060051634A1 (en) 2004-09-09 2006-03-09 Genesis Fueltech, Inc. Power controller for fuel cell
JP2008513326A (ja) 2004-09-20 2008-05-01 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ 液体炭化水素質燃料の触媒部分酸化方法
ITMI20041860A1 (it) 2004-09-30 2004-12-30 Eni Spa Apparecchiatura per nebulizzare una corrente liquida con una corrente disperdente gassosa e miscelare il prodotto nebulizzato con un'ulteriore corrente gassosa adatta in apparecchiature per effettuare ossidazioni parziali catalitiche e relativo proce
JP2006172896A (ja) 2004-12-15 2006-06-29 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池及び燃料電池用配流板
US8062991B2 (en) 2004-12-22 2011-11-22 General Electric Company Catalyst system and method for the reduction of NOx
JP4767543B2 (ja) 2005-01-07 2011-09-07 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 固体酸化物形燃料電池システムの起動方法
JP5100008B2 (ja) 2005-01-18 2012-12-19 セイコーインスツル株式会社 燃料電池システムの運転方法及び燃料電池システム
US7514387B2 (en) 2005-02-15 2009-04-07 Umicore Ag & Co. Kg Reformer and method of making the same
DE102005030416B4 (de) * 2005-06-30 2007-06-21 Stockhausen Gmbh Anordnung und Verfahren zur Erwärmung und Begasung eines polymerisationsfähigen Stoffes sowie Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung hochreiner (Meth)Acrylsäure
US7947407B2 (en) 2005-04-27 2011-05-24 Lilliputian Systems, Inc. Fuel cell apparatus having a small package size
JP4726200B2 (ja) 2005-05-23 2011-07-20 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
KR100669393B1 (ko) 2005-07-22 2007-01-16 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템용 개질기 촉매, 그를 포함하는 연료 전지시스템용 개질기 및 연료 전지 시스템
US7858214B2 (en) 2005-09-21 2010-12-28 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for light internal reforming in a solid oxide fuel cell system
JP4551852B2 (ja) 2005-09-28 2010-09-29 株式会社クボタ 多気筒エンジン
US20070104641A1 (en) 2005-11-08 2007-05-10 Ahmed M M Method of controlling oxygen addition to a steam methane reformer
US7691160B2 (en) 2005-11-17 2010-04-06 Delphi Technologies, Inc. Fuel reformer and methods for using the same
JP4839821B2 (ja) 2005-12-19 2011-12-21 カシオ計算機株式会社 電源システム、電源システムの制御装置及び電源システムの制御方法
US20070183949A1 (en) 2006-02-08 2007-08-09 Fischer Bernhard A Hydrocarbon reformer system including a pleated static mixer
JP5154030B2 (ja) 2006-05-18 2013-02-27 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
DE102006025664B4 (de) 2006-06-01 2018-03-08 Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh Baugruppe zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gases
US7686856B2 (en) * 2006-06-19 2010-03-30 Praxair Technology, Inc. Method and apparatus for producing synthesis gas
JP4805736B2 (ja) * 2006-06-29 2011-11-02 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 間接内部改質型固体酸化物形燃料電池
US20080187797A1 (en) 2006-07-10 2008-08-07 Protonex Technology Corporation Fuel processor for fuel cell systems
US20080169449A1 (en) 2006-09-08 2008-07-17 Eltron Research Inc. Catalytic membrane reactor and method for production of synthesis gas
WO2008053007A1 (en) 2006-10-31 2008-05-08 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for the production of hydrogen
US7736399B2 (en) 2006-11-07 2010-06-15 Delphi Technologies, Inc. Electrically-heated metal vaporizer for fuel/air preparation in a hydrocarbon reformer assembly
US7985609B2 (en) 2006-11-17 2011-07-26 Canon Kabushiki Kaisha Light-emitting apparatus and production method thereof
US20080138273A1 (en) 2006-12-11 2008-06-12 Yi Jiang Wall flow reactor for hydrogen production
US7505547B2 (en) 2006-12-22 2009-03-17 Global Nuclear Fuel-Americas, Llc Assembly and method for mounting a fuel assembly having a predefined orientation within a nuclear reactor
US20080152970A1 (en) 2006-12-22 2008-06-26 Rush Kenneth M Minimizing coke formation in a reformer
JP5064830B2 (ja) 2007-02-16 2012-10-31 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 改質器システム、燃料電池システム、及びその運転方法
CA2683708A1 (en) 2007-04-13 2008-10-23 Energy Conversion Technology As Hydrogen system and method for starting up a hydrogen system
WO2008147860A1 (en) 2007-05-22 2008-12-04 Praxair Technology, Inc. Dual mode reactor smr integration
US7846599B2 (en) 2007-06-04 2010-12-07 Bloom Energy Corporation Method for high temperature fuel cell system start up and shutdown
US8920997B2 (en) 2007-07-26 2014-12-30 Bloom Energy Corporation Hybrid fuel heat exchanger—pre-reformer in SOFC systems
US20120164547A1 (en) 2007-07-26 2012-06-28 Bloom Energy Corporation CPOX Reactor Design for Liquid Fuel and Liquid Water
JP5214190B2 (ja) 2007-08-01 2013-06-19 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
JP2009087684A (ja) 2007-09-28 2009-04-23 Casio Comput Co Ltd 燃料電池システム並びに燃料電池システムの動作方法及び制御方法
KR100971745B1 (ko) 2007-10-30 2010-07-21 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 그 운전방법
ITMI20072228A1 (it) 2007-11-23 2009-05-24 Eni Spa Procedimento per produrre gas di sintesi e idrogeno a partire da idrocarburi liquidi e gassosi
CA2709887C (en) 2007-12-18 2016-10-18 Dow Technology Investments Llc Tube reactor having an insert for reduced volume outlet head space
KR100971743B1 (ko) 2007-12-27 2010-07-21 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템용 개질기
US8337757B2 (en) 2008-02-07 2012-12-25 Precision Combustion, Inc. Reactor control method
WO2009105191A2 (en) 2008-02-19 2009-08-27 Bloom Energy Corporation Fuel cell system containing anode tail gas oxidizer and hybrid heat exchanger/reformer
US8163046B2 (en) * 2008-03-28 2012-04-24 IFP Energies Nouvelles Start-up process for a unit for producing highly thermally-integrated hydrogen by reforming a hydrocarbon feedstock
US8133463B1 (en) 2008-04-14 2012-03-13 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Pyrochlore-type catalysts for the reforming of hydrocarbon fuels
JP2009266541A (ja) 2008-04-24 2009-11-12 Nippon Oil Corp 間接内部改質型固体酸化物形燃料電池システムの運転方法
US7976787B2 (en) 2008-08-20 2011-07-12 Delphi Technologies, Inc. Fuel cell reformer
JP5227706B2 (ja) 2008-09-08 2013-07-03 本田技研工業株式会社 改質装置
TW201011966A (en) 2008-09-11 2010-03-16 Tatung Co Fuel cell system and operating method thereof
US20100175379A1 (en) * 2009-01-09 2010-07-15 General Electric Company Pre-mix catalytic partial oxidation fuel reformer for staged and reheat gas turbine systems
US8304122B2 (en) 2009-02-06 2012-11-06 Protonex Technology Corporation Solid oxide fuel cell systems with hot zones having improved reactant distribution
US8557451B2 (en) 2009-04-10 2013-10-15 Protonex Technology Corporation Fuel processor for fuel cell systems
CA2763056C (en) 2009-05-22 2018-07-24 Battelle Memorial Institute Integrated fuel processor and fuel cell system control method
US8224622B2 (en) * 2009-07-27 2012-07-17 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Method and apparatus for distribution-independent outlier detection in streaming data
US8617763B2 (en) 2009-08-12 2013-12-31 Bloom Energy Corporation Internal reforming anode for solid oxide fuel cells
US20110189578A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Adaptive Materials, Inc. Fuel cell system including a resilient manifold interconnecting member
US20110195333A1 (en) * 2010-02-08 2011-08-11 Adaptive Materials, Inc. Fuel cell stack including internal reforming and electrochemically active segements connected in series
US20110223549A1 (en) * 2010-05-31 2011-09-15 Resource Rex, LLC Laminar Flow Combustion System and Method for Enhancing Combustion Efficiency
DE102010042034A1 (de) 2010-10-06 2012-04-12 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem
RU2580684C2 (ru) * 2010-11-11 2016-04-10 Басф Се Способ и устройство для получения ацетилена и синтез-газа
US8257669B2 (en) 2010-12-22 2012-09-04 Delphi Technologies, Inc. Multi-tube chemical reactor with tessellated heat transfer fins
US9282338B2 (en) 2011-06-20 2016-03-08 Qualcomm Incorporated Unified merge mode and adaptive motion vector prediction mode candidates selection
US9017893B2 (en) 2011-06-24 2015-04-28 Watt Fuel Cell Corp. Fuel cell system with centrifugal blower system for providing a flow of gaseous medium thereto
US8652707B2 (en) 2011-09-01 2014-02-18 Watt Fuel Cell Corp. Process for producing tubular ceramic structures of non-circular cross section
US9452548B2 (en) 2011-09-01 2016-09-27 Watt Fuel Cell Corp. Process for producing tubular ceramic structures
JP2015504033A (ja) * 2011-10-18 2015-02-05 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイＳｈｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｍａａｔｓｃｈａｐｐｉｊ Ｂｅｓｌｏｔｅｎｖｅｎｎｏｏｔｓｈａｐ 合成ガスの製造
DE102011088483A1 (de) 2011-12-14 2013-06-20 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Haushaltsgerät und Verfahren
US9774055B2 (en) 2012-03-01 2017-09-26 Watt Fuel Cell Corp. Tubular solid oxide fuel cell assembly and fuel cell device incorporating same
KR101213046B1 (ko) * 2012-09-18 2012-12-18 국방과학연구소 연료 개질기의 제어 방법
US20140335483A1 (en) 2013-05-13 2014-11-13 Google Inc. Language proficiency detection in social applications

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2945077A (en) 1955-12-01 1960-07-12 Phillips Petroleum Co Process and apparatus for pressure and temperature control system
US20030064259A1 (en) 2001-10-01 2003-04-03 Gittleman Craig S. Method of delivering fuel and air to a fuel cell system
US20060029539A1 (en) 2004-08-06 2006-02-09 Conocophillips Company Synthesis gas process comprising partial oxidation using controlled and optimized temperature profile
US20110269032A1 (en) 2010-12-10 2011-11-03 Delphi Technologies, Inc. Combustor for a fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
MX2016005700A (es) 2016-08-12
MX2016005896A (es) 2016-08-17
WO2015069762A3 (en) 2015-10-15
US10414650B2 (en) 2019-09-17
AU2014346844B2 (en) 2017-06-15
WO2015069835A2 (en) 2015-05-14
AU2017258980A1 (en) 2017-11-30
US20160272492A1 (en) 2016-09-22
US10364150B2 (en) 2019-07-30
JP2017501872A (ja) 2017-01-19
CA2929544A1 (en) 2015-05-14
KR101832864B1 (ko) 2018-02-27
EP3065861A2 (en) 2016-09-14
EP3065859A2 (en) 2016-09-14
AU2014346722A1 (en) 2016-05-26
US20160280540A1 (en) 2016-09-29
CN110302722B (zh) 2021-12-14
KR20160083010A (ko) 2016-07-11
CA2929816C (en) 2018-03-13
AU2014346740B2 (en) 2017-05-25
MX2021012426A (es) 2021-11-18
AU2014346722B2 (en) 2017-08-17
CA2929544C (en) 2018-03-13
CN110302722A (zh) 2019-10-08
WO2015069835A3 (en) 2015-07-23
CN105874636B (zh) 2019-07-30
AU2017258980B2 (en) 2018-10-18
AU2014346740A1 (en) 2016-05-12
KR20160083002A (ko) 2016-07-11
CN105706281B (zh) 2019-07-26
US20160264416A1 (en) 2016-09-15
JP2016538235A (ja) 2016-12-08
WO2015069907A3 (en) 2015-11-05
CN105874636A (zh) 2016-08-17
CA2929816A1 (en) 2015-05-14
JP6286061B2 (ja) 2018-02-28
WO2015069907A2 (en) 2015-05-14
CA2929417C (en) 2020-02-18
US10106406B2 (en) 2018-10-23
JP6357242B2 (ja) 2018-07-11
JP2016538132A (ja) 2016-12-08
CN105705225B (zh) 2018-03-20
CN105706281A (zh) 2016-06-22
KR101832865B1 (ko) 2018-02-27
CN105705225A (zh) 2016-06-22
CA2929417A1 (en) 2015-05-14
JP6204605B2 (ja) 2017-09-27
US20190375634A1 (en) 2019-12-12
MX2016005909A (es) 2016-08-17
EP3065862A2 (en) 2016-09-14
KR20160083007A (ko) 2016-07-11
US10858247B2 (en) 2020-12-08
WO2015069762A2 (en) 2015-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101832866B1 (ko) 액체와 기체 연료 겸용 개질 장치 및 그 개질방법
JP6835365B2 (ja) 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
KR101796509B1 (ko) 액체 연료 촉매 부분산화 개질 장치 및 촉매 부분산화 개질 방법
US11254568B2 (en) Liquid fuel CPOX reformer and fuel cell systems, and methods of producing electricity
US11673111B2 (en) Multi-tubular chemical reactor with igniter for initiation of gas phase exothermic reactions

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant