WO2002040619A2 - Verfahren und vorrichtung zur reduktion des kohlenmonoxidgehalts in einem wasserstoffhaltigen gasstrom, sowie reformeranlage - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur reduktion des kohlenmonoxidgehalts in einem wasserstoffhaltigen gasstrom, sowie reformeranlage Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the carbon monoxide content in a hydrogen-rich gas mixture stream according to the preamble of claim 1, a multi-stage shift reactor for reducing the carbon monoxide content in a hydrogen-rich gas mixture stream according to the preamble of claim 2, and to a reformer system comprising a multi-stage shift reactor.
  • a hydrogen-rich gas mixture stream prepared in this way is used, for example, for the purpose of operating a, preferably mobile, fuel cell.
  • Steam reforming is known to be used to reform a gas stream containing hydrocarbons or hydrocarbon derivatives such as methanol.
  • the steam reforming is used to generate a hydrogen-rich gas mixture stream, the hydrogen obtained being required, for example, to operate a fuel cell system.
  • the steam reforming reactions are essentially endothermic and take place at a reaction temperature which is higher than room temperature.
  • hydrogen cannot be made available immediately with the steam reforming; rather, the reformer system must first be brought to an appropriate operating temperature.
  • the hydrocarbon-containing gas mixture stream is burned with the addition of an oxygen-containing gas mixture stream, elemental hydrogen and, as a by-product, carbon monoxide being produced, among other things.
  • the carbon monoxide portion must be removed from the gas flow for the operation of fuel cells, since currently known fuel cells (e.g. PEM fuel cells) only guarantee trouble-free operation in the presence of very small amounts of carbon monoxide. For example, when operating a known low-temperature fuel cell, only concentrations of less than 50 ppm ("parts per million") of carbon monoxide in the gas stream are permitted.
  • the primary reaction equation for partial oxidation is:
  • C m H n stands for a hydrocarbon compound, where m is the number of carbon atoms and n is the number of hydrogen atoms.
  • shift reactions mainly take place in a delimited part of a reformer plant, which is named “shift reactor” here. While in steam reforming a high temperature leads to a high conversion rate of the starting materials and to a high reaction rate, which also generates an increased proportion of carbon monoxide, the chemical equilibrium of the shift reaction shifts in the opposite direction. These reactions therefore take place more slowly, which means that the carbon monoxide concentration in the gas mixture stream can no longer be significantly reduced.
  • US Pat. No. 6,132,689 discloses a multi-stage, isothermal reactor for carrying out a partial oxidation and a selective catalytic oxidation of carbon monoxide.
  • the reactor has a multiplicity of catalytically active coated heat exchangers arranged one behind the other, which are connected to one another via a mixing chamber.
  • This plate-wise reactor ensures the production of hydrogen on the one hand with the help of partial oxidation and on the other hand lowers the carbon monoxide content. Since an increase in the carbon monoxide concentration can be observed when the temperatures in the reactor are too high, a coolant flows through the heat exchanger.
  • the heat exchangers are surrounded by a common housing into which the hydrocarbon-containing gas and oxygen are introduced.
  • a further method or a further device for the selective catalytic oxidation of carbon monoxide is known, for example, from EP 0 776 861 B1, where it is proposed to introduce the oxidizing gas into a carbon monoxide oxidation reactor in a controlled or regulated flow rate, the heat development of the exothermic ones Carbon monoxide oxidation reaction is specifically influenced.
  • passive cooling of the gas mixture flow using static mixer structures is proposed.
  • EP 0 776 861 B1 discloses a plate reactor which has an arbitrarily selectable number of individual plate reactor modules. These individual modules are arranged one behind the other in the direction of flow of the gas mixture stream, a heat-absorbing space being formed between each two modules.
  • Both reactors have in common that the reduction of the carbon monoxide content takes place in the immediate vicinity of a plate-shaped heat exchanger. A cooling medium flows through the heat exchanger since the partial oxidation is known to be exothermic.
  • EP 0 361 648 B1 describes a shift reaction which takes place in two stages. The temperature in the first stage is 350 ° C to 500 ° C, while the temperature in the second stage is 200 ° C to 280 ° C.
  • DE 19625 093 AI and DE-OS 2 054942 also disclose shift reactors which have several stages of different temperatures flowing through the reactant gases in succession. The cooling between the stages takes place through heat exchangers. These shift reactors have the disadvantage that the temperature rises in the direction of flow within a reaction stage. Due to the strong temperature dependence of the shift reaction, precise control of the reaction conditions is not possible.
  • the method for reducing the carbon monoxide content in a hydrogen-rich gas mixture stream is based on flowing through at least two catalyst carrier bodies which are arranged one behind the other in the flow direction.
  • the catalyst carrier bodies have a honeycomb structure with channels through which flows. When flowing through these channels, the exothermic shift reaction given above takes place, the exact bene exothermic shift reaction instead, the exact reaction conditions such as the position of the reaction equilibrium depends on the temperature of the gas mixture stream.
  • At least one heat exchanger through which the gas mixture stream flows is arranged at least between the catalyst carrier bodies. This at least one heat exchanger allows the setting of a predeterminable temperature in the gas mixture stream, which can essentially be maintained despite the exothermic reaction taking place.
  • the honeycomb structure of the catalyst carrier body offers a very large surface area with a smaller volume, for example in comparison to a plate reactor with the same surface area.
  • the multistage shift reactor can be flowed through by a hydrogen-rich gas mixture in a flow direction, at least two catalyst support bodies being arranged one behind the other in the flow direction and having a honeycomb structure with channels through which the gas mixture flow can flow.
  • a heat exchanger is arranged at least between the at least two catalyst carrier bodies. With the help of the at least one heat exchanger, a predeterminable temperature can be set exactly over the axial length of the shift reactor.
  • the honeycomb-shaped configuration of the catalyst carrier body provides a very large surface area with which the gas mixture flow comes into contact when flowing through the channels, a smaller volume being required at the same time as compared to a plate-shaped structure.
  • the multi-stage structure of the shift reactor according to the invention is particularly advantageous with regard to the influencing variables of the shift reactions.
  • the shift reaction is very temperature-dependent, so that the reaction equilibrium can be influenced via the temperature.
  • the shift reactor ensures rapid adaptation to changed temperatures in the gas mixture stream and / or in the shift reactor, such as, for example, during a cold start or under strongly varying load conditions of the reformer system 1 -
  • the latter preferably has at least one sensor.
  • each catalyst carrier body of the multi-stage shift reactor has a unit cross-sectional area with a predeterminable channel density, the channel density per unit cross-sectional area of the catalyst carrier body increasing in the flow direction.
  • the channel density per unit cross-sectional area of the last catalyst support body arranged in the flow direction is greater than 1200 cpsi ("cells per square inch"), preferably even greater than 1600 cpsi. In this way, for example, a concentration of carbon monoxide in the hydrogen-rich gas mixture stream of less than 500 ppm, possibly even less than 50 ppm, is achieved.
  • each catalyst support body of the multi-stage shift reactor has a surface-specific heat capacity, the surface-specific heat capacity of the catalyst support body decreasing in the direction of flow.
  • a reduced heat capacity has the result that only a smaller amount of heat is withdrawn from the gas mixture stream flowing through the exhaust gas catalyst carrier body. This is particularly advantageous with regard to the temperature dependence of the shift reaction. It can be observed that, especially at relatively low temperatures, a slight lowering of the reaction temperature results in a clear shift to lower reaction rates.
  • a very low surface-specific heat capacity of the catalyst carrier body arranged last in the direction of flow is particularly advantageous since the desired temperatures can be set very precisely.
  • the catalyst carrier bodies have sheet metal layers which are at least partially structured so that the gas mixture flow can flow through them.
  • the sheet layers preferably have sheets that have a thickness of less than 0.08 mm. It is particularly advantageous to design the sheets of the sheet metal layers of the last catalyst support body arranged in the flow direction with a thickness of 0.04 mm, in particular less than 0.02 mm.
  • the design of the catalyst carrier body with metallic sheet metal layers has the advantage that very thin channel walls are formed, as a result of which catalyst carrier bodies with very low surface-specific heat capacities and a very high channel density can be produced.
  • the channels of the catalyst carrier bodies with sheet metal layers, which preferably have structured and smooth sheets, at least one structured and or smooth sheet being designed with elevations which cause a swirling of the gas mixture stream flowing through the channels.
  • sheet metal layers which preferably have structured and smooth sheets, at least one structured and or smooth sheet being designed with elevations which cause a swirling of the gas mixture stream flowing through the channels.
  • stacks of alternately structured and smooth sheets are formed, which are then bound or looped to the outer shape of the catalyst carrier body.
  • the elevations extend at least partially into the interior of the channels, flow edges being formed which cause swirling of the gas mixture stream flowing through. This allows a particularly good contact of the gas mixture stream flowing through with the channel walls on the one hand and ensures sufficient mixing of the reactants in the gas mixture stream.
  • the honeycomb structure has at least one catalyst carrier body, openings through which partial gas mixture flows from adjacent channels can flow.
  • communicating channels are formed which enable particularly good mixing of the gas mixture stream.
  • further gas streams for example water or oxygen
  • These water or oxygen-containing gas streams provide the reactants that are required in the partial oxidation or shift reaction to reduce the carbon monoxide content and to generate hydrogen. ;
  • At least one catalyst carrier body have a catalytically active coating, which preferably has a zeolite structure.
  • a catalytically active coating which preferably has a zeolite structure.
  • the use of catalysts shifts the desired reaction rates and equilibria towards lower temperatures, avoiding high thermal loads on the catalyst support bodies.
  • a catalytically active coating with a zeolite structure has a very jagged surface, which ensures intensive contact of the gas mixture stream with the surface area thus enlarged.
  • Iron and chromium oxides are particularly suitable for high-temperature conversion (approx. 320 ° C to 420 ° C), while low-temperature conversion (approx. 180 ° C to 250 ° C) is preferably carried out using copper oxide or zinc oxide catalysts.
  • the multi-stage shift reactor has a plurality of heat exchangers, each of which has an inlet side
  • the heat exchangers are arranged in such a way that the heat is introduced into the shift reactor, for example distributed over its circumference or alternately. In this way, a very homogeneous temperature distribution is generated in the gas mixture stream, the chemical conversion processes being very precisely adjustable.
  • two, in particular two adjacent, catalyst carrier bodies have an equivalent temperature level. This means that the temperature in the shift reactor is controlled by relatively simple control loops that only compare two temperatures must be done. This advantageously simplifies the effort that must be taken to regulate the temperature.
  • a reformer system for reforming a hydrocarbon-containing gas mixture stream for a fuel cell in particular in a motor vehicle, which comprises a device for the partial oxidation of a hydrocarbon-containing gas mixture stream and an exhaust gas cleaning system, the reformer system having a multi-stage shift reactor according to the invention. Due to the very good cold start and load change behavior of the multi-stage shift reactor, such a reformer system is very suitable for generating hydrogen as an energy source for a mobile fuel cell. It is particularly advantageous to design the reactor unit as part of the exhaust gas cleaning system. The exhaust gas cleaning system lowers components of the gas mixture stream that are harmful to the operation of the fuel cell, such as carbon monoxide. The integration of the reactor unit in an exhaust system allows a very compact reformer system.
  • the reactor unit is connected directly downstream of the device for partial oxidation of the hydrocarbon-containing gas mixture stream in the direction of flow. Because of the partial oxidation, the gas mixture stream is already heated so strongly that the shift reaction in the first catalyst carrier body of the shift reactor can proceed almost immediately after a cold start with an increased reaction rate. This is particularly desirable with regard to mobile reformer systems.
  • FIG. 5 schematically shows an embodiment of a reformer system with a fuel cell.
  • FIG. 1 shows schematically and in a longitudinal section an embodiment of a multi-stage shift reactor 1 according to the invention.
  • the shift reactor 1 has an axial length 27, the embodiment shown having three catalyst carrier bodies 3.
  • a heat exchanger 4 is arranged between each of the catalyst carrier bodies 3.
  • the shift reactor 1 is flowed through by a gas mixture flow in a flow direction 2, the catalyst support bodies 3 having channels 6 through which the gas mixture flow flows.
  • a nozzle 21 is arranged upstream of the first arranged catalyst carrier body 3, with which a water-containing or oxygen-containing gas stream can be introduced, for example.
  • the heat exchangers 4 each have an inlet side 17, via which a medium 20 is introduced into the interior of the shift reactor 1.
  • the illustrated embodiment of the shift reactor 1 shows an alternating arrangement of the heat exchangers 4, the inlet sides 17 of the heat exchangers 4 being arranged opposite one another.
  • Such a shift reactor 1 can be operated, for example, in such a way that the temperature remains essentially constant over the entire length 27 of the shift reactor 1.
  • the length of an individual catalyst carrier 3 and of a heat exchanger 4 following in the direction of flow 2 in the direction of flow 2 must be dimensioned such that the temperature rise caused by the exothermic shift reaction when flowing through the catalyst carrier 3 is so small that it is caused by the Flow through the subsequent heat exchanger 4 is reversed.
  • the entire shift reactor 1 has uniform reaction conditions.
  • Another advantage is the possibility of quickly changing the temperature of the entire shift reactor 1, for example to enable fast load change processes.
  • the temperature over the entire length 27 is in the range from 320 ° C. to 420 ° C., in the case of a low-temperature shift reaction at approximately 180 ° C.
  • FIG. 2 shows schematically and in perspective an embodiment of a honeycomb structure 5 of a catalyst carrier body 3.
  • the honeycomb structure 5 forms channels 6 through which partial gas mixture flows 14 can flow.
  • the honeycomb structure 5 is formed with smooth 9 and stiffened sheets 10.
  • the structured sheets 10 are designed here with elevations 12 and openings 13, whereby a swirling and mixing of the partial gas mixture flows is generated.
  • FIG. 3 shows a sectional view of a catalyst carrier body 3 which is designed with wound and looped sheet metal layers 8.
  • the honeycomb structure 5 with the channels 6 is formed by an alternating arrangement of smooth 9 and structured sheets 10.
  • the catalyst carrier body 3 has a unit cross-sectional area 7, the sheet metal layers 8 being surrounded by a casing tube 18.
  • FIG. 4 shows an enlarged view of a further embodiment of the honeycomb structure 5 in section.
  • the honeycomb structure 5 is formed with smooth 9 and structured sheets 10 so that it has channels 6.
  • the sheets 9 and 10 have a catalytically active coating 15 with a zeolite structure 16. This creates a very reactive surface 28 with which the gas flowing through the channels 6 comes into contact.
  • the sheets 9 and 10 are made with a thickness 11 that is less than 0.08 mm.
  • FIG. 5 shows schematically a block diagram of a reformer system.
  • a hydrocarbon-containing gas stream (CmH ⁇ ) and an oxygen-containing gas stream (O 2 ) are first fed to a device for partial oxidation.
  • a hydrogen-rich mixed gas stream is generated, which is fed downstream to a shift reactor 1 according to the invention. Water is additionally added to the gas mixture stream in order to bring about the desired shift reaction.
  • the shift reactor 1 is followed downstream by an exhaust gas purification system 25, which also comprises a shift reactor 1. Residual amounts of carbon monoxide in the gas mixture stream are eliminated here.
  • the particularly pure, hydrogen-rich gas produced in this way is now fed to a fuel cell 23 which generates energy with the aid of the hydrogen made available.
  • Such a reformer system is particularly suitable for installation in motor vehicles, since it is distinguished by a particularly good starting and load change behavior.
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Abstract

Mehrstufiger Shiftreaktor (1) zur Reduzierung eines Kohlenmonoxidgehaltes in einem wasserstoffreichen Gasgemischstrom, wobei der Shiftreaktor (1) von dem Gasgemischstrom in einer Strömungsrichtung (2) durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung (2) hintereinander wenigstens zwei Katalysator-Trägerkörper (3) angeordnet sind, wobei zumindest zwischen den wenigstens zwei Katalysator-Trägerkörpern (3) ein Wärmetauscher (4) angeordnet ist. Ein derartiger Shiftreaktor eignet sich insbesondere zur hochdynamischen Kohlenmonoxid-Konvertierung in einer mobilen Brennstoffzellenanlage.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion des Kohlenmonoxidgehalts in einem wasserstoffhaltigen Gasstrom, sowie Reformeranlage
Der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduzierung des Kohlenmonoxidgehaltes in einem wasserstoffreichen Gasgemischstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen mehrstufigen Shiftreaktor zur Reduzierung des Kohlenmonoxidgehaltes in einem wasserstoffreichen Gasgemischstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2, sowie auf eine einen mehrstufigen Shiftreaktor umfassende Reformeranlage. Ein derart aufbereiteter wasserstoffreicher Gasgemischstrom wird beispielsweise zum Zwecke des Betriebes einer, vorzugsweise mobilen, Brennstoffzelle eingesetzt.
Die Wasserdampfreformierung wird bekanntermaßen zur Reformierung eines Gasstromes verwendet, der Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffderivate, wie beispielsweise Methanol, beinhaltet. Die Wasserdampfreformierung dient der Erzeugung eines wasserstoffreichen Gasgemischstromes, wobei der gewonnene Wasserstoff beispielsweise zum Betrieb einer Brennstoffzellenanlage benötigt wird. Die Wasserdampfreformierungsreaktionen laufen jedoch im wesentlichen endotherm und bei einer gegenüber Raumtemperatur erhöhten Reaktionstemperatur ab. Bei einem Kaltstart der Reformeranlage kann daher mit der Wasserdampfreformierung nicht sofort Wasserstoff bereitgestellt werden, vielmehr muß zunächst die Reformeranlage auf eine entsprechende Betriebstemperatur gebracht werden. Insbesondere bei Reformeranlagen, welche diskontinuierlich oder mit unterschiedlichen Lastbedingungen gefahren werden, besteht der Wunsch, möglichst unverzüglich die erforderliche Wasserstoffmenge produzieren zu können. Gerade im Anwendungsfall einer solchen Reformeranlage mit einer Brennstoffzellenanlage in einem Kraftfahrzeug ist eine möglichst schnelle Bereitstellung von ausreichend Wasserstoff in Abhängigkeit von der momentanen Antriebsleistung notwendig. Zur Erzeugung eines kohlenwasserstoffreichen Gasgemisches aus einem kohlen- wasserstoffhaltigen Gasgemischstrom sind im wesentlichen zwei chemische Reaktionen bekannt:
die partielle Oxidation und die Wasserdampfreformierung.
Bei der partiellen Oxidation wird der kohlenwasserstofϊhaltige Gasgemischstrom unter Zugabe eines sauerstoffhaltigen Gasgemischstromes verbrannt, wobei unter anderem elementarer Wasserstoff und als Nebenprodukt Kohlenmonoxid erzeugt wird. Der Kohlenmonoxidanteil muß für den Betrieb von Brennstoffzellen aus dem Gasstrom entfernt werden, da derzeit bekannte Brennstoffzellen (z.B. PEM- Brennstoffzellen) nur einen störungsfreien Betrieb in Anwesenheit von sehr ge- ringen Mengen des Kohlenmonoxids gewährleisten. So sind beim Betrieb einer bekannten Niedertemperatur-Brennstoffzelle beispielsweise nur Konzentrationen kleiner 50 ppm ("parts per million") des Kohlenmonoxids im Gasstrom zulässig. Die primäre Reaktionsgleichung der partiellen Oxidation lautet:
CmHn + m/2 O2 → m CO + n/2 H2
Dabei steht CmHn für eine Kohlenwasserstoff- Verbindung, wobei m die Anzahl der Kohlenstoffatome und n die Anzahl der Wasserstoffatome angibt. Zum Starten der partiellen Oxidation wird eine Aktivierungsenergie benötigt. Nachfolgend läuft der Prozeß im wesentlichen exotherm (mit Wärmabgabe) ab. Die Reaktionen finden im wesentlichen in einem Temperaturbereich von 800°C bis 1300°C statt.
Die Reaktionsgleichung der Wasserdampfreformierung in Abhängigkeit der verwendeten Kohlenwasserstoffe (CmHn) lautet:
CmHn + mH2O βmCO + (n/2 + m) H2 Die Wasserdampfreformierung läuft endotherm ab, benötigt also Energie. Die höchste Wasserstoff-Ausbeute kann hier bei Temperaturen von 600°C bis 800°C erreicht werden, wobei der Einsatz von Katalysatoren eine Verschiebung zu tiefe- ren Temperaturen zuläßt.
Das mit Hilfe der erläuterten Verfahren erzeugte Produktgas weist jedoch in Hinblick auf die Verwendung für eine Brennstoffzelle noch Inhaltstoffe auf, die entfernt werden müssen. Dies betrifft vor allem Produkte aus einer unvollständigen Reformierung, hauptsächlich jedoch Kohlenmonoxid. Hierzu wird insbesondere die exotherme Kohlenmonoxid-Konvertierung bzw. Wassergas-Shiftreaktion eingesetzt. Die Reaktionsgleichung hierzu lautet:
m CO + n H2O <-» m CO2 + n H2
Diese "Shiftreaktionen" laufen überwiegend in einem abgegrenzten Teil einer Reformeranlage ab, welcher hier mit "Shiftreaktor" benannt ist. Während bei der Wasserdampfreformierung eine hohe Temperatur zu einer hohen Umsetzungsrate der Edukte und zu einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit führt, wobei auch ein erhöhter Kohlenmonoxidanteil erzeugt wird, verschiebt sich das chemische Gleichgewicht der Shift-Reaktion in entgegengesetzter Richtung. Diese Reaktionen laufen daher verlangsamt ab, wodurch die Kohlenmonoxidkonzentration im Gasgemischstrom nicht mehr entscheidend gesenkt werden kann.
Da die Prozesse bzw. Verfahren zur Wasserstoffgewinnung und Kohlenmonoxid- Konvertierung sehr temperaturabhängig sind, wurden bereits verschiedene Maßnahmen zur Regelung der Temperatur in einer Reformeranlage vorgeschlagen, wobei im folgenden zwei unterschiedliche Verfahren beziehungsweise Vorrichtungen näher erläutert sind. So ist beispielsweise aus der Patentschrift US 6,132,689 ein mehrstufiger, isothermischer Reaktor zur Durchfuhrung einer partiellen Oxidation und einer selektiven katalytischen Oxidation von Kohlenmonoxid bekannt. Der Reaktor weist eine Vielzahl von hintereinander angeordneten, katalytisch aktiv beschichteten Wärmetauschern auf, die über eine Mischkammer miteinander verbunden sind. Dieser in Plattenweise aufgebaute Reaktor gewährleistet einerseits die Produktion von Wasserstoff mit Hilfe der partiellen Oxidation und senkt andererseits den Kohlenmonoxidanteil. Da bei zu hohen Temperaturen im Reaktor ein Anstieg der Kohlenmonoxidkonzentration zu beobachten ist, wird der Wärmetauscher von einem Kühlmittel durchströmt. Die Wärmetauscher sind von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben, in welches das kohlenwasserstoffhaltige Gas sowie Sauerstoff eingeleitet wird.
Ein weiteres Verfahren beziehungsweise eine weitere Vorrichtung zur selektiven katalytischen Oxidation von Kohlenmonoxid ist beispielsweise aus der EP 0 776 861 Bl bekannt Dort wird vorgeschlagen, das oxidierende Gas in einer jeweils gesteuerten oder geregelten Durchflussmenge in einen Kohlenmonoxid- Oxidationsreaktor einzuleiten, wobei die Wärmeentwicklung der exotherm verlaufenden Kohlenmonoxid-Oxidationsreaktion gezielt beeinflußt wird. Dazu wird eine passive Kühlung des Gasgemischstromes mit Hilfe von statischen Mischerstrukturen vorgeschlagen. Die EP 0 776 861 Bl offenbart einen Plattenreaktor, der eine beliebig wählbaren Anzahl einzelner Plattenreaktormodule aufweist. Diese einzelnen Module sind in Strömungsrichtung des Gasgemischstromes hintereinander angeordnet, wobei zwischen zwei Modulen jeweils ein wärmeaufheh- mender Raum gebildet ist.
Beiden Reaktoren ist gemein, daß die Reduktion des Kohlenmonoxidanteils in unmittelbarer Nachbarschaft eines plattenfδrmig aufgebauten Wärmetauschers stattfindet. Der Wärmetauscher wird dabei von einem Kühlmedium durchströmt, da die partielle Oxidation bekanntermaßen exotherm verläuft. Die EP 0 361 648 Bl beschreibt eine Shiftreaktion, die zweistufig erfolgt. Hierbei liegt die Temperatur in der ersten Stufe bei 350° C bis 500° C, während die Temperatur innerhalb der zweiten Stufe bei 200°C bis 280° C liegt. Auch die DE 19625 093 AI, sowie die DE-OS 2 054942 offenbaren Shiftreaktoren, die mehrere nacheinander von den Eduktgasen zu > durchströmende Stufen unterschiedlicher Temperatur aufweisen. Die Abkühlung zwischen den Stufen erfolgt durch Wärmetauscher. Diese Shiftreaktoren haben den Nachteil, dass die Temperatur innerhalb einer Reaktionsstufe in Strömungsrichtung ansteigt. Aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit der Shiftreaktion ist damit eine präzise Steuerung der Reaktionsbedingungen nicht möglich.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, einen Shiftreaktor und eine Reformeranlage anzugeben, durch das, bzw. durch die rasch ein wasserstoffreicher Gasgemischstrom der erforderlichen Reinheit bereit- gestellt werden kann. Ein weiteres Ziel ist, dass eine schnelle Anpassung der Reaktionsbedingungen an geänderte Betriebsbedingungen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Reduzierung eines Kohlenmonoxid- gehalts in einem wasserstoffreichen Gasgemischstrom gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen mehrstufigen Shiftreaktor zur Reduzierung eines Kohlenmonoxidgehaltes in einem wasserstoff eichen Gasgemischstrom gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 beziehungsweise durch eine einen solchen Shiftreaktor umfassende Reformeranlage gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen An- Sprüchen beschrieben.
Das Verfahren zur Reduzierung des Kohlenmonoxidgehalts in einem wasserstoffreichen Gasgemischstrom beruht auf dem Durchströmen wenigstens zweier Katalysator-Trägerkörper, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die Katalysator-Trägerkörper weisen eine Wabenstruktur mit Kanälen auf, die durchströmt werden. Beim Durchströmen dieser Kanäle findet die oben angegebene exotherme Shiftreaktion statt, wobei die genauen bene exotherme Shiftreaktion statt, wobei die genauen Reaktionsbedingungen wie beispielsweise die Lage des Reaktionsgleichgewichts von der Temperatur des Gasgemischstroms abhängt. Zumindest zwischen den Katalysator-Trägerkörpern ist wenigstens ein Wärmetauscher angeordnet, den der Gasgemischstrom durch- strömt. Dieser mindestens eine Wärmetauscher gestattet die Einstellung einer vorgebbaren Temperatur im Gasgemischstrom, die trotz der ablaufenden exothermen Reaktion im wesentlichen beibehalten werden kann. Die wabenförmige Struktur der Katalysator-Trägerkörper bietet eine sehr große Oberfläche bei einem geringeren Volumen beispielsweise im Vergleich zu einem Plattenreaktor mit der glei- chen Oberfläche.
Der mehrstufige Shiftreaktor ist von einem wasserstoffreichen Gasgemisch in einer Strömungsrichtung durchströmbar, wobei in Strömungsrichtung hintereinander wenigstens zwei Katalysator-Trägerkörper angeordnet sind, welche eine Wabenstruktur mit Kanälen aufweisen, die für den Gasgemischstrom durchströmbar sind. Dabei ist zumindest zwischen den wenigstens zwei Katalysator- Trägerkörpern ein Wärmetauscher angeordnet. Mit Hilfe des mindestens einen Wärmetauschers läßt sich eine vorgebbare Temperatur über die axiale Länge des Shiftreaktors exakt einstellen. Die wabenförmige Ausgestaltung der Katalysator- Trägerkörper stellt eine sehr große Oberfläche zur Verfügung, mit der der Gasgemischstrom beim Durchströmen der Kanäle in Kontakt kommt, wobei gleichzeitig gegenüber einem plattenförmigen Aufbau ein kleineres Volumen benötigt wird.
Der mehrstufige Aufbau des erfindungsgemäßen Shiftreaktors ist insbesondere im Hinblick auf die Einflußgrößen der Shiftreaktionen vorteilhaft. Die Shiftreaktion ist sehr stark temperaturabhängig, so dass das Reaktionsgleichgewicht über die Temperatur beeinflusst werden kann. Der Shiftreaktor gewährleistet mit Hilfe des mindestens einen Wärmetauschers eine schnelle Anpassung an veränderte Temperaturen im Gasgemischstrom und/oder im Shiftreaktor, wie sie beispielsweise beim Kaltstart oder bei stark variierenden Lastbedingungen der Reformeranlage 1 -
auftreten. Zur Bestimmung der Temperatur des Gasgemischstromes oder des Shiftreaktors weist dieser vorzugsweise mindestens einen Sensor auf.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist jeder Katalysator-Trägerkörper des mehrstufigen Shiftreaktors eine Einheitsquerschniittsfläche mit einer vorgebbaren Kanaldichte auf, wobei die Kanaldichte pro Einheitsquerschnittsfläche der Katalysator-Trägerkörper in Strömungsrichtung zunimmt. Dies bedeutet, dass bei zunehmend niedrigerem Partialdruck der Edukte eine Erhöhung des Strömungswiderstandes auftritt, die zu einer die gesamte Umsatzrate des Shiftreaktors fordern- den längeren Verweilzeit führt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß die Kanaldichte pro Einheitsquerschnittsfläche des in Strömungsrichtung zuletzt angeordneten Katalysator-Trägerkörpers größer als 1200 cpsi ("cells per Square inch") ist, vorzugsweise sogar größer 1600 cpsi. Auf diese Weise wird beispielsweise eine Konzentration von Kohlenmonoxid im wasserstoffreichen Gasgemischstrom von kleiner 500 ppm, gegebenenfalls sogar kleiner 50 ppm erreicht.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung weist jeder Katalysator-Trägerkörper des mehrstufigen Shiftreaktors eine oberflächespezifische Wärmekapazität auf, wobei die oberflächenspezifische Wärmekapazität der Katalysator-Trägerkörper in Strömungsrichtung abnimmt. Eine reduzierte Wärmekapazität hat zur Folge, daß nur eine geringere Wärmemenge dem den Abgaskatalysator-Trägerkörper durchströmenden Gasgemischstrom entzogen wird. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Temperaturabhängigkeit der Shiftreaktion vorteilhaft. Dabei ist zu beobachten, daß gerade bei relativ niedrigen Temperaturen eine geringe Absen- kung der Reaktionstemperatur eine deutliche Verschiebung zu niedrigeren Reaktionsgeschwindigkeiten zur Folge hat. Eine sehr geringe oberflächenspezifische Wärmekapazität des in Strömungsrichtung zuletzt angeordneten Katalysator- Trägerkörpers ist besonders vorteilhaft, da die gewünschten Temperaturen sehr genau eingestellt werden können. Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung weisen die Katalysator-Trägerkörper Blechlagen auf, die ziimindest teilweise so strukturiert sind, daß diese für den Gasgemischstrom durchströmbar sind. Dabei weisen die Blechlagen vorzugsweise Bleche auf, die eine Dicke von kleiner als 0,08 mm haben. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Bleche der Blechlagen des in Strömungsrichtung zuletzt angeordneten Katalysator-Trägerkörpers mit einer Dicke von 0,04 mm, insbesondere kleiner als 0,02 mm auszuführen. Die Ausgestaltung der Katalysator-Trägerkörper mit metallischen Blechlagen hat den Vorteil, daß sehr dünne Kanalwände gebildet werden, wodurch Katalysator-Trägerkörper mit sehr niedrigen oberflächenspezifi- sehen Wärmekapazitäten und einer sehr hohen Kanaldichte herstellbar sind.
Besonders vorteilhaft ist es, die Kanäle der Katalysator-Trägerkörper mit Blechlagen zu bilden, welche vorzugsweise strukturierte und glatte Bleche aufweisen, wobei mindestens ein strukturiertes undoder glattes Blech mit Erhebungen ausge- führt ist, die eine Verwirbelung des durch die Kanäle durchströmenden Gasgemischstromes bewirken. Dabei werden insbesondere Stapel von abwechselnd strukturierten und glatten Blechen gebildet, die anschließend zur äußeren Gestalt des Katalysator-Trägerkörpers gebunden oder geschlungen werden. Die Erhebungen erstrecken sich dabei zumindest teilweise in das Innere der Kanäle, wobei Strömungskanten gebildet werden, die eine Verwirbelung des durchströmenden Gasgemischstromes hervorrufen. Dies erlaubt einen besonders guten Kontakt des durchströmenden Gasgemischstromes mit den Kanalwänden einerseits und gewährleistet eine ausreichende Durchmischung der Reaktionspartner im Gasgemischstrom.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung weist die Wabenstruktur mindestens eines Katalysator-Trägerkörpers Öffnungen auf, die für Teilgasgemischströme benachbarter Kanäle durchströmbar sind. Auf diese Weise werden kommunizierende Kanäle gebildet, die eine besonders gute Vermischung des Gasgemisch- Stromes ermöglichen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn dem Gasgemischstrom weitere Gasströme zugeleitet werden, die beispielsweise Wasser oder Sauerstoff enthalten. Diese wasser- oder sauerstoffhaltigen Gasströme stellen die Reaktionspartner zur Verfügung, die bei der partiellen Oxidation beziehungsweise der Shiftreaktion zur Reduzierung des Kohlenmonoxidgehaltes und zur Erzeugung von Wasserstoff benötigt werden. ;
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß mindestens ein Katalysator-Trägerkörper eine katalytisch aktive Beschichtung hat, welche vorzugsweise eine Zeolimstruktur aufweist. Durch den Einsatz von Katalysatoren werden die gewünschten Reaktionsgeschwindigkeiten und -gleichgewichte hin zu niedrigeren Temperaturen verschoben, wobei eine hohe thermische Belastung der Katalysator-Trägerkörper vermieden wird. Dabei weist eine mit einer Zeo- lithstruktur ausgeführte katalytisch aktive Beschichtung eine sehr zerklüftete O- berfläche auf, wodurch ein intensiver Kontakt des Gasgemischstromes mit der so vergrößerten Oberfläche gewährleistet ist. Für eine Hochtemperaturkonvertierung (ca. 320° C bis 420° C) eignen sich insbesondere Eisen-, Chrom-Oxide, während eine Niedertemperaturkonvertierung (ca. 180° C bis 250° C) bevorzugt mit Kupferoxid- oder Zinkoxid-Katalysatoren abläuft.
Weist der mehrstufige Shiftreaktor mehrere Wärmetauscher auf, wobei diese je- weils eine Eintrittsseite haben, so ist es vorteilhaft, die Eintrittsseiten der Wärmetauscher zum gleichmäßigen Wärmeaustausch mit dem Gasgemischstrom in Strömungsrichtung alternierend zueinander anzuordnen. Dies bedeutet, daß die Wärmetauscher so angeordnet sind, daß die Wärmeeinbringung in den Shiftreaktor beispielsweise über dessen Umfang verteilt bzw. alternierend erfolgt. Auf die- se Weise wird eine sehr homogene Temperaturverteilung im Gasgemischstrom erzeugt, wobei die chemischen Umsetzungsprozesse sehr exakt einstellbar sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zwei, insbesondere zwei benachbarte, Katalysator-Trägerkörper ein gleichwertiges Temperaturniveau aufweisen. Das bedeutet, dass die Steuerung der Temperatur im Shiftreaktor durch relativ einfache Regelkreise, die nur zwei Temperaturen miteinander vergleichen müssen, erfolgen kann. Dies vereinfacht den Aufwand der zur Temperaturregelung getroffen werden muss, vorteilhaft.
Weiterhin ist eine Reformeranlage zur Reformierung eines kohlenwasserstoffhal- tigen Gasgemischstromes für eine Brennstoffzelle, insbesondere in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welche eine Vorrichtung zur partiellen Oxidation eines kohlenwasserstoffhaltigen Gasgemischstromes und eine Abgasreinigungsanlage umfaßt, wobei die Reformeranlage einen erfϊndungsgemäßen mehrstufigen Shiftreaktor aufweist. Aufgrund des sehr guten Kaltstart- und Lastwechselverhal- tens des mehrstufigen Shiftreaktors ist eine solche Reformeranlage zur Erzeugung von Wasserstoff als Energieträger einer mobilen Brennstoffzelle sehr geeignet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Reaktoreinheit als Bestandteil der Abgasreinigungsanlage auszuführen. Die Abgasreinigungsanlage senkt für den Betrieb der Brennstoffzelle schädliche Komponenten des Gasgemischstromes, wie bei- spielsweise Kohlenmonoxid. Die Integration der Reaktoreinheit in einer Abgasanlage erlaubt eine sehr kompakte Reformeranlage.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der Reformeranlage ist die Reaktoreinheit der Vorrichtung zur partiellen Oxidation des kohlenwasserstoffhaltigen Gas- gemischstromes in Strömungsrichtung direkt nachgeschaltet. Aufgrund der partiellen Oxidation wird der Gasgemischstrom bereits so stark erwärmt, daß die Shiftreaktion im ersten Katalysator-Trägerkörper des Shiftreaktors mit einer erhöhten Reaktionsgeschwindigkeit nahezu unmittelbar nach einem Kaltstart ablaufen kann. Dies ist insbesondere im Hinblick auf mobile Reformeranlagen er- wünscht.
Weitere Vorteile und besonders bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen mehrstufigen Shiftreaktors werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungen beschränkt ist. Es zeigen:
Fig. 1 Schematisch und in einem Längsschnitt eine Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Shiftreaktors,
Fig. 2 schematisch und perspektivisch eine Detailansicht einer Ausfuhrungsform einer Wabenstruktur,
Fig. 3 schematisch in einer Schnittansicht einen Katalysator-Trägerkörper,
Fig. 4 eine weitere Detailansicht einer Wabenstruktur und
Fig. 5 schematisch eine Ausführungsform einer Reformeranlage mit Brennstoff- zelle.
Figur 1 zeigt schematisch und in einem Längsschnitt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mehrstufigen Shiftreaktors 1. Der Shiftreaktor 1 hat eine axiale 26 Länge 27, wobei die dargestellte Ausführungsform mit drei Katalysator- Trägerkörpern 3 ausgeführt ist. Zwischen den Katalysator-Trägerkörpern 3 ist jeweils ein Wärmetauscher 4 angeordnet. Der Shiftreaktor 1 wird von einem Gasgemischstrom in einer Strömungsrichtung 2 durchströmt, wobei die Katalysator- Trägerkörper 3 Kanäle 6 aufweisen durch die der Gasgemischstrom strömt. Stromaufwärts des zuerst angeordneten Katalysator-Trägerkörpers 3 ist eine Düse 21 angeordnet, mit der beispielsweise ein wasserhaltiger oder sauerstoffhaltiger Gasstrom eingeleitet werden kann. Die Wärmetauscher 4 weisen jeweils eine Eintrittsseite 17 auf, über welche ein Medium 20 in das Innere des Shiftreaktors 1 eingeführt wird. Die dargestellte Ausfünrungsforrn des Shiftreaktors 1 zeigt eine alternierende Anordnung der Wärmetauscher 4, wobei die Eintrittsseiten 17 der Wärmetauscher 4 entgegengesetzt angeordnet sind. Ein solcher Shiftreaktor 1 kann beispielsweise derart betrieben werden, dass die Temperatur über die gesamte Länge 27 des Shiftreaktors 1 im wesentlichen konstant bleibt. Hierzu muss die Länge eines einzelnen Katalysator-Trägerkörpers 3 und eines in Strömungsrichtung 2 nachfolgenden Wärmetauschers 4 in Strö- mungsrichtung 2 so bemessen sein, dass der durch die exotherme Shiftreaktion beim Durchströmen des Katalysator-Trägerkörpers 3 bedingte Temperaturanstieg so klein ist, dass er durch das Durchströmen des nachfolgenden Wärmetauschers 4 wieder rückgängig gemacht wird. Dadurch weist der gesamte Shiftreaktor 1 einheitliche Reaktionsbedingungen auf. Vorteilhaft ist weiterhin die Möglichkeit, schnell die Temperatur des gesamten Shiftreaktors 1 zu verändern, um beispielsweise schnelle Lastwechselvorgänge zu ermöglichen. Beim Betrieb des Shiftreaktors 1 als Hochtemperatur-Shiftreaktor liegt die Temperatur über die gesamte Länge 27 im Bereich von 320° C bis 420° C, im Falle einer Niedertemperatur- Shiftreaktion bei etwa 180° C.
Figur 2 zeigt schematisch und perspektivisch eine Ausfuhrungsform einer Wabenstruktur 5 eines Katalysator-Trägerkörpers 3. Die Wabenstruktur 5 bildet Kanäle 6, die für Teilgasgemischströme 14 durchströmbar sind. Die Wabenstruktur 5 ist mit glatten 9 und stnikturierten Blechen 10 gebildet. Die strukturierten Bleche 10 sind hier mit Erhebungen 12 und Öffnungen 13 ausgeführt, wobei eine Verwirbelung und Vermischung der Teilgasgemischströme erzeugt wird.
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht eines Katalysator-Trägerkörpers 3, der mit ge- wundenen und geschlungenen Blechlagen 8 ausgeführt ist. Die Wabenstruktur 5 mit den Kanälen 6 wird dabei durch eine abwechselnde Anordnung von glatten 9 und strukturierten Blechen 10 gebildet. Der Katalysator-Trägerkörper 3 hat eine Einheitsquerschnittsfläche 7, wobei die Blechlagen 8 von einem Mantelrohr 18 umgeben sind. Figur 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer weiteren Ausgestaltung der Wabenstruktur 5 im Schnitt. Die Wabenstruktur 5 wird mit glatten 9 und strukturierten Blechen 10 so gebildet, daß diese Kanäle 6 aufweist. Die Bleche 9 und 10 weisen eine katalytisch 19 aktive Beschichtung 15 mit einer Zeolithstruktur 16 auf. Da- durch ist eine sehr reaktionsfreudige Oberfläche 28 gebildet, mit der das die Kanäle 6 durchströmende Gas in Kontakt kommt. Die Bleche 9 und 10 sind dabei mit einer Dicke 11 ausgeführt, die kleiner 0,08 mm beträgt.
Figur 5 zeigt schematisch ein Blockschaubild einer Reformeranlage. Dabei wer- den ein kohlenwasserstoffhaltiger Gasstrom (CmHα) und ein sauerstoffhaltiger Gasstrom (O2) zunächst einer Vorrichtung zur partiellen Oxidation zugeführt. Bei einer Verbrennung dieser beiden Gasströme wird ein wasserstoffreicher Gasmischstrom erzeugt, der stromabwärts einem erfindungsgemäßen Shiftreaktor 1 zugeführt wird. Dem Gasgemischstrom wird dabei zusätzlich Wasser beigefügt, um die gewünschte Shiftreaktion hervorzurufen. Dem Shiftreaktor 1 schließt sich stromabwärts 2 eine Abgasreinigungsanlage 25 an, die ebenfalls einen Shiftreaktor 1 umfaßt. Hier werden Restmengen von Kohlenmonoxid im Gasgemischstrom eliminiert. Das derart erzeugte, besonders reine, wasserstoffreiche Gas wird nun einer Brennstoffzelle 23 zugeführt, die mit Hilfe des zur Verfügung gestellten Wasserstoffs Energie erzeugt. Eine derartige Reformeranlage eignet sich insbesondere für den Einbau in Kraftfahrzeugen, da sie sich durch ein besonders gutes Anspring- und Lastwechselverhalten auszeichnet.
Bezugszeichenliste
Shiftreaktor
Strömungsrichtung
Katalysator-Trägerkörper
Wärmetauscher
Wabenstruktur
Kanal
Einheitsquerschnittsfläche
Blechlage glattes Blech strukturiertes Blech
Dicke
Erhebung
Öffnung
Teilgasgemischstrom (Pfeile)
Beschichtung
Zeolithstruktur
Eintrittsseite
Mantelrohr
Katalysator
Medium
Düse
Reformeranlage
Brennstoffzelle
Vorrichtung
Abgasreinigungsanlage
Achse
Länge
Oberfläche

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reduzierung eines Kohlenmonoxidgehaltes in einem wasserstoffreichen Gasgemischstrom, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Strömungsrichtung (2) des Gasgemischstroms hintereinander wenigstens zwei Katalysator-Trägerkörper, welche eine Wabenstruktur (5) mit Kanälen (6) aufweisen, durchströmt werden, wobei in den Katalysator-Trägerkörpern (3) eine Shiftreaktion abläuft und der Gasgemischstrom zumindest zwischen den wenigstens zwei Katalysator-Trägerkörpern (3) einen Wärmetauscher (4) durchströmt.
2. Mehrstufiger Shiftreaktor (1) zur Reduzierung eines Kohlenmonoxidgehaltes in einem wasserstoffreichen Gasgemischstrom, wobei der Shiftreaktor (1) von dem Gasgemischstrom in einer Strömungsrichtung (2) durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung (2) hintereinander wenigstens zwei Katalysator-Trägerkörper (3) angeordnet sind, welche eine Wabenstruktur (5) mit Kanälen (6) aufweisen, die für den Gasgemischstrom durch- strömbar sind und wobei zumindest zwischen den wenigstens zwei Katalysator-Trägerkörpern (3) ein Wärmetauscher (4) angeordnet ist.
3. Mehrstufiger Shiftreaktor nach Anspruch 2, wobei jeder Katalysator- Trägerkörper (3) eine Einheitsquerschnittsfläche (7) mit einer Kanaldichte hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanaldichte pro Einheitsquerschnittsfläche
(7) der Katalysator-Trägerkörper (3) in Strömungsrichtung (2) zunimmt.
4. Mehrstufiger Shiftreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanaldichte pro Einheitsquerschnittsfläche (7) des in Strömungsrichtung (2) zuletzt angeordneten Katalysator-Trägerkörpers (3) größer als 1200 cpsi ist, vorzugsweise größer 1600 cpsi. , - -
5. Mehrstufiger Shiftreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei jeder Katalysator-Trägerkörper (3) eine oberflächenspezifische Wärmekapazität hat, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenspezifische Wärmekapazität der Katalysator-Trägerkörper (3) in Strömungsrichtung (2) abnimmt.
6. Mehrstufiger Shiftreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysator-Trägerkörper (3) Blechlagen (8) aufweisen, die zumindest teilweise so strukturiert sind, daß diese für den Gasgemischstrom durchströmbar sind.
7. Mehrstufiger Shiftreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechlagen (8) mit Blechen (9,10) ausgeführt sind, die eine Dicke (11) von kleiner als 0,08 mm haben, wobei vorzugsweise die Bleche (9,10) der Blech- lagen (8) des in Strömungsrichtung (2) zuletzt angeordneten Katalysator-
Trägerkörpers (3) eine Dicke (11) von kleiner als 0,04 mm, insbesondere kleiner als 0,02 mm, haben.
8. Mehrstufiger Shiftreaktor nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Blechlagen (8) vorzugsweise strukturierte (10) und glatte Bleche (9) aufweisen, welche die
Kanäle (6) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein strukturiertes (10) und/oder glattes Blech (9) mit Erhebungen (12) ausgeführt ist, die eine Verwirbelung des durch die Kanäle (6) durchströmenden Gasgemischstromes bewirken.
9. Mehrstufiger Shiftreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wabenstruktur (5) Öffnungen (13) hat, die für Teilgasgemischströme (14) benachbarter Kanäle (6) durchströmbar sind.
10. Mehrstufiger Shiftreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Katalysator-Trägerkörper (3) eine katalytisch ak- tive Beschichtung (15) hat, welche vorzugsweise eine Zeolithstruktur (16) aufweist.
11. Mehrstufiger Shiftreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei dieser mehrere Wärmetauscher (4) mit einer Eintrittsseite (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsseiten (17) der Wärmetauscher (4) zum gleichmäßigen Wärmeaustausch mit dem Gasgemischstrom in Strömungsrichtung (2) alternierend zueinander angeordnet sind.
12. Mehrstufiger Shiftreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß, vorzugsweise stromaufwärts des in Strömungsrichtung (2) zuerst angeordneten Katalysator-Trägerkörper (3), eine Düse (21) zur Einleitung eines wasserhaltigen und/oder sauerstoffhaltigen Gasstromes angeordnet ist.
13. Mehrstufiger Shiftreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, insbesondere zwei benachbarte, Katalysator- Trägerkörper (3) auf einem gleichwertigen Tenperaturniveau liegen.
14. Reformeranlage (22), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, zur Reformierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Gasgemischstromes für eine Brennstoffzelle (23), umfassend eine Vorrichtung (24) zur partiellen Oxidation eines kohlenwasserstoffhaltigen Gasgemischstromes und eine Abgasreinigungsanlage (25), dadurch gekennzeichnet, daß die Reformeranlage (22) einen mehrstufigen Shiftreaktor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 13 aufweist.
15. Reformeranlage (22) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrstufige Shiftreaktor (1) Bestandteil der Abgasreinigungsanlage (25) ist.
16. Reformeranlage (22) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrstufige Shiftreaktor (1) der Vorrichtung (24) zur partiellen Oxidation des kohlenwasserstoffhaltigen Gasgemischstromes in Strömungsrichtung (2) direkt nachgeschaltet ist.
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