液体和气态燃料两用重整器和重整方法技术

液体和气态燃料两用CPOX重整器，其包括用于液体和气态可重整燃料的CPOX重整的反应区。还提供重整方法。所述方法包括使包括包含氧气的气体和气化的液体燃料的第一气态可重整反应混合物重整，以及在该步骤之前或之后，使包括包含氧气的气体和气态燃料的第二气态可重整反应混合物重整以制造富含氢气的重整物。

Liquid and Gaseous Fuel Dual Purpose Reformer and Reforming Method

【技术实现步骤摘要】
液体和气态燃料两用重整器和重整方法本申请是国际申请日为2014年11月6日、申请号为201480072093.7、专利技术名称为“液体和气态燃料两用重整器和重整方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本专利技术申请要求Finnerty等的于2013年11月6日提交的美国临时专利申请序号61/900,510和61/900,543的权益，将其全部内容引入本文作为参考。
本教导涉及将液体(液态)和气态可重整燃料重整以制造富含氢气的重整物的重整器和方法。
技术介绍
气态或液体可重整燃料向富含氢气的包含一氧化碳的气体混合物(通常被称为“合成气体”或“合成气”的产物)的转化可根据任意这样的公知燃料重整操作如蒸汽重整、干重整、自热重整、和催化部分氧化(CPOX)重整进行。这些燃料重整操作各自具有其与众不同的化学和要求并且各自以其相对于其它而言的优点和缺点为特点。改进的燃料重整器、燃料重整器部件、和重整工艺的发展由于燃料电池(即，用于将可电化学氧化的燃料例如氢气、氢气与一氧化碳的混合物等电化学转化为电力的装置)的潜力而依旧是相当多的研究的焦点，对于包括主动力单元(MPU)和辅助动力单元(APU)在内的通常应用依旧起到大大扩展的作用。燃料电池也可用于专业化应用，例如，作为用于电动车的机载发电装置，用于住宅用装置的备用电源，用于在离网(out-of-grid)场所中的休闲用途、户外和其它耗电装置的主电源，和用于便携式电池组的更轻质、更高功率密度、不依赖环境温度的替代品。由于氢气的大规模的经济的生产、其分销所需要的基础设施、以及用于其存储(尤其是作为运输燃料)的实用手段被普遍认为还有长的路要走，因此很多当前的研究和开发目的在于改进作为可电化学氧化的燃料(特别是氢气与一氧化碳的混合物)的来源的燃料重整器和作为这样的燃料到电力的转化器的燃料电池组件(通常被称为燃料电池“堆”)两者，以及燃料重整器和燃料电池向用于产生电能的更紧凑、可靠和有效率的装置的集成。通常，重整器被设计和构造成处理气态或液体可重整燃料而不是两者。能够选择性地处理这些类型的燃料之一并且在某一时刻切换为处理另一类型的燃料的重整器相对于仅能够处理这些类型的燃料的一种的重整器而言具有显著的优点。例如，液体和气体两用(双重利用，dualutilization)重整器将能够响应于形势的变化比如用一种或另一种燃料操作所述重整器的改变的经济性或者燃料在特定时候和/或在特定地方的相对可获得性而从处理一种类型燃料切换为另一种。因此，对于能够利用液体和气态可重整燃料两者的重整器以及在该重整器内将这样的燃料选择性重整的方法存在需要。
技术实现思路
根据本公开内容，提供液体和气态燃料两用CPOX重整器，其包括：液体(液态)燃料气相重整反应区(zone)；气态燃料气相重整反应区；气流导管，其包括包含氧气的气体入口、液体燃料入口、气态燃料入口或者包含氧气的气体和气态燃料重整反应混合物入口、与第一加热器热耦合的第一加热区、与内部和/或外部热源热耦合的第二加热区、液体燃料气化器、以及与所述液体燃料重整反应区和气态燃料重整反应区气流连通的气态重整反应混合物出口；与所述液体燃料重整反应区和气态燃料重整反应区各自热连通的气态重整反应混合物点火器；和富含氢气的重整物出口。进一步地，根据本公开内容，提供在包括第一或者说液体燃料气相重整反应区、第二或者说气态燃料气相重整反应区、或者公共或者说液体和气态燃料重整反应区的液体和气态燃料两用重整器内进行重整的方法，所述方法包括：(a)使包括包含氧气的气体和气化的液体燃料的第一气态重整反应混合物在第一或者公共重整反应区内重整以制造富含氢气的重整物；(b)在重整步骤(a)之前或之后，使包括包含氧气的气体和气态燃料的第二气态重整反应混合物在第二或者公共重整反应区内重整以制造富含氢气的重整物；和(c)从重整步骤(a)转变至重整步骤(b)使得从重整步骤(a)回收的热在有或者没有另外的热的情况下被用于引发重整步骤(b)，或者从重整步骤(b)转变至重整步骤(a)使得从重整步骤(b)回收的热在有或者没有另外的热的情况下被用于在重整步骤(a)开始之前使液体燃料气化和加热第二或者公共重整反应区。本公开内容的液体和气态燃料两用重整器和重整方法由于它们选择性重整液体和气态燃料的能力而能够有效地和有效率地对往往暂时青睐重整这些类型的燃料之一胜过另一种的形势作出响应。这种鉴于当前形势灵活和选择性重整液体和气态燃料(无论哪种燃料可具有有利条件)的能力在可预计所述重整器在不同场所中操作(如例如对于与固定场所重整器形成对照的可移动的或者便携式重整器的情形那样)时可为尤其有利的。本文中的重整器和重整方法的另一主要操作优点可为它们的如下能力：实现冷启动，即，在从先前的重整操作可获得很少的热或者得不到热的情况下用不需要预热程序的气态燃料的启动；以及在气态燃料仅相对短暂的重整时期(期间热的重整物加热气化器和CPOX反应区)之后，停止气态燃料的重整且快速转变为液体燃料的重整的稳态模式。实际上，从气态燃料的初始重整回收的放热热可被所述重整器在切换至液体燃料的重整时有效率地用于使所述燃料气化和将反应区预热。以此方式操作，本文中的重整器容许液体燃料的随后重整以省掉操作的冷启动模式并且立即进入到操作的稳态模式。具体而言，本专利技术的实施方式如下：1.液体和气态燃料两用重整器，其包括：液体燃料气相重整反应区；气态燃料气相重整反应区；包括如下的气流导管：包含氧气的气体入口，位于所述包含氧气的气体入口下游的液体燃料入口，位于所述包含氧气的气体入口下游的气态燃料入口或者位于所述包含氧气的气体入口下游的包含氧气的气体和气态燃料重整反应混合物入口，与第一加热器热耦合并且位于所述包含氧气的气体入口下游的第一加热区，与内部和/或外部热源热耦合并且位于所述包含氧气的气体入口下游的第二加热区，液体燃料气化器，以及与所述液体燃料重整反应区和气态燃料重整反应区气流连通的气态重整反应混合物出口；与所述液体燃料重整反应区和气态燃料重整反应区各自热连通的气态重整反应混合物点火器系统；和与所述液体燃料气相重整反应区流体连通的富含氢气的重整物出口。2.项1的重整器，其进一步包括与第二加热器热耦合的第三加热区。3.项2的重整器，其中第一加热器和第二加热器为电加热器。4.项2的重整器，其中第一加热器和第二加热器为电阻加热器。5.项1-4任一项的重整器，其中第二加热区与包括所述液体燃料重整反应区和/或气态燃料重整反应区的外部热源热耦合。6.项1-5任一项的重整器，其中第二加热区与选自如下的至少一个外部热源热耦合：燃料电池和燃料电池后燃烧器。7.项1-6任一项的重整器，其中包含氧气的气体入口和气态燃料入口一起形成气态燃料重整反应混合物入口。8.项1-7任一项的重整器，其中所述液体燃料重整反应区和气态燃料重整反应区一起形成公共的液体燃料和气态燃料重整反应区。9.项1-7任一项的重整器，其中所述导管的所述气态重整反应混合物出口与所述液体燃料重整反应区气流连通并且所述气态燃料重整反应区设置在所述导管内接近于第二加热区或者至少部分地与第二加热区重合。10.项2-7任一项的重整器，其中所述气流导管包括上游段和下游段并且在所述导管内从上游段到下游段依序设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在包括(i)第一液体燃料气相重整反应区和第二气态燃料气相重整反应区、或者(ii)公共的液体燃料和气态燃料气相重整反应区的液体和气态燃料两用重整器内的重整方法，所述方法包括：(a)使包括包含氧气的气体和气化的液体燃料的第一气态重整反应混合物在第一或者公共的重整反应区内重整以制造第一富含氢气的重整物；(b)在重整步骤(a)之前或之后，使包括包含氧气的气体和气态燃料的第二气态重整反应混合物在第二或者公共的重整反应区内重整以制造第二富含氢气的重整物；和(c)从重整步骤(a)回收一定量的热并从重整步骤(a)转变至重整步骤(b)，使得从重整步骤(a)回收的所述热在有或者没有另外的热的情况下被用于引发重整步骤(b)，或者从重整步骤(b)回收一定量的热并从重整步骤(b)转变至重整步骤(a)，使得从重整步骤(b)回收的所述热在有或者没有另外的热的情况下被用于在重整步骤(a)开始之前使所述液体燃料气化和加热第二或者公共的重整反应区。

【技术特征摘要】
2013.11.06 US 61/900,510;2013.11.06 US 61/900,5431.在包括(i)第一液体燃料气相重整反应区和第二气态燃料气相重整反应区、或者(ii)公共的液体燃料和气态燃料气相重整反应区的液体和气态燃料两用重整器内的重整方法，所述方法包括：(a)使包括包含氧气的气体和气化的液体燃料的第一气态重整反应混合物在第一或者公共的重整反应区内重整以制造第一富含氢气的重整物；(b)在重整步骤(a)之前或之后，使包括包含氧气的气体和气态燃料的第二气态重整反应混合物在第二或者公共的重整反应区内重整以制造第二富含氢气的重整物；和(c)从重整步骤(a)回收一定量的热并从重整步骤(a)转变至重整步骤(b)，使得从重整步骤(a)回收的所述热在有或者没有另外的热的情况下被用于引发重整步骤(b)，或者从重整步骤(b)回收一定量的热并从重整步骤(b)转变至重整步骤(a)，使得从重整步骤(b)回收的所述热在有或者没有另外的热的情况下被用于在重整步骤(a)开始之前使所述液体燃料气化和加热第二或者公共的重整反应区。2.权利要求1的方法，其中在重整步骤(b)中，将所述包含氧气的气体和所述气态燃料吸入到离心式鼓风机中并作为基本上均匀的第二气态重整反应混合物从其排出，所述第二气态重整反应混合物之后被引入到第二或者公共的重整反应区中。3.权利要求1的重整方法，其包括：(I)在所述液体燃料的重整的冷启动模式中：(a)加热所述第一气态重整反应混合物并将经加热的所述第一气态重整反应混合物引入到第一或者公共的重整反应区中，(b)在第一气态重整反应区内或公共的重整反应区内引发所述第一气态重整反应混合物的重整，从而开始所述第一富含氢气的重整物的制造和提供维持重整反应的放热；和(II)在所述液体燃料的重整的稳态模式中：(c)如步骤(a)中那样加热所述第一气态重整反应混合物并将经加热的第一气态重整反应混合物引入到所述第一或者公共的重整反应区中，和(d)在步骤(c)之前、期间或者之后，在维持重整反应并从而继续所述第一富含氢气的重整物的制造和产生一定量的放热的同时，停止步骤(b)；和(III)在其中使所述液体燃料的重整的稳态模式转变为所述气态燃料的重整的稳态模式的重整模式中：(e)停止将经加热的第一气态重整反应混合物引入到第一或者公共的重整反应区中的步骤(c)，(f)将所述第二气态重整反应混合物引入到所述第二或者公共的重整反应区中，(g)利用从在步骤(d)期间由所述液体燃料的重整产生的放热回收的残余热，在有或者没有另外的热的情况下，在所述第二或者公共的重整反应区内引发所述第二气态重整反应混合物的重整，从而开始所述第二富含氢气的重整物的制造和提供维持重整反应的放热，和(h)维持步骤(g)中引发的重整反应，从而继续所述第二富含氢气的重整物的制造。4.权利要求1的重整方法，其包括：(I)在所述液体燃料的重整的冷启动模式中：(a)对所述包含氧气的气体进行加热，(b)将之前引入到所述反应器中的液体燃料通过使所述液体燃料与来自步骤(a)的经加热的包含氧气的气体接触而气化，该气化的液体燃料与所述经加热的包含氧气的气体组合以提供经加热的第一气态重整反应混合物，(c)将来自步骤(b)的所述经加热的第一气态重整反应混合物引入到第一或者公共的重整反应区中，和(d)在所述第一或者公共的重整反应区内引发所述经加热的第一气态重整反应混合物的重整，从而开始所述第一富含氢气的重整物的制造和提供维持重整反应的放热；(II)在所述液体燃料的重整的稳态模式中：(e)利用从在步骤(d)中由所述液体燃料的重整产生的放热回收的热，在有或者没有另外的热的情况下，对所述包含氧气的气体进行加热，(f)将之前引入到所述反应器中的液体燃料通过使所述液体燃料与来自步骤(e)的所述经加热的包含氧气的气体接触而气化，该气化的液体燃料与所述经加热的包含氧气的气体组合以提供经加热的第一气态重整反应混合物，(g)如步骤(c)中那样将所述经加热的第一气态重整反应混合物引入到所述重整反应区中，和(h)在步骤(g)之前、期间或之后，在维持步骤(d)中引发的重整反应从而继续所述第一富含氢气的重整物的制造和提供维持稳态的重整反应的放热的同时，停止重整引发步骤(d)；和(III)在其中使所述液体燃料的重整的稳态模式转变为所述气态燃料的重整的稳态模式的重整模式中：(i)停止将所述经加热的第一气态重整反应混合物引入到所述重整反应区中的步骤(g)，(j)将所述第二气态重整反应混合物引入到第二或者公共的重整反应区中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：CM芬纳蒂，P德瓦尔德，
申请(专利权)人：瓦特燃料电池公司，
类型：发明
国别省市：美国,US