催化壁燃气转化装置制造方法及图纸

一种用于燃料电池动力装置中的燃气转化组件，该组件由包括有相互隔开的分隔板（２２，２４，２６）的复合板组件构成，这些板之间布置有燃气通道（１２）和炉气通道（１４）。燃气通道（１２）的壁上刷洗涂敷有一催化氧化铝复合物（２８）。该催化复合物（２８）包括有镍催化剂和氧化铈和／或氧化镧组分，该氧化铈和／或氧化镧组分可阻止催化复合物中氧化铝的再结晶。催化复合物（２８）中还包含氧化钙组分，其可阻止碳沉积在氧化铝表面上。氧化铈或氧化镧和氧化钙结合在一起提高了氧化铝的稳定性，同时还可抑制碳沉积在刷洗涂敷的表面上。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃气蒸汽转化组件。更具体地说，本专利技术涉及一种与传统的用于燃料电池动力装置中的蒸汽转化组件相比更紧凑并且重量更轻的燃气蒸汽转化组件，其中，转化气通道刷洗涂敷有一层稳定的且抗碳沉积的氧化铝-镍催化剂复合物，并且炉气通道可以刷洗涂敷一层稳定的且抗碳沉积的不含催化剂的氧化铝复合物。
技术介绍
燃料电池动力装置通常包括有燃气蒸汽转化装置，其可将一种燃气，例如天然气催化转换成氢气、一氧化碳以及二氧化碳。该转换过程包括使燃气和(水)蒸汽的混合物通过一催化床，该催化床被加热到约1250°F～约1600°F的转化温度。通常使用的催化剂是沉积在氧化铝小球上的镍。典型的转化装置包括多个装在绝热壳体中的反应管。反应管通过壳体中过量燃气的燃烧进行加热，并使炉气通过反应管。每个反应管通常包括一个中间排气通道，其被一个环形进气通道所围绕。进气通道中填充有被催化处理过的氧化铝小球，而一个燃气-蒸汽集气管可将燃气-蒸汽混合物输送到每个进气通道的底部，并使其流过催化床。所产生的被加热了的氢气、一氧化碳、二氧化碳以及剩余气体的混合物从每个管道的排气通道流过，以辅助加热每个环形催化床的内部；并最后从转化装置中排出，以进行进一步的处理和利用。为了使催化剂-燃料混合物获得较高程度的反应，蒸汽转化装置需要具备较大的催化床表面积和传热面积，以获得可使燃料电池以其最大效率工作的氢气量。当在管状转化装置中使用涂敷有催化剂的小球进行工作时，需要较大的催化床以及传热表面，从而导致转化组件体积很大且很笨重。例如，对于商业上使用的200KW的酸性燃料电池动力装置，其中的蒸汽转化部件的体积将达到约150～175立方英尺；而重量则可达到约3500磅。在本申请人的公开日为1997年7月10日的国际专利申请WO 97/24176中，公开了一种改进的蒸汽转化装置，其在可提供必需的催化表面以及传热表面的同时，与现有的蒸汽转化装置相比，体积更小且重量更轻，并能在较低的温度下工作。这种改进的转化装置由一系列基本上为平板状的转化部件组成。每个转化部件包括与多个中央换热器/热交换器通道邻接的转化通道。每个转化通道的平板单元被直接安装在与炉道平板单元邻接的位置，这样就使邻接的转化通道和炉道共享了一个共同的壁。所有组成平板转化装置以及一些炉道部件的金属片的表面都可以覆盖一经过催化处理的氧化铝涂层。该被催化的表面可以通过传统的刷洗涂敷工艺(wash coating process)预先形成，该工艺例如可由W.R.Grace及其公司或Engelhard公司提供。通过在转化装置的燃气通道壁上涂敷一层催化和稳定的氧化铝复合物，以及在某些情况下，在炉气通道上刷洗涂敷一层稳定的、催化或非催化的复合物，可以大大提高转化组件的工作效率。专利技术概述本专利技术涉及一种改进的用于前述结构紧凑的转化组件中的催化或非催化的刷洗涂敷复合物，以及涉及一种包含有该改进的刷洗涂敷复合物的组件。该作为一非催化基底的刷洗涂敷复合物由添加有氧化镧和/或氧化铈和/或氧化钙的氧化铝基体形成，从而产生一个混合物基底。在某些组件通道的刷洗涂敷基底上可沉积一层镍催化剂。刷洗涂敷复合物中的催化剂的重量百分比最大可达到25％；氧化镧组分在刷洗涂敷复合物中的重量百分比范围约为2％～5％；氧化钙组分在刷洗涂敷复合物中的重量百分比范围约为5％～20％；二氧化铈的重量百分比最大可达到20％，刷洗涂敷复合物中的剩余物为氧化铝。在某些情况下，组件中的炉道中可以设置一包含有氧化镧、氧化钙或氧化铈的组合物的氧化铝基基底，以形成一复合刷洗涂层，其可以不含催化剂组分。当刷洗涂层在燃烧炉部分被催化时，催化剂通常可以是铂或钯等贵金属或二者的混合物。对于一催化壁转化组件而言，催化燃烧炉部分为一种潜在的选择，因为可以在不需对催化转化装置的设计进行显著改变的情况下将一催化燃烧炉部分包括在其中。催化燃烧炉部分是很重要性的，因为它们提供了以下机理(1)使炉气温度的分布更均匀；(2)提高了炉气热向转化反应位置的传递；(3)降低了炉气的温度，但同时也增加了系统的复杂程度和成本。所以，对于具体应用，可以在基于工程成本分析的基础上决定是否采用催化燃烧炉部分。沉积有催化剂层的氧化铝基底由非常细小的晶体构成，从而使得催化剂可以一精细分散层的方式存在于其上。氧化铝刷洗涂层基底中的氧化镧组分可以配合稳定基底，以防止细小的氧化铝细晶体在存在于燃料电池动力装置的转化装置中的相对较高的工作温度下再结晶。另外，氧化镧、氧化钙和二氧化铈组分可以帮助抑制碳沉积在转化组件的刷洗涂层壁上。因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于结构紧凑、重量轻的燃气蒸汽转化组件中的改进的催化或非催化刷洗涂层。本专利技术的另一个目的是提供一种包含有该改进的刷洗涂层的燃气转化组件。本专利技术的又一个目的是提供一种具有所述特征的转化组件，其中刷洗涂层中包括有镧-稳定氧化铝组分。本专利技术的再一个目的是提供一种具有所述特征的转化组件，其中刷洗涂层借助于氧化钙组分和/或氧化铈组分可抑制碳的沉积。本专利技术的另一个目的是提供一种具有所述特征的转化组件，其中通过氧化镧、氧化铈和氧化钙组分来配合稳定氧化铝组分并消除碳的沉积。通过参照附图对本专利技术的优选实施例的具体描述，本领域技术人员可以更加清楚地理解本专利技术的这些以及其他目的及优点，其中附图的简要说明附图说明图1为典型的燃料电池动力装置组件的燃气工作部分的示意图；图2为根据本专利技术形成的燃气蒸汽转化组件的部分示意图；图3与图2类似，但显示了刷洗涂层和催化剂的一种替换形式；图4与图2类似，但显示了刷洗涂层和催化剂的另一种替换形式。专利技术的具体实施例方式参照图1，示出了构成典型的燃料电池动力装置的一部分的燃料工作组件的部分示意图。该燃料工作组件包括一个燃料蒸汽转化装置和换热器站2；一个变换器站4；一个可选氧化剂站6，其用于不耐高浓度一氧化碳的某些燃料电池上。转化装置和换热器站2通过一管路8连接在变换器站4上。转化装置和换热站2包括一个输送燃料/蒸汽混合物进入到转化区域12的燃料和蒸汽进入管路10。从燃料电池中排出的部分用过的燃料与空气的混合物通过管路16和18输送到燃烧炉部分14中，并在其中燃烧，以将燃料/蒸汽的混合物加热到反应温度。燃烧炉14通过管路20从转化装置和换热器站2中排出废气。图2～4示意性地示出了根据本专利技术形成的转化装置和换热器组件的几个实施例。该转化装置和换热器组件2包括有相互隔开布置的炉道14，它们布置在相互隔开的催化燃气转化通道12之间。应注意，炉道14和燃气通道是以紧挨着的平板形式构成的。参照前述的国际专利申请，本专利技术所构成通道的优选方式将会更加清楚。箭头A和B分别指示炉气和燃气的流动方向。在图2所示的实施例中，炉气的流动方向是从右到左通过组件2及通过管道22；被转化的燃气从左到右通过管道24进入到组件2中，并从右向左通过管道26排出。燃气管道24的壁上设置有上述催化氧化铝刷洗涂层28，而管道26上设置有非催化氧化铝刷洗涂层28。该转化组件中并排安装有适当数量的上述部件12，它们通过炉气通道部分14相互隔开。在图3所示的实施例中，工作气体流过没有被刷洗涂敷的换热器管道26，从而可加强热传递；而在图4所示的实施例中，燃烧炉管道22上可设置有催化刷洗涂层28，这样催本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳氢化合物燃气蒸汽转化组件，它包括：ａ）多个用于接受燃气和蒸汽的混合物的燃气通道；ｂ）多个用于接受炉气流的炉气通道，所述炉气通道和燃气通道以相互热交换的关系布置，从而热量可从所述炉气通道传递到所述燃气通道；ｃ）在一些选定的所述燃气通道和炉气通道上设有氧化镧和／或氧化铈和／或氧化钙－稳定氧化铝刷洗涂层，该刷洗涂层可以稳定氧化铝以阻止其在升高的温度下发生再结晶，并可抑制碳沉积在所述燃气和／或炉气通道的壁上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰R勒西厄尔，
申请(专利权)人：UTC燃料电池有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]