将烃类燃料转化成氢气和二氧化碳的方法和装置制造方法及图纸

一种用于将烃类燃料转化成氢气和二氧化碳的烃水蒸汽转化装置，其包括： ａ）第一级反应器，其具有部分氧化反应区和分开的与所述的部分氧化反应区不同的蒸汽转化反应区，所述的第一级反应器在部分氧化反应区处具有第一级反应器入口，和在蒸汽转化区处具有第一级反应器出口； ｂ）螺旋管，其延伸在第一级反应器周围，所述的螺旋管具有用于连接氧源的第一端口，和连到第一级反应器入口的第二端口，在此，来自氧源的氧气通过所述的螺旋管导入至所述的第一级反应器；和 ｃ）第二级反应器，其具有第二级反应器入口和第二级反应器出口，所述的第二级反应器环绕布置在第一级反应器周围，在此，所述的螺旋管布置在第一级反应器和第二级反应器之间，且来自第一级反应器的气体可被导入通过所述的第二级反应器。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
燃料电池在固定物和运输业应用中产生动力方面继续起着日益增长的重要作用。燃料电池的主要优点是它可以高效运行，它不同于目前使用的热发动机，它不受Carnot循环效率限制。而且，在操作纯净方面，燃料电池远胜于任何已知的能量转换装置。燃料电池是化学能源，由一种还原剂(氢)和一种氧化剂(氧)之间的化学反应产生电能，氢和氧以与能量负荷成比例的速率加入到电池中。因此，燃料电池需要氧气和一个氢源来运行。现在有两个问题限制了氢气的使用。第一，氢气(H2)与普通的烃相比有一个较低的体积能量密度，这就意味着与用普通的烃贮存相同数量的能量相比，用氢贮存时将占有更大的体积。第二，目前没有能够支持大量燃料电池的能量系统所需的分布广泛的氢基础设施。在各种烃类和醇类燃料的分子结构中含有能够供给燃料电池动力的吸引人的氢源。一种烃水蒸汽转化装置是一种裂解初始燃料的分子产生能够供给燃料电池动力的富氢气体流的装置。尽管转化烃类和醇类燃料的工艺已经在大的工业基础上建立起来，但在小规模、高度完整的装置上类似的发展还未见报道。因此，需要一种更小型的装置，用于从各种烃类燃料源中产生氢气，用于燃料电池以供给车辆动力。本专利技术涉及一种用于将醇类或烃类燃料转化成氢气和二氧化碳的烃水蒸汽转化装置和方法。该烃水蒸汽转化装置包括第一级反应器，其具有部分氧化反应区和与部分氧化反应区不同的、分开的蒸汽转化反应区。该第一级反应器具有在部分反应区处的第一级反应器入口，和在蒸汽转化区处的第一级反应器出口。该烃水蒸汽转化装置还包括延伸在第一级反应器周围的螺旋管。该螺旋管具有连于含氧源上的第一端口，和在部分氧化反应区处连于第一级反应器上的第二端口。来自含氧源的氧气可通过螺旋管导入至第一级反应器中。具有第二级反应器入口和第二级反应器出口的第二级反应器环状地布置在第一级反应器周围。螺旋管布置在第一级反应器和第二级反应器之间，且来自第一级反应器的气体可被导入通过第二级反应器。该方法包括通过布置在第一级反应器周围的螺旋管导入含氧气体。将烃蒸气和水蒸汽导入至螺旋管以形成氧气、燃料蒸气和水蒸汽的混合物。该氧气、燃料蒸气和水蒸汽的混合物导入至第一级反应器中。燃料蒸气自发地部分氧化形成热的含有一氧化碳和氢气的转化产物物流。剩余的燃料蒸气在热的转化产物物流中进行水蒸汽转化形成氢气和一氧化碳。热的转化产物物流被导入通过螺旋管的外部，在此，热的转化产物物流加热螺旋管内部的混合物。转化产物物流的部分一氧化碳气体通过高温转化反应转化成二氧化碳和氢气。至少一部分转化产物物流中的剩余的一氧化碳气体通过低温转化反应转化成二氧化碳和氢气。在另一用于将烃类燃料转化成氢气和二氧化碳的烃水蒸汽转化装置的实施方案中，该装置包括第一级管，其具有用于接收含氧气体和第一级燃料的第一级混合物的第一级管入口，此混合物可以是烃或醇，和用于导入第一级混合物的第一级反应转化产物的第一级管出口。第二级管环绕布置在第一级管周围，其中第二级管具有用于接收第二级燃料的第二级混合物的第二级管入口，此混合物可以是烃或醇，和水蒸汽。第二级管具有用于导入第二级混合物的第二级反应转化产物的第二级管出口。催化转化区环状地布置在第二级管周围。第一级反应转化产物和第二级反应转化产物能够通过第一级管出口和第二级管出口分别导入至用于进一步转化该混合物的催化转化区。在优选的实施方案中，烃类燃料分馏器连接在第一级管入口和第二级管入口处。此分馏器能够从烃类燃料中分离出重组分，其后续导入至第一级管中的部分氧化区；可从烃类燃料中分离出轻组分，其后续导入至第二级管中的蒸汽转化区。在用于将烃类或醇类燃料转化成氢气和二氧化碳的方法的另一实施方案中，将第一级烃类或醇类燃料和含氧气体的第一级混合物导入至第一级管中。在第一级混合物的烃类或醇类燃料自发地部分氧化形成第一级热的含有氢气和一氧化碳的转化产物物流。第二级烃类或醇类燃料和水蒸汽的第二级混合物导入至环绕布置在第一级管周围的第二级管中。第二级混合物的第二级烃类或醇类燃料的部分水蒸汽转化形成第二级热的含有氢气和一氧化碳的转化产物物流。第一级热的转化产物物流和第二级热的转化产物物流通入到催化转化区使这些转化产物物流进一步转化成氢气和二氧化碳。在优选的实施方案中，在导入至第一级管和第二级管之前的烃类燃料被分馏成烃类燃料的重组分和烃类燃料的轻组分。重组分随后导入至部分氧化区。轻组分导入至蒸汽转化区。本专利技术有许多优点。本专利技术的装置能使用各种烃类燃料，如汽油、JP-8、甲醇和乙醇。部分氧化反应区允许燃料部分燃烧而不形成烟灰，而且给环绕在部分氧化区周围的水蒸汽转化区和反应器的其他部分提供热量。而且，本装置足够小，以致可供汽车使用。在一些实施方案中，装置中包括一种高温转化催化剂，此催化剂与只使用低温转化催化剂相比可使装置更小、重量更轻。附图说明图1是本专利技术装置的第一种实施方案的正投影侧面图；图2是本专利技术装置的第二种实施方案的正投影侧面图；图3是本专利技术装置的第三种实施方案的正投影侧面图。本专利技术方法和装置的特征和详细说明现在将参照附图更详细地描述并在权利要求中指出。出现在不同附图中的相同数字代表相同的项目。应该知道，本专利技术特定的实施方案通过实例来表明，但这并不作为本专利技术的限制。在各种实施方案中能够具有本专利技术的主要特征而不背离本专利技术的范围。除非另有说明，所有百分数和分数都以重量计。图1显示了本专利技术的一种实施方案。烃水蒸汽转化装置10具有转化反应器12。转化反应器12可以是圆柱型的。烃水蒸汽转化装置10具有上部分14和下部分16。设置在转化反应器12中心的是第一级反应器18，它充分地扩大了转化反应器12的高度。第一级反应器18具有第一级反应器入口20，用于接收气体进入第一级反应器18，并且能成切线导入气体通过第一级反应器。在烃水蒸汽转化装置10上部14，第一级反应器18具有第一级反应器出口22，用于气体离开第一级反应器。多孔板31位于第一级反应器出口22处，并且覆盖第一级反应器18的横断面。部分氧化反应区24是在第一级反应器18的下部16内。部分氧化反应区24适合于烃类或醇类燃料与氧部分氧化以形成一种含有一氧化碳、水蒸汽和氢气的混合物。水蒸汽转化区26是在部分氧化区24的上部，内含有水蒸汽转化催化剂28。优选的是，水蒸汽转化催化剂包括镍和一定量的贵金属，如钴、铂、钯、铑、钌、铱，和一种载体，如氧化镁、铝酸镁、氧化铝、二氧化硅和氧化锆，它们可以单独或结合起来使用。作为一种选择，水蒸汽转化催化剂28可以是如镍的单一金属，载于一种耐热的载体上，所述载体如氧化镁、铝酸镁、氧化铝、二氧化硅和氧化锆，它们可以单独或结合起来使用，可由一种如钾的碱金属助催化。蒸汽转化区26能自热地将水蒸汽和在部分氧化区24产生的甲烷转化成氢气和一氧化碳。蒸汽转化催化剂28可以是粒状的，由多孔板30和多孔板31载于部分氧化区24中。螺旋管32延伸了第一级反应器18的长度。螺旋管32的第一端口34位于入口室33处。氧源42通过导管35连到带有第一端口入口36的入口室33，用于接收来自氧气区40的含氧气体。螺旋管32的第二端口44连到第一级反应器入口20上。合适的含氧气体的例子包括氧气(O2)和空气等。燃料入口46连到距第二端口44最近的螺旋管32上。导管50从燃料源48延本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦斯·G·克劳森，威廉姆·L·米切尔，杰弗里·M·本特利，约翰内斯·H·J·泰斯恩，
申请(专利权)人：亚瑟·德·力托公司，
类型：发明
国别省市：