一种天然气转化炉（１０），它包括许多导热板（１２），板间穿插着催化剂板（１４）且带有让反应物通过的内部或外部歧管。催化剂板与导热板紧密地接触，以便使它的温度紧随导热板的温度，这种设计是为了在板的平面内实现接近等温的状态。在多种优选实施方案中，可以使用一种或多种催化剂，它们沿流动方向分布在导热板的平面内。该转化炉可以作为蒸汽转化炉使用或者作为部分氧化转化炉使用。当作为蒸汽转化炉使用时，蒸汽转化（吸热的）反应所需的热能由辐射和／或传导的方式从外部提供给导热板。这时产生ＣＯ、Ｈ↓［２］、水蒸汽和ＣＯ↓［２］。当作为部分氧化转化炉使用时，天然气借助于燃烧催化剂和转化催化剂的存在而被氧化。这时产生ＣＯ、Ｈ↓［２］、水蒸汽和ＣＯ↓［２］。因为催化剂板和导热板之间紧密热接触，使得在叠层组件内没有多余的温度产生。板设计的具体情况可以各种各样以便提供各种歧管装置为引入、预热和排放反应物提供一个或多个入口和出口。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
技术介绍
本专利技术涉及转化炉，尤其是把燃料转化成适合于电化学转换器使用的燃料物质的转化装置。特别是涉及一种适用于蒸汽转化或部分氧化转化的平板型转化炉。传统烃类燃料做为燃料电池的燃料反应物使用在本领域是众所周知的。烃类燃料在进入电化学转换器之前，一般须经过预处理并转化成较简单的反应物。按传统方法，燃料的预处理首先是让烃类燃料通过一个脱硫装置，然后经过一个转化炉，再是经过一个移位(shift)反应器(仅用于以H2为燃料的燃料电池)来产生一种合适的燃料原料。目前广泛地在工业上使用的传统蒸汽转化炉，包括由加速转化反应用的一种催化剂材料组成的转化器部件和一个用于为吸热转化反应提供热量的燃烧器。一般地，一个蒸汽源与转化器部件相连以提供蒸汽。该燃烧器通常是在大大高于转化反应所需的温度下工作，同时大大高于常规燃料电池如固态氧化物燃料电池的工作温度。因此，该燃烧器必须作为独立于燃料电池的一个分离装置工作，因此大大增加了全部动力系统的体积、重量、成本和复杂程度。另外，燃烧器不是唯一适合于利用通常来自燃料电池的废热的装置。还有，燃烧器的额外燃料消耗限制了动力系统的效率。典型管式转化炉包括许多管道，这些管道一般由高熔点金属合金制成。每条管道包含一种填充在其中带有合适转化催化剂表面涂层的粒状或球形材料。管道直径一般在9cm到16cm之间变化，管道的受热长度一般在6和12米之间。燃烧区设置在管道外部，一般处于燃烧器内。管道表面温度由燃烧器保持在900℃范围内，以确保在管道内流动的烃类燃料在500℃和700℃之间的温度下与蒸汽适当地催化反应。这种传统的管式转化炉依靠管道内热置换器的传导和对流来为转化分配热量。平板式转化炉在本领域是已知的，它的一个例子在Koga等人的美国专利No．5,015,444中有图示和描述。其中描述的转化炉具有用于燃料/蒸汽混合物流和燃料/空气混合物流的交替平面缝隙空间。空间内燃料/空气物流的燃烧为燃料/蒸汽混合物流的转化提供热量。这种设计的一个缺点是转化炉依靠处于两个相邻平面缝隙空间之间的热置换器来加速燃料转化过程。Yasumoto等人的美国专利No.5,470,670描述了一个一体化燃料电池/转化炉结构，它具有燃料电池和转化炉板的交替叠层。热转换器从放热的燃料电池通过分离板的厚度向吸热的转化炉传热。这种设计的一个缺点是在这种燃料电池/转化炉结构中难以达到温度均匀一致，而这一点在小型且高效的化学和电化学装置的设计中是最重要的。这种燃料电池/转化炉结构也需要复杂且笨重的反应物歧管来在交替的燃料电池层和转化炉层之间连接反应物流。电化学转换器，如燃料电池，可作为通过电化学反应把来自燃料材料的化学能直接转换成电能的系统是已知的。一种通常用于燃料电池能量产生系统的燃料电池是固态氧化物燃料电池。这种固态氧化物燃料电池产生电能并释放出温度为约1000℃的废热。一种典型的燃料电池主要由串联的电解质单元组成，其中装有燃料和氧化剂电极，类似的串联内部连接器设置在电解质单元之间以提供串联的电接触。当一种燃料，如氢气，被引到燃料电极以及一种氧化剂，例如氧气，被引到氧化剂电极时，引起了电化学反应，于是在两个电极之间通过电解质产生电流。通常，电解质是一种具有低离子电阻的离子导体，因此在转换器工作条件下允许一种离子从一个电极-电解质界面向对面电极-电解质界面传递。电流能从内部连接板流到外部负载。常规固态燃料电池除了上面列出的特性，还包括具有多孔燃料的电解质以及施加于该电解质相反一侧的氧化剂电极材料。该电解质一般是一种氧离子传导材料，例如稳定化的氧化锆。氧化剂电极一般保持在一种氧化性气氛中，它通常是一种高导电性的钙钛矿，例如，掺杂锶的亚锰酸镧(LaMnO3(Sr))。燃料电极一般保持在一种富燃料的或还原性的气氛中，它通常是一种陶瓷合金，如氧化锆-镍(ZrO2/Ni)。固态氧化物燃料电池的内部连接板一般由在氧化性和还原性气氛中都稳定的导电材料构成。技术上还需要一个把由燃料电池产生的废热用于转化用途的装置。尤其需要设计一个与电化学转换器紧密结合的转化炉。下面将结合某些优选实施方案描述本专利技术。然而，应该清楚在不超出本专利技术的实质和范围的条件下，本
的技术人员可以进行各种变化和改进。专利技术概述本专利技术的一个目的是提供一种板式转化炉，它具有优良的热特性且能与燃料电池有效地在热量方面结合在一起。本专利技术还涉及一种既可以做为蒸汽转化炉使用又能做为部分氧化转化炉使用的板式转化炉。当做为蒸汽转化炉使用时，它从一个热源如燃料电池得到热量，同时从一个来源如燃料电池的排出气得到蒸汽。蒸汽可以由任何常规来源，比如一个蒸汽锅炉，从外部提供，或者可以由装在常规燃料电池排出口到转化炉的歧管来提供。热源也可以是一个燃料反应器。当做为部分氧化转化炉使用时，它燃烧相对一小部分如约25％的进料反应气来为吸热转化反应提供热量。转化炉最适合在不需要其它热输入(热源)也不需另外提供蒸汽的自动热平衡条件下工作。它也适合在能利用燃料电池废热的部分氧化条件下工作。本专利技术的另一个目的是提供一种板式转化炉，其中催化剂与导热板定向地，例如沿细长的气流方向紧密热接触，以保持平面内板块的平均温度，从而实现有效的转化反应，同时消除或减少对转化炉的催化剂或结构材料有害的热点的出现。“平面内”这个词是用来表示板块的平的表面或侧面。本专利技术还有一个目的是提供一种板式转化炉，它适合于或者在蒸汽转化时或者在部分氧化转化时利用剂燃料电池提供的废热来供给吸热反应。本专利技术还有另一个目的是提供一种板式转化炉，它把进料的反应物预热到适合转化反应的温度。本专利技术的另一个目的是提供一种板式转化炉，它内部带有多路输入歧管，如此可使反应物分别引入到转化炉，待反应物在转化炉内充分混合后，再进入转化炉的氧化区和转化区。本专利技术的转化炉具有一种可加速有效燃料转化的热增强特点。按照一种情况，转化炉包括带有交替排列的导热板的平板式催化剂结构。后一个特点大大提高了转化炉的热特性，得到一个相对紧凑的转化炉结构。因此，转化炉能与电化学转换热能上和物理上结合，有效地转化烃类燃料并产生电流。本专利技术利用上述有效传热技术得到系统内温度均匀(等温面)和能量平衡来克服常规转化炉在体积方面的缺点。这种温度均匀性减少了需要转化的进料反应物的转化物料的量。另外，吸热转化反应所需的热能来自热综合电化学转换器的废热。例如，在正常工作条件下，转换器产生过量的热或废热，这种热用于维持符合转化所要求的工作温度(在约500℃和700℃之间的范围)。紧凑化和管路简单化对为工业用转化炉结构和系统集成提供基础是必要的。本专利技术的其它一般目的和更具体的目的从下面的附图和描述中将在一定程度上变得显而易见和更加明显。附图简述本专利技术的上述目的和其它目的，特点和优点通过下面的描述和附图将变得清楚，在不同的附图中，对相同的部分用相同的参考符号表示。这些附图说明了本专利技术的原理，其中虽然不成比例，但它示出了相对的尺寸。图1是根据本专利技术的一个外部燃料转化炉的一个具体装置的横截面图；图2A-2C是图1的催化剂和转化板的各种具体装置的横截面图；图3是一个装配好的具有内部转化能力的电化学转换器的立体图；图4是一个能实现内部转化的电化学剂转换器的电解质元件和内部连接元件的更详细立体图；图5是说明流过外部本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在操作过程中将反应物转化成反应产物的板式转化炉，所说的转化炉包括：许多与一种或多种用于加速转化反应的催化剂相结合的催化剂板和许多由导热材料构成的导热板，所说催化剂板和所说导热板交替叠放一起形成转化结构，该导热板在平面内传导热量用 来支持转化过程。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：MS舒，ED霍格，
申请(专利权)人：兹特克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。