一种多管式化学反应器，包括用于在管式反应器单元的气相反应区内引发气相放热反应的点火器。根据本公开，提供了一种多管式化学反应器，其包括多个间隔开的反应器单元，每个反应器单元包括细长管，该细长管具有带有内表面和外表面的壁、位于一端处的入口和位于相对端处的出口，所述壁封闭气流通道，该气流通道的至少一部分限定气相反应区，所述多管式化学反应器可包括至少一个点火器，该点火器用于在反应器单元的气相反应区内引发至少一种气相放热反应。热反应。热反应。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于引发气相放热反应的点火器的多管式化学反应器
[0001]对相关申请的引用
[0002]本申请涉及于2013年11月6日提交的第61/900,510号和第61/900,543号美国专利申请所公开和要求保护的主题，这些专利申请的全部内容通过引用结合在此。
技术介绍
[0003]本公开涉及化学反应器，尤其涉及一种结合有用于在其中引发多种气相放热反应的点火器的多管式化学反应器。
[0004]虽然本公开的教导通常适用于进行所有方式的气相放热反应的所有类型的多管式反应器，但是在本文中将通过多管式重整器和操作这种重整器以引发液体和气体可重整燃料的气相放热重整从而产生富氢重整产物的方法来对其进行具体举例说明。
[0005]气体或汽化可重整燃料向富含氢的含一氧化碳气体混合物(通常称为“合成气”或“syngas”的产物)的转化可按照任何这种公知的气相燃料重整操作进行，例如蒸汽重整、干重整、自热重整和催化部分氧化(CPOX)重整。这些燃料重整操作之中的每一种都有其独特的化学性质和要求，并且每一种都具有相对于其它操作的特征性优点和缺点。
[0006]由于燃料电池(即，将诸如氢气、氢气和一氧化碳的混合物等可电化学氧化的燃料电化学转化为电能的装置)的潜力，改进的燃料重整器、燃料重整器部件和重整工艺的开发仍然是大量研究的焦点，在包括主电源装置(MPU)和辅助电源装置(APU)在内的常规应用中发挥了极大的作用。燃料电池还可用于特殊应用，例如作为电动车的车载发电装置、住宅用设备的备用电源、休闲用主电源、户外和其它离网位置的用电装置、以及用于便携式电池堆的重量更轻、功率密度更高、与环境温度无关的替代品。
[0007]由于氢的大规模、经济的生产、其分送所需的基础设施、以及其储存(尤其是作为运输燃料)的实用手段被广泛认为还有很长的路要走，因此目前的许多研究和开发都致力于改进作为电化学可氧化燃料(尤其是氢和一氧化碳的混合物)的来源的燃料重整器和作为这种燃料向电的转换器的燃料电池组件(通常被称为燃料电池“堆”)、以及将燃料重整器和燃料电池集成到更紧凑、可靠和高效的用于产生电能的装置中。
技术实现思路
[0008]根据本公开，提供了一种多管式化学反应器，其包括多个间隔开的反应器单元，每个反应器单元包括细长管，该细长管具有带有内表面和外表面的壁、位于一端处的入口和位于相对端处的出口，所述壁封闭气流通道，该气流通道的至少一部分限定气相反应区，所述多管式化学反应器可包括至少一个点火器，该点火器用于在反应器单元的气相反应区内引发至少一种气相放热反应。所述点火器可包括辐射热产生元件，该辐射热产生元件与气相反应区热连通并靠近气相反应区，但与气相反应区物理隔离。
[0009]对于所述多个间隔开的反应器单元来说，在稳态操作模式期间，相邻反应器单元之间的最大距离可以是这样的距离，在超过该距离时所述多个间隔开的反应器单元的温度会下降到低于预定的最低阵列温度。相邻反应器单元之间的最小距离可以是这样的距离，
在低于该距离时反应器单元的出口处的温度会高于预定的最高温度。
[0010]所述多管式化学反应器可包括至少一个热电偶，该热电偶布置在包括多个间隔开的反应器单元的反应室内。
[0011]所述多管式化学反应器可包括多个点火器。在包括多个间隔开的反应器单元的反应室的一端可布置至少一个点火器，并且在反应室的相对端可布置至少一个点火器。所述多管式化学反应器可包括多个点火器和多个热电偶，这些点火器和热电偶布置在包括所述多个间隔开的反应器单元的反应室内。在所述反应室的一端可布置至少一个点火器和至少一个热电偶，并且在所述反应室的相对端可布置至少一个点火器和至少一个热电偶。
[0012]所述多个点火器和所述多个热电偶可在反应室内布置成使得位于反应室的一端处的至少一个点火器可与布置在反应室的相对端处的热电偶相对。
[0013]所述多管式化学反应器可包括气体反应物源，该气体反应物源与所述反应器单元的气相反应区流体连通。
[0014]所述多管式化学反应器可包括用于控制该多管式化学反应器的操作的控制器。该控制器可与所述至少一个点火器以及(若存在)所述至少一个热电偶和所述气体反应物源之中的至少一种操作连通。
[0015]根据本公开，提供了一种多管式化学反应器，其包括：沿着与长度为X的线L对应的公共纵轴排列成一排或多个基本相同配置的平行排的多个间隔开的反应器单元，所述线L从布置成一排的反应器之中的第一个反应器延伸到最后一个反应器，一排中的每个反应器单元包括细长管，该细长管具有带有内表面和外表面的壁、位于一端的入口和位于相对端的出口，所述壁封闭气流通道，该气流通道的至少一部分限定气相反应区；以及用于在反应器单元的气相反应区内引发至少一种气相放热反应的至少一个点火器，该点火器包括位于反应器单元的外露区段附近但与之物理隔离的辐射热产生元件，这种辐射热产生元件的延伸长度是线L的长度X的至少大约30％至大约100％。
[0016]根据本公开，提供了一种多管式化学反应器，其包括：多个间隔开的反应器单元，每个反应器单元包括细长管，该细长管具有带有内表面和外表面的壁、位于一端处的入口和位于相对端处的出口，所述壁封闭气流通道，该气流通道的至少一部分限定气相反应区；以及用于在反应器单元的气相反应区内引发多种气相放热反应的至少一个点火器，该点火器包括位于反应器单元的外露区段附近但与之物理隔离的辐射热产生元件，这种辐射热产生元件的延伸长度使得其靠近反应器单元的多个气相反应区。
[0017]CPOX反应器单元的CPOX气相反应区和每个点火器的热辐射元件可布置在绝热室内。点火器的操作可通过其热辐射元件将辐射热传递至其附近的至少一个CPOX反应器单元的CPOX气相反应区，以在该反应区内引发至少一种气相放热反应。
[0018]所述多管式气相化学反应器的点火器部件与布置在绝热室内的CPOX反应器单元的反应区物理隔离，因而为反应器操作的管理提供了多种益处和优点。根据一排或平行排中的管式反应器单元的数量和布置，单个点火器单元和至多数个点火器单元通常足以在反应器单元的气相反应区内引发或启动一种或多种放热气相反应。这简化了反应器及其各个管式反应器单元的构造，并简化了反应器的操作以及可能需要的不工作或有缺陷的点火器的识别和更换。
[0019]本文中的反应器的点火器部件的另一个主要优点是，在反应器达到稳态操作时，
很容易对其进行去活，并根据反应器操作管理的需要对其重新激活以再次引发放热气相反应。点火器的激活和去活的便利性对于在正常运转期间可能经历频繁且快速的开关循环的多管式反应器是有益的。
[0020]根据本公开，提供了一种用于多管式化学反应器的启动方法，其包括以下步骤：在所有点火器中引发最大加热；确定在位于中心的反应器单元内引发气相放热反应；将外侧点火器的加热降低到第一加热水平，将内侧点火器的加热降低到第二加热水平，所述第二加热水平低于所述第一加热水平；确定在位于外侧的反应器单元内引发气相放热反应；关断点火器的加热。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多管式化学反应器，包括：沿着与长度为X的线L对应的公共纵轴排列成一排或多个基本相同配置的平行排的多个间隔开的反应器单元，所属线L从布置成一排的反应器之中的第一个反应器延伸到最后一个反应器，一排中的每个反应器单元包括细长管，该细长管具有带有内表面和外表面的壁、位于一端的入口和位于相对端的出口，所述壁封闭气流通道，该气流通道的至少一部分限定气相反应区；以及用于在反应器单元的气相反应区内引发多种气相放热反应的至少一个点火器，该点火器包括位于反应器单元的外露区段附近但与之物理隔离的辐射热产生元件，这种辐射热产生元件的延伸长度是线L的长度X的至少大约30％至大约100％。2.如权利要求1所述的多管式化学反应器，其中所述多管式化学反应器是部分氧化重整器或自热重整器。3.如权利要求1或2所述的多管式化学反应器，其中在稳态操作模式期间相邻反应器单元之间的最大距离是这样的距离，在超过该距离时，所述多个间隔开的反应器单元的温度下降到低于预定的最低阵列温度值；并且相邻反应器单元之间的最小距离是这样的距离，在低于该距离时，反应器单元的出口处的温度大于预定的最大温度值。4.如权利要求1
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3中任一项所述的多管式化学反应器，还包括至少一个热电偶，该热电偶布置在包括多个间隔开的反应器单元的反应室内。5.如权利要求1
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4中任一项所述的多管式化学反应器，包括多个点火器，在包括多个间隔开的反应器单元的反应室的一端布置至少一个点火器，并且在该反应室的相对端布置至少一个点火器。6.如权利要求1
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6中任一项所述的多管式化学反应器，包括多个点火器和多个热电偶，这些点火器和热电偶布置在包括所述多个间隔开的反应器单元的反应室内，其中在所述反应室的一端布置至少一个点火器和至少一个热电偶，并且在所述反应室的相对端布置至少一个点火器和至少一个热电偶。7.如权利要求6所述的多管式化学反应器，其中所述多个点火器和所述多个热电偶在反应室内布置成使得位于反应室的一端处的至少一个点火器与位于反应室的相对端处的热电偶相对。8.如权利要求1
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7中任一项所述的多管式化学反应器，包括气体反应物源，该气体反应物源与所述反应器单元的气相反应区流体连通。9.如权利要求1
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8中任一项所述的多管式化学反应器，包括用于控制所述多管式化学反应器的操作的控制器，该控制器与所述至少一个点火器以及与若存在的所述至少一个热电偶和所述气体反应物源之中的至少一种操作连通。10.一种多管式化学反应器，包括：多个间隔开的反应器单元，每个反应器单元包括细长管，该细长管具有带有内表面和外表面的壁、位于一端处的入口...
【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：瓦特燃料电池公司，
类型：发明
国别省市：
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