本发明专利技术涉及一种无需任意外部加热用于制备氢气/合成气的紧凑型、同轴自热氢气/合成气发生器。此外，本发明专利技术的自热氢气/合成气发生器涉及以下反应的结合，所述反应是例如部分氧化反应、蒸汽重整反应、干重整反应、自热重整反应、干自热重整反应、水煤气变换反应、优先氧化反应或者甲烷化反应，且这些反应无需外部加热就能进行，用于将空气、蒸汽和燃料转换成主要含CO、CO2、N2、CH4以及H2O的重整物，随后转换成氢气/合成气作为燃料电池的进料或者用于合成气应用中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及紧凑型桌面氢气/合成气发生器或者燃料处理器来制备氢气/合成气，以使其直接进料到燃料电池或者合成气进料应用中。更具体地，本专利技术提供一种在所述发生器中制备氢气/合成气的方法。专利技术背景和现有技术描述氢气/合成气发生器或者燃料处理器是一种可以将燃料转换为产物气体的装置，所述产物气体含有富集氢气/合成气的气流。可以使用一系列水煤气变换反应器、优先氧化反应器或者甲烷化反应器将所述合成气转换为富含氢气的气体。现有技术中对于燃料处 理器或者氢气/合成气发生器具有数种可行的设计，但是几乎没有涉及用于制备富集氢气的气体的紧凑型、热联合的燃料处理器，用于将其直接递送到燃料电池或者需要合成气的应用中。另外，现有设计是复杂的，需要外部加热的，其热效率低，体积大且昂贵。另外，在将产物气体进料到燃料电池或者合成气应用之前，需要对其进行处理。参考题为“用于制备富集氢气的气体的燃料处理器(Fuel processor forproducing hydrogen rich gas)”的专利文件US2002/083646,其涉及一种紧凑型处理器，用于从烃类燃料制备用于燃料电池的富集氢气的气流，所述紧凑型处理器包含第一热交换器、第一脱硫反应器、用于使得烃类燃料与含氧气体混合产生燃料混合物的总管、第二热交换器、自热反应器、第二脱硫反应器、水煤气变换反应器、选择性氧化反应器和热交换器。参考专利文件US2003/0051405，其揭示了一种用于将烃类燃料转换为富集氢气的气体的设备，该设备包含多个沿着共用轴首尾层叠的模块。参考题为“单室紧凑型燃料处理器(Singlechamber compact fuel processor)”的专利文件US2003/0021742，其涉及用于将烃类燃料转换为基本纯的氢气进料的多步骤工艺的设备，该设备在一个共用反应室中包含多个反应区域。参考题为“集成重整器和转换反应器(Integrated reformer and shiftreactor)”的专利文件US7066973，其揭示了一种用于制备双原子氢气的烃类燃料重整器。所述重整器包含第一反应容器，环状地设置在第一反应容器周围并包含第一转换反应区域的转换反应器，以及设置在第一转换反应区域内的第一螺旋管，所述第一螺旋管的进口端与水源连通。参考题为“用于从碳水化合物进料制备氢气的方法(Process for productionofhydrogen from carbohydrate feedstock)”的专利文件 W0/2008/063485,其揭不了一种从植物来源制备氢气的方法，其中在足以分解碳水化合物材料的温度和压力下，用水和催化剂对天然的植物来源进行处理，以形成包含氢气的气体蒸汽混合物以及对氢气混合物进行分离。现有技术中，没有文件揭示将选自部分氧化反应、完全氧化反应、蒸汽重整反应、干重整反应、干自热重整反应、自热重整反应、水煤气变换反应、优先氧化反应或甲烷化反应的反应以及水冷凝器和连同co/co2清除的分离器结合在一个单一的紧凑型单元中。此外，燃料处理器的现有设计对于从开始到关闭的整个运行过程需要外部加热。另外，产生富集氢气的气体或者合成气的现有技术的燃料处理器，在将所产生的富集氢气的气体或者合成气进料到燃料电池/合成气进料应用之前，需要额外的设备和/或步骤对其进行处理。现有技术中，没有文件揭示了使用至少一部分相互任意结合使用的燃料处理器/氢气或合成气发生器，以产生氢气、富集氢气的气体或者合成气。所述进料还可以选自热合成气、煤气化器气体或者任意其他含H2、CO、CO2, CH4, H2O的气流。专利技术目的本专利技术的一个目的是提供一种紧凑型的桌面氢气以及合成气发生器。本专利技术的另一个目的是提供一种氢气/合成气发生器，在所述氢气/合成气发生器中进行各种催化/非催化反应。本专利技术的另一个目的是提供一种氢气/合成气发生器，在所述氢气/合成气发生 器中可以无需外部热源进行各种反应。本专利技术的另一个目的是提供一种在所述发生器中制备氢气/合成气的方法。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及紧凑型桌面氢气/合成气发生器或者燃料处理器来制备氢气/合成气，以使其直接进料到燃料电池/合成气进料应用中。揭示了一种用于制备氢气/合成气的紧凑型燃料处理器。本专利技术的特征在于改进的集成燃料重整系统，其包括自热重整器，以及集成形式的一个或多个反应器部分，所述反应器部分选自(但不限于)脱硫器、水煤气变换反应器、优先氧化反应器或甲烷化反应器、CO和/或CO2吸收器、冷凝器以及水或液相分离器。本专利技术一个方面的特征在于以下化学反应的结合，所述化学反应选自，但不限于部分氧化反应、完全氧化反应、蒸汽重整反应、干重整反应、干自热重整反应、自热重整反应、水煤气变换反应、优先氧化反应或甲烷化反应，并且无需外部加热将富集氢气的气体或者合成气直接进料到燃料电池或者合成气进料应用中。本专利技术的另一个方面，允许燃料(可任选的预加热的燃料)与空气和水发生反应以在ATR中制备一氧化碳、二氧化碳、水和氢气等，并将其进料到WGS和/或PrOx/甲烷化反应器中从而减少了其CO含量，并且在冷凝器部分可任选地结合冷却与C0/C02去除。此外，在PrOx反应器中用冷水旋管对产物气体进行冷却。在本专利技术的一个实施方式中，氢气/合成气发生器包含至少三个同心壳，最内壳、中间壳以及最外壳，其中所述最内壳(14)由自热重整反应器组成，所述自热重整反应器还包含端口(6)和用于测量形成的气体的取样端口(8)，所述端口(6)用于使得蒸汽与燃料和空气经过燃料进口 7 (a)、空气进口(7b)和进水口(7c)混合，所述中间壳(15)在上部包含LTS WGS反应器(低温水煤气变换反应器)并在下部包含MTS/HTS WGS反应器(中温/高温水煤气变换反应器)，并包含放置在内壳(14)和中间壳(15)之间的蒸汽旋管(I)和放置在MTS/HTS (15)的进口处的喷头(3)，用于对从MTS/HTS (15)形成的气体进行测量的取样端口(9)以及用于对从LTS (15)形成的气体进行测量的取样端口(10)，除此之外，发生器的最外壳(16)由放置在上部的优先氧化反应器(PROX) (5)、放置在中部的连同CO和CO2清除的冷凝器以及位于下部的气液分离器组成，所述最外壳(16)还包含壳(15)和(16)之间的冷凝器旋管(2)、在PROX (5)进口处的空气喷头(4)、用于对PROX (5)之后形成的气体进行测量的取样端口(11)以及用于冷却剂/CO和CO2吸收溶液的进口(12)和出口(13)。在本专利技术的另一个实施方式中，如权利要求I所述的发生器，包含多个热集成作为一个单一、紧凑型并同轴单元的反应器部分，所述反应器部分选自脱硫器、自热反应器、水煤气变换反应器、优先氧化反应器、甲烷化反应器、CO和CO2吸收器。在本专利技术的另一个实施方式中，如权利要求I所述的发生器，包含多个用于将蒸汽供给到ATR进料预加热部分的旋管，使得产物气体冷却并从富集氢气的产物气体中吸收CO 和 CO2。在本专利技术的另一个实施方式中，如权利要求I所述的发生器，所述PrOx反应器(5)可以被甲烷化反应器替代或者与甲烷化反应器结合使用。在本专利技术的另一个实施方式中，如权利要求I所述的发生器，所述发生器的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·R·凯尔，
申请(专利权)人：科学工业研究委员会，
类型：
国别省市：
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