[发明专利]液体燃料催化部分氧化重整器和催化部分氧化重整方法

说明书

相关申请的交叉应用

本申请要求在2013年11月6日提交的美国临时专利申请No.61/900,510 的申请日的优先权和权益，将其全部公开内容引入本文作为参考。

技术领域

本教导涉及液体燃料催化部分氧化重整器以及液体可重整燃料的催化 部分氧化重整以制造富含氢气的重整物的方法。

背景技术

气态或液体可重整燃料向富含氢气的包含一氧化碳的气体混合物(通常 被称为“合成气体”或“合成气”的产物)的转化可根据任意这样的公知燃 料重整操作例如蒸汽重整、干重整、自热重整、和催化部分氧化(CPOX)重 整进行。这些燃料重整操作各自具有其与众不同的化学和要求并且各自的特 点是其相对于其它而言的优点和缺点。

改进的燃料重整器、燃料重整器部件、和重整工艺的发展由于燃料电池 (即，用于将可电化学氧化的燃料例如氢气、氢气与一氧化碳的混合物等电 化学转化为电力的装置)的潜力而依旧是相当多的研究的焦点，对于包括主 动力设备(MPU)和辅助动力设备(APU)在内的通常应用依旧起到极大扩展的 作用。燃料电池也可用于专业化应用例如作为用于电动车的机载发电装置， 用于住宅用装置的备用电源，用于在离网场所中的休闲用途、户外和其它耗 电装置的主电源，和用于便携式电池组(包装)的更轻质、更高功率密度、不 依赖环境温度的替代品。

由于氢气的大规模的经济的生产、其分销所需要的基础设施、以及用于 其存储(尤其是作为运输燃料)的实用手段普遍被认为还有长的路要走，因此 很多当前的研究和开发目的在于改进作为可电化学氧化的燃料(特别是氢气 与一氧化碳的混合物)的来源的燃料重整器和作为这样的燃料到电力的转化 器的燃料电池组件(通常被称为燃料电池“堆”)两者，以及将燃料重整器和 燃料电池集成到用于产生电能的更紧凑、可靠和有效率的装置中。

CPOX重整(或者简称为CPOX)作为将富含氢气的重整物供应至燃料电 池堆(例如具有从100瓦到100千瓦的任何地方的标称额定功率、以及在之 间的所有额定功率的那些)的方式已经引起了特别的关注。CPOX重整的优点 有，反应是放热的，这与蒸汽重整和干重整形成对照，蒸汽重整和干重整是 需要外部热源的吸热反应。

此外，CPOX反应通常比其它重整反应快，这容许构造能够快速启动并 且对担载的变化快速响应的相对小的重整器。与需要水和蒸汽的处理的重整 器(例如，蒸汽重整器和自热重整器，其需要用于水的存储单元、用于产生 蒸汽的加热单元、用于供应热以驱动吸热的重整反应的燃烧器或燃烧单元 等、以及它们的相关流体发送(routing)和操作-监测和控制装置)相比，CPOX 重整器还往往在设计方面更简单。

然而，并且如先前所认识到的(参见例如美国专利No.6,790,431和 7,578,861)，在CPOX反应期间产生的典型地高水平的热可具有不期望的后 果，包括对重整器和/或其部件例如CPOX催化剂、催化剂担载体、和其它 结构部件的损害。这是许多目前的CPOX重整器设计的主要缺点并且是需要 有效解决方案的主要缺点。

一种已知类型的CPOX重整器包括催化剂担载体部件(通常被称为“催 化剂单块”、“单块催化剂担载体”、“单块基底”或者简单地称为“单块”)， 其具有沉积在其上的CPOX催化剂或催化剂体系。

单块可基于两种通常的构型分类：特征在于呈现出穿过其的基本上线性 的气体流路的蜂窝状、有沟道的、金属丝网或螺旋-蜿蜒的波纹板结构的金 属或陶瓷主体的第一种构型，和特征在于呈现出穿过其的曲折的气体流路的 网状的、或开放的孔结构的金属或陶瓷泡沫体主体的第二种构型。在例如如 下中公开了一种或另一种通常类型的代表性单块：美国专利No.5,527,631； 6,402,989；6,458,334；6,692,707；6,770,106；6,887,456；6,984,371；7,090,826； 7,118,717；7,232,352；7,909,826；7,976,787；8,323,365；和美国专利申请公 布No.2013/0028815。