[发明专利]一氧化碳氧化装置

说明书

本发明公开了一种一氧化碳氧化装置(1)，用于氧化富氢重整气体(B)中包含的一氧化碳，其中氧化装置(1)包括壳体(2)，所述壳体(2)包含氧化催化剂(8)，其适于通过氧化剂(A)将重整气体(B)的一氧化碳氧化成二氧化碳，所述壳体(2)包括催化剂(8)上游的用于将至少所述重整气体(B)的气流(B；C)提供到所述壳体(2)中的至少一个气体入口(4)，所述壳体(2)包括催化剂(8)下游的用于将经处理的气体从所述壳体(2)排出的气体出口(6)，所述壳体(2)还包括布置在所述催化剂(8)的上游并且适于在所述气流中提供扰动的气流扰动装置(10)，其中所述气流扰动装置(10)被设计为至少一个螺旋桨形板(14)，其带有板部分(15)和至少一个叶片(16)，所述板部分(15)具有面向气流的表面，叶片(16)连接到板部分(15)并且具有前缘(20)和流出物边缘(22)，其中限定在前缘(20)和流出物边缘(22)之间的表面相对于板部分(15)的表面以预定的叶片倾斜角(α)倾斜，从而限定在板中的至少一个开口(24)。

技术领域

本发明涉及一氧化碳氧化装置。

背景技术

燃料电池电化学地从外部提供的反应物产生电力。具体地，氢气通常用作燃料，并被供应到燃料电池阳极。氧气或空气用作氧化剂，并被供应到燃料电池阴极。氢气可以储存在氢气存储器中，但是对于移动应用，已经证明可以从液体烃燃料产生氢气，例如从燃料重整器(fuel reformer)中的柴油。不幸地，离开燃料重整器的富氢重整气体含有显著量的一氧化碳，该一氧化碳对燃料电池中使用的催化剂有毒，因此必须将其去除或至少降低至非常低的浓度。

已知通过在位于重整器下游的一个或多个单独的变换反应器中通常发生的所谓“水煤气变换”反应，可以减少重整产物一氧化碳含量。在水煤气变换反应中，水(即蒸汽)根据以下理想的放热转变反应与重整产物中的一氧化碳反应：

CO+H₂O-CO₂+H₂

另外，已知布置两个串联的水煤气变换反应器，其中第一变换反应器是高温绝热的变换反应器，在其中重整产物在第一温度下进入重整器并在稍高的温度下将其排出。此后，将重整产物冷却并进入第二变换反应器，该反应器是等温低温变换反应器，在其中重整产物的入口和出口温度基本上相同。这些变换反应器通常包括含有催化剂床的壳体，重整产物流过该催化剂床，并且可以加入另外的蒸汽，或者其中使用包含在重整气体中的蒸汽。

另外或替代地，已知使用至少一种优选氧化反应器(PrOx)，其中富氢重整产物的一氧化碳含量在低于280℃的温度下选择性地与空气反应。因此，为了在不使燃料电池催化剂中毒的情况下在燃料电池中使用重整产物，可以将重整产物中的一氧化碳浓度降低至低于0.00005摩尔分数的期望量。在PrOx反应器中，空气优先在氢气的存在下氧化一氧化碳，但不消耗/氧化大量的氢气。PrOx反应是放热的并进行如下：

CO+1/2O₂-CO₂

当系统达到稳定状态并且一氧化碳水平足够低时，将PrOx反应器流出物供应到燃料电池。在一氧化碳水平足够低之前，PrOx流出物在燃料电池周围分流，以便暂时在系统的其他地方使用。

在所有上述系统中，一氧化碳氧化的效率取决于重整气体和氧化剂(即空气或蒸汽)的气体混合物的均匀性。此外，期望由于过量的氧气或蒸汽与氢气反应而使氧化剂的添加最小化，因此降低了可用于燃料电池的富氢气体中的氢气量。另外，已经证明，特别是在已知的水煤气变换反应器中，在反应器的横截面上，温度分布应尽可能恒定以建立最大效率。