可以具有相同的尺寸和形状，但这些孔口的尺寸和形状彼此之间也可以不同。优选地，对所述孔口的尺寸以及这些孔口与燃料入口之间的距离进行设计，以实现最佳的紊流混合，并使氧化剂/燃料混合物在与催化剂28接触之前是基本完全均匀的。混合区(孔口 18的位置)与催化剂28之间的距离D也被构造为使得氧化剂实现了混合物稳定性，而不会引起氧化剂/燃料混合物的自动氧化。
[0035]此外，重整反应器1还具有位于壳体2的侧壁8a中的烃类燃料入口 22。优选地，该燃料入口 22形成为燃料喷射器，它向反应室10内提供燃料喷雾。在壳体2的相反侧壁8b中设置有重整气体出口 24。重整气体26为富氢气体，它是自热反应的产物，并且能够用于燃料电池的运行。
[0036]如图1所示，重整反应器1还包括用于对烃类燃料20进行预热的预热装置30。在图1中，该燃料预热装置被图示为单独的装置30，但也可以将燃料喷射器22与燃料预热装置30集成为单个装置。如果燃料喷射器22另外与侧壁8a导热接触，则反应室10中产生的热量能够传递到燃料喷射器22，从而能够在燃料喷射器22中利用该热量来预热所述烃类燃料20。
[0037]在下文中，通过示例性地以空气/蒸汽混合物作为氧化剂把作为烃类燃料的柴油转化为氢气，来对重整反应器1的运行进行描述。用于转化的反应为自热式。
[0038]根据本发明，在空气/蒸汽混合物14通过氧化剂供给口 16注入到空间12中之前使空气和蒸汽混合，该空间12用作将空气/蒸汽混合物14从氧化剂供给口 16输送到重整反应器1的氧化剂入口 18的空气/蒸汽通道。
[0039]在通向壳体2的内壁4中的多个入孔18的途中，空气/蒸汽混合物14利用从内壁向空气/蒸汽混合物的热传递而预热，由此，该热传递也使反应室10的内壁4冷却。通过冷却该反应室10的内壁4，反应室10中的柴油燃料分子在碰撞到反应室壁上时燃烧成烟灰的风险降低了。当来自空气/蒸汽混合物14的氧气与具有较短链的柴油燃料20的“较轻质”烃分子反应(CxHy+02— CO 2+C0+H20)时，反应室10的内壁4通过发生在反应室10内的基本均匀的氧化而被加热。
[0040]空气/蒸汽混合物14通过孔口 18进入该反应器的反应室10中，从而在反应室10内形成基本均匀的空气/蒸汽烟雾，在反应室10中该空气/蒸汽混合物14与通过燃料喷射器22喷到该空气/蒸汽烟雾中的柴油燃料20混合。
[0041]为了柴油燃料20与空气/蒸汽烟雾14的成功混合，需要柴油燃料20向空气/蒸汽烟雾14中的基本理想的雾化或汽化，以基本上阻止燃料20或空气/蒸汽烟雾14的冷凝。由于这种不期望的冷凝很可能是因为预热的空气/蒸汽烟雾14与通常较冷的柴油燃料20之间的温差而发生，所以，根据本发明，柴油燃料20也由预热装置30进行预热。通过将柴油燃料20预热到接近但低于燃料最低沸点的温度，实现了基本理想的燃料雾化或汽化以及随后的空气/蒸汽混合物，由此也提供了用于基本理想的雾化或汽化的热量。优选地，空气/蒸汽烟雾14也被预热到与柴油燃料20的温度处于相同范围的温度或更高温度，由此提供了燃料20与蒸汽14之间的升高的温度，这又基本阻止了冷凝。
[0042]由于燃料(特别是柴油燃料)是不同组分的混合物，由此，每个组分具有不同的沸点，因此优选将空气/蒸汽混合物预热到比柴油燃料中的最轻组分的沸点高的温度，该最轻组分的沸点形成了柴油燃料的最低沸点。如果预热的空气/蒸汽混合物的温度高于由柴油燃料的最低沸点给出的温度，则基本上避免了该燃料中的轻质组分冷凝，而且燃料/空气/蒸汽混合物的温度收敛于燃料中的较重组分的沸点，从而能够轻松实现基本完全的燃料汽化。应当注意，归因于与“较冷”的预热燃料接触而引起的空气/蒸汽混合物的冷凝不会发生，因为在空气/蒸汽混合物与预热燃料接触时，该空气/蒸汽混合物未被冷却到其沸点之下。
[0043]雾化燃料与空气/蒸汽烟雾混合以及燃料预热的结合得到了基本完全均匀的反应混合物，其允许烃类燃料的基本完全转化，这又允许高效生产燃料电池级氢气。
[0044]根据所述孔口的位置、尺寸以及这些孔口与燃料喷射器22之间的距离，在反应室10内实现了空气/蒸汽烟雾与柴油燃料喷雾的紊流混合，使得该混合物在与催化剂28接触之前是基本完全均匀的。
[0045]然后，该基本均匀的气体混合物被引入到催化剂28中，在该催化剂28内，柴油燃料20的烃类经历自热反应过程。在催化剂内发生的自热反应过程中，所产生的氢(H)、C0和C02为主要的过程产物。这些产物在该反应器外部的后续步骤中被处理，其目的是为了将Η与所有其它过程产物分离。
[0046]附图标记列表:
[0047]1重整反应器
[0048]2壳体
[0049]4内壁
[0050]6外壁
[0051]8a、8b 侧表面
[0052]10 反应室
[0053]12 空间=氧化剂通道
[0054]14 氧化剂
[0055]16 氧化剂供给口
[0056]18 氧化剂入口
[0057]20 烃类燃料
[0058]22 烃类燃料入口
[0059]24 富氢气体出口
[0060]26 富氢气体
[0061]28 催化剂
[0062]30 预热装置
【主权项】
1.一种通过自热反应将烃类燃料转化为用于燃料电池和/或排气处理应用的富氢气体的方法，所述方法使用如下的重整反应器(1)，所述重整反应器(1)具有:壳体(2)，所述壳体(2)具有两个侧表面(8a，8b)，所述两个侧表面(8a，8b)形成所述重整反应器(1)的反应室(10);燃料入口(22)，所述燃料入口(22)设置在所述两个侧表面中的一个侧表面(8a)中，以将烃类燃料提供到所述反应室(10)中；以及氧化剂入口(18)，所述氧化剂入口(18)用于将氧化剂提供到所述反应室(10)中，所述方法包括如下步骤: 将所述氧化剂预热到与所述烃类燃料的沸点基本相等或高于所述沸点的温度； 将所述烃类燃料预热到比所述烃类燃料的沸点略低的温度；以及 将所述烃类燃料和所述氧化剂引入到所述反应室中。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烃类燃料和所述氧化剂在所述反应室(10)中混合。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述烃类燃料和所述氧化剂被引入到所述反应室(10)中之前，预热所述烃类燃料和所述氧化剂。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，为了预热所述烃类燃料，提供了燃料预热装置，所述燃料预热装置在所述烃类燃料进入所述反应室(10)中之前对所述烃类燃料进行预热。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，使用空气和蒸汽作为氧化剂，其中优选地，在预热空气/蒸汽混合物之前，预混合所述空气和蒸汽。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述烃类燃料的预热是通过从所述侧壁(8a)到所述燃料入口(22)的热交换来进行的。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述烃类燃料是不同组分的混合物，并且其中，将所述氧化剂预热到比所述烃类燃料中的最轻组分的沸点高的温度，和/或其中，将所述烃类燃料预热到比所述烃类燃料中的最轻组分的沸点低的温度。8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括如下步骤中的至少一个: 在所述反应室中将所述烃类燃料和所述氧化剂混合成均匀的混合物，其中优选地，所述混合是紊流混合；以及 通过自热反应将所述烃类燃料转化为富氢气体，其中，优选使用催化剂。9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述重整反应器(1)还包括内壁(4)和外壁(6)，在所述内壁(4)与所述外壁(6)之间形成有空间(12)，其中所述空间(12)被设计为氧化剂通道，所述氧化剂通道位于在所述外壁(6)中设置的氧化剂供给口(16)与在所述内壁(4)中设置的所述氧化剂入口(18)之间，并且其中，预热所述氧化剂的步骤是通过从所述内壁(4)到所述氧化剂的热交换来进行的。10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，预热所述烃类燃料的步骤由燃料预热装置执行，所述燃料预热装置是所述燃料入口(22)的一体部分。11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，预热所述烃类燃料的步骤是通过从所述侧壁(8a)到所述燃料入口(22)的热交换来进行的。12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述烃类燃料被喷射到所述反应室(10)中，优选通过燃料喷射器来喷射。
【专利摘要】本发明涉及一种通过自热反应将烃类燃料转化为用于燃料电池和/或排气处理应用的富氢气体的方法，该方法使用重整反应器(1)，其具有：壳体(2)，壳体(2)具有两个侧表面(8a，8b)，这两个侧表面(8a，8b)形成重整反应器(1)的反应室(10)；燃料入口(22)，燃料入口(22)设置在所述两个侧表面中的一个侧表面(8a)中，以将烃类燃料提供到反应室(10)中；以及氧化剂入口(18)，氧化剂入口(18)用于将氧化剂提供到反应室(10)中，所述方法包括如下步骤：将氧化剂预热到与烃类燃料的沸点基本相等或高于沸点的温度；将烃类燃料预热到比烃类燃料的沸点略低的温度；以及将烃类燃料和氧化剂引入到反应室(10)中。
【IPC分类】C01B3/38
【公开号】CN105293435
【申请号】CN201510726740
【发明人】巴德·林德斯特伦, 安德斯·卡尔森, 拉尔斯·彼得松
【申请人】瑞典电池公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2008年7月2日