专利名称：反应器装置和用于实现以氢气为反应产物的反应的方法
技术领域：
本发明涉及一种反应器装置，该反应器装置包括用于实现以氢气
(H力为反应产物的反应的反应室、燃烧室和设置在反应室和燃烧室之间
的氢气渗透膜。
背景技术：
WO 03/031325公开了一种所谓的重整反应器，用于从天然气产生合成气体("合成气")。合成气是一种基本上包括一氧化碳(CO)和氢气(H》的气体混合物。所述重整反应器包括一个反应室，所述反应室具有用于天然气(CH4)和水(H20)的供给流的入口以及用于合成气的出口。反应室的周向方向由基本上只可透过氢气的膜所限定。膜被渗透室环绕，渗透室也构成燃烧室。燃烧室具有空气入口和出口孔。
操作期间，天然气和水的供给流被供应到反应室，在反应室内发生所谓的蒸汽重整。在该过程中，由天然气和水生成一氧化碳和氢气。在反应室中产生充分含有合成气的产物流。产物流经出口离开反应室。
由于蒸汽重整是一种吸热反应，因此不得不供应热量以维持反应进行。经氢气渗透膜传输的氢气的量取决于反应室和燃烧室内的氢气分压。由氢气的摩尔数乘以绝对压强而确定氢气分压。操作期间，反应室内的氢气分压高于燃烧室内的氢气分压。生成的一些氢气将随后经膜离开反应室并进入燃烧室。此外，空气经空气入口供应到燃烧室，从而氢气在燃烧室内燃烧。在该过程中释放热量，该热量为吸热的蒸汽重整提供热量，并确保反应室的温度保持足够高以进行蒸汽重整。
由于生成的一部分氢气燃烧以加热反应室，因此独立燃烧室不是必要的。毕竟，将被产生的氢气捕获在其中的渗透室以及燃烧室被组合成一个室。这产生一种简单的设计。此外，通过在渗透侧上燃烧一部分氢气而增加经膜进行的氢气传输，这是由于燃烧反应降低了渗透侧上的氢气分压。而且，与通过在独立燃烧室内燃烧一些天然气来提供必要的热量相比，燃烧生成的一部分氢气能产生效率优势。
然而，在渗透室或燃烧室中，出现的情况是燃烧在燃烧室内的分布不均匀。空气入口设置在燃烧室的端部附近，从而靠近空气入口的燃烧以不同于在离所述空气入口一段距离处的燃烧方式进行。其结果是，反应室内的温度未均匀分布在反应室中-或者在每种情况下反应室内的温度可能局部不同。在反应室中出现局部温度峰。反应室中的温度差影响在所述反应室内发生的蒸汽重整。这会不利地影响蒸汽重整的可控性。此外，不均匀的温度分布可能会削弱催化剂和膜的使用寿命和稳定性。温度峰同样对反应器装置壁具有反作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的反应器装置。
根据本发明而实现该目的，其中，在燃烧室内设置一个供给通道，该供给通道设有用于将含有氧气(02)的流体供应到燃烧室的侧面供应孔。含有氧气的流体例如是空气。供应孔将所述空气更加均匀地分布在燃烧室内，从而使供应的空气分散在燃烧室内。随后计量燃烧室内的氢气燃烧并进行控制。这引起燃烧室、膜和反应室内的温度更加均匀地分布。此外，氢气经膜的渗透也更加均匀。反应室内的蒸汽重整过程因此更加均匀。
注意到EP967005公开了一种用于诸如甲醇的烃的蒸汽重整的反应器。该反应器具有氧化室和设置在所述氧化室下游的重整室，所述氧化室和重整室借助于偏转空间相互连接。位于氧化室和重整室之间的是一个致密的导热分隔壁。在与分隔壁相对的一侧上，重整室具有氢气渗透膜。氢气排放室位于膜的渗透侧上。
氧化室和重整室形成膜供应侧上的两个台阶。甲醇被供应到氧化室，在氧化室中被提供的一部分甲醇氧化。为此需要氧气，并且氧气经带侧面供应孔的供给管道提供。在氧化期间释放出热量，并且该热量借助于导热分隔壁传递到重整室内的吸热蒸汽重整过程。提供的甲醇中未燃烧的部分离开氧化室并经偏转空间进入重整室内。将水供应到氧化室的入口或偏转空间，意味着水存在于重整室内，从而能够发生蒸汽重整。在该过程中生成的氢气经膜传输到氢气排放室。
带侧面供应孔的供给管道计量以均匀分布方式提供到氧化室内的空气。可通过调节氧气的供给而控制重整室内的蒸汽重整。当供氧增加时，更多的甲醇氧化并且热传递增加。相反，如果重整室内的温度太高，可以减少氧气的供给并因此减少热传递，从而使重整室内的温度降低到预期的重整温度。
然而，带侧面供应孔的供给管道不是设置在氢气渗透膜的渗透侧上，而是设置在膜供给侧上的氧化室内。氧化室形成单独的加热室，以加热重整室。而且，供应的甲醇发生燃烧，而渗透的氢气不燃烧。此外，热量不在膜上传递。这就意味着膜渗透侧上的氢气分压相当高，这会不利地影响氢气经膜的传输。
此外，注意到US4990714公开了一种具有反应区的反应器，供给流经流体分配器提供到反应区。在反应区发生以氢气为反应产物的吸热反应。生成的氢气经氢气渗透膜扩散进入围绕反应区的燃烧区。空气经供给管道流进燃烧区内，在那里发生氢气燃烧。释放的热量传递到反应区。然而，不将空气提供成使其借助于带侧面供应孔的供给通道而分布到燃烧区。流体分配器仅传输供给流，并且不是设置在燃烧区内，而是设置在反应区内。
8此外，注意到WO 2004/022480公开了一种用于通过蒸汽重整产 生氢气的装置。该装置为膜蒸汽重整反应器，带有无火焰分布燃烧 (FDC)。所述反应器包括被环形反应室围绕的中央渗透室。渗透室和反 应室被氢气渗透膜相互分开。反应室被其中设有FDC管的外部加热室 环绕。位于反应室和加热室之间的是一个致密的分隔壁。
操作期间天然气和水被供应到反应室，在那里发生蒸汽重整。生 成的氢气经膜扩散到中央渗透室。冲洗气体可以流经渗透室以促进氢 气经膜的传输。氢气经出口离开中央渗透室。
为保持吸热重整反应进行，在加热室内进行天然气燃烧。空气在 燃烧室的一个顶端流动，而天然气借助于FDC管分布在加热室内。燃 烧释放的热量传递到反应室，从而反应室内的温度保持足够高以进行 蒸汽重整。
在一种实施例中，燃烧室位于氢气渗透膜的渗透侧上。燃烧室能 够被设计成用于燃烧经氢气渗透膜传输离开反应室的氢气。结果是燃 烧室内的氢气分压在渗透侧降低，从而增加氢气经氢气渗透膜的传输。
在一个实施例中，燃烧室借助于氢气渗透膜和反应室进行热接触。 例如，通过燃烧氢气产生的热量借助于膜上的热传导而传递到反应室。
根据本发明有可能的是，燃烧室设有用于含有氧气(02)的流体(例 如空气)的入口孔，该入口孔连接到带侧面供应孔的供给通道。所述 入口孔不直接通到燃烧室内；含有氧气的流体从入口孔流经带侧孔的 供给通道以分布方式流入燃烧室。
根据本发明优选的是，燃烧室设有用于清洗流体的入口。清洗流 体包括例如蒸汽和/或氮气，其可以和含有氧气(02)的流体(诸如空气) 混合或不混合。用于清洗流体的入口形成第二入口孔。操作期间清洗流体可以流经燃烧室。清洗流体会促进氢气经氢气渗透膜的传输。
在本发明的一个实施例中，燃烧室设有至少用于经氢气渗透膜传 输离开反应室的氢气的出口。该出口能够排放例如纯氢气或者与清洗 流体混合的氢气。反应器装置可以被用于产生氢气。在那种情况下尽 可能地将氢气经膜带到燃烧室；氢气随后形成渗透侧上的主产物。氢 气接着从出口流出进入燃烧室。燃烧产物水(1120)也经该出口离开燃烧 室，这是由于氢气燃烧产生水，水也被排出。
根据本发明有可能的是，反应室设有用于供应供给流的供给点。 具体地，供给流包括甲垸和水。然而，供给流可以包括任何通过与水 发生吸热反应以氢气为反应产物的烃。例如，也可以使用甲醇/水混合 物。而且，供给流也可以包括一氧化碳、氢气和二氧化碳，例如事实 上供给流在流入反应室内前已经发生局部反应，诸如重整或预重整。
在本发明的一个实施例中，反应室设有排放口或排放点，用于排 放未反应的供给流和反应生成的产物及副产物，诸如C02、 H20、 H2、 CH4和CO。反应器装置也能够被用于产生合成气。在那种情况下，仅 仅为反应室内的吸热反应提供所需热量而需要的一部分氢气经膜进入 燃烧室。相当大量的一氧化碳、氢气和二氧化碳随后出现在反应室中。 合成气流出反应室的排放口。
反应室还可以设有催化床。床中的催化剂对反应室内的反应具有 有利的影响。而且，渗透侧上(即燃烧室内)的氧化反应也能够被催 化剂支持。
根据本发明，可以以各种方式设计供给通道。例如，供给通道包 括其中容纳有侧面供应孔的管状供给管道。此外，供给通道可以被形 成在相互离开一定距离的两块平板之间，在所述平板中设有供应孔。
10根据本发明优选的是，反应室被设计成用于吸热反应。在这种情 况下，侧面供应孔可以以这样的方式被设计，从而使在燃烧室内通过 燃烧氢气产生的热量适合满足反应室内的所述吸热反应的热量需求。 然而，这不意味着产生的热量必须局部地与所需的热量完全相同。
具体地，供应孔的尺寸和/或供应孔之间的距离和/或它们在供给通 道上的位置使得在燃烧室内产生的热量适合满足反应室内的热量需 求。入口孔的尺寸和/或它们之间的距离和/或它们在供给通道上的位置 构成设计参数。经过对它们的优化能够大大避免反应室内的温度峰。 另外，当反应室内存在放热反应时，所述设计参数能够用于实现预期 的温度分布。
如果供给通道为管状供给管道形式，则供应孔可以分布在其纵向 上。在两个平板间形成的供给通道例如具有分布在平板整个表面上的 供应孔。实际上，供应孔通常被设置成相互间隔基本不同的距离。那 么供应孔的分布是不同的。
根据本发明有可能的是，在反应室内设置用于供应含有氧气(02) 的流体的供给管或供给点。这意味着部分供给流能够在反应室内氧化， 而渗透氢气在燃烧室内也发生氧化。例如，在产生氨的情况下这是有 利的。
在本发明的一个特定实施例中设有反应器容器，该反应器容器设 有多个氢气渗透膜，每个膜都限定一个燃烧室，反应室在燃烧室之间 延伸，并且每个燃烧室设有供给通道，所述供给通道设有用于供应含 有氧气(02)的流体的侧面供应孔。所述反应器容器适合于例如在工业规 模上实现以氢气为反应产物的吸热反应。
这里有可能的是，反应器容器具有用于供给流的供应孔，所述供 应孔通往位于被氢气渗透膜限定的燃烧室之间的反应室内。燃烧室之间的空间形成常见的反应室，其中发生用于形成氢气的吸热反应。氢 气从反应室经膜渗透到燃烧室中，所述燃烧室分布在反应器容器的反 应室内。
根据本发明，氢气渗透膜能够限定管状燃烧室。在该示例性实施 例中氢气渗透膜为管状的。燃烧室在所述管状膜内延伸。燃烧室由膜 外部的反应室环绕。
在本发明的一个特定实施例中，每个管状供给管道设有至少一个 中心管，用于使清洗流体通往反应器的端部部分，所述中心管在供给 管道内部延伸，每个燃烧室的清洗流体入口被设置在所述中心管内， 靠近端部部分。在这种情况下，供给管道和中心管组成两个基本同心 的通道。如果反应器被设置在垂直位置，则在中心管内延伸的通道向 下引导清洗流体，从而清洗流体从底部经燃烧室向上流动。操作期 间，空气流经环形通道，所述环形通道在中心管外部及供给管道内部 延伸。形成用于供应空气的供应孔的孔被设在供给管道的壁内。燃烧 室位于供给管壁和氢气渗透膜之间。
本发明也涉及用于实现形成作为反应产物的氢气(H2)的反应的方 法，该方法包括
设置反应室和燃烧室，所述反应室和燃烧室被氢气渗透膜相互隔 开，所述燃烧室具有用于含有氧气(02)的流体的供给通道，所述供给通 道设有侧面供应孔，
在反应室内实现所述反应，
将氢气从反应室经氢气渗透膜转移或传输至燃烧室， 通过供给通道的供应孔将含有氧气(02)的流体供应到燃烧室，
在燃烧室内燃烧一些氢气并释放热量， 将所述热量传递到反应室。
热量可以以各种方式传递到反应室。例如，所述热量借助经氢气渗透膜的热传导从燃烧室传递到反应室。
根据本发明可能的是，在反应室内完成的反应是吸热的，传递到 反应室的热量被用于维持所述吸热反应。吸热反应可以是任何以氢气 为反应产物的吸热平衡反应，诸如转化烃、脱氢或蒸汽重整。脱氢反 应的一个实例是丙烷脱氢成为丙烯。
此外，在反应室内进行的反应可以是放热的。放热反应随后发生 在燃烧室和反应室内。本发明也适合于反应室中的所述放热反应。
根据本发明可能的是，氢气从燃烧室中经出口排放出来。在这种 情况下，本发明涉及氢气的产生。
在该过程中，从燃烧室排放的氢气可以被供给到燃气涡轮机以发 电。因此，本发明也涉及用于发电的系统，包括上述类型的反应器装 置，并且也包括燃气涡轮机，所述燃气涡轮机包括压縮机、燃烧空间 和涡轮，反应器装置的燃烧室(尤其是其出口)被连接到燃气涡轮机 的燃烧空间，以便将氢气供应到那里。采用根据本发明的反应器装置 产生的氢气可以被供给到发电站的燃气涡轮机。因此，本发明也涉及 将根据本发明的反应器装置产生的氢气用于利用燃气涡轮机发电。
根据本发明也有可能的是，从燃烧室排放的氢气和氮气一起被供 应到氨反应器以产生氨(NH3)。本发明也涉及用于产生氨的系统，包括
上述类型的反应器装置，并且也包括氨反应器，反应器装置的燃烧室 (尤其是其出口)被连接到氨反应器，用于供应以基本为3: l的比率
与氮气混合的氢气。根据本发明的反应器装置产生的氢气同样适合用 于产生氨。因此，本发明也涉及将根据本发明的反应器装置产生的氢 气用于产生氨。
本发明还可用于产生合成气。在这种情况下，合成气经排放口从
13反应室排放出来。所述合成气可用于为发电站供应燃料以发电。因此， 本发明也涉及使用根据本发明的反应器装置产生的合成气来通过燃气 轮机发电。
当然，也可以将氢气的产生和合成气的产生组合起来。在这种情 况下出现，从燃烧室排放氢气以及从反应室排放合成气同时进行。
现在将参照附图更加详细地说明本发明。
图1概略地显示出实现根据本发明的以氢气为反应产物的反应的 操作原理。
图2显示出根据本发明的用于产生具有氢气的气体混合物的反应 器容器。
图3显示出图2中的细节ni。
图4显示出图2中的细节IV。 图5显示出图2中的细节V。
具体实施例方式
用于实现以氢气(H2)为反应产物的反应的反应器装置以附图标记
l总体示出。图l概括地显示出装置l的操作原理。
装置1包括反应室2，该反应室具有用于供给流的供应口或供应 点17。供给流包括例如天然气(CH4)和水(H20)的混合物。当然，供给
流可以包括任何其它的能够从中释放出氢气(H2)的气体混合物。
供给流的所谓蒸汽重整例如发生在反应室2内。蒸汽重整是一种 吸热的平衡反应，在反应中由天然气和水形成一氧化碳(CO)和氢气。 一氧化碳和氢气形成合成气。反应式为-
CH4+H20+热一CO+3H2。产生的一氧化碳与来自供给流的水在反应室2内发生反应以生成 二氧化碳(CO》和氢气。该平衡反应被称为水煤气变换反应。反应式为
CO+H2O0CO2 + H2。
这两个平衡反应产生如下反应式，作为反应室2内的总反应.-CH4+2H2。+热《02+4H2 。
反应室2包括催化剂颗粒7的催化床。催化床支持反应室2内的 蒸汽重整。
反应室2由氢气渗透膜3限定。所述膜3基本上是可透过氢气的， 但形成例如二氧化碳的屏障。氢气渗透膜3包括例如钯或银或这些材 料的合金的层22 (参见图3)。氢气分子能够经该层的金属格扩散。层 22被施加到基底层23上(诸如陶瓷层或金属层)，具有或不具有一个 或多个陶瓷中间层。
大于渗透侧分压的氢气分压在反应室2内占优势。由蒸汽重整产 生的氢气将通过膜3离开反应室2。所述氢气随后进入装置1的燃烧室 5内。用箭头A概括地指示氢气经膜3的渗透。膜3设置在反应室2 和燃烧室5之间。燃烧室5位于膜3的渗透侧上。
反应室2还具有用于排放保留物流的排放口或排放点18。保留物 流包括反应产物、未反应的供给流和副产物，诸如C02、 H20、 H2、 CH4 禾口 CO。
位于膜3的渗透侧上的燃烧室5包括用于清洗流体(诸如蒸汽(H20) 和/或氮气(N2))的入口 14。所述清洗流体的流动经常被称为吹扫。清 洗流体流经燃烧室5，引起氢气经膜3的传输显著改善。在该示例性实施例中，燃烧室5包括管状供给管道9。所述供给
管道9具有用于将空气供应到燃烧室5的一系列侧面供应孔10。顺便
提及的是，代替空气，可以供应任何其它的氧化性流体，尤其是任何
含有氧气的流体。例如，供给管道9也可以将消耗的空气或者已添加 蒸汽的空气供应至燃烧室5。由箭头C概略地指示这种供应。
供应孔10沿供给管道9分布在纵向上。所述供应孔10沿供给管 道9的全长延伸。尽管在图示的每种情况下连续供应孔IO之间的距离 被显示成基本相同，但该距离通常将不同，这是由于该距离是用于使 燃烧室内产生的热量适合于满足反应室内的热量需求的设计参数之
借助管状供给管道9供应空气，从而使它遍布整个燃烧室5。供 应的空气与经膜3进入燃烧室5内的氢气混合。其结果是一些所述氢 气(例如20%)将燃烧。
该过程中释放的热量传递到反应室2内的供给流中。由箭头B概 略地指示这种热传递。由于供应孔将空气基本均匀地分布在燃烧室5 内，所以被释放的热量也基本均匀地分布。实质上均匀的温度占据燃 烧室5。燃烧室5中产生的热量随后适于满足反应室2内的吸热蒸汽 重整的热量需求。其结果是反应室2内的蒸汽重整以受控方式进行。 此外，也将发生的情况是热量传递到管状供给管道内的空气。
燃烧室5还具有用于未燃烧氢气的出口 15。清洗流体也可以如同 燃烧产物那样经出口 15离开燃烧室5，在这种情况下清洗流体充分地 包括水。
反应室2和燃烧室5内的流在图1中为逆流。取而代之，这些流 也可以是共流或平行流。这同样适用于管状供给管道内的流，其可以 是共流或平行流，或者是与反应室2和/或燃烧室5内的流的逆流。图2显示出一种用于产生带有氢气的气体混合物的装置的示例性 实施例，该装置可在工业规模上使用。在图2-5中，与图1的部件相 同的部件用相同的附图标记表示。
图2所示的用于产生具有氢气的气体混合物的装置1包括反应器 容器20。该反应器容器20包括被底部31和顶部32封闭起来的直立圆 周壁。反应器容器20在顶部32中具有用于清洗流体的入口孔24，所 述清洗流体包括例如蒸汽和氮气。用于保留物流的排放孔28设置在底 部31。
反应器容器20的圆周壁具有用于供应供给流的供应孔27。供给 流可以包括任何能够从中释放出氢气的气体混合物。在该示例性实施 例中，供给流包括天然气和水。用于供应空气的入口孔21设置在反应 器容器20的圆周壁内。用于渗透流的侧面出口 25也设置在反应器容 器20的圆周壁内。
许多管状燃烧室5悬在反应器容器20内。每个管状燃烧室5由自 备的氢气渗透膜3限定。所述膜3形成膜管。带有催化剂颗粒7的催 化床的反应室2在所述膜管3之间延伸(参见图3)。
如图3和4最清楚地示出的，每个燃烧室5设有管状供给管道9。 供给管道9均连接到用于空气的入口孔21。每个管状供给管道9都具 有用于供应空气的侧面供应孔10,供应孔10被设置在供给管道9的圆 周壁内。所述供应孔10沿每个供给管9的长度分布。空气经供应孔IO 分布在燃烧室5的高度上。这对于反应室2中的温度分布是特别有优 势的。
每个管状供给管道9都具有中心管30，用于使清洗流体通往反应 器容器20的底部31。每个供给管道9的中心管30连接到用于清洗流
17体的入口孔24。清洗流体从所述入口孔24经中心管30流到反应器容 器20的底部31。燃烧室5的用于清洗流体的入口 14位于底部31附近。 这种吹扫从底部向上流经燃烧室5。空气从入口孔21流入中心管30和 供给管道9之间的环形通道内。
供给流在反应室2中例如通过蒸汽重整被转化。在该过程中产生 氢气。氢气经膜3渗透入燃烧室5。 一部分氢气作为燃料用于在燃烧室 5内燃烧。剩余的氢气作为渗透物与清洗流体一起被向上带走。渗透 物经出口 15离开燃烧室5。燃烧室5的出口 15被连接到反应器容器20 的出口孔25，结果是渗透物被排放出去。
用于生成具有氢气的气体混合物的装置具有至少两种应用，即产 生电和生成氨。
在产生电的情况下，从装置1排放的氢气是在发电站的燃气涡轮 机内燃烧的部分燃料。
对于生成氨，从装置1排放的氢气被供应到氨反应器。为产生氨 (NH3)，供应到燃烧室的空气量是固定的。供应的空气含有有限量的氮 气，这是由于用于生成氨的氮气(N2)与氢气(H2)的比率基本上为1: 3。 这就意味着在燃烧室内可以燃烧的氢气部分相当小。为此，尤其是在 产生氨的情况下，可以增加另外的加热单元，诸如独立的燃烧空间。 空气或氧气也可以被供给到反应室，从而在那里发生供给流的放热转 化； 一些天然气例如在反应室内燃烧以产生热量。
当然，本发明不局限于上述示例性实施例。例如，反应室可以位 于燃烧室内部的中央。燃烧室随后设在膜管的外部。根据本发明的反 应器装置也可以具有平坦的几何形状。在那种情况下膜和供给通道为 平坦的，而燃烧室在所述膜和供给通道之间延伸。本发明也包括在反应室内生成氢气作为反应产物的所有平衡反应，并且其中，当氢气经氢气选择性膜离开反应时平衡移动。被去除的氢气随后进入第二反应室内。在所述第二反应室内发生反应，以消耗氢气，其中，所述反应的反应物经供给通道的侧面供应孔提供。
在第二反应室中能够发生各种反应，例如燃烧反应。在这种情况下第二反应室构成燃烧室，其中，含有氧气(02)的流体被併应到燃烧室。位于膜渗透侧上的氢气随后燃烧。
如果在反应室内进行吸热的平衡反应，则燃烧室内的燃烧产生用于维持所述吸热反应的热量。此外，渗透侧上的氢气分压保持很低。燃烧室内的氢气分压低对于氢气经膜的传输是有优势的。
反应室内的反应并非必须是吸热的。在反应室内发生放热反应的情况下，渗透侧上的氢气燃烧引起渗透侧上和供给侧上的气体温度增加。通过定量供应含有氧气的气体，至少燃烧室内的温度升高是均匀的。所述反应的一个示例是水煤气变换反应。
权利要求
1. 一种反应器装置(1)，包括用于实现以氢气(H2)为反应产物的反应的反应室(2)、燃烧室(5)以及设置在所述反应室(2)和所述燃烧室(5)之间的氢气渗透膜(3)，其特征在于在所述燃烧室(5)内设置供给通道(9)，所述供给通道(9)设有用于将含有氧气(O2)的流体供应到所述燃烧室(5)的侧面供应孔(10)。
2. 根据权利要求l所述的反应器装置，其中，所述燃烧室(5)位于 所述氢气渗透膜(3)的渗透侧上。
3. 根据权利要求l或2所述的反应器装置，其中，所述燃烧室(5) 被设计成用于燃烧经所述氢气渗透膜(3)传输到所述反应室(2)外面的氢气。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述燃 烧室(5)与所述反应室(2)借助所述氢气渗透膜(3)进行热接触。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述燃 烧室(5)设有用于含有氧气(02)的流体的进入孔(11)，所述进入孔(ll)被 连接到具有侧面供应孔(10)的所述供给通道(9)。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述燃 烧室(5)设有用于诸如蒸汽和/或氮气的清洗流体和/或诸如空气的含有 氧气(02)的流体的入口(14)。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述燃 烧室(5)设有至少用于经所述氢气渗透膜(3)传输到所述反应室(2)外面 的氢气的出口(15)。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述反 应室(2)设有用于供应供给流的供给口(17)。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述反应室(2)设有排放口(18)，所述排放口用于排放未反应的供给流以及由所 述反应生成的产物及副产物，诸如C02、 H20、 H2、 CH4禾BCO。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述 反应室(2)和/或所述燃烧室(5)设有催化床。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述 供给通道包括管状供给管道(9)。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述 反应室(2)被设计成用于吸热反应。
13. 根据权利要求12所述的反应器装置，其中，以这样的方式设 计所述侧面供应孔(10)，该方式使得在所述燃烧室(5)内燃烧氢气所产生 的热量适合满足所述反应室(2)内的吸热反应的热量需求。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述 供应孔(10)被设置成彼此距离基本不相等。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，用于 供应含有氧气(02)的流体的供给口设置在所述反应室(2)内。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，包括设有多 个氢气渗透膜(3)的反应器容器(20)，每个膜都限定了燃烧室(5)，其中， 所述反应室(2)在所述燃烧室(5)之间延伸，并且其中，每个燃烧室(5)设 有供给通道(9)，所述供给通道设有用于将含有氧气(02)的流体供应到所述燃烧室的侧面供应孔(IO)。
17. 根据权利要求16所述的反应器装置，其中，所述反应器容器 (20)具有用于供给流的供应孔(27)，该孔通到位于由所述氢气渗透膜(3) 限定的所述燃烧室(5)之间的所述反应室(2)内。
18. 根据权利要求16或17所述的反应器装置，其中，所述氢气 渗透膜(3)均基本竖直地悬在所述反应器容器(20)内。
19. 根据前述权利要求中任一项所述的反应器装置，其中，所述 氢气渗透膜(3)限定管状燃烧室(5)。
20. 根据权利要求17-19中任一项所述的反应器装置，其中，每个 管状供给管道(9)设有至少一个用于将清洗流体通往所述反应器容器 (20)的端部部分(31)的中心管(30)，所述中心管(30)在所述供给管道(9) 内延伸，并且其中，每一燃烧室(5)的用于清洗流体的入口(14)设置在所 述中心管(30)内，靠近所述端部部分(31)。
21. —种用于实现生成氢气(H2)作为反应产物的反应的方法，该方 法包括设置反应室(2)和燃烧室(5)，所述反应室和燃烧室由氢气渗透膜(3) 相互隔开，所述燃烧室(5)具有用于含有氧气(02)的流体的供给通道(9)， 所述供给通道设有侧面供应孔(10);在所述反应室(2)内实现所述反应；将来自所述反应室(2)的氢气经所述氢气渗透膜(3)传输到所述燃 烧室(5);将含有氧气(02)的流体经所述供给通道(9)的供应孔(10)供应到所 述燃烧室(5);在所述燃烧室(5)内燃烧经所述氢气渗透膜(3)传输的一些氢气并 释放热量；将所述热量传递到所述反应室(2)。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中，所述热量借助于经所述 氢气渗透膜(3)的热传导从所述燃烧室(5)传递到所述反应室(2)。
23. 根据权利要求21或22所述的方法，其中，在所述反应室(2) 内实现的反应是吸热的，并且其中传递到所述反应室(2)的热量用于维 持所述吸热反应。
24. 根据权利要求21-23中任一项所述的方法，其中，在所述反应 室(2)内实现的反应是放热的。
25. 根据权利要求21-24中任一项所述的方法，其中，在所述反应 室(2)内实现的反应是平衡反应。
26. 根据权利要求21-25中任一项所述的方法，其中，经所述燃烧 室(5)供给诸如蒸汽和/或氮气的清洗流体，和/或诸如空气的含有氧气 (02)的流体。
27. 根据权利要求21-26中任一项所述的方法，其中，氢气经出口 (15)从所述燃烧室(5)排出。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中，从所述燃烧室(5)排放的 氢气被供应到燃气涡轮机以发电。
29. 根据权利要求27所述的方法，其中，从所述燃烧室(5)排放的 氢气和氮气一起被供应到氨反应器以产生氨(NH3)。
30. 根据权利要求21-26中任一项所述的方法，其中，从所述反应 室(2)经排放口(18)排出合成气。
全文摘要
一种反应器装置包括反应室，所述反应室用于实现以氢气(H<sub>2</sub>)为反应产物的反应。所述反应器装置包括燃烧室和设置在反应室和燃烧室之间的氢气渗透膜。在燃烧室内设置供给通道。所述供给通道例如被设计为管状供给管道。所述供给通道设有用于将含有氧气(O<sub>2</sub>)的流体诸如空气供给到燃烧室的侧面供应孔。
文档编号B01J8/00GK101466462SQ200780022019
公开日2009年6月24日 申请日期2007年5月1日 优先权日2006年5月4日
发明者伊冯娜·克里斯蒂娜·范德尔夫特, 史蒂文·科内利斯·安东纽斯·克卢伊泰尔斯, 简·威尔科·戴克斯特拉 申请人:荷兰施蒂希廷-埃内尔金恩代尔佐埃克中心