專利名稱：一種燃料處理器以及一種生成氫氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料處理器以及利用其生成氫氣的方法，更具體而言，涉及一種 類似于中冷器結(jié)構(gòu)的燃料處理器以及利用其生成氫氣的方法。
背景技術(shù)：
目前，有用氫燃料電池替代常規(guī)能源的需求。為此，有必要采用一種燃料處理器， 對燃料進行處理，進而向燃料電池提供較純的氫氣。如采用天然氣、甲醇、丙烷和乙醇等容 易獲取和運輸?shù)娜剂蟻慝@取氫元素，并用來驅(qū)動燃料電池，能很好地避免氫的存儲和運輸 問題。其中，燃料處理器對所述燃料的處理主要包括燃料重整步驟(生成氫氣)和氫氣除 雜步驟(尤其是去除一氧化碳)。燃料處理器對所述燃料的處理過程中，所述燃料重整步驟(例如，甲醇的重整反 應(yīng)及其水汽置換反應(yīng)ch3oh+h2o — 3H2+co2，co+h2o — co2+h2)整體為吸熱反應(yīng)，其需要 的熱量通常通過燃燒一部分燃料重整反應(yīng)的生成物或電池堆陽極出口帶有部分未反應(yīng) 燃料的尾氣來提供。所述氫氣除雜步驟包括，例如，一氧化碳的優(yōu)先甲烷化反應(yīng)(促進 C0+3H2 — CH4+H20,抑制 C02+4H2 — CH4+2H20)和優(yōu)先氧化反應(yīng)(促進 20)+ — 2C02，抑制 2H2+02 — 2H20)，這些反應(yīng)為放熱反應(yīng)。為此，由于燃料重整步驟與氫氣除雜步驟的反應(yīng)溫 度不同，燃料處理器中應(yīng)至少包含一個熱交換器。然而，這類燃料處理器使用壽命短、結(jié)構(gòu)臃腫且成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低且使用壽命 長的類似于中冷器結(jié)構(gòu)的燃料處理器以及一種生成氫氣的方法。本發(fā)明的燃料處理器結(jié)構(gòu)類似于中冷器的結(jié)構(gòu)。目前，中冷器多為鋁合金制造的 雙向結(jié)構(gòu)且散熱功能良好，并且其生產(chǎn)已完全實現(xiàn)工業(yè)自動化。因此，本發(fā)明的類似于中冷 器結(jié)構(gòu)的燃料處理器同樣易于實現(xiàn)產(chǎn)品化。本發(fā)明提供一種燃料處理器，包括一個汽化混合室，用于燃料的汽化與混合；一個燃料重整室，用于燃料的重整以生成含有氫氣及雜質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物；一個降溫室，用于使反應(yīng)產(chǎn)物的溫度下降；以及一個氫氣除雜室，用于去除燃料重整中生成的反應(yīng)產(chǎn)物中的雜質(zhì)；其中燃料重整室和氫氣除雜室中含有催化劑，并且汽化混合室、燃料重整室、降溫 室和氫氣除雜室依次串聯(lián)連接，其特征在于，所述燃料處理器配備有對應(yīng)于所述燃料重整室和氫氣除雜室設(shè)置的熱交換室，可 以將燃料重整室和氫氣除雜室的溫度分別控制在220-290°C和240°C以下。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，該燃料處理器還包括一個設(shè)置在降溫室和氫氣除雜室之間的氧化物(例如空氣、氧氣)混合室。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，該燃料處理器還包括分別對應(yīng)于所述汽化混合 室和降溫室設(shè)置的熱交換室。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，其中所述汽化混合室、燃料重整室、降溫室和氫 氣除雜室通過焊接方法連接在一起。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中所述焊接方法包括鹽浴釬焊、真空釬焊和惰氣 釬焊。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方案中，其中所述汽化混合室、燃料重整室、降溫室和氫 氣除雜室通過使用隔熱墊圈并借由緊固件固定連接在一起。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中所述隔熱墊圈是石墨或高溫硅膠墊圈。 在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中分別包含在燃料重整室和氫氣除雜室中的所述 催化劑為顆粒催化劑或涂層催化劑或二者的組合。優(yōu)選地，所述顆粒催化劑通過使用金屬 網(wǎng)狀物進行固定，所述涂層催化劑附著在燃料重整室和氫氣除雜室內(nèi)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述燃料重整室中的催化劑是銅鋅催化劑，為顆粒 催化劑或涂層催化劑或二者的組合。如果為顆粒催化劑，則特別優(yōu)選Cu-Zn/載體催化劑， 其中Cu和Si的重量比基于載體分別為1-80重量％，優(yōu)選為5-45重量％，但是Cu和Si的 重量比之和大于80重量％，并且優(yōu)選其顆粒直徑為20-200微米，更優(yōu)選為50-150微米；載 體為活性炭、氧化鋁、氧化硅和/或氧化鈦等。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述氫氣除雜室中的催化劑為鉬催化劑或釕催化 劑，為顆粒催化劑或涂層催化劑，或二者的組合。如果為顆粒催化劑，則特別優(yōu)選Pt/載體 催化劑或Ru/載體催化劑，其中Pt和Ru的重量比基于載體分別為0. 1-50重量％，優(yōu)選為 1-10重量％，并且優(yōu)選其顆粒直徑為20-200微米，更優(yōu)選為50-150微米；載體為活性炭、
氧化鋁、氧化硅和/或氧化鈦等。燃料重整室和氫氣除雜室中的所述催化劑為業(yè)內(nèi)已知的催化劑，可以購得或自行 制備，例如采用混合法或浸漬法制備，或?qū)⒒钚猿煞滞糠笾恋撞谋砻?。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中所述燃料包括至少一種選自天然氣、甲醇、丙 烷、乙醇以及它們與水的混合物的一種燃料。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中該燃料處理器由鋁合金或不銹鋼制成。本發(fā)明還提供了一種利用上述任一項權(quán)利要求所述的燃料處理器產(chǎn)生氫氣的方 法，包括向汽化混合室供給燃料，以及任選的惰性物質(zhì)，例如水和惰性氣體(氮氣等)等；將來自汽化室的燃料供給燃料重整室，使燃料在燃料重整室中在重整催化劑存在 下反應(yīng)，生成含有氫氣及雜質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物；將所述反應(yīng)產(chǎn)物通入降溫室，于其中將所述反應(yīng)產(chǎn)物降溫；以及將來自降溫室的所述反應(yīng)產(chǎn)物通入氫氣除雜室，所述反應(yīng)產(chǎn)物在除雜催化劑存在 下于其中進行氫氣除雜反應(yīng)，去除反應(yīng)產(chǎn)物中的雜質(zhì)，其中，通過對應(yīng)于所述燃料重整室和氫氣除雜室設(shè)置的熱交換室，保持燃料重整 室內(nèi)的反應(yīng)溫度為220-290°C，保持氫氣除雜室內(nèi)的反應(yīng)溫度為240°C以下。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述氫氣除雜反應(yīng)為一氧化碳優(yōu)先甲烷化反應(yīng)或一氧化碳優(yōu)先氧化反應(yīng)。向?qū)?yīng)于所述燃料重整室設(shè)置的熱交換室供給的熱交換介質(zhì)可以采用常用的熱 交換介質(zhì)，例如水或廢氣等，優(yōu)選為通過燃燒燃料電池部分陽極尾氣或部分重整反應(yīng)產(chǎn)物 生成的熱氣體。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中用于使反應(yīng)產(chǎn)物降溫的熱交換介質(zhì)為空氣，一 送風裝置對該空氣的量進行控制，以實現(xiàn)降溫功能。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中向汽化混合室和燃料重整室供給熱交換介質(zhì)的 方式為分別供給、同時供給或串聯(lián)式供給。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中所述重整催化劑或除雜催化劑為顆粒催化劑或 涂層催化劑或二者的組合。優(yōu)選地，所述顆粒催化劑通過使用金屬網(wǎng)狀物進行固定，所述涂 層催化劑附著在燃料重整室和氫氣除雜室內(nèi)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述重整催化劑是銅鋅催化劑，為顆粒催化劑或涂 層催化劑或二者的組合。如果為顆粒催化劑，則特別優(yōu)選Cu-Zn/載體催化劑，其中Cu和Si 的重量比基于載體分別為1-80重量％，優(yōu)選為5-45重量％，但是Cu和Si的重量比之和大 于80重量％，并且優(yōu)選其顆粒直徑為20-200微米，更優(yōu)選為50-150微米；載體為活性炭、
氧化鋁、氧化硅和/或氧化鈦等。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述氫氣催化劑為鉬催化劑或釕催化劑，為顆粒催 化劑或涂層催化劑，或二者的組合。如果為顆粒催化劑，則特別優(yōu)選Pt/載體催化劑或Ru/ 載體催化劑，其中Pt和Ru的重量比基于載體分別為0. 1-50重量％，優(yōu)選為1-10重量％， 并且優(yōu)選其顆粒直徑為20-200微米，更優(yōu)選50-150微米；載體為活性炭、氧化鋁、氧化硅和
/或氧化鈦等。


在下文中，本發(fā)明將通過非限制性的示例性實施方案參照附圖來描述，在附圖中， 類似的參考標號表示類似的部件或部分，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方案的燃料處理器的示意性截面圖，其中圖1(a) 是縱切面，為反應(yīng)介質(zhì)截面，圖1(b)是橫切面，為熱交換介質(zhì)截面；圖2是根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施方案的燃料處理器的示意圖，其中熱交換介質(zhì)的供 給方式可以為分別供給、同時供給和串聯(lián)式供給，如圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)中示意性所 示；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施方案的燃料處理器的簡化示意圖。
具體實施例方式參見圖1，其中示出根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施方案的類似于中冷器結(jié)構(gòu)的燃料處 理器設(shè)計的示意性截面圖。如圖1所示，在該燃料處理器的設(shè)計上，反應(yīng)介質(zhì)與熱交換介質(zhì) 垂直分向而行，其中反應(yīng)介質(zhì)與熱交換介質(zhì)互不接觸，只是進行熱量交換。在反應(yīng)介質(zhì)的流 向上，汽化混合室、燃料重整室、氫氣除雜室及之間的降溫室等可以整合實現(xiàn)；而熱交換介 質(zhì)則通過分立路徑從熱交換室運送到燃料處理器中的其他各室。接著參見圖2(a)至圖2 (c)，示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施方案的燃料處理器的示意圖。具體地參見圖2 (a)，該燃料處理器包括汽化混合室11，用于燃料(例如，天然氣、 甲醇、丙烷、乙醇等)和水的汽化與混合；燃料重整室12，用于燃料的重整以生成含有氫氣 及雜質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物；降溫室13，用于使反應(yīng)產(chǎn)物的溫度下降；以及氫氣除雜室14，用于去除 燃料重整中生成的雜質(zhì)，其中燃料重整室12和氫氣除雜室14中含有催化劑，并且汽化混合 室11、燃料重整室12、降溫室13和氫氣除雜室14依次地串聯(lián)連接在一起，其中該燃料處理 器配備有對應(yīng)燃料重整室12和氫氣除雜室14設(shè)置的熱交換室31和33，并優(yōu)選配備對應(yīng)汽 化混合室11和降溫室13設(shè)置的熱交換室30和32。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，參見圖3，示出了一個不同的燃料處理器。該燃 料處理器包括汽化混合室11’”，用于燃料(例如，甲醇、乙醇等)和水的汽化與混合；燃料 重整室12’”，用于燃料的重整以生成含有氫氣及雜質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物；降溫室13’”，用于使反 應(yīng)產(chǎn)物的溫度下降；氧化物(例如空氣、氧氣)混合室15，設(shè)置在降溫室13’”和氫氣除雜 室16之間，實現(xiàn)空氣與反應(yīng)物之間的混合；以及氫氣除雜室16，用于通過利用氧化物混合 室15提供的氧氣去除燃料重整中生成的雜質(zhì)，其中燃料重整室12’”和氫氣除雜室16中含 有催化劑，并且汽化混合室11’”、燃料重整室12’”、降溫室13’”、氧化物混合室15和氫氣 除雜室16依次地連接在一起，其中該燃料處理器配備有對應(yīng)設(shè)置的熱交換室30’ ”、31’ ”和 32’”。優(yōu)選地，在該氫氣除雜室16中，進行一氧化碳優(yōu)先氧化反應(yīng)，以去除在燃料重整反應(yīng) 中生成的雜質(zhì)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，根據(jù)具體需要，該燃料處理器中的汽化混合室、燃料 重整室、降溫室和氫氣除雜室可以通過焊接方法(例如，鹽浴釬焊、真空釬焊和惰氣釬焊 等)連接在一起，或者通過使用隔熱墊圈(例如，石墨或高溫硅膠墊圈等)并借由緊固件固 定連接在一起。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中包含在燃料重整室和氫氣除雜室中的所述催化 劑為顆粒催化劑或涂層催化劑或二者的組合，所述顆粒催化劑通過使用金屬網(wǎng)狀物(例 如，鋁合金網(wǎng))進行固定，所述涂層催化劑附著在燃料重整室和氫氣除雜室內(nèi)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述燃料重整室中的催化劑是銅鋅催化劑，為顆粒 催化劑或涂層催化劑或二者的組合。如果為顆粒催化劑，則特別優(yōu)選Cu-Zn/載體催化劑， 其中Cu和Si的重量比基于載體分別為1-80重量％，優(yōu)選為5-45重量％，但是Cu和Si的 重量比之和大于80重量％，并且優(yōu)選其顆粒直徑為20-200微米，更優(yōu)選為50-150微米；載 體為活性炭、氧化鋁、氧化硅和/或氧化鈦等。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述氫氣除雜室中的催化劑為鉬催化劑或釕催化 劑，為顆粒催化劑或涂層催化劑，或二者的組合。如果為顆粒催化劑，則特別優(yōu)選Pt/載體 催化劑或Ru/載體催化劑，其中Pt和Ru的重量比基于載體分別為0. 1-50重量％，優(yōu)選為 1-10重量％，并且優(yōu)選其顆粒直徑為20-200微米，更優(yōu)選為50-150微米；載體為活性炭、
氧化鋁、氧化硅和/或氧化鈦等。 在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中該燃料處理器由鋁合金或不銹鋼制成。本發(fā)明還提供了一種利用該燃料處理器產(chǎn)生氫氣的方法，包括向汽化混合室供給燃料，以及任選的惰性物質(zhì)，例如水和惰性氣體(氮氣等)等；將來自汽化混合室的燃料供給燃料重整室，使燃料在燃料重整室中在重整催化劑 存在下反應(yīng)，生成含有氫氣及雜質(zhì)的反應(yīng)物；
將所述反應(yīng)產(chǎn)物通入降溫室，于其中將所述反應(yīng)產(chǎn)物降溫；以及將來自降溫室的所述反應(yīng)產(chǎn)物通入氫氣除雜室，所述反應(yīng)產(chǎn)物在除雜催化劑存在 下進行氫氣除雜反應(yīng)，去除反應(yīng)產(chǎn)物中的雜質(zhì)，并與熱交換介質(zhì)22 (例如，外界空氣)進行 熱交換，其中，通過熱交換室30、31、32和33的作用，保持重整燃料室內(nèi)的反應(yīng)溫度為 220-290°C，優(yōu)選230480°C，保持氫氣除雜室內(nèi)的反應(yīng)溫度為240°C以下，優(yōu)選為235°C以 下。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中向汽化混合室和燃料重整室供給的熱交換介質(zhì) 20為通過燃燒燃料電池部分陽極尾氣或部分重整反應(yīng)產(chǎn)物生成的熱氣體。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中向汽化混合室和燃料重整室供給熱交換介質(zhì)的 方式為分別供給、同時供給或串聯(lián)式供給。參見圖2(a)至圖2 (c)，分別示出了熱交換介質(zhì) 20、20 ’、20，，通過分別供給、同時供給和串聯(lián)式供給的方式運送至汽化混合室和燃料重整室 11和12、11’和12’、11”和12”。相應(yīng)地，熱交換介質(zhì)20 (分別供給至汽化混合室11和燃 料重整室12)、21和22對應(yīng)熱交換室30、31、32和33 ；熱交換介質(zhì)20，、21，、22，對應(yīng)熱交 換室 30，、31，、32，；熱交換介質(zhì) 20，，、21，，、22，，對應(yīng)熱交換室 30，，、31，，、32 ”。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述氫氣除雜反應(yīng)為一氧化碳優(yōu)先甲烷化反應(yīng)或一 氧化碳優(yōu)先氧化反應(yīng)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，參見圖2(a)，其中用于使所述反應(yīng)產(chǎn)物降溫的 熱交換介質(zhì)21為空氣，一送風裝置(例如，風扇)對該空氣的量進行控制，以實現(xiàn)降溫功 能。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，其中在所述重整催化劑和除雜催化劑為顆粒催化劑 或涂層催化劑或二者的組合，其中所述顆粒催化劑可以使用金屬網(wǎng)狀物(例如，鋁合金網(wǎng)) 進行固定，所述涂層催化劑可以附著在燃料重整室或氫氣除雜室內(nèi)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述重整催化劑是銅鋅催化劑，為顆粒催化劑或涂 層催化劑或二者的組合。如果為顆粒催化劑，則特別優(yōu)選Cu-Zn/載體催化劑，其中Cu和Si 的重量比基于載體分別為1-80重量％，優(yōu)選為5-45重量％，但是Cu和Si的重量比之和大 于80重量％，并且優(yōu)選其顆粒直徑為20-200微米，更優(yōu)選為50-150微米；載體為活性炭、 氧化鋁、氧化硅和/或氧化鈦等。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述氫氣催化劑為鉬催化劑或釕催化劑，為顆粒催 化劑或涂層催化劑，或二者的組合。如果為顆粒催化劑，則特別優(yōu)選P t/載體催化劑或Ru/ 載體催化劑，其中Pt和Ru的重量比基于載體分別為0. 1-50重量％，優(yōu)選為1-10重量％， 并且優(yōu)選其顆粒直徑為20-200微米，更優(yōu)選為50-150微米；載體為活性炭、氧化鋁、氧化硅 和/或氧化鈦等。在本發(fā)明的類似于中冷器結(jié)構(gòu)的燃料處理器中，由于所采用的鋁合金的高導熱性 以及類似于中冷器結(jié)構(gòu)的熱交換特性，上述一氧化碳優(yōu)先甲烷化反應(yīng)和一氧化碳優(yōu)先氧化 反應(yīng)中所產(chǎn)生的熱量只需通過空氣散熱進行冷卻，而無需其他的冷卻介質(zhì)(例如，水)。
實施例通過以下對本發(fā)明的燃料處理器的實施例的描述，可以更好地進一步理解本發(fā)明。以下實施例僅是示例性的，并不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。比較例1采用一個不銹鋼管殼式燃料處理器實施反應(yīng)。該燃料處理器包括一個1升的燃料 汽化混合室、一個2升的燃料重整室、一個2升的降溫室和一個2升的氫氣除雜室，以上各 室依次串聯(lián)連接，同時，對應(yīng)于以上各室分別設(shè)置有管殼式熱交換器，其中燃料重整室裝載 1. 5升銅鋅催化劑，氫氣除雜室裝載1. 5升的釕催化劑，該銅鋅催化劑為顆粒催化劑，其中 銅、鋅的含量分別為彡60%和彡20% (購自德國南方化學有限公司，牌號為MDC-3)，而釕催 化劑中釕的含量為< 20% (購自美國安格有限公司，牌號為PM0400321)。在汽化混合室內(nèi)，以摩爾比為1 1. 15的量加入45ml/min甲醇和純水，入口溫度 為25°C，出口氣溫為200°C，工作氣壓1.5atm(標準大氣壓)；進入汽化混合室另一方向的 熱交換介質(zhì)的流量為40-100g/min，該熱交換介質(zhì)為燃料電池電堆陽極尾氣燃燒后的產(chǎn)物， 進入汽化混合室的入口溫度為1000°C，出口溫度為500°C。將來自汽化混合室出口的燃料通入2升體積的燃料重整室中，入口溫度為300°C， 出口溫度為300°C，工作氣壓l.fetm(標準大氣壓)。由于反應(yīng)溫度較高，檢測反應(yīng)產(chǎn)物(采 用氣相色譜法，下同)表明，催化劑在連續(xù)工作100小時后已經(jīng)失活。比較例2采用一個不銹鋼平板式燃料處理器實施反應(yīng)。該燃料處理器包括一個1升的燃 料汽化混合室、一個2升的燃料重整室、一個2升的降溫室和一個2升的氫氣除雜室，以上 各室為分立式設(shè)置，同時，對應(yīng)于以上各室分別設(shè)有平板式熱交換器，其中燃料重整室裝載 1. 5升銅鋅催化劑(購自德國南方化學有限公司，牌號為MDC-3)，氫氣除雜室裝載1. 5升的 釕催化劑，該釕催化劑為涂層催化劑，其中釕的含量為< 20% (購自美國安格有限公司，牌 號為 PM0400321)。在汽化混合室內(nèi)，以摩爾比為1 1. 15的量加入45ml/min甲醇和純水，入口溫度 為25°C，出口氣溫為280°C，工作氣壓1.5atm(標準大氣壓)；進入汽化混合室另一方向的 熱交換介質(zhì)的流量為40-100g/min，該熱交換介質(zhì)為燃料電池電堆陽極尾氣燃燒后的產(chǎn)物， 進入汽化混合室的入口溫度為1000°C，出口溫度為500°C。將來自汽化混合室出口的燃料通入2升體積的燃料重整室中，入口溫度為280°C， 出口溫度為280°C，工作氣壓1. fetm(標準大氣壓)；進入燃料重整室的熱交換介質(zhì)的流量 為70g/min，溫度為500°C，出口溫度為3250C0將燃料重整室的反應(yīng)產(chǎn)物降溫至255°C，然后通入2升氫氣除雜室。在氫氣除雜室中，在255°C進行氫氣除雜反應(yīng)。反應(yīng)溫度急速上升，在5分鐘內(nèi)升 至400°C并溫度呈繼續(xù)上升趨勢，反應(yīng)失控，造成系統(tǒng)由于安全原因而立即停止工作。實施例1采用一個由鋁合金制成的燃料處理器實施反應(yīng)。該燃料處理器包括一個1升的燃 料汽化混合室、一個2升的燃料重整室、一個2升的降溫室和一個2升的氫氣除雜室，以上 各室依次串聯(lián)連接，該燃料處理器還配備有對應(yīng)于汽化混合室、燃料重整室、降溫室和氫氣 除雜室設(shè)置的熱交換室，其中燃料重整室裝載1. 5升銅鋅催化劑，氫氣除雜室裝載1. 5升的 鉬催化劑。銅鋅催化劑為顆粒催化劑，其中銅、鋅的含量分別為<60%和<20% (購自德 國南方化學有限公司，牌號為MD(HB)，顆粒直徑為150微米。鉬催化劑為顆粒狀催化劑，顆粒直徑為150微米，其中鉬的含量為< (購自美國安格有限公司，牌號為klectraProx 2P)。在汽化混合室內(nèi)，以摩爾比為1 1. 15的量加入45ml/min甲醇和純水，入口溫度 為25°C，出口氣溫為230°C，工作氣壓1.5atm(標準大氣壓)；進入汽化混合室另一方向的 熱交換介質(zhì)的流量為40-100g/min，該熱交換介質(zhì)為燃料電池電堆陽極尾氣燃燒后的產(chǎn)物， 進入汽化混合室的入口溫度為1000°C，出口溫度為500°C。將來自汽化混合室出口的燃料通入2升體積的燃料重整室中，入口溫度為230°C， 出口溫度為230°C，工作氣壓l.fetm(標準大氣壓)；進入燃料重整室的熱交換介質(zhì)(燃料 電池電堆陽極尾氣燃燒后的產(chǎn)物)的流量為70g/min，溫度為500°C，出口溫度為325°C ；點 取反應(yīng)產(chǎn)物液體密度為0. 96g/cm3以上，即實現(xiàn)甲醇反應(yīng)率95%以上。將燃料重整室中的反應(yīng)產(chǎn)物在降溫室降溫至150°C，然后通入2升氫氣除雜室。在氫氣除雜室中，在150°C的溫度下進行一氧化碳優(yōu)先氧化反應(yīng)。反應(yīng)溫度得到有 效控制，出口處溫度為120°C，檢測反應(yīng)產(chǎn)物表明，催化劑在連續(xù)工作350小時后仍然具有 活性。實施例2采用一個由鋁合金制成的燃料處理器實施反應(yīng)。該燃料處理器包括一個1升的燃 料汽化混合室、一個2升的燃料重整室、一個2升的降溫室、一個2升的氧化物(例如空氣、 氧氣)混合室和一個2升的氫氣除雜室，以上各室依次串聯(lián)連接，該燃料處理器還配備有對 應(yīng)于汽化混合室/燃料重整室、降溫室和氫氣除雜室設(shè)置的熱交換室，其中燃料重整室裝 載1. 5升銅鋅催化劑，氫氣除雜室裝載1. 5升的鉬催化劑。銅鋅催化劑為顆粒催化劑和涂 層催化劑的組合，其中銅、鋅的含量分別為<60%和<20% (購自德國南方化學有限公司， 牌號為MD(HB)，其中顆粒催化劑的顆粒直徑為20微米。鉬催化劑為涂層狀催化劑，其中釕 的含量為彡50% (購自美國安格有限公司，牌號為PM0400321)。在汽化混合室內(nèi)，以摩爾比為1 1. 15的量加入45ml/min甲醇和純水，入口溫度 為25°C，出口氣溫為250°C，工作氣壓1.5atm(標準大氣壓)；進入汽化混合室另一方向的 熱交換介質(zhì)的流量為40-100g/min，該熱交換介質(zhì)為燃料電池電堆陽極尾氣燃燒后的產(chǎn)物， 進入汽化混合室的入口溫度為1000°C，出口溫度為500°C。將來自汽化混合室出口的燃料通入2升體積的燃料重整室中，入口溫度為250°C， 出口溫度為250°C，工作氣壓1. 5atm(標準大氣壓)；進入燃料重整室12’，，的熱交換介質(zhì) 20’ ”的流量為70g/min，溫度為500°C，325°C ；點取反應(yīng)產(chǎn)物液體密度為0. 96g/cm3以上，即 實現(xiàn)甲醇反應(yīng)率95%以上。將燃料重整室中的反應(yīng)產(chǎn)物降溫至130°C，然后通入2升氫氣除雜室。在包含鋁合金絲網(wǎng)或陶瓷顆粒的氧化物混合室中將反應(yīng)產(chǎn)物與空氣進行混合，然 后通入氫氣除雜室中，并在130°C的溫度下進行反應(yīng)一氧化碳優(yōu)先氧化反應(yīng)。反應(yīng)溫度得到 有效控制，出口處溫度為130°C以下，檢測反應(yīng)產(chǎn)物表明，催化劑在連續(xù)工作400小時后仍 然具有活性。實施例3采用一個由不銹鋼制成的燃料處理器實施反應(yīng)。該燃料處理器包括一個1升的 燃料汽化混合室、一個2升的燃料重整室、一個2升的降溫室和一個2升的氫氣除雜室，以上各室依次串聯(lián)連接，該燃料處理器還配備有對應(yīng)于汽化混合室/燃料重整室、降溫室和 氫氣除雜室設(shè)置的熱交換室，其中燃料重整室裝載1. 5升銅鋅催化劑，氫氣除雜室裝載1. 5 升的釕催化劑。銅鋅催化劑為顆粒催化劑和涂層催化劑的組合，其中銅、鋅的含量分別為 彡60%和彡20% (購自德國南方化學有限公司，牌號為MDC-3)，其中顆粒催化劑的顆粒直 徑為200微米。釕催化劑為顆粒催化劑和涂層催化劑的組合，其中釕的含量為< 10% (購 自美國安格有限公司，牌號為PM0400321)，其中顆粒催化劑的顆粒直徑為50微米。在汽化混合室內(nèi)，以摩爾比為1 1. 1的量加入45ml/min甲醇和純水，入口溫度 為25。C，出口氣溫為280°C，工作氣壓1. 5atm(標準大氣壓)；進入汽化混合室另一方向的 熱交換介質(zhì)的流量為40-100g/min，該熱交換介質(zhì)為燃料電池電堆陽極尾氣燃燒后的產(chǎn)物， 進入汽化混合室的入口溫度為1000°C，出口溫度為500°C。將來自汽化混合室出口的燃料通入2升體積的燃料重整室中，入口溫度為280°C， 出口溫度為280°C，工作氣壓1. 5atm(標準大氣壓)；進入燃料重整室12’，，的熱交換介 質(zhì)20’ ”的流量為70g/min，溫度為500°C，出口處溫度為325°C ；點取反應(yīng)產(chǎn)物液體密度為 0. 96g/cm3以上，即實現(xiàn)甲醇反應(yīng)率95%以上。將燃料重整室中的反應(yīng)產(chǎn)物降溫至235°C，然后通入2升氫氣除雜室。在氫氣除雜室中，在235 °C的溫度下進行一氧化碳優(yōu)先甲烷化反應(yīng)。反應(yīng)溫度得到 有效控制，出口處溫度為180°C，檢測反應(yīng)產(chǎn)物表明，催化劑在連續(xù)工作5000小時后仍然具 有活性。表1概括了實施例1-3和比較例1-2實施反應(yīng)的結(jié)果。表 權(quán)利要求
1.一種燃料處理器，包括一個汽化混合室，用于燃料的汽化與混合；一個燃料重整室，用于燃料的重整以生成含有氫氣及雜質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物； 一個降溫室，用于使反應(yīng)產(chǎn)物的溫度下降；以及 一個氫氣除雜室，用于去除燃料重整中生成的雜質(zhì)，其中燃料重整室和氫氣除雜室中含有催化劑，并且汽化混合室、燃料重整室、降溫室和 氫氣除雜室依次串聯(lián)連接， 其特征在于，所述燃料處理器配備有對應(yīng)于所述燃料重整室和氫氣除雜室設(shè)置的熱交換室，可以將 燃料重整室和氫氣除雜室的溫度分別控制在220-290°C和240°C以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料處理器，還包括一個設(shè)置在降溫室和氫氣除雜室之間的 氧化物混合室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料處理器，其中所述催化劑為顆粒催化劑或涂層催化劑或二者的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料處理器，其中所述燃料重整室中的催化劑是銅鋅催化 劑，氫氣除雜室中的催化劑為鉬催化劑或釕催化劑。
5.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的燃料處理器，其中該燃料處理器由鋁合金或不銹鋼 制成。
6.一種利用上述任一項權(quán)利要求所述的燃料處理器產(chǎn)生氫氣的方法，包括 向汽化混合室供給燃料；將來自汽化室的燃料供給燃料重整室，使燃料在燃料重整室中在重整催化劑存在下反 應(yīng)，生成含有氫氣及雜質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物；將所述反應(yīng)產(chǎn)物通入降溫室，于其中將所述反應(yīng)產(chǎn)物降溫；以及 將來自降溫室的所述反應(yīng)產(chǎn)物通入氫氣除雜室，所述反應(yīng)產(chǎn)物在除雜催化劑存在下于 其中進行氫氣除雜反應(yīng)，去除反應(yīng)產(chǎn)物中的雜質(zhì)，其中，通過對應(yīng)于所述燃料重整室和氫氣除雜室設(shè)置的熱交換室，保持燃料重整室內(nèi) 的反應(yīng)溫度為220-290°C，保持氫氣除雜室內(nèi)的反應(yīng)溫度為240°C以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生氫氣的方法，其中用于將反應(yīng)產(chǎn)物降溫的熱交換介質(zhì)為 空氣，一送風裝置對該空氣的量進行控制，以實現(xiàn)降溫功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生氫氣的方法，其中向汽化混合室和燃料重整室供給熱交 換介質(zhì)的方式為分別供給、同時供給或串聯(lián)式供給。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生氫氣的方法，其中所述重整催化劑或除雜催化劑為顆粒 催化劑或涂層催化劑或二者的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生氫氣的方法，其中所述重整催化劑是銅鋅催化劑，所述 除雜催化劑是鉬催化劑或釕催化劑。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種燃料處理器，包括一個汽化混合室，用于燃料的汽化與混合；一個燃料重整室，用于燃料的重整以生成含有氫氣及雜質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物；一個降溫室，用于使反應(yīng)產(chǎn)物的溫度下降；以及一個氫氣除雜室，用于去除燃料重整中生成的雜質(zhì)，其中燃料重整室和氫氣除雜室中含有催化劑，并且汽化混合室、燃料重整室、降溫室和氫氣除雜室依次串聯(lián)連接，其特征在于所述燃料處理器配備有對應(yīng)于汽化混合室、重整反應(yīng)室、降溫室或氫氣除雜室設(shè)置的熱交換室，可以將燃料重整室和氫氣除雜室的溫度分別控制在220-290℃和240℃以下。本發(fā)明還提供了一種利用該類似于中冷器結(jié)構(gòu)的燃料處理器生成氫氣的方法。
文檔編號H01M8/04GK102074717SQ201010580669
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者歐陽洵 申請人:歐陽洵