專利名稱：：在燃料處理應(yīng)用中使用催化劑預(yù)燃燒器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體上涉4燃料處理應(yīng)用中在催化劑燃燒器上^H^J催化劑預(yù)燃燒器(例如陽(yáng)MAA化器)的方法。
背景技術(shù)：
：燃料電艦過(guò)化學(xué)氧化^^A^提供電能，并且與其它產(chǎn)生能量的形^目比，在清潔度和效率方面具有M優(yōu)勢(shì)。通常，燃料電池使用氫氣作為燃料，和將氧氣作為氧化劑。產(chǎn)生的能量與^物的消^4率^iL比。缺少^^布廣泛的氬^J^射^^^中制燃料電池廣J^f吏用的^J^:點(diǎn)。與目前大多數(shù)能源產(chǎn)生系統(tǒng)中使用的烴燃料相比，氫氣具有相對(duì)低的體積能量密度，且更難于儲(chǔ)存R輸。jLllil個(gè)困難的一種方法是使用重整器將烴轉(zhuǎn)化為可被用作燃料電池原料的富氫氣體物流。;ISJ^料，例如天然氣、LPG、汽油和柴油，需要轉(zhuǎn)化過(guò)程以^^]作大多數(shù)燃料電池的燃^f來(lái)源。規(guī)有技術(shù)使用多步過(guò)程，M最初的轉(zhuǎn)化過(guò)程與數(shù)個(gè)過(guò)禾ll且合。最初的過(guò)程最通常是蒸汽重整(SR),自熱重整(ATR)，催化部分氧化(CPOX)，非催化部分氧化(POX)。^匕過(guò)銜逸常由脫疏、高溫水煤氣變換、4&顯水煤氣變換、選棒性CO氧^isL選棒性C0甲^^匕的組^^L^。可^^#^過(guò)程包括線棒M^器和順器。催化劑燃燒器，例如陽(yáng)4LC氣氧化器(AT0)，對(duì)于燃料處理器和燃料電池的,是必不可少的。單個(gè)的AT0必須能夠有;^^料電池的廢*變壓吸附裝置的廢氣。jH^卜，單個(gè)的AT0必須能夠有燒天然氣、液態(tài)烴和醇。另夕卜，單個(gè)的AT0必須具有液體燃^h燃燒能力，以開(kāi)車并補(bǔ)^m料。雖然催化劑燃燒器，例如AT0，和傳統(tǒng)的燃燒器相比具有優(yōu)勢(shì)，棘在與在燃料處理應(yīng)用中操怍ATO相關(guān)的問(wèn)題。與AT0的相關(guān)的一個(gè)問(wèn)題包括難以^沃然氣催化劑燃燒器開(kāi)車。~^^地，天然氣催化劑燃燒器開(kāi)車需要大量的預(yù)熱空氣或者電力輸入。在燃料處理應(yīng)用高于天然氣泉火溫度(約300。C)的溫度，以在ATO中氧化。另外，為了控制催化劑絲的溫度，需要很高的空氣流量m/友比約為7)，這對(duì)于1摩爾天然氣需要約33.3摩爾空氣。必須使用電加熱器來(lái)保持催化劑床是熱的，或必須^D大型換熱器以<樹(shù)天然#/或空^^預(yù)熱。這些解決方案^4在一些設(shè)計(jì)^ft問(wèn)題。與ATO的相關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題包括要^^單個(gè)裝置中燃燒液體和氣體燃料。在燃料處理，中，ATO必須能夠在單個(gè)裝置中燃;^t燃料，包拾液#氣體燃料。it才羊的^vi^出了i殳計(jì)上的4兆戰(zhàn)。本發(fā)明致力于ATO的開(kāi)車需求以及ATO能夠在單個(gè)裝置中燃^^體和氣體燃料的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供在燃料處理應(yīng)用中在催化劑燃燒器上游^^)催化劑預(yù)燃燒器例如陽(yáng)M^^化器(ATO)的方法。本發(fā)明的方法制備可以在單個(gè)ATO中有燒的含氬的氣體^給物。催化劑預(yù)燃燒^P原料燃料轉(zhuǎn)化為含氬的氣體》'^^。隨后，該含氬的氣體';^^^ii^催化劑燃燒器前和需要的空氣流混合。當(dāng)如本發(fā)明一樣利用預(yù)燃燒器時(shí)，減少了天然氣催化劑燃燒器的加熱需求。首先，催化劑預(yù)燃燒器的加熱需,1^少于魏的催化劑燃燒器。其次，因?yàn)闅錃饪梢栽诩s4(TC下點(diǎn)火，所以在隨后的催化劑燃燒器中不需要加熱空氣。因此對(duì)于天然氣燃料，明顯減少了加熱需求。j^卜，當(dāng)如本發(fā)明一樣利用預(yù)燃燒器時(shí)，增大了天然氣催化劑燃燒器的燃料轉(zhuǎn)化率。在催化劑預(yù)燃燒器中，使用小于1的氧碳比導(dǎo)致了通過(guò)部分氧化而在氣體》'^^中存在一些氫氣。因?yàn)闅鋇^的催化劑燃燒器中容易點(diǎn)火，所以總的燃^f"轉(zhuǎn)^^Nf是高的。另外，當(dāng)如本發(fā)明一樣利用預(yù)燃燒器時(shí)，不需要順^H^化劑燃燒器。如果^^]液體燃料》'^^，則催化劑預(yù)燃燒器只需要具有液體氧化的能力。催化劑預(yù)燃燒器不需要燃燒氣體，和隨后的催化劑燃燒器不需要燃燒液體燃料-催化劑燃燒器只需要燃燒氣體燃料。因而解決了對(duì)液體燃料的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。絲，當(dāng)如本發(fā)明一樣利用預(yù)燃燒器時(shí)，提供另外的好處-從預(yù)燃燒器獲得的氫氣可以在第二反應(yīng)區(qū)內(nèi)與氧氣混合，從而消除了反應(yīng)區(qū)外爆炸性混M的形成。參考所附附圖^^供說(shuō)明，其中圖1描述了燃料處理器的簡(jiǎn)單工藝流程圖。圖2說(shuō)明了一個(gè)緊湊^S料處理器的實(shí)施方案。圖3說(shuō)明了燃料處理應(yīng)用的陽(yáng)極尾^^化器上游的催化劑預(yù)燃燒器的一個(gè)實(shí)施方案。^f^實(shí)施方式陽(yáng)狄^1IU匕器(ATO)對(duì)燃油處理器和燃料電池的辦是必不可少的。本發(fā)明提供了在燃料處理應(yīng)用中在ATO上游^^]催化劑預(yù)燃燒器的方法。""^M兌，燃料處理器是將烴燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體的裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，本文描述的緊湊式燃料處理器從烴燃料生產(chǎn)富氫氣絲流，以用于燃料電池中。然而，預(yù)期本發(fā)明方法的其它可能應(yīng)用，包括其中需要使用氫氣物流的^f可應(yīng)用。因此，雖然本文描述的發(fā)明是與燃料電^:^f^，但是本發(fā)明的范圍并不僅限于該應(yīng)用。每個(gè)示例性實(shí)施方案描述了燃料處理器或者使用燃料處理器的過(guò)程，其中將烴燃料原料導(dǎo)引通ilM料處理器。燃料處理器中使用的烴燃料在環(huán)嫂條件下可以是液M氣體，只要它可以氣化。本文所用的術(shù)語(yǔ)"烴"包括能夠從部分氧化或者蒸汽重整反應(yīng)制備氬氣的含有C-H鍵的有才;M^的。不排除^^的分子結(jié)構(gòu)中存^L^和i^卜的原子。因此，適用于燃料處理器的燃料包括并不僅限于烴燃辦ij如天然氣、曱烷、乙烷、丙烷、丁烷、石腦油、汽油、柴油燃料，和醇例如甲醇、乙醇、丙醇等。燃料處理器原料包括烴燃料、氧#水。氧氣可以是空氣、富氧空氣、或M純氧的形式。7K可以作為液體或者蒸^口入。原料姐分的組成百分比通過(guò)如下所討論的所需,條件決定。燃料處理器排出物物流包含氬氣和二氧化碳，也可以包含一些水、未轉(zhuǎn)化的烴、一氧4城、雜質(zhì)(如硫化t^影和隋寸^且分(如氮^^氬氣，特別是當(dāng)空^!^順流的組分時(shí))。參照?qǐng)D1,圖l描述了燃料處理器的簡(jiǎn)單工藝^f呈圖，說(shuō)明了在將烴燃料轉(zhuǎn)化為富氫氣體中包^i過(guò)程步驟。^4頁(yè)域技#員應(yīng)理解，^itit^文/zHf的反應(yīng)器的反應(yīng)物的流動(dòng)中，需要經(jīng)過(guò)一定數(shù)量的漸逝頃序。過(guò)程步驟A是自熱重整過(guò)程，其中兩個(gè)^,部分氧化(下文的式I)和任選的蒸汽重整(下文的式11)進(jìn)4^且合，以將原順流F轉(zhuǎn)化成含有氫^一氧^^的^^成氣。式I和式II是示例性的反應(yīng)式，其中將曱^"作烴CH4+l/202—2H2+CO(I)CH4+H20—3H2+CO(II)部分氧^Mi非常')^^jt,完全轉(zhuǎn)^>入的氧氣并產(chǎn)生熱量。蒸汽重整^^A得較慢并消耗熱量。原料物流中較高的氧氣濃度有利于部分氧化反應(yīng)，而較高的水蒸氣^1有利于蒸汽重整。因而^烴的比以^7K和烴的比成為特4￡#^:。這些比影響了，溫度和氫氣的產(chǎn)率。自熱重整步驟的，溫度范圍可以在約550。C-約900°C，取決于i^的條件和催化劑。本發(fā)明<^]包含或不包含蒸汽重，化劑的部分氧化催化劑的催化劑床。催化劑可以是^f可形式，包^^1#、球形、擠出物、^W。部分氧化催化劑應(yīng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，和通常由料、擠出物、粒料或其它載體上的氧^4呂';fe^層(washcoat)上的貴金屬例如鈾、把、銠、和/或釕組成。已經(jīng)^^]過(guò)非貴金屬，^Wl者鈷。其它的洗涂層如氧化鈥、氧化鋯、氧化5圭、氧4械已經(jīng)在文獻(xiàn)中列舉。多種附加材^HN如鑭、鈰和鉀已經(jīng)在文獻(xiàn)中列舉怍為^ii部分氧^^化劑性能的"^ii劑"。蒸汽重^ll化劑應(yīng)為^^頁(yè)域技^/v員所熟知，和可以包^^一定量的鈷或貴金屬例如鉑、鈀、銠、釕和/或銥。催化劑可以負(fù)載于例如氧^#、氧^45、氧化硅、氧^^或鋁酸娛中的一種或組合之上。可#^地，蒸汽重，化劑可以包*,M負(fù)栽于由堿金屬例:^fm的氧^4美、氧化鋁、氧4^、氧化鋯或鋁酸鎂中的一種或組合^Ji。過(guò)程步驟B是^P步驟,用于將來(lái)自過(guò)程步驟A的合成^濟(jì)u^MP至約200。C-約600。C、怖逸約30(TC-約50(rC、更M約375'C-約425。C的溫度，以優(yōu)^^成氣流出物的溫度用于下一步驟。該^P"可以用加熱槽、加熱管或換熱器完成，^:"fi殳計(jì)規(guī)格以及回^lt/循環(huán)氣體物流的熱含量的需求。步驟B的一種示例性實(shí)施方案是使用換熱器，該換熱器利用原料物流F作為循環(huán)通過(guò)換熱器的冷卻劑。換熱器可以是4^貞域技術(shù)人員已知的任意合適結(jié)構(gòu)，包括管殼式、城、螺放式等。作為其^f議補(bǔ)充，~卩步驟B可以通過(guò):;認(rèn)另外的原^M且分例如燃料、空M水完成。水是他逸的，因?yàn)楫?dāng)水氣化為蒸汽時(shí)能夠吸收大量的熱量。添加的組分的量M于需要的^Hp禾i^，錄易由4^頁(yè)域4支^員確定。過(guò)程步驟C是純化步驟。烴物流主要雜質(zhì)的一種是硫，其被自熱重整步驟A轉(zhuǎn)化為硫化氬。過(guò)程步驟C中^^I的處理中心艦包含氧化鄉(xiāng)/或其它能夠吸收并轉(zhuǎn)^5充化氫的材料，和可以包^^體(例如^W、擠出物、豐i^W)。脫斬Lit過(guò)根據(jù)以下反應(yīng)式ni將硫化il^化為水而完成H2S+ZnO—H20+ZnS(III)其它的雜質(zhì)例如象/f緣也可以祐除去。^^ii^約300°C-約500。C、更伊述約375'C-約425'C的溫度下進(jìn)行。氧化鋅在約25'C-約700。C的寬溫度范圍內(nèi)是有效的疏化氫吸收劑，和通iiit當(dāng)選擇^t溫度而提^^化處理步鄰偵序的良^靈活性。流出物物^llr下來(lái)可以被i^v;^^步驟D，其中^^將水加Wj氣⑩流中。力n入的水當(dāng)它氣化時(shí)斷氐了反應(yīng)物物流的溫度，并向過(guò)程步驟E的水煤氣變^Ml提供更多的水(下文討^r)。7jo蒸^P其它的流出物物^i且^it過(guò)i^至情^N"料的處理中心進(jìn)^^^，所述惰'(!^##^如有效^^/或輔助水的氣化的陶f(shuō)^Ml者其它勤以材料?？蒦f戈地，可以隨原料加入任何附加的水，和混合步驟可以重新確定位置，以為下文討論的C0氧化步驟G中的氧化劑氣^R供更好的》'給。過(guò)程步驟E是水煤氣變^gjS，期,式IW—氧^/友轉(zhuǎn)化為二氧4械H20+C0—H2+C02(IV)itA重要的步驟，因?yàn)橐谎鮚^灰除去對(duì)人類是劇^t，對(duì)燃料電池也是有毒的。一氧化碳的濃度^il應(yīng)該斷^可以被燃料電池容忍的水平，通常低于50ppm。通常，4WfM的催化劑，7jc煤氣變M應(yīng)可以在15(TC-60(TC的溫度下發(fā)生。^il些條降下，氣體物流中大多數(shù)的一氧^^t^il個(gè)步驟中被轉(zhuǎn)化。^i顯變^f化劑在約150。C-約30(rC下,，和包^^如氧^#)，或者負(fù)#其它:^度金屬氧^^如氧^#"上的銅，負(fù)g逸度金屬氧^^或耐火載體如氧4t^、氧化鋁、氧^4^上的鋅，或者負(fù)載于合適的栽體如氧^^、氧化鋁、氧^4^上的貴金屬例如鈾、錸、4巴、銠或金。高溫變，4b劑^4約3000-約600TC的溫度下，，和可以包^>度金屬氧^^例如氧^l械氧^^，和^i4包^Rii劑:H^或鐵suicide。高溫變換催化劑也包M帶的貴金屬，例如載帶的鉑、4昧/或其它賴;^員。進(jìn)^i亥步驟的處理中心可以含有如前i^斤述的高溫變換催化劑或低溫變換催化劑或高溫變，化劑和^^顯變，化劑的組合的填尤來(lái)。該過(guò)禾呈應(yīng)該在適合水煤氣變M應(yīng)的任何溫度下操怍，才WfM催化劑的種類，i^i^l5(rc-約40(TC的溫度下。^i^地，可以在變M應(yīng)器的處理中心中》ii:^Hp元件例如^HP盤管，用來(lái)斷氐催化劑填充朱內(nèi)的XJI溫度。較低的溫度有利于一氧^^灰轉(zhuǎn)化為二氧化碳。jH^卜，通過(guò)向高溫和低溫變換提供在高溫和低溫變換步驟之間的脫^i且件的單獨(dú)步驟，可以在高和^ftt換轉(zhuǎn)化之間進(jìn)^i屯化處理步驟C。過(guò)程步驟F，是一個(gè)實(shí)施方案中通過(guò)換熱器進(jìn)行的^Hp步驟。換熱器可以是^f可適合的構(gòu)造，包括管殼式、板式、螺放式等?？商鎿Q地，可以采用熱管或者其它形式的散熱裝置。換熱器的目朽^^斷氐氣體物流的溫度，以生產(chǎn)溫度優(yōu)選為約90'C-約150'C的流出物。在步驟F，中向過(guò)禾li口錄氣。力口入的氧^i皮下文討論的過(guò)程步驟G的^Jl所消耗。氧氣可以是空氣、富氧空^J^純氧形式?？梢栽O(shè)計(jì)換熱器以提供空氣和富氬氣體的混合?？?^地，過(guò)程步驟D的實(shí)施方案可以用于進(jìn)^v'私合。過(guò)程步驟G是氧化步驟，其中將流出物物流中幾乎所有的剩HUW友轉(zhuǎn)化為二氧4t^。這個(gè)處3^用于氧化一氧^^灰的催化劑的存在下進(jìn)行，所述催化劑可以是任意形式，例如氺辨、球形、^frf"形狀。用于一氧^^灰氧化的催化劑是已知的，稀常包^f金屬(如鉑、把)和/或&度金屬(:H失、鈷、#)，和/或貴金屬或過(guò)渡金屬的^^、尤其是氧^^。to的氧^^化劑是氧^l呂^fc^層上的鉑。所述^^層可以涂布于#^#、擠出成型、氺1^或其它栽體上?？梢约尤肓硗獾牟?^如鈰或鑭，以改進(jìn)性能。文獻(xiàn)中已經(jīng)列舉了很多其它配方，一些實(shí)財(cái)宣稱來(lái)自銠或氧^4&^化劑的優(yōu)良性能。文獻(xiàn)中已經(jīng)列舉了釕、4巴、#其它材^~可用于該應(yīng)用。在過(guò)程步驟G中發(fā)生兩個(gè)反應(yīng)希望的一氧^/友氧化(式V)和不希^t的氬^lL化(式VI)，如下所示CO+l/202—C02(V)H2+l/202—H20(VI)氧^^灰氧化。因?yàn)閮蓚€(gè)^JS都產(chǎn)生熱量，所以任選包括^p元件例如在過(guò)程中方緩^Mp盤管可^A有利的。過(guò)程的,溫度優(yōu)選##在約90'C-約15(TC。過(guò)程步驟G^i^l^氧^^的^yL^f^iJ50卯m，i^t燃料電池中的應(yīng)用是合適的泉復(fù)，但是^4頁(yè)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明可以適于制備具有較高和較低一氧^^度的富氯產(chǎn)品。離開(kāi)燃料處理器的流出物是含有一氧^^友和可育^在的其它組射口水、惰'魁且分(如氮?dú)?、氬勺、剩余的烴等的富氫氣體。產(chǎn)品氣體可以用作燃料電池的原料或用于其中需要富lL^^流的其它應(yīng)用。任^，可以將產(chǎn)品氣體送至ii一步的處理，如除去二氧^^友、7鳳其它組分。燃料處理器100包舍一系列用于進(jìn)行如圖1所述的一般性過(guò)程的工藝裝置。如^^頁(yè)域技^A員容易明白的，意圖是工藝裝置可以以多種構(gòu)itii行使用。此夕卜，本文描述的燃料處理器適合于與燃料電W^^M，使得將本文描述的燃料處理器的富氫產(chǎn)品氣體作為原^流直^^應(yīng)JJ^料電池。參照?qǐng)D2，如圖2說(shuō)明一種緊湊式燃料處理器的實(shí)施方案。圖2中所示的燃料處理器200與圖1中圖示和上文描述的過(guò)禾封目似。烴燃料原^K勿流F被引入燃料處理器中，和排出富t^品氣體P。燃料處理器200包括幾個(gè)工藝裝置，每個(gè)工藝裝置進(jìn)行單獨(dú)的辦功能，通常它們的結(jié)構(gòu)如圖2所示。扭個(gè)示例性實(shí)施方案中，烴燃料F敘第一室，敘螺J走樣熱器201，螺旋熱器201用燃料電池尾氣T(在AT0214iiAM料處理器200)預(yù)熱原料F。因?yàn)槿剂咸幚砥髦蠱多個(gè)方丈熱的^，所以^4頁(yè)域技權(quán)員應(yīng)理解在這種應(yīng)用中也可負(fù)睡在數(shù)種其它的熱聯(lián)合機(jī)會(huì)。該經(jīng)過(guò)預(yù)熱的原料隨后通過(guò)用于在^器入口處實(shí)現(xiàn)接近完美的流動(dòng)分布和低壓降的同心擴(kuò)散器iiAj^級(jí)應(yīng)器202。反應(yīng)器202^^1^危催化劑，^口圖1的過(guò)程步驟C所iii^ff^ft。(注意這個(gè)步#圖1中提供的過(guò)程步艱'頃序不一致。這^^^貞域技術(shù)人員為了處理多種烴燃料原料和/或制備更純的產(chǎn)品而優(yōu)化過(guò)程構(gòu)造中可能實(shí)施的專利權(quán)范圍內(nèi)的最初實(shí)例。)來(lái)自反應(yīng)器202的脫廨厲料隨后通過(guò)同心擴(kuò)散器收集并與空氣A混合，混M被導(dǎo)向換熱器203。在該示例性實(shí)施方案中，換熱器203;l螺it^熱器，其用燃料電池尾氣T(在AT0214i^7v^料處理器200)加熱該濕合的燃料/空氣物流。預(yù)熱后的燃料/空氣;a^iiAJij第二室，##^熱溫度或者通過(guò)位于兩個(gè)室之間的電線圏加熱器204升高溫度。預(yù)熱后的燃料/空氣、;^^7itA^蝶旋式換熱器205中，其用自熱重整器(ATR)206流出物物流，流預(yù)熱至自熱重整^溫度。預(yù)熱的水(在換熱器212處i^AB料處理器200)在i^A換熱器205之前和預(yù)熱的燃料/空氣物流混合。預(yù)熱的燃申卜空氣-水';^^物經(jīng)過(guò)同心擴(kuò)散器離開(kāi)換熱器205，然后被i^ATR206，#圖1中的過(guò)程步驟A相對(duì)應(yīng)。擴(kuò)散器甚至允許在ATR206入口處的流動(dòng)分布。來(lái)自ATR206的熱氬產(chǎn)品經(jīng)過(guò)同心擴(kuò)散器收集，并返回?fù)Q熱器205進(jìn)行熱量回收。在這個(gè)實(shí)施方案中，換熱器205凈^jL^^^tATR206的上部，以使^f呈f^豆，因而減少了能量的損失并了整個(gè)的能量效率?？梢栽趶澒芴幉迦肓鲃?dòng)調(diào)節(jié)葉輪，以實(shí)M過(guò)ATR206的^a#均勻流動(dòng)。來(lái)自換熱器205的^Hp的氫V品l^通過(guò)同心擴(kuò)散ll^引JJJ65jtMi器207，#圖1中的過(guò)程步驟C相對(duì)應(yīng)。脫》克后的產(chǎn)品然后^^口入催化變^J^器208，#圖1中的過(guò)程步驟E相對(duì)應(yīng)。提供^H卩盤管209以控制方文熱變M應(yīng)的溫度，這改進(jìn)了一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，導(dǎo)致更高的效率。在該實(shí)施方案中，^H卩盤管209還預(yù)熱ATR206的進(jìn)料，進(jìn)一步提高了熱量回#燃料電池的效率。變^^產(chǎn)品fte經(jīng)過(guò)同心擴(kuò)散器收集，和在螺^:緩熱器210中^ip，M預(yù)熱了水進(jìn)料W。船將空氣A加入^H卩的變^^產(chǎn)物，然后其導(dǎo)向同心擴(kuò)散器，力口入優(yōu)選的C0氧^^應(yīng)器211。反應(yīng)器211將痕量的一氧^^氧化為二氧^^灰，這與圖1中的過(guò)程步驟G相對(duì)應(yīng)?？梢栽趶澒芴幉迦肓鲃?dòng)調(diào)節(jié)葉輪，以實(shí)J艦奴應(yīng)器211的短流程和均勻低壓降。流出的純化氫^/^M^通過(guò)同心擴(kuò)散器收^JLiiA^換熱器212，換熱器212絲能回JlU'j7XiWW中。^P的氫場(chǎng)流隨后在分離器213中閃蒸以除去過(guò)量的水W。來(lái)自分離器213的氫氣物流P^適于氫氣用戶，如歉阡電池。在如圖2中描述的實(shí)施方案中，將來(lái)自燃料電池的組合的陽(yáng)極和陰極排出氣^4勿^^A^料處理器200中，以^M料電池中沒(méi)有轉(zhuǎn)化的氬氣中回收熱量。燃料電#燃料處理器的聯(lián)合大大提高了，料電池發(fā)電的#^效率。燃料電池尾氣T通過(guò)同心擴(kuò)散器流入AT0214。氫氣以及可能的曱^p其它輕爛的滑流艦以下雄被催條化CH4+202—C02+2H20(VIDH2+l/202—H20(VIID^式VII^Vn漆AT0214中^jt，AT0214可以是固^^I器，由^R催化劑津沐、或者皿的^y^構(gòu)的催化劑m^。熱^器流出物通過(guò)同心擴(kuò)散器收集和導(dǎo)入換熱器203中，以用來(lái)自反應(yīng)器202的燃料/空氣混^的回收熱量。隨后，在分離器215中閃蒸之前，在換熱器201中進(jìn)一步回收燃料電池尾，流T的熱量。分離出的水連接至處理器流出物7j^物流W，和排出的氣體隨后排放至大氣。參照?qǐng)D3，圖3說(shuō)明了燃料處理應(yīng)用中^JU的催化劑預(yù)燃燒器301的一個(gè)實(shí)施方案。催化劑預(yù)燃燒器301位于催化劑燃燒器303的上游。"給器302位于催化劑預(yù)燃燒器301的下游，催化劑燃燒器303的上游。在艦實(shí)施方案中，催化劑燃燒器303是ATO。氣體燃料》V給物304與第一空氣流305~^#^。入催化劑預(yù)燃燒器301中。催化劑預(yù)燃燒器301產(chǎn)生催化劑預(yù)燃燒器排出氣體306，其與第二空氣流307—起;fc^入混合器302。jt(^卜，來(lái)自燃料電池的卩曰^MA^來(lái)自變壓吸附裝置309的廢氣也可以^^口入混合器302中。僅將補(bǔ)^j^料(天然^A液體燃料)和第一空W口入預(yù)燃燒器。第二空氣、預(yù)燃燒器排出氣體、陽(yáng)極尾氣或來(lái)自變壓吸附裝置的廢氣可以^^。入混合器。力口入催化劑預(yù)燃燒器301的氣體燃料〉V^4勿304可以;IJ^H^如天然氣；但是也可能包含其它氣體燃料，例如丁烷、丙烷等。當(dāng)^JD天然氣時(shí)，，比需要A^0-1，艦為0.3-0.7(對(duì)應(yīng)于空氣流量為每摩爾天然氣0-4.8摩爾空勺。艦的例子是^/灰比為0.5(每摩爾天然氣2.4摩爾空~。在不4^J催化劑預(yù)燃燒器301的^f牛下，將要求fl/友比為7(每摩爾天然氣33.3摩爾空勺。該第一空氣流305更容易加熱，因?yàn)槠淞髁啃『芏?與33.3相比僅為2.4)，和/或催化劑預(yù)燃燒器301的絲溫>1^容易>^#是熱的。jtk^卜，催化劑預(yù)燃燒器301的空速小于ATO303，這導(dǎo)致好的燃料轉(zhuǎn)^^。另外，當(dāng)ii/v催化燃燒器303的總流量較少時(shí)，氣體和M之間的換熱也J咸少，且也更容易^#催化劑燃燒器303的4IM匕劑M是熱的。在以上說(shuō)明中，圖3,當(dāng)氣體燃料;^^304it/v催化劑預(yù)燃燒器301時(shí)，可以佳月液體燃科例如液化石油氣(LPG)、汽油、柴油、噴氣燃料、甲醇、乙醇等以代替天然氣。當(dāng)^^]液體燃料時(shí)，將需要液體燃料氣化器。催化劑預(yù)燃燒器301可以^J^Ht真M^M"?？梢允褂貌糠盅趸呋瘎├绨?Pt)、把(Pd)、釕(Ru)。下表提供物流的摩爾分?jǐn)?shù)、流量和溫度的AspenPlus財(cái)莫擬的結(jié)果。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>盡管已經(jīng)才^或示例性實(shí)施方案中描述了本發(fā)明的方法，但是^M頁(yè)域技#員將顯而易見(jiàn)可以在不偏離本發(fā)明的概念和范圍的務(wù)fr下對(duì)本文描述的方法進(jìn)行_。為4^頁(yè)域技^^員顯而易見(jiàn)的所有這些類似#^^修改視為在所附權(quán)利要求中陳述的本發(fā)明的范圍禾^t念內(nèi)。權(quán)利要求1、一種在燃料處理應(yīng)用中使用催化劑預(yù)燃燒器的方法，該方法包括在催化劑燃燒器的上游提供所述催化劑預(yù)燃燒器，其中所述催化劑預(yù)燃燒器產(chǎn)生催化劑預(yù)燃燒器的排出氣體；在所述催化劑預(yù)燃燒器的下游和所述催化劑燃燒器的上游之間提供混合器，其中所述混合器產(chǎn)生混合器的排出氣體；將帶有一次空氣流的氣體混合物加入所述催化劑預(yù)燃燒器；將帶有二次空氣流的所述催化劑預(yù)燃燒器的排出氣體加入所述混合器；和將所述混合器的排出氣體加入所述催化劑燃燒器。2、才M居權(quán)矛J^求1所述的方法，其中所述催化劑燃燒器是P曰M^^化器。3、才權(quán)利要求1所述的方法，其中所述催化劑預(yù)燃燒器、所述》V給器和所述催化劑燃燒器靴成單個(gè)裝置。4、才權(quán)矛決求3所述的方法，其中所述單個(gè)裝U圓柱形的罐子。5、才M居權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體"^4勿包含天然氣。6、才權(quán)利要求5所述的方法，其中所述催化劑預(yù)燃燒器的li/友比是在0和1之間。7、才財(cái)居權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的,比是0.5。8、才財(cái)居權(quán)矛J^求5所述的方法，其中所述一次空氣流為每l摩爾所述天然U0和4.8摩爾之間。9、才權(quán)利要求8所述的方法，其中所述一次空氣流為每1摩爾所U然氣2.4摩爾。10、才娥權(quán)矛J^求1所述的方法，其中所述氣體';^^7包含丙烷。11、^it權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體^^包含液體燃料。12、4N^權(quán)矛J^求11所述的方法，其中所述液體燃料是液化石油氣。13、才N^WJ^"求11所述的方法，其中所id^體燃^bU氣油。14、才M居權(quán)矛J^求11所述的方法，其中所ii^體燃料^b'由。15、才娥權(quán)矛J^求11所述的方法，其中所ii^體燃料是噴^i^料。16、才,權(quán)矛J^求11所述的方法，其中所ii^體燃料是曱醇。17、才M居權(quán)利要求11所述的方法，其中所ii^體燃料是乙醇。全文摘要在燃料處理應(yīng)用中在催化劑燃燒器上游使用催化劑預(yù)燃燒器例如陽(yáng)極尾氣氧化器(ATO)的方法。本方法制備可以在單個(gè)ATO中有效燃燒的含氫的氣體混合物。催化劑預(yù)燃燒器將原料燃料轉(zhuǎn)化為含氫的氣體混合物。隨后，該含氫的氣體混合物在進(jìn)入催化劑燃燒器前和需要的空氣流、陽(yáng)極尾氣和變壓吸附裝置的廢氣混合。本方法致力于ATO的開(kāi)車需求以及ATO能夠在單個(gè)裝置中燃燒液體和氣體燃料的要求。文檔編號(hào)C10L9/10GK101627106SQ200780045925公開(kāi)日2010年1月13日申請(qǐng)日期2007年12月13日優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日發(fā)明者D·G·卡塞伊,K·H·源,游立新申請(qǐng)人:德士古發(fā)展公司