EP2061585A1 - Reformer - Google Patents

Reformer

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EP2061585A1
EP2061585A1 EP07801203A EP07801203A EP2061585A1 EP 2061585 A1 EP2061585 A1 EP 2061585A1 EP 07801203 A EP07801203 A EP 07801203A EP 07801203 A EP07801203 A EP 07801203A EP 2061585 A1 EP2061585 A1 EP 2061585A1
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EP
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zone
mixture
fuel
flue gas
reformer
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Stefan Kah
Johannes EICHSTÄDT
Andreas Lindermeir
Marco Mühlner
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Enerday GmbH
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Enerday GmbH
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    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
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    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus

Definitions

  • the invention relates to a reformer having a first media feed area to which fuel and oxidant can be supplied, an oxidation zone adjoining the first media feed area in which the media fed to the first media feed area react at least partially to flue gas, a second media feed area to which at least fuel can be fed , a mixture forming zone, which connects to the oxidation zone and the second RulezuSIC Scheme and in which a fuel-flue gas mixture can be generated, and a subsequent to the mixture formation zone reforming zone, in which the fuel-flue gas mixture is catalytically reformable.
  • Such reformers are used to produce from hydrocarbons, such as natural gas, gasoline or diesel, a hydrogen-rich reformate, which can be supplied to the production of e- lectric energy of the anode side of a fuel cell.
  • hydrocarbons such as natural gas, gasoline or diesel
  • a hydrogen-rich reformate which can be supplied to the production of e- lectric energy of the anode side of a fuel cell.
  • the above-mentioned multistage fuel feed which is described for example in DE 103 59 205 A1, serves in particular for the homogenization of the temperature profile.
  • part of the total supplied fuel is completely oxidized with air and passed in the course of the reaction and thereafter at the reforming zone arranged concentrically to the oxidation zone. In this case, the catalyst can be heated.
  • the flue gas Before the occurrence of the resulting in the oxidation of the flue gas into the catalyst, the flue gas is mixed with more fuel, so that the reforming zone to be supplied fuel-flue gas mixture is available.
  • the total quantities of the supplied air and the supplied fuel determine the important parameter for the reforming of the air ratio.
  • the total air ratio should be in the range of 0.4. In order to further influence the air ratio, provision can also be made for a further oxidant supply to be provided in the second media feed region.
  • the invention has the object of developing a reformer in such a way that an undesirable auto-ignition is prevented in a mixture formation zone in a simple manner.
  • the invention builds on the generic reformer in that the volume of the mixture forming zone is between 20 and 90 cm 3 . By the appropriate choice of the volume of the mixture formation zone can be achieved that a
  • the volume of the mixture forming zone is between 40 and 60 cm 3 .
  • the reformer is suitable for guiding a flue gas volume flow of between 40 and 200 l / min.
  • Such flue gas volume flows in conjunction with the mentioned volumes of the mixture-forming zone, then lead to the residence time of the flue gas volumetric flow in the mixture-forming zone being from 10 to 100 ms.
  • Such residence times are on the order of average ignition delay times of typical mixtures generated in the mixture formation zone. If the residence times are sufficiently short in comparison to the ignition delay times, auto-ignition can be reliably suppressed.
  • the invention is based on the finding that, by suitable choice of the volume of the mixture formation zone, this alone can prevent self-ignition of the mixture in the mixture formation zone.
  • the specification of the volumes serves in particular for the realization of typical applications and system outputs in the range between 2 and 5 kW, which can be made available by using the abovementioned flue gas volume flows.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a reformer according to the invention.
  • the reformer 10 has a first Rulezucited Siemens 12 the fuel 14 and oxidizing agent 16, that is, in particular air are supplied.
  • An oxidation zone 18 adjoins the media feed region 12 and this oxidation zone 18 is at least partially reacted with supplied media, so that flue gas 20 is formed.
  • the resulting flue gas 20 subsequently passes into a mixture-forming zone 26.
  • the mixture-forming zone 26 is supplied with further fuel 24 via a second medium-feed region 22.
  • This results in a fuel-flue gas mixture 28 which is subsequently fed to a reforming zone 30.
  • the fuel-flue gas mixture is catalytically converted to finally be removed as reformate 32.
  • the reformate 32 can then be made available to other applications, in particular a fuel cell.
  • the mixture-forming zone has a volume which prevents the auto-ignition of the fuel smoke gas mixture 28. Volumes for which this can be achieved on the assumption of a system output of between 2 and 5 kW are in the range between 40 and 60 cm 3 .
  • the mixture formation zone is not necessarily a precisely defined area. Rather, the mixture forming zone generally flows smoothly into the oxidation zone 18, the reforming zone 30 and the second media supply zone 22.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reformer (10) mit einem ersten Medienzuführbereich (12), dem Brennstoff (14) und Oxidationsmittel (16) zuführbar sind, einer an den ersten Medienzuführbereich (12) anschließenden Oxidationszone (18), in der die dem ersten Medienzuführbereich zugeführten Medien zumindest teilweise zu Rauchgas (20) reagieren, einem zweiten Medienzuführbereich (22), dem zumindest Brennstoff (24) zuführbar ist, einer Gemischbildungszone (26), die an die Oxidationszone (18) und den zweiten Medienzuführbereich anschließt und in der ein Brennstoff-Rauchgas-Gemisch (28) erzeugbar ist, und einer an die Gemischbildungszone (26) anschließenden Reformierungszone (30), in der das Brennstoff-Rauchgas-Gemisch (28) katalytisch reformierbar ist. Erfindunggemäß ist vorgesehen, dass das Volumen der Gemischbildungszone zwischen 20 und 90 cm3 beträgt.

Description

Reformer
Die Erfindung betrifft einen Reformer mit einem ersten Me- dienzuführbereich, dem Brennstoff und Oxidationsmittel zuführbar sind, einer an den ersten Medienzuführbereich anschließenden Oxidationszone, in der die dem ersten Medienzuführbereich zugeführten Medien zumindest teilweise zu Rauchgas reagieren, einem zweiten Medienzuführbereich, dem zumindest Brennstoff zuführbar ist, einer Gemischbildungs- zone, die an die Oxidationszone und den zweiten Medienzuführbereich anschließt und in der ein Brennstoff-Rauchgas- Gemisch erzeugbar ist, und einer an die Gemischbildungszone anschließenden Reformierungszone, in der das Brennstoff- Rauchgas-Gemisch katalytisch reformierbar ist.
Derartige Reformer kommen zum Einsatz, um aus Kohlenwasserstoffen, wie Erdgas, Benzin oder Diesel, ein Wasserstoff- reiches Reformat zu erzeugen, welches zur Erzeugung von e- lektrischer Energie der Anodenseite einer Brennstoffzelle zugeführt werden kann. Die oben erwähnte mehrstufige BrennstoffZuführung, die beispielsweise in der DE 103 59 205 Al beschrieben ist, dient insbesondere der Homogenisierung des Temperaturprofils. In der Oxidationszone wird ein Teil des insgesamt zugeführten Brennstoffes mit Luft vollständig o- xidiert und im Zuge der Reaktion sowie danach an der konzentrisch zur Oxidationszone angeordneten Reformierungszone vorbeigeführt. Dabei kann der Katalysator erwärmt werden. Vor dem Eintritt des bei der Oxidation entstandenen Rauchgases in den Katalysator wird das Rauchgas mit weiterem Brennstoff vermischt, so dass das der Reformierungszone zuzuführende Brennstoff-Rauchgas-Gemisch zur Verfügung steht. Die Gesamtmengen der zugeführten Luft und des zugeführten Brennstoffes bestimmen den für die Reformierung wichtigen Parameter der Luftzahl. Die Luftzahl sollte insgesamt im Bereich von 0,4 liegen. Zur weiteren Beeinflussung der Luftzahl kann auch vorgesehen sein, dass im zweiten Medien- zuführbereich eine weitere Oxidationsmittelzuführung vorgesehen ist.
Im Zusammenhang mit dem beschriebenen System erweist es sich mitunter als problematisch, dass es zu einer Selbst- zündung des in der Gemischbildungszone gebildeten Brennstoff-Rauchgas-Gemisches kommen kann. Eine solche Selbst- zündung vor dem Eintritt des Gemisches in den Katalysator führt aufgrund der unselektiven Umsetzung des Brennstoffes zu einer Rußbildung und zu verringerten Ausbeuten und Laufzeiten des Reformers. Weiterhin entstehen übermäßig hohe Temperaturen im Bereich des Eintritts in die Reformierungs- zone . Um diesem Problem zu begegnen, wurde bereits vorgeschlagen, die Gemischbildungstemperatur so weit abzusenken, dass sie unterhalb der Zündtemperatur für das Gemisch liegt. Zu diesem Zweck sind zusätzliche Medienströme als Kühlmedien erforderlich, was zu einer unerwünschten Komplexität des Gesamtsystems führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reformer in der Weise weiterzubilden, dass eine unerwünschte Selbstzündung in einer Gemischbildungszone in einfacher Weise unterbunden wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Reformer dadurch auf, dass das Volumen der Gemischbildungszone zwischen 20 und 90 cm3 beträgt. Durch die geeignete Wahl des Volumens der Gemischbildungszone kann erreicht werden, dass eine
Selbstzündung allein auf der Grundlage der Dynamik der den Reformer durchströmenden Medien vermieden wird. Eine Kühlung ist dadurch nicht mehr erforderlich.
Insbesondere ist es nützlich, dass das Volumen der Gemischbildungszone zwischen 40 und 60 cm3 beträgt.
Im Zusammenhang mit derartigen Volumina der Gemischbildungszone ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Re- former geeignet ist, einen Rauchgasvolumenstrom zwischen 40 und 200 l/min zu führen.
Derartige Rauchgasvolumenströme führen im Zusammenhang mit den erwähnten Volumina der Gemischbildungszone dann dazu, dass die Verweilzeit des Rauchgasvolumenstroms in der Gemischbildungszone 10 bis 100 ms beträgt. Solche Verweilzeiten liegen in der Größenordnung von mittleren Zündverzugs- zeiten typischer in der Gemischbildungszone erzeugter Gemische. Sind die Verweilzeiten im Vergleich zu den Zündver- zugszeiten ausreichend kurz, so kann eine Selbstzündung zuverlässig unterdrückt werden.
Dies kann auch unter der Voraussetzung gelingen, dass der Reformer bei einer Temperatur zwischen 700 und 950 "C in der Gemischbildungszone betreibbar ist. Dabei handelt es sich um typische Temperaturen, die ohne weitere Maßnahmen in der Gemischbildungszone vorliegen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch geeignete Wahl des Volumens der Gemischbildungszone allein hierdurch eine Selbstzündung des Gemisches in der Gemischbildungszone vermieden werden kann. Die Spezifizierung der Volumina dient insbesondere der Realisierung typischer Anwendungen und Systemleistungen im Bereich zwischen 2 und 5 kW, die unter Einsatz der erwähnten Rauchgasvolumenströme zur Verfügung gestellt werden können.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer besonders bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungs- gemäßen Reformers .
Der Reformer 10 hat einen ersten Medienzuführbereich 12 dem Brennstoff 14 und Oxidationsmittel 16, das heißt insbesondere Luft zugeführt werden. An den Medienzuführbereich 12 schließt eine Oxidationszone 18 an und diese Oxidationszone 18 wird mit zugeführten Medien zumindest teilweise umgesetzt, so dass Rauchgas 20 entsteht. Das entstandene Rauch- gas 20 gelangt nachfolgend in eine Gemischbildungszone 26. Der Gemischbildungszone 26 wird über einen zweiten Medienzuführbereich 22 weiterer Brennstoff 24 zugeführt. Hierdurch entsteht ein Brennstoff-Rauchgas-Gemisch 28, das nachfolgend einer Reformierungszone 30 zugeführt wird. In dieser Reformierungszone 30 wird das Brennstoff-Rauchgas- Gemisch katalytisch umgesetzt, um schließlich als Reformat 32 entnommen zu werden. Das Reformat 32 kann dann weiteren Anwendungen, insbesondere einer Brennstoffzelle, zur Verfügung gestellt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Gemischbildungszone ein Volumen aufweist, welches die Selbstzündung des Brennstoffrauchgasgemisches 28 verhin- dert . Volumina, bei denen dies unter der Voraussetzung einer Systemleistung zwischen 2 und 5 kW gelingen kann, liegen im Bereich zwischen 40 und 60 cm3. Die Gemischbildungs- zone ist dabei nicht unbedingt ein exakt definierter Bereich. Vielmehr geht die Gemischbildungszone im Allgemeinen fließend in die Oxidationszone 18, die Reformierungszone 30 und den zweiten Medienzuführbereich 22 über. Andererseits ist aber auch denkbar, die Gemischbildungszone durch die konstruktive Auslegung des Reformers in ihrem Volumen genau zu definieren, um so den unerwünschten Effekt der Selbst- zündung sicher zu unterdrücken. Dies kann beispielsweise durch Blenden oder sonstige Leiteinrichtungen erfolgen, die den Bereich der Gemischbildung genauer definieren und somit auch eine genaue Volumendefinition für die Gemischbildungs- zone ermöglichen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 Reformer
12 Medienzuführbereich 14 Brennstoff
16 Oxidationsmittel
18 Oxidationszone
20 Rauchgas
22 Medienzuführbereich 24 Brennstoff
26 Gemischbildungszone
28 Brennstoff-Rauchgas-Gemisch
30 Reformierungszone 32 Reformat

Claims

ANSPRUCHE
1. Reformer (10) mit
einem ersten Medienzuführbereich (12) , dem Brennstoff (14) und Oxidationsmittel (16) zuführbar sind,
- einer an den ersten Medienzuführbereich (12) anschließenden Oxidationszone (18) , in der die dem ersten Medienzuführbereich zugeführten Medien zumindest teilweise zu Rauchgas (20) reagieren,
- einem zweiten Medienzuführbereich (22) , dem zumindest Brennstoff (24) zuführbar ist,
einer Gemischbildungszone (26) , die an die Oxidationszone (18) und den zweiten Medienzuführbereich an- schließt und in der ein Brennstoff-Rauchgas-Gemisch (28) erzeugbar ist, und
einer an die Gemischbildungszone (26) anschließenden Reformierungszone (30) , in der das Brennstoff-Rauchgas- Gemisch (28) katalytisch reformierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Gemischbildungszone zwischen 20 und 90 cm3 beträgt.
2. Reformer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Gemischbildungszone zwischen 40 und 60 cm3 beträgt .
3. Reformer (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer geeignet ist, einen Rauchgasvolumenstrom zwischen 40 und 200 l/min zu führen.
4. Reformer (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Rauchgas- volumenstroms in der Gemischbildungszone 10 bis 100 ms beträgt .
5. Reformer (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer bei einer Temperatur zwischen 700 und 950 "C in der Gemischbildungszone betreibbar ist.
EP07801203A 2006-09-14 2007-08-01 Reformer Withdrawn EP2061585A1 (de)

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DE102006043128A DE102006043128A1 (de) 2006-09-14 2006-09-14 Reformer
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