PL190848B1

PL190848B1 - Urządzenie do reformowania paliwa

Info

Publication number: PL190848B1
Application number: PL345402A
Authority: PL
Inventors: Masayoshi Taki; Seiji Mizuno; Toshiaki Ozaki; Tatsuya Kawahara; Katsuhiko Kinoshita; Yoshimasa Negishi
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2006-02-28
Also published as: CA2336545A1; US6887286B1; KR100388161B1; EP1103518B1; WO2000002812A1; ES2359884T3; CN1228875C; CZ200182A3; BR9911883A; DE69943241D1; CZ302007B6; CA2336545C; CN1127449C; BR9911883B1; RU2199382C2; CN1430301A; EP1103518A4; CN1308588A; ATE500196T1; EP1103518A1

Abstract

1. Urzadzenie do reformowania paliwa w endotermicznej reakcji reformingu parowego z utwo- rzeniem wodoru z paliwa surowego i pary wodnej oraz w egzotermicznej reakcji utleniania, w której nastepuje utlenienie paliwa surowego, zawierajace, polaczone ze soba, sekcje katalityczna dla katalizatora do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, jednostke dostar- czajaca surowe paliwo gazowe, jednostke wylotowa paliwa gazowego, znamienne tym, ze zawie- ra jednostke regulacji predkosci przeplywu gazu, do regulowania predkosci przeplywu surowego paliwa gazowego, tak, aby byla wyzsza w obszarze sekcji katalitycznej od strony odbierajacej do- starczane surowe paliwo gazowe niz w obszarze sekcji katalitycznej po stronie wylotowej paliwa gazowego i zapewnienia odpowiedniego przenoszenia ciepla wytworzonego w reakcji utleniania zachodzacej w obszarze od strony odbierajacej ladunek surowego paliwa gazowego do obszaru po stronie wylotowej paliwa gazowego. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Zakres wynalazku

Przedmiotem obecnego wynalazku jest urządzenie do reformowania paliwa, dokładniej urządzenie do reformowania paliwa, które wytwarza, z węglowodoru i pary wodnej, gaz bogaty w wodór.

Dotychczasowy stan techniki

Urządzenie do reformowania paliwa, które wytwarza, z węglowodoru i pary wodnej, gaz bogaty w wodór jest urządzeniem znanym, stosowanym do dostarczania paliwa gazowego do ogniw paliwowych. Ogniwa paliwowe przekształcają energię paliwa bezpośrednio w energię elektryczną, a nie za pośrednictwem energii mechanicznej lub energii termicznej i tym samym osiągają wysoką sprawność energetyczną (watogodzinową). W ogniwach paliwowych paliwo gazowe zawierające wodór jest dostarczane do ich anod, podczas gdy gaz utleniający zawierający tlen jest dostarczany do ich katod. Ogniwa paliwowe generują siłę elektromotoryczną w wyniku reakcji elektrochemicznych zachodzących na obu elektrodach. Poniższe równania definiują reakcje chemiczne zachodzące w ogniwach paliwowych. Równanie (1) przedstawia reakcje zachodzącą na anodach, natomiast równanie (2) przedstawia reakcje zachodzącą na katodach. Równanie (3) jest równaniem sumarycznym reakcji zachodzących w ogniwach paliwowych.

H₂ >2H'+2e - (1) (1/2) O; + 2H⁺+ 2e >HO H; + (1/2) O2 H2O

Spośród różnorodnych ogniw paliwowych, gaz utleniający i paliwo gazowe zawierające dwutlenek węgla, nadają się do stosowania w ogniwach paliwowych z elektrolitem polimerowym, ogniwach paliwowych fosforanowych i w ogniwach paliwowych z elektrolitem w postaci stopionego węglanu, ze względu na właściwości ich elektrolitów. W takich ogniwach paliwowych, jako gaz utleniający stosuje się zwykle powietrze oraz jako paliwo gazowe stosuje się gaz bogaty w wodór wytworzony w procesie reformingu parowego takiego węglowodoru jak metanol lub gaz ziemny. Układ ogniw paliwowych, w którym stosuje się takie ogniwa paliwowe, posiada urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, w wyniku, której wytwarza się paliwo gazowe. Poniżej opisana jest reakcja zachodząca wewnątrz urządzenia do reformowania paliwa. Opis dotyczy przypadku, w którym jako węglowodór poddawany reformingowi stosuje się metanol. Poniższe równanie przedstawia reakcję zachodzącą podczas reformingu parowego metanolu:

CH3OH + H2O CO₂ + 3H- - 49,5 (kJ/mol) (4)

Jak to wynika z równania (4), reakcja reformingu parowego jest reakcją endotermiczną. Dlatego też, dla postępu reakcji reformingu, niezbędne jest dostarczanie energii cieplnej. W znanej metodzie dostarczania z zewnątrz energii cieplnej potrzebnej do przebiegu reakcji reformingu dostarcza się ciepło za pomocą palnika lub podgrzewacza zainstalowanego w urządzeniu do reformowania paliwa. W innej znanej metodzie, dla przeprowadzenia reakcji reformingu parowego wykorzystuje się ciepło wytworzone w reakcji utleniania, która zachodzi w urządzeniu do reformowania paliwa wraz z reakcją reformingu parowego. Spośród tych metod, omówiono poniżej metodę, w której wywołuje się reakcję utlenienia, która zachodzi w urządzeniu do reformowania paliwa równolegle z reakcją reformingu parowego.

CH3OH + (1/2) O2 CO2 + 2H2 +189,5 (kk/mo) (5)

Równanie (5) przedstawia przykład reakcji utleniania metanolu (reakcji częściowego utleniania). W układzie, w którym do urządzenia do reformowania paliwa dostarcza się tlen i wywołuje reakcję utleniania metanolu, która przebiega równolegle do reakcji reformingu parowego określonego równaniem (4), energię cieplną utworzoną w reakcji utleniania wykorzystuje się do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Regulowanie natężenia przepływu tlenu dostarczanego do urządzenia do reformowania paliwa umożliwia zrównoważenie ilości ciepła potrzebnego dla reakcji reformingu parowego z ilością ciepła wytworzonego w reakcji utleniania. Teoretycznie, ilość ciepła wytworzonego w reakcji utleniania może równoważyć ilość ciepła potrzebnego dla przeprowadzenia reakcji reformingu parowego. W porównaniu z metodą wykorzystującą ogrzewanie zewnętrzne, w tej metodzie równoważenia ilości ciepła uzyskanego z reakcji utleniania z ilością ciepła potrzebnego w reakcji reformingu parowego występują mniejsze ubytki ciepła spowodowane rozpraszaniem ciepła i uzyskuje się wyższą sprawność energetyczną. W porównaniu z metodą wykorzystującą ogrzewanie zewnętrzne, metoda ta pozwala na uproszczenie budowy urządzenia do reformowania paliwa i zmniejszenie wielkości całej instalacji ogniw paliwowych.

PL 190 848 B1

Jednakże, metoda polegająca na dostarczaniu tlenu jak również metanolu i pary wodnej do urządzenia do reformowania paliwa i wykorzystaniu energii cieplnej wytworzonej w reakcji utleniania do prowadzenia reakcji reformingu parowego ma wadę, to jest nierównomierny rozkład temperatury wewnątrz urządzenia do reformowania paliwa. Fig. 38 jest wykresem pokazującym rozkład temperatury wewnątrz urządzenia do reformowania paliwa, do którego wprowadza się tlen jak również metanol i parę wodną i w którym zachodzi reakcja utleniania równolegle z reakcją reformingu parowego. Gdy ładunek tlenu wprowadza się do urządzenia do reformowania paliwa równocześnie z ładunkami metanolu i pary wodnej, to ponieważ szybkość reakcji utleniania jest większa od szybkości reakcji reformingu parowego, ilość wytworzonego w reakcji utleniania ciepła, od strony górnej strumienia w urządzeniu do reformowania paliwa (to jest od strony odbierającej ładunek gazu zawierającego metanol, parę wodną i tlen), jest większa od ilości ciepła potrzebnego dla prowadzenia reakcji reformingu parowego. Jak to pokazano na wykresie fig. 38, temperatura wewnętrzna raptownie wzrasta od strony górnej strumienia, tworząc pik w rozkładzie temperatury. Po zużyciu tlenu w reakcji utleniania, zachodzi tylko reakcja reformingu parowego. Tak więc, po osiągnięciu piku rozkładu temperatury, temperatura wewnętrzna urządzenia do reformowania paliwa w sposób ciągły obniża się w kierunku dolnej strony strumienia (to jest w kierunku strony stanowiącej wylot gazu bogatego w wodór).

Tworzenie się piku w rozkładzie temperatury lub nadmierny wzrost temperatury wewnątrz urządzenia do reformowania paliwa, powoduje szereg ujemnych zjawisk, jak na przykład degradację katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Jednym z problemów jest degradacja katalizatora. Przyjmuje się w niniejszym, że katalizator Cu-Zn stosuje się jako katalizator przyspieszający reakcję reformingu parowego i reakcje utleniania metanolu. Użycie katalizatora Cu-Zn w wyższych temperaturach, przekraczających 300°C, obniża trwałość katalizatora i może powodować spiekanie. Spiekanie jest zjawiskiem, które w katalizatorze przebiega na powierzchni agregatów nośnika. Katalizator Cu-Zn formuje się zwykle przez rozproszenie drobnych cząstek miedzi na powierzchni cząstek cynku. Występowanie spiekania powoduje, że drobne cząstki miedzi skupiają się i tworzą olbrzymie cząstki. Zjawisko to zmniejsza pole powierzchni cząstek miedzi i zmniejsza powierzchnię aktywności katalitycznej i tym samym obniża osiągi urządzenia do reformowania paliwa.

Innym problemem spowodowanym przez nadmierny wzrost temperatury katalitycznej jest tworzenie się produktów ubocznych. Reakcja uboczna, inna niż zwykła reakcja reformingu omówiona powyżej, występuje równolegle z reakcją reformingu przy ustalonych wysokich temperaturach, dając w wyniku metan. Gazowy azot zawarty w gazie zasilającym pod ciśnieniem ulega reakcji ubocznej, dając w wyniku tlenki azotu. Te produkty uboczne nie ulegają rozkładowi w zakresie temperatur reakcji reformingu zachodzącej w urządzeniu do reformowania paliwa, lecz są wprowadzane do ogniw paliwowych jako część paliwa gazowego. Wzrost ilości produktów ubocznych, takich jak metan, niekorzystnie obniża ciśnienie cząstkowe wodoru zawartego w paliwie gazowym.

Obniżenie temperatury wewnętrznej po stronie dolnej strumienia urządzenia do reformowania paliwa, niekorzystnie obniża aktywność reakcji reformingu parowego. Obniżona aktywność reakcji reformingu parowego może powodować pozostawanie w strumieniu gazu, który nie uległ reakcji reformingu, to jest metanolu i uzyskanie w rezultacie gazu o nieodpowiednio niskim stężeniu wodoru. W celu zapewnienia zakończenia się reakcji reformingu, nawet w warunkach niskiej temperatury wewnętrznej po stronie dolnej strumienia, potrzebne jest odpowiednio duże urządzenie do reformowania paliwa.

Dlatego też, przedmiotem obecnego wynalazku jest rozwiązanie tych problemów spowodowanych przez takie niekorzystne zjawiska i utrzymanie temperatury wewnętrznej urządzenia do reformowania paliwa wewnątrz ustalonego zakresu temperatur.

Szczegółowy opis wynalazku

Przedmiotem obecnego wynalazku jest pierwsze urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Pierwsze urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego węglowodór, parę wodną i tlen; jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej; oraz jednostkę regulacji prędkości przepływu gazu,

PL 190 848 B1 w której następuje regulacja prędkości przepływu surowego paliwa gazowego, tak aby była wyższa w przestrzeni sekcji katalitycznej po stronie odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe, niż w przestrzeni sekcji katalitycznej po stronie wylotowej paliwa gazowego, co umożliwia odpowiednie przenoszenie ciepła wytworzonego w reakcji utleniania zachodzącej w przestrzeni po stronie odbierającej ładunek surowego paliwa gazowego do obszaru po stronie wylotowej paliwa gazowego.

W tak skonstruowanym, pierwszym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór, parę wodną i tlen jest dostarczane do sekcji katalitycznej zawierającej katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. W sekcji katalitycznej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w wyniku, której następuje utlenienie węglowodoru. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczna. W sekcji katalitycznej, prędkość przepływu surowego paliwa gazowego jest tak regulowana, aby była większa w przestrzeni po stronie odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe niż po stronie wylotowej paliwa gazowego. Umożliwia to odpowiednie przenoszenie ciepła wytworzonego w reakcji utleniania zachodzącej w przestrzeni od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe do przestrzeni po stronie wylotowej paliwa gazowego.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, ciepło wytworzone w reakcji utleniania występujące w przestrzeni od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe jest odpowiednio przenoszone w kierunku strumienia po stronie dolnej. Zapobiega to skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury w przestrzeni od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe. Tym samym, układ ten zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest odpowiednio przenoszone do przestrzeni po stronie wylotowej paliwa gazowego. Układ ten zapewnia odpowiednio wysoką aktywność reakcji reformingu parowego po stronie dolnej strumienia i tym samym umożliwia redukcję wymiarów urządzenia do reformowania paliwa.

Nie jest konieczne mieszanie węglowodoru, pary wodnej i tlenu, które tworzą surowe paliwo gazowe, przed zasilaniem w surowe paliwo gazowe. Co najmniej jeden składnik lub część surowego paliwa gazowego mogą być wprowadzone oddzielnie. Powyższe efekty uzyskuje się pod warunkiem, że wszystkie składniki surowego paliwa gazowego, które nie muszą być wstępnie zmieszane, są dostarczane do przepływającego gazu od strony górnej strumienia sekcji katalitycznej. Katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego może być taki sam jak katalizator do przyspieszania reakcji utleniania lub może być inny. Do przyspieszania obu reakcji, to jest reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania można mianowicie użyć jeden katalizator. Odmiennie, do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania można użyć różne katalizatory. W tym ostatnim przypadku, pożądane jest odpowiednie zmieszanie ze sobą różnych katalizatorów w jednostce do reformowania.

W pierwszym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, korzystne jest, aby jednostka regulująca prędkość przepływu gazu tworzyła w sekcji katalitycznej od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe mniejszą powierzchnię całkowitą przekroju drogi przepływu surowego paliwa gazowego, niż po stronie wylotowej paliwa gazowego. Dla zapewnienia powyższych rezultatów, układ ten umożliwia uzyskanie większej prędkości przepływu surowego paliwa gazowego w przestrzeni od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe niż po stronie wylotowej paliwa gazowego.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest także drugie urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Drugie urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej dostarczane surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór, parę wodną i tlen; oraz jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu paroPL 190 848 B1 wego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej. Katalizator znajdujący się w sekcji katalitycznej jest osadzony na nośniku składającym się głównie z materiału posiadającego względnie wysoką przewodność cieplną.

W tak skonstruowanym, drugim urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór, parę wodną i tlen jest dostarczane do sekcji katalitycznej zawierającej katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. W sekcji katalitycznej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w wyniku, której następuje utlenienie węglowodoru. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczną. Katalizator jest osadzony na nośniku składającym się głównie z materiału posiadającego względnie wysoką przewodność cieplną. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest w ten sposób szybko przenoszone do otoczenia za pośrednictwem nośnika i jest wykorzystywane w reakcji reformingu parowego.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest szybko rozpraszane. Zapobiega to skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury w przestrzeni po stronie odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe, to jest w przestrzeni, w której zachodzi gwałtowna reakcja utleniania. Tym samym, układ ten zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest rozpraszane i przenoszone do strony dolnej strumienia. Układ ten zapewnia odpowiednio wysoką aktywność reakcji reformingu parowego po stronie dolnej strumienia i tym samym umożliwia redukcję wymiarów urządzenia do reformowania paliwa.

Przedmiotem obecnego wynalazku jest ponadto trzecie urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Trzecie urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego oraz katalizator do przyspieszania reakcji utleniania; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego węglowodór i parę wodną; jednostkę dostarczającą gaz utleniający, która przesyła do sekcji katalitycznej gaz utleniający zawierający tlen; jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej; oraz jednostkę tłumienia reakcji utleniania, która hamuje postęp reakcji utleniania w przestrzeni sekcji katalitycznej od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający.

W tak skonstruowanym, trzecim urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór, parę wodną oraz gaz utleniający zawierający tlen, jest dostarczane do sekcji katalitycznej zawierającej katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego oraz katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji utleniania. W sekcji katalitycznej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w wyniku, której następuje utlenienie węglowodoru. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczną. W sekcji katalitycznej, postęp reakcji utleniania jest hamowany w przestrzeni od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, postęp reakcji utleniania jest hamowany w przestrzeni od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający. Zapobiega to skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający. Tym samym, układ ten zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania. Reakcja utleniania tłumiona od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający, rozszerza korzystnie obszar, w którym zachodzi intensywna reakcja utleniania na część dolną strumienia. Podwyższa to temperaturę po stronie dolnej strumienia i zapewnia odpowiednio wysoką aktywność reakcji reformingu parowego po stronie dolnej strumienia, pozwalając dzięki temu na zmniejszenie wielkości urządzenia do reformowania paliwa.

PL 190 848 B1

W trzecim urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, korzystne jest, aby jednostka do tłumienia reakcji utleniania powodowała, że w sekcji katalitycznej istniejąca ilość katalizatora do przyspieszania reakcji utleniania w przestrzeni od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający jest mniejsza od ilości katalizatora w przestrzeni po stronie wylotowej paliwa gazowego.

W trzecim urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, korzystne jest także, aby katalizator do przyspieszania reakcji reformingu parowego był taki sam jak katalizator do przyspieszania reakcji utleniania i aby jednostka do tłumienia reakcji utleniania powodowała, że istniejąca ilość identycznego katalizatora do przyspieszania reakcji utleniania w przestrzeni od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający jest mniejsza od ilości katalizatora w przestrzeni po stronie wylotowej paliwa gazowego.

Przedmiotem obecnego wynalazku jest także czwarte urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Czwarte urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego oraz katalizator do przyspieszania reakcji utleniania; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego węglowodór i parę wodną; jednostkę dostarczającą gaz utleniający, która przesyła do sekcji katalitycznej strumień gazu utleniającego zawierający tlen; jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej; oraz jednostkę detekcji stanu reakcji, która wykrywa stopień postępu reakcji zachodzącej w sekcji katalitycznej. Jednostka dostarczająca gaz utleniający posiada jednostkę regulującą stężenie tlenu, która utrzymuje prędkość przepływu tlenu w jednostce czasu dostarczanego do sekcji katalitycznej na żądanym poziomie i reguluje stężenie tlenu zawartego w gazie utleniającym dostarczanym do sekcji katalitycznej w oparciu o stopień postępu reakcji, stwierdzony przez jednostkę detekcji stanu reakcji.

W tak skonstruowanym, czwartym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór, parę wodną oraz gaz utleniający zawierający tlen, jest dostarczane do sekcji katalitycznej zawierającej katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego oraz katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji utleniania. W sekcji katalitycznej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w wyniku, której następuje utlenienie węglowodoru. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczną. W sekcji katalitycznej jest wykrywany stopień postępu reakcji zachodzącej w tej sekcji. Chociaż prędkość przepływu w jednostce czasu tlenu dostarczanego do sekcji katalitycznej jest utrzymywana na żądanym poziomie, to stężenie tlenu znajdującego się w gazie utleniającym dostarczanym do sekcji katalitycznej jest regulowane w oparciu o wykryty stopień postępu reakcji.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, reguluje się stężenie tlenu zawartego w gazie utleniającym, dla kontroli szybkości reakcji utleniania zachodzącej od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający. Zapobiega to skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający. Tym samym, układ ten zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania. Kontrolowana szybkość reakcji utleniania za pomocą regulacji stężenia tlenu zawartego w gazie utleniającym, rozszerza korzystnie obszar, w którym zachodzi intensywna reakcja utleniania na część dolną strumienia. Podwyższa to temperaturę po stronie dolnej strumienia i zapewnia odpowiednio wysoką aktywność reakcji reformingu parowego po stronie dolnej strumienia, pozwalając dzięki temu na zmniejszenie wielkości urządzenia do reformowania paliwa.

W czwartym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, korzystnym jest, aby sekcja katalityczna zawierała wiele jednostek reakcyjnych zawierających katalizator i aby jednostka dostarczającą gaz utleniający podawała gaz utleniający do każdej z wielu jednostek reakcyjnych. Układ dostarczający gaz utleniający do wielu miejsc zwiększa dodatkowo efekt ujednorodnienia temperatury wewnątrz sekcji katalitycznej.

PL 190 848 B1

Przedmiotem obecnego wynalazku jest ponadto piąte urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuję utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Piąte urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego węglowodór, parę wodną i tlen; jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej; oraz jednostkę powodującą odwrócenie kierunku przepływu gazu, która w sekcji katalitycznej zmienia względem siebie miejsce zasilania w surowe paliwo gazowe za pomocą jednostki dostarczającej surowe paliwo gazowe i miejsce wylotu paliwa gazowego za pomocą jednostki wylotowej paliwa gazowego, tak aby odwrócić przepływ gazu w sekcji katalitycznej.

W tak skonstruowanym, piątym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór, parę wodną oraz tlen, jest dostarczane do sekcji katalitycznej zawierającej katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. W sekcji katalitycznej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną w wyniku, której następuje utlenienie węglowodoru. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczną. W trakcie przebiegu takich reakcji, miejsce odbierania surowego paliwa gazowego jest w sekcji katalitycznej zmieniane w miejsce wylotu paliwa gazowego.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, miejsce odbierania surowego paliwa gazowego jest w sekcji katalitycznej zmieniane w miejsce wylotu paliwa gazowego. Zapobiega to skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury w określonej przestrzeni od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający. Tym samym, układ ten zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania. Nie występuje zjawisko znaczącego spadku temperatury w określonej przestrzeni po stronie dolnej strumienia. Zapewnia to odpowiednio wysoką aktywność reakcji reformingu parowego w całej sekcji katalitycznej, pozwalając dzięki temu na zmniejszenie wielkości urządzenia do reformowania paliwa.

W piątym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, korzystne jest, aby sekcja katalityczna posiadała jednostkę pomiarową temperatury końcowej, która mierzy temperaturę w uprzednio ustalonej pozycji w miejscu dobierania surowego paliwa gazowego za pomocą jednostki dostarczającej surowe paliwo gazowe w sekcji katalitycznej i aby jednostka powodująca odwrócenie kierunku przepływu gazu zmieniała względem siebie miejsce zasilania w surowe paliwo gazowe, za pomocą jednostki dostarczającej surowe paliwo gazowe oraz miejsce wylotu paliwa gazowego, za pomocą jednostki wylotowej paliwa gazowego, w oparciu o temperaturę obserwowaną przez jednostkę pomiaru temperatury końcowej. Układ ten skutecznie zapobiega nadmiernemu wzrostowi temperatury od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe.

Przedmiotem obecnego wynalazku jest także szóste urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Szóste urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera cząstki z katalizatorem przeznaczonym do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, które są w nim szczelnie zamknięte; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, przesyła do sekcji katalitycznej ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego węglowodór, parę wodną i tlen; jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej; oraz jednostkę mieszającą katalizator, która miesza w sekcji katalitycznej cząstki zawierające katalizator.

PL 190 848 B1

W tak skonstruowanym, szóstym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór, parę wodną oraz tlen, jest dostarczane do sekcji katalitycznej, która jest wypełniona cząstkami zawierającymi katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. W sekcji katalitycznej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w wyniku, której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym reakcje zachodzą w sekcji katalitycznej, w której równocześnie następuje mieszanie cząstek zawierających katalizator. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczną.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, w sekcji katalitycznej miesza się cząstki zawierające katalizator. Dzięki temu katalizator naniesiony na cząstki bierze sukcesywnie udział w reakcji utleniania. Zapobiega to skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury w określonej przestrzeni po stronie odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe. Tym samym, układ ten zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania. Nie występuje zjawisko znaczącego spadku temperatury w określonej przestrzeni po stronie dolnej strumienia. Zapewnia to odpowiednio wysoką aktywność reakcji reformingu parowego w całej sekcji katalitycznej, pozwalając dzięki temu na zmniejszenie wielkości urządzenia do reformowania paliwa.

W szóstym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, korzystne jest, aby jednostka mieszająca katalizator była umieszczona w jednostce do zasilania w surowe paliwo gazowe i aby gaz zawierający, co najmniej jeden węglowodór, parę wodną i tlen był wtryskiwany do sekcji katalitycznej w sposób, dzięki któremu następuje mieszanie cząstek zawierających katalizator, które znajdują się w sekcji katalitycznej. Układ ten pozwala na równoczesne dostarczanie do sekcji katalitycznej surowego paliwa gazowego i mieszanie cząstek zawierających katalizator.

Przedmiotem obecnego wynalazku jest także siódme urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Siódme urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego węglowodór i parę wodną; jednostkę dostarczającą do sekcji katalitycznej gaz utleniający zawierający tlen; jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej; oraz jednostkę zmieniającą miejsce przepływu, która zmienia w czasie miejsce odbierania w sekcji katalitycznej ładunku gazu utleniającego, który jest przesyłany za pomocą jednostki dostarczającej gaz utleniający.

W tak skonstruowanym, siódmym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór i parę wodną oraz gaz utleniający zawierający tlen, jest dostarczane do sekcji katalitycznej zawierającej katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. W sekcji katalitycznej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w wyniku, której następuje utlenienie węglowodoru. W sekcji katalitycznej, miejsce dostarczania gazu utleniającego zmienia się w czasie. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania, która zachodzi w obecności dostarczanego w ten sposób gazu utleniającego, jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczną.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, miejsce przyjmowania w sekcji katalitycznej dostarczanego gazu utleniającego zmienia się w czasie. Zapobiega to skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury w określonym obszarze od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający. Tym samym, układ ten zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania.

PL 190 848 B1

Przedmiotem obecnego wynalazku jest ponadto ósme urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Ósme urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcje katalityczną, która zawiera katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego węglowodór i parę wodną; jednostkę dostarczającą gaz utleniający, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek gazu utleniającego zawierający tlen; jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej; oraz jednostkę ujednorodnienia ciepła, która styka ze sobą w sekcji katalitycznej stronę odbierającą ładunek surowego paliwa gazowego i dostarczany gaz utleniający ze stroną wylotową paliwa gazowego, tak aby umożliwić wymianę ciepła pomiędzy stroną odbierającą i stroną wylotową.

W tak skonstruowanym, ósmym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór i parę wodną oraz gaz utleniający zawierający tlen, jest dostarczane do sekcji katalitycznej zawierającej katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. W sekcji katalitycznej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w wyniku, której następuje utlenienie węglowodoru. W sekcji katalitycznej, strona zasilania, która przyjmuje dostarczane paliwo gazowe i dostarczany gaz utleniający jest umieszczona w sąsiedztwie strony wylotowej, przez którą uchodzi paliwo gazowe. Dzięki temu wymiana ciepła zachodzi pomiędzy stroną zasilania i stroną wylotową. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania, jest w ten sposób wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczną.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, wymiana ciepła zachodzi w sekcji katalitycznej pomiędzy stroną, która odbiera dostarczane surowe paliwo gazowe i dostarczany gaz utleniający i stroną wylotową, przez którą uchodzi paliwo gazowe. Zapobiega to skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury w określonej przestrzeni po stronie odbierającej dostarczany gaz utleniający. Tym samym, układ ten zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania. Nie występuje zjawisko znaczącego spadku temperatury w określonej przestrzeni po niższej stronie strumienia. Zapewnia to wysoką aktywność reakcji reformingu parowego w całej sekcji katalitycznej i umożliwia zmniejszenie wymiarów do urządzenia do reformowania paliwa.

W ósmym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, korzystne jest, aby sekcja katalityczna obejmowała, co najmniej dwie jednostki reakcyjne, które odpowiednio zawierają katalizator i które posiadają stronę odbierającą i stronę wylotową umieszczone wzajemnie po przeciwległych stronach, przy czym co najmniej dwie jednostki reakcyjne są tak rozmieszczone, że strona odbierająca jednej jednostki reakcyjnej znajduje się w sąsiedztwie strony wylotowej innej jednostki reakcyjnej.

W ósmym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, korzystne jest także, aby sekcja katalityczna obejmowała obszar odwracający kierunek kanału przepływowego surowego paliwa gazowego znajdujący się wewnątrz sekcji i aby wlot i wylot kanału przepływowego znajdowały się blisko siebie.

Przedmiotem obecnego wynalazku jest dodatkowo dziewiąte urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Dziewiąte urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego węglowodór i parę wodną; jednostkę dostarczającą gaz utleniający, która przesyła do sekcji katali10

PL 190 848 B1 tycznej ładunek gazu utleniającego zawierającego tlen; jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej; oraz jednostkę ogrzewania, która ogrzewa za pomocą specjalnego płynu inną część powierzchni niż powierzchnię od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający, przy czym płyn przenosi ciepło wytworzone we wcześniej ustalonym elemencie który jest członem układu obejmującego urządzenie do reformowania paliwa.

W tak skonstruowanym, dziewiątym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór i parę wodną oraz gaz utleniający zawierający tlen, jest dostarczane do sekcji katalitycznej zawierającej katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. W sekcji katalitycznej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w wyniku, której następuje utlenienie węglowodoru. W obszarze sekcji katalitycznej, w którym zachodzi reakcja utleniania z udziałem dostarczanego gazu utleniającego, ciepło wytworzone w reakcji utleniania, jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Ciepło wytworzone we wcześniej ustalonym elemencie, który jest członem układu obejmującego urządzenie do reformowania paliwa, jest przenoszone za pomocą specjalnego płynu do innej części niż obszar znajdujący się po stronie odbierającej dostarczany gaz utleniający i jest wykorzystywane w reakcji reformingu parowego. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczną.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, w części innej niż obszar znajdujący się po stronie odbierającej dostarczany gaz utleniający, reakcja utleniania zachodzi wraz z wydzielaniem się ciepła we wcześniej ustalonym elemencie, który jest członem układu obejmującego urządzenie do reformowania paliwa. Układ ten umożliwia zredukowanie natężenia przepływu gazu utleniającego dostarczanego do sekcji katalitycznej, względem natężenia przepływu surowego paliwa gazowego dostarczanego do sekcji katalitycznej. Zapobiega to skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury w określonej przestrzeni po stronie odbierającej dostarczany gaz utleniający.

Tym samym, układ ten zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania. Ciepło uwalniane we wcześniej ustalonym elemencie, który jest członem układu obejmującego urządzenie do reformowania paliwa, jest przenoszone za pomocą specjalnego płynu do innej części niż obszar znajdujący się po stronie odbierającej dostarczany gaz utleniający. W związku z tym nie ma znaczącego spadku temperatury, który prowadzi do niższej aktywności reakcji reformingu parowego. Zapewnia to odpowiednio wysoką aktywność reakcji reformingu parowego w całej sekcji katalitycznej i umożliwia zmniejszenie wymiarów do urządzenia do reformowania paliwa. Układ ten wykorzystuje ciepło wydzielające się we wcześniej ustalonym elemencie, który jest członem układu obejmującego urządzenie do reformowania paliwa, do ogrzewania części innej niż obszar po stronie odbierającej dostarczany gaz utleniający i dzięki temu zapobiega obniżeniu sprawności energetycznej całego układu.

W dziewiątym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, korzystne jest, aby jednostka ogrzewająca ogrzewała inną część niż obszar od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający, przy czym ogrzewanie realizowane jest za pomocą gorącego gazu uchodzącego z wcześniej ustalonego elementu, który jest częścią składową układu obejmującego urządzenie do reformowania paliwa.

Przedmiotem obecnego wynalazku jest także dziesiąte urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Dziesiąte urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego węglowodór i parę wodną; jednostkę dostarczającą gaz utleniający, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek gazu utleniającego zawierającego tlen; jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej; oraz

PL 190 848 B1 jednostkę chłodzenia czołowego, która rozpyla ciecz zawierającą, co najmniej jeden węglowodór i wodę do obszaru od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe i dostarczany gaz utleniający.

W tak skonstruowanym, dziesiątym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór i parę wodną oraz gaz utleniający zawierający tlen, jest dostarczane do sekcji katalitycznej zawierającej katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. W sekcji katalitycznej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w wyniku, której następuje utlenienie węglowodoru. W obszarze sekcji katalitycznej, w którym zachodzi reakcja utleniania z udziałem dostarczanego gazu utleniającego, ciepło wytworzone w reakcji utleniania, jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego.

Ciecz zawierającą, co najmniej jeden węglowodór i wodę jest rozpylana w obszarze od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe i dostarczany gaz utleniający, tak, że schładza ten obszar. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczną.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, ciecz zawierająca, co najmniej jeden węglowodór i wodę jest rozpylana w obszarze od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe i dostarczany gaz utleniający. Część ciepła wytworzonego w reakcji utleniania jest w ten sposób zużywana jako ciepło parowania. Zapobiega to skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury w określonej przestrzeni od strony odbierającej dostarczany gaz utleniający. Tym samym, układ ten zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania.

Przedmiotem obecnego wynalazku jest ponadto jedenaste urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej oraz w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Jedenaste urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera pierwszą jednostkę reakcyjną, w której znajduje się katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania oraz drugą jednostkę reakcyjną zawierająca katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej podawane surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór i parę wodną; jednostkę dostarczającą gaz utleniający, która przesyła do pierwszej jednostki reakcyjnej gaz utleniający zawierający tlen; oraz jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej. Pierwsza jednostka reakcyjne i druga jednostka reakcyjna są tak rozmieszczone w sekcji katalitycznej, aby przylegały do siebie i aby pomiędzy pierwszą jednostką reakcyjną i drugą jednostką reakcyjną zachodziła wymiana ciepła.

W tak skonstruowanym, jedenastym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, surowe paliwo gazowe zawierające węglowodór i parę wodną oraz gaz utleniający zawierający tlen, jest dostarczane do pierwszej jednostki reakcyjnej zawierającej katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. W pierwszej jednostce reakcyjnej ma miejsce zarówno reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w wyniku, której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej, jak i reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w wyniku, której następuję utlenienie węglowodoru. Surowe paliwo gazowe jest także dostarczane do drugiej jednostki reakcyjnej, zawierającej katalizator do przyspieszania reakcji reformingu parowego. Reakcja reformingu parowego zachodzi wtedy także w drugiej jednostce reakcyjnej. W pierwszej jednostce reakcyjnej, ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Wymianę ciepła zachodzącą pomiędzy drugą jednostką reakcyjną i przylegającą pierwszą jednostką reakcyjną umożliwia ciepło wytworzone w reakcji utleniania zachodzącej w pierwszej jednostce reakcyjnej, które jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego w drugiej jednostce reakcyjnej. Otrzymane w wyniku paliwo gazowe bogate w wodór opuszcza sekcję katalityczną.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, ciepło wytworzone w reakcji utleniania w obszarze pierwszej jednostki reakcyjnej, w której zachodzi reakcja utleniania w wyniku dostarczania gazu utleniającego, wykorzystywane jest nie tylko do prowadzenia reakcji reformingu parowego w pierwszej jednostce reakcyjnej, lecz jest przenoszone do przylegającej drugiej jednostki reakcyjnej i wyko12

PL 190 848 B1 rzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego w drugiej jednostce reakcyjnej. Układ ten skutecznie zapobiega potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury w sekcji katalitycznej, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych i znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania.

W którymkolwiek spośród urządzeń, pierwszego, drugiego i od piątego do dziesiątego, do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, węglowodorem może być metanol oraz katalizatorem do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania może być pojedynczy katalizator zawierający miedź.

W którymkolwiek spośród urządzeń, trzeciego i czwartego, do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, węglowodorem może być metanol oraz katalizatorem do przyspieszania reakcji reformingu parowego i katalizatorem do przyspieszania reakcji utleniania może być identyczny katalizator zawierający miedź.

W jedenastym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, węglowodorem może być metanol oraz katalizatorem znajdującym się w pierwszej jednostce reakcyjnej może być pojedynczy katalizator zawierający miedź.

W tej konfiguracji do urządzenia do reformowania paliwa, pojedynczy katalizator zawierający miedź stosuje się do przyspieszania zarówno reakcji reformingu parowego jak i reakcji utleniania metanolu. W przeciwieństwie do uprzednich metod, w których do przyspieszenia reakcji utleniania stosuje się platynę lub inny znany katalizator utleniania, w reakcji utleniania metanolu prowadzonej w obecności katalizatora zawierającego miedź prawie nie tworzy się tlenek węgla. W rezultacie, układ ten daje w wyniku paliwo gazowe o niższym stężeniu tlenku węgla.

Przedmiotem obecnego wynalazku jest ponadto dwunaste urządzenie do reformowania paliwa, w którym zachodzi reakcja reformingu parowego, która jest reakcją endotermiczną i w której tworzy się wodór z węglowodoru i pary wodnej i w którym zachodzi reakcja utleniania, która jest reakcją egzotermiczną i w której następuje utlenienie węglowodoru, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest wykorzystywane do prowadzenia reakcji reformingu parowego. Dwunaste urządzenie do reformowania paliwa obejmuje: sekcję katalityczną, która zawiera katalizator przeznaczony do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania; jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, która przesyła do sekcji katalitycznej ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego węglowodór, parę wodną i tlen; oraz jednostkę wylotową paliwa gazowego, która umożliwia opuszczenie sekcji katalitycznej przez paliwo gazowe bogate w wodór, które jest wytwarzane w reakcji reformingu parowego i w reakcji utleniania, które zachodzą w sekcji katalitycznej. Katalizator przyspiesza reakcję utleniania, która nie przebiega zgodnie ze schematem reakcji, w której powstaje tlenek węgla.

W tej konfiguracji urządzenia do reformowania paliwa, katalizator przyspiesza reakcję utleniania, która nie przebiega zgodnie ze schematem reakcji, w której powstaje tlenek węgla. Układ ten pozwala na skuteczne redukowanie ilości tlenku węgla, wytwarzanego w reakcjach zachodzących w sekcji katalitycznej, dając w wyniku paliwo gazowe o mniejszym stężeniu tlenku węgla.

W dwunastym urządzeniu do reformowania paliwa według obecnego wynalazku, węglowodorem może być metanol oraz katalizatorem do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania może być pojedynczy katalizator zawierający miedź.

W urządzeniu do reformowania paliwa według tego układu, katalizator zawierający miedź stosuje się do przyspieszania reakcji utleniania metanolu. W przeciwieństwie do uprzednich metod, w których do przyspieszenia reakcji utleniania stosuje się platynę lub inny znany katalizator utleniania, w reakcji utleniania metanolu prowadzonej w obecności katalizatora zawierającego miedź prawie nie tworzy się tlenek węgla. W rezultacie układ ten daje w wyniku paliwo gazowe posiadające niższe stężenie tlenku węgla. Zastosowanie pojedynczego katalizatora zawierającego miedź do przyspieszania zarówno reakcji reformingu parowego jak i reakcji utleniania metanolu, upraszcza budowę urządzenia do reformowania paliwa.

Krótki opis rysunków

Figura 1 jest schematem blokowym ilustrującym budowę układu ogniw paliwowych 20, w jednej z korzystnych odmian według obecnego wynalazku;

Figura 2 - przekrojem ilustrującym schematycznie budowę ogniwa jednostkowego 48 stosu ogniw paliwowych 40;

Figura 3 przedstawia schematycznie budowę reaktora do reformowania 34;

Figura 4 - schematycznie przekrój poprzeczny struktury o budowie plastra miodu, która tworzy reaktor do reformowania 34;

PL 190 848 B1

Figura 5 - wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 34 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 6 - schematycznie przekrój poprzeczny innej struktury o budowie plastra miodu według jednego, zmodyfikowanego przykładu pierwszej odmiany;

Figura 7 - schematycznie budowę reaktora do reformowania według innego, zmodyfikowanego przykładu pierwszej odmiany;

Figura 8 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 90 według drugiej odmiany;

Figura 9(A) jest przekrojem ilustrującym schematycznie część struktury o budowie plastra miodu jednostki reakcyjnej 92;

Figura 9(B) - powiększonym widokiem ilustrującym schematycznie część powierzchni struktury o budowie plastra miodu;

Figura 10 przedstawia wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 90 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 11 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 100 według trzeciej odmiany; Figura 12 - wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 100 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 13 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 110 według czwartej odmiany; Figura 14 jest schematem ideowym pokazującym procedurę regulacji obciążenia ładunkiem powietrza prowadzoną w układzie ogniw paliwowych, łącznie z reaktorem do reformowania 110;

Figura 15 przedstawia schematycznie budowę reaktora do reformowania 110A według zmodyfikowanego przykładu czwartej odmiany;

Figura 16 - wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 110A i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 17 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 120 według piątej odmiany;

Figura 18 jest schematem ideowym pokazującym procedurę zmiany wlotu gazu stosowaną w układzie ogniw paliwowych 20;

Figura 19 przedstawia wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 120 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 20 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 130 i człony połączone z reaktorem do reformowania 130 według szóstej odmiany;

Figura 21 - wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 130 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 22 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 140 według siódmej odmiany; Figura 23 - wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 140 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 24 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 140A według zmodyfikowanego przykładu siódmej odmiany;

Figura 25 jest przekrojem ilustrującym schematycznie budowę reaktora do reformowania 150 według ósmej odmiany;

Figura 26 przedstawia wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 150 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 27 jest przekrojem ilustrującym schematycznie budowę reaktora do reformowania 160 według dziewiątej odmiany;

Figura 28 przedstawia wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 160 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 29 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 160A według zmodyfikowanego przykładu dziewiątej odmiany;

Figura 30 jest przekrojem ilustrującym schematycznie budowę reaktora do reformowania 170 według dziesiątej odmiany;

Figura 31 przedstawia wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 170 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 32 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 180 według jedenastej odmiany; Figura 33 - wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 180 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 34 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 190 według dwunastej odmiany;

PL 190 848 B1

Figura 35 - wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 190 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki;

Figura 36 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 190A według jednego, zmodyfikowanego przykładu, dwunastej odmiany;

Figura 37 - schematycznie budowę reaktora do reformowania 190B według innego, zmodyfikowanego przykładu dwunastej odmiany; oraz

Figura 38 - wykres rozkładu temperatury wewnątrz urządzenia do reformowania paliwa według dotychczasowego stanu techniki.

Najlepsze sposoby realizacji wynalazku

W celu wyjaśnienia omówionych powyżej konfiguracji, funkcji i zalet obecnego wynalazku, przedstawiono poniżej jako korzystne odmiany pewne sposoby realizacji obecnego wynalazku. Fig. 1 przedstawia schematycznie budowę układu ogniw paliwowych 20, w jednej z korzystnych odmian według obecnego wynalazku, który zawiera reaktor do reformowania według pierwszej odmiany obecnego wynalazku. Układ ogniw paliwowych 20 zawiera, jako podstawowe części składowe, zbiornik metanolu 22, w którym składowany jest metanol, zbiornik wody 24, w którym składowana jest woda, palnik 26, który wytwarza gaz spalinowy, agregat sprężarkowy 28, który spręża powietrze, wyparkę 32, która jest połączona z palnikiem 26 i agregatem sprężarkowym 28, reaktor do reformowania 34, który w reakcji reformingu wytwarza paliwo gazowe, reaktor do obniżania stężenia CO 36, w którym następuje obniżenie stężenia tlenku węgla (CO) zawartego w paliwie gazowym, ogniwa paliwowe 40, które w wyniku reakcji elektrochemicznych wytwarzają siłę elektromotoryczną oraz jednostkę sterującą 50, która jest skonstruowana z wykorzystaniem komputera. Poniżej, w pierwszej kolejności opisane są ogniwa paliwowe 40, których główną funkcją w układzie ogniw paliwowych 20 jest wytwarzanie mocy elektrycznej.

Ogniwa paliwowe 40 są ogniwami paliwowymi z elektrolitem polimerowym i mają strukturę stosu otrzymanego przez ułożenie, jedna na drugiej, wielu jednostek konstrukcyjnych lub ogniw jednostkowych. Fig. 2 jest przekrojem ilustrującym budowę ogniwa jednostkowego 48, stosu ogniw paliwowych 40. Ogniwo jednostkowe 48 zawiera przeponę elektrolityczną 41, anodę 42, katodę 43 i parę separatorów 44 oraz 45.

Anoda 42 i katoda 43 są dyfuzyjnymi elektrodami gazowymi, które są umieszczone na szerokości przepony elektrolitycznej 41, tworząc strukturę wielowarstwową. Para separatorów 44 i 45 jest dodatkowo rozmieszczona na szerokości tej struktury wielowarstwowej i są odpowiednio połączone z anodą 42 i katodą 43, w celu stworzenia dróg przepływu paliwa gazowego i gazu utleniającego. Kanały przepływowe paliwa gazowego 44P są określone przez anodę 42 i separator 44, podczas gdy kanały przepływowe gazu utleniającego 45P są określone przez katodę 43 i separator 45. Chociaż na fig. 2 kanały przepływowe są widoczne tylko w jednej płaszczyźnie każdego z separatorów 44 i 45, żebra są faktycznie uformowane w obu powierzchniach czołowych każdego z separatorów 44 i 45. Jedna powierzchnia czołowa separatora jest połączona z anodą 42 dla stworzenia kanałów przepływowych paliwa gazowego 44P, podczas gdy druga powierzchnia czołowa separatora jest połączona z katodą 43 przylegającego ogniwa jednostkowego dla stworzenia kanałów przepływowych gazu utleniającego 45P. Separatory 44 i 45 są połączone z przylegającymi dyfuzyjnymi elektrodami gazowymi dla stworzenia kanałów przepływowych gazu, oddzielając równocześnie przepływający strumień paliwa gazowego od przepływającego strumienia gazu utleniającego, pomiędzy każdą parą przylegających ogniw jednostkowych. W stosie otrzymanym w wyniku ułożenia wielu ogniw jednostkowych jedno na drugim, dwa separatory umieszczone z obu końców stosu mają żebra tylko po jednej, odpowiedniej stronie, która jest w kontakcie z dyfuzyjnymi elektrodami gazowymi.

Przepona elektrolityczna 41 jest jonowymienną przeponą przewodzącą protony, którą jest stały materiał polimerowy, na przykład żywica fluorowa, który charakteryzuje się korzystną przewodnością elektryczną w stanie wilgotnym. W tej odmianie, jako przeponę elektrolityczną 41 stosuje się folię Nafion (produkcji firmy du Pont). Jako katalizator umieszczony na powierzchni przepony elektrolitycznej 41 stosuje się platynę lub stop platyny zawierający platynę oraz inny metal.

Anoda 42 i katoda 43 są wykonane z tkaniny węglowej, która jest tkana z przędz włókna węglowego. Zamiast z tkaniny węglowej według tej odmiany, anoda 42 i katoda 43, mogą być wykonane z papieru węglowego lub z filcu węglowego, który także składa się z włókien węglowych.

Separatory 44 i 45 składają się z nieprzepuszczalnego dla gazu materiału przewodzącego prąd elektryczny, na przykład z nieprzepuszczalnego dla gazu węgla zwartego, otrzymanego przez ubijanie proszku węglowego. Każdy z separatorów 44 i 45 posiada wiele żeber, które są rozmieszczone równolegle po obu ich stronach i jest połączony z powierzchnią anody 42, dla stworzenia kanałów przePL 190 848 B1 pływowych paliwa gazowego 44P i równocześnie jest połączony z powierzchnią katody przyległego ogniwa jednostkowego, dla stworzenia kanałów przepływowych gazu utleniającego 45P. Nie jest konieczne jednakże utworzenie równoległych żeber z obu stron każdego separatora, lecz uformowane żebra na jednej stronie mogą być ułożone pod wcześniej ustalonym kątem w stosunku do żeber uformowanych na drugiej stronie, na przykład równolegle do żeber na drugiej stronie. Kształt żeber może nie być ograniczony do równoległych rowków, lecz żebra mogą posiadać dowolny kształt, który pozwala na dostarczanie paliwa gazowego i gazu utleniającego do dyfuzyjnych elektrod gazowych.

Ogniwo jednostkowe 48, które jest jednostką konstrukcyjną ogniw paliwowych 40, posiada budowę omówioną powyżej. W faktycznym układzie ogniw paliwowych 40, szereg kompletów (100 kompletów w tej odmianie) ogniw jednostkowych 48, z których każdy zawiera w tej kolejności separator 44, anodę 42, przeponę elektrolityczną 41, katodę 45, jest ułożone jeden na drugim tworząc ogniwo warstwowe. Stos jest uzupełniony przez dołączenie płyt zbiorczych na szerokości warstwy ogniw, które są zbudowane z węgla zwartego lub z płytek miedzi.

Poniżej omówione są części składowe układu ogniw paliwowych 20, inne niż ogniwa paliwowe 40 oraz ich połączenia. Wyparka 32 odbiera dostarczany metanol i wodę ze zbiornika metanolu 22 i zbiornika wody 24 i odparowuje metanol i wodę. Wyparka 32 jest połączona, jak to uprzednio wspomniano, z palnikiem 26 i agregatem sprężarkowym 28. Gazy wylotowe po spalaniu opuszczające palnik 26 są wprowadzane do agregatu sprężarkowego 28, jak to w dalszym ciągu omówiono, przy czym ciepło spalania jest przenoszone do niepokazanego wymiennika ciepła wyparki 32, w celu podgrzania do wrzenia i odparowania metanolu i wody dostarczanych do wyparki 32.

W celu regulowania ilości metanolu dostarczanego do wyparki 32, pompa druga 71 jest umieszczona na przewodzie, którym przepływa metanol 60, przez który dostarcza się metanol jako paliwo surowe przepływające ze zbiornika metanolu 22 do wyparki 32. Pompa druga 71 jest połączona z jednostką sterującą 50 i jest uruchamiana w odpowiedzi na sygnały wyjściowe z jednostki sterującej 50, w celu regulowania natężenia przepływu metanolu dostarczanego do wyparki 32.

W celu regulowania ilości wody dostarczanej do wyparki 32, pompa trzecia 72 jest umieszczona na przewodzie, którym przepływa woda 62, przez który dostarcza się wodę ze zbiornika wody 24 do wyparki 32. Tak jak pompa druga 71, pompa trzecia 72. Jest połączona z jednostką sterującą 50 i jest uruchamiana w odpowiedzi na sygnały wyjściowe z jednostki sterującej 50, w celu regulowania natężenia przepływu wody dostarczanej do wyparki 32. Przewód, którym przepływa metanol 60 łączy się z przewodem, którym przepływa woda 62, tworząc pierwszy przewód odstarcząjący paliwo 63, który jest połączony z wyparką 32. Ponieważ natężenie przepływu metanolu i natężenie przepływu wody jest regulowane przez pompę drugą 71 i pompę trzecią 72, mieszanina uprzednio ustalonej ilości metanolu oraz uprzednio ustalonej ilości wody jest podawana do wyparki 32 przez pierwszy przewód dostarczający paliwo 63.

Agregat sprężarkowy 28, który jest połączony z wyparką 32, pobiera powietrze spoza układu ogniw paliwowych 20, spręża powietrze wlotowe i dostarcza sprężone powietrze do katod ogniw paliwowych 40. Agregat sprężarkowy 28 zawiera turbinę 28a i sprężarkę 28b o konstrukcji wirnikowej. Turbina 28a i sprężarka 28b są połączone ze sobą poprzez wał współosiowy 28c. Sprężarka 28b jest napędzana i obracana przez napędzanie i obracanie turbiny 28a. Palnik 26 jest także połączony z wyparką 32. Turbina 28a jest napędzana przez gorący gaz spalinowy doprowadzony z tego palnika 26. Sprężarka 28b obraca się wraz z obracaniem się turbiny 28a i jak uprzednio wspomniano spręża powietrze. Powietrze jest pobierane z zewnątrz do sprężarki 28b poprzez przewód przepływu powietrza 29. Powietrze sprężone przez agregat sprężarkowy 28 jest dostarczane do ogniw paliwowych 40, przez przewód dostarczający gaz utleniający 58 i jest poddawane reakcjom zachodzącym w ogniwach paliwowych 40.

Turbina 28a jest poruszana przez gorący gaz spalinowy doprowadzany z palnika 26 i jest zbudowana ze stopu ogniotrwałego lub materiału ceramicznego, dla nadania jej żaroodporności i trwałości. W tej odmianie, jako materiał na turbinę 28a stosuje się stop na bazie niklu (Inconel 700 wytworzony przez firmę Inconel Corporation). Sprężarka 28b jest zbudowana z lekkiego stopu aluminiowego.

Palnik 26, który ma za zadanie napędzanie turbiny 28a, otrzymuje paliwo do spalania z anod ogniw paliwowych 40 i ze zbiornika metanolu 22. W ogniwach paliwowych 40, dla przeprowadzenia w nich reakcji elektrochemicznych, jako paliwo stosuje się gaz bogaty w wodór wytworzony w reakcji reformingu metanolu w reaktorze do reformowania 34. W reakcjach elektrochemicznych nie zużywa się całego wodoru dostarczanego do ogniw paliwowych 40 i strumień wylotowy paliwa gazowego zawierający pozostały, nie zużyty wodór, usuwa się przewodem wylotowym paliwa 67. Palnik 26 podłą16

PL 190 848 B1 czony do tego przewodu wylotowego paliwa 67 odbiera dostarczany strumień wylotowy paliwa gazowego i sprawia, że pozostały, niezużyty wodór ulega całkowitemu spaleniu, co poprawia stopień wykorzystania paliwa. Strumień wylotowy paliwa zwykle nie nadaje się jako paliwo do spalenia w palniku 26. Dla uzupełnienia takiego niedoboru, stosuje się zasilanie palnika 26 metanolem ze zbiornika 22, które może także być paliwem do spalania w palniku 26, gdy z ogniw paliwowych 40 nie wydziela się strumień wylotowy paliwa, na przykład w trakcie uruchamiania układu ogniw paliwowych 20. Utworzony, boczny przewód metanolu 61, służy do zasilania metanolem palnika 26. Boczny przewód metanolu 61, jest odgałęziony od przewodu, którym przepływa metanol 60, przez który następuje dostawa metanolu ze zbiornika 22 do wyparki 32.

Palnik 26 posiada pierwszy czujnik pomiarowy temperatury 73, który mierzy temperaturę spalania w palniku 26 i wprowadza wynik pomiaru do jednostki sterującej 50. Jednostka sterująca 50 wysyła sygnał uruchomienia do pierwszej pompy 70, w oparciu o sygnał wejściowy pierwszego czujnika pomiarowego temperatury 73, regulując w ten sposób ilość metanolu podawanego do palnika 26 i utrzymując temperaturę spalania w palniku 26 wewnątrz wcześniej ustalonego zakresu (w przybliżeniu w zakresie od 800°C do 1000°C). Gaz spalinowy z palnika 26 jest wykorzystywany do wykonania pracy napędzania oraz obracania turbiny 28a i następnie kierowany jest do wyparki 32. Wydajność wymiany ciepła w turbinie 28a jest względnie niska (nie wyższa niż około 10%). Temperatura strumienia wylotowego gazu spalinowego kierowanego do wyparki 32 wynosi w przybliżeniu od 600°C do 700°C i gaz ten nadaje się jako źródło ciepła do wyparki 32. Roztwór stanowiący mieszaninę metanolu i wody, podawany przez pierwszy przewód dostarczający paliwo 63, jak to uprzednio opisano, ulega odparowaniu pod wpływem gorącego strumienia wylotowego gazu, kierowanego z palnika 26 do wyparki 32. Surowe paliwo gazowe zawierające metanol i wodę, odparowane w wyparce 32, przepływa przez drugi przewód dostarczający paliwo 64 do reaktora do reformowania 34.

W reaktorze do reformowania 34 zachodzi reakcja reformingu surowego paliwa gazowego zawierającego metanol i wodę, w celu wytworzenia paliwa gazowego bogatego w wodór. Budowa reaktora do reformowania 34 i reakcja reformingu parowego zachodząca w reaktorze do reformowania 34 są podstawowymi elementami obecnego wynalazku i zostaną później omówione szczegółowo. Drugi czujnik pomiarowy temperatury 74 jest umieszczony w drugim przewodzie dostarczającym paliwo 64, przez który surowe paliwo gazowe zawierające metanol i wodę przepływa do reaktora do reformowania 34 i mierzy temperaturę surowego paliwa gazowego zawierającego metanol i wodę, które jest dostarczane do reaktora do reformowania 34. Wynik pomiaru obserwowanej temperatury surowego paliwa gazowego jest wprowadzany do jednostki sterującej 50. W procesie wysyłania sygnału uruchamiającego pompę pierwszą 70, w oparciu o sygnał wyjściowy z pierwszego czujnika pomiarowego temperatury 73, jednostka sterującą 50 koryguje parametry pracy pompy pierwszej 70 w oparciu o sygnał wyjściowy z drugiego czujnika pomiarowego temperatury 74 i reguluje ilość metanolu podawanego do palnika 26. Regulowanie w ten sposób temperatury gazu spalinowego palnika 26, pozwala na regulowanie temperatury surowego paliwa gazowego poddawanego odparowaniu w wyparce 32. Surowe paliwo gazowe opuszczające wyparkę 32 jest zwykle ogrzane do temperatury około 250°C.

Jak to później opisano, tlen bierze udział w reakcji reformingu zachodzącej w reaktorze do reformowania 34. Reaktor do reformowania 34 posiada dmuchawę 38 dla podawania tlenu potrzebnego w reakcji reformingu. Dmuchawa 38 spręża powietrze pobierane z zewnątrz i dostarcza pobrane, sprężone powietrze do reaktora do reformowania 34 za pomocą przewodu dostarczającego powietrze 39. W strukturze według tej odmiany, przewód dostarczający powietrze 39 łączy się z drugim przewodem dostarczającym paliwo 64 i powietrze pobrane przez dmuchawę 38 jest dostarczane do reaktora do reformowania 34, razem z surowym paliwem gazowym doprowadzanym z wyparki 32. Dmuchawa 38 jest połączona z jednostką sterującą 50, która reguluje pracę dmuchawy 38.

Reaktor do obniżania stężenia CO 36, zmniejsza stężenie tlenku węgla zawartego w paliwie gazowym doprowadzanym z reaktora do reformowania 34 przez trzeci przewód dostarczający paliwo 65. Ogólna reakcja reformingu metanolu jest wyrażona przez uprzednio podane równanie (4). Jednakże, w warunkach rzeczywistych reakcja reformingu nie zachodzi w sposób idealny określony przez to równanie, lecz paliwo gazowe wytworzone w reaktorze do reformowania 34 zawiera pewne ilości tlenku węgla. Reaktor do obniżania stężenia CO 36 zmniejsza stężenie tlenku węgla zawartego w paliwie gazowym dostarczanym do ogniw paliwowych 40.

Ogniwa paliwowe 40 według tej odmiany są ogniwami paliwowymi z elektrolitem polimerowym i posiadają katalizator platynowy lub ze stopu platyny, przeznaczony do przyspieszania reakcji zachodzących w ogniwie (w tej odmianie, katalizator platynowy jest zastosowany na powierzchni przepony

PL 190 848 B1 elektrolitycznej 41). Tlenek węgla zawarty w paliwie gazowym jest absorbowany przez katalizator platynowy, prowadząc do obniżenia jego działania katalitycznego i zakłóca zachodzącą na anodach reakcje według równania (1), prowadząc do pogarszania się sprawności ogniw paliwowych. W trakcie wytwarzania energii elektrycznej z zastosowaniem ogniw paliwowych z elektrolitem polimerowym, takich jak ogniwa paliwowe 40, podstawowym zagadnieniem jest odpowiednie zmniejszenie stężenia tlenku węgla zawartego w dostarczanym paliwie gazowym i zapobieganie pogorszeniu się sprawności ogniw. W ogniwach paliwowych z elektrolitem polimerowym, dopuszczalna granica stężenia tlenku węgla zawartego w dostarczanym paliwie gazowym nie przekracza zwykle kilku ppm.

Paliwo gazowe kierowane do reaktora do obniżania stężenia CO 36 jest gazem bogatym w wodór, zawierający jak wspomniano pewne ilości tlenku węgla. W reaktorze do obniżania stężenia CO 36 następuje utlenienie tlenku węgla z preferencją dla wodoru zawartego w paliwie gazowym. Reaktor do obniżania stężenia CO 36 jest wypełniony nośnikiem posiadającym jako główny składnik naniesiony na niego dowolny metal spośród platyny, rutenu, palladu, złota i ich stopów, z przeznaczeniem jako katalizator selektywnego utleniania tlenku węgla. Stężenie tlenku węgla zawartego w paliwie gazowym poddawanym obróbce w reaktorze do obniżania stężenia CO 36, zależy od temperatury pracy reaktora do obniżania stężenia CO 36, początkowego stężenia tlenku węgla zawartego w dostarczanym paliwie gazowym oraz natężenia przepływu paliwa gazowego dostarczanego do reaktora do obniżania stężenia CO 36, na jednostkę objętości katalizatora. Reaktor do obniżania stężenia CO 36 posiada czujnik pomiarowy tlenku węgla, który nie jest pokazany. Temperatura pracy reaktora do obniżania stężenia CO 36 oraz natężenie przepływu paliwa gazowego dostarczanego do reaktora do obniżania stężenia CO 36 są regulowane w oparciu o wyniki pomiaru dokonywanego przez czujnik pomiarowy tlenku węgla, tak aby stężenie tlenku węgla zawartego w przetworzonym paliwie gazowym nie przekraczało kilku ppm.

Paliwo gazowe posiadające zmniejszone stężenie tlenku węgla, jest kierowane z reaktora do obniżania stężenia CO 36 poprzez czwarty przewód dostarczający paliwo 66 do ogniw paliwowych 40 i jest poddawane reakcji elektrochemicznej na anodach tych ogniw. Jak to uprzednio wspomniano, strumień wylotowy paliwa gazowego po reakcji elektrochemicznej w ogniwach paliwowych 40 jest wprowadzany do przewodu wylotowego paliwa 67 i kierowany do palnika 26. Wodór pozostały w strumieniu wylotowym paliwa gazowego jest zużywany jako paliwo do spalania. Z drugiej strony, gaz utleniający stosowany w reakcji elektrochemicznej na katodzie ogniw paliwowych 40, jest dostarczany w postaci powietrza sprężonego z agregatu sprężarkowego 28 za pomocą przewodu dostarczającego gaz utleniający 68, jak to uprzednio opisano. Strumień wylotowy gazu utleniającego po reakcji elektrochemicznej, jest usuwany przewodem wylotowym gazu utleniającego 69.

Jednostka sterująca 50 jest zbudowana jako obwód logiczny zawierający mikrokomputer. W konkretnej strukturze, jednostka sterująca 50 zawiera jednostkę centralną komputera (CPU) 54, która wykonuje różne operacje arytmetyczne i logiczne, zgodnie z wcześniej ustalonym programem sterowania, pamięć stalą (ROM) 56, w której przechowywane są do czasu wykorzystywania programy sterujące i dane regulacyjne potrzebne do wykonywania przez CPU 54 różnych operacji arytmetycznych i logicznych, pamięć o dostępie swobodnym (RAM) 58, w której są czasowo zapisywane i odczytywane różnorodne dane niezbędne do wykonywania przez CPU 54 różnych operacji arytmetycznych i logicznych oraz port wejścia-wyjścia 52, który przyjmuje wykrywane sygnały z opisanych powyżej czujników pomiarowych temperatury i wysyła sygnały wykonawcze do opisanych powyżej pomp i dmuchawy 38, zgodnie z wynikami operacji arytmetycznych i logicznych wykonanych przez CPU 54.

Poniżej opisana jest konfiguracja reaktora do reformowania 34, który jest elementem charakterystycznym obecnego wynalazku. Fig. 3 przedstawia schematycznie budowę reaktora do reformowania 34. Reaktor do reformowania 34 według tej odmiany odbiera dostarczane surowe paliwo gazowe oraz powietrze od końca podłączonego do drugiego przewodu dostarczającego paliwo 64. Podawane surowe paliwo gazowe i powietrze przechodzą przez wnętrze reaktora do reformowania 34 i są poddawane reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania (częściowej reakcji utleniania). Paliwo gazowe bogate w wodór wytworzone w reaktorze do reformowania 34 w reakcji reformingu parowego, określonej równaniem (4) i reakcji utleniania, określonej równaniem (5) jest usuwane z drugiego końca reaktora do trzeciego przewodu dostarczającego paliwo 65. Reaktor do reformowania 34 zawiera pierwszą jednostkę reakcyjną 80 oraz drugą jednostkę reakcyjną 81. Pierwsza jednostka reakcyjna 80 i druga jednostka reakcyjna 81 są wykonane w postaci metalowych struktur o budowie plastra miodu, zawierających katalizator Cu-Zn, który jest umieszczony na ich powierzchni. Pierwsza jednostka reakcyjna 80, umieszczona od strony górnej strumienia (to jest na stronie, która łączy się z drugim prze18

PL 190 848 B1 wodem dostarczającym paliwo 64), jest zaprojektowana jako posiadająca mniejszą liczbę komórek omówionych, w dalszym ciągu niniejszego, niż druga jednostka reakcyjna 81 umieszczona po stronie dolnej strumienia (to jest na stronie, która łączy się z trzecim przewodem dostarczającym paliwo 65).

Figura 4 przedstawia schematycznie część przekroju poprzecznego metalowej struktury o budowie plastra miodu, która definiuje pierwszą jednostkę reakcyjną 80 i drugą jednostkę reakcyjną 81. Metalowa struktura o budowie plastra miodu jest utworzona w wyniku ułożenia jedna na drugą płaskich płyt ze stali nierdzewnej 82 i pofałdowanych płyt ze stali nierdzewnej 83. Płyta ze stali nierdzewnej 83 jest pofałdowana w odstępach 1 mm. Odpowiednie ułożenie zmieniających się kolejno pofałdowanych płyt ze stali nierdzewnej 83 i płaskich płyt ze stali nierdzewnej 82, daje w wyniku strukturę o budowie plastra miodu komórek posiadających w zasadzie przekrój kwadratowy o długości każdego boku wynoszącej 1 mm.

Pierwsza jednostka reakcyjna 80 i druga jednostka reakcyjna 81 różnią się miedzy sobą grubością płyt ze stali nierdzewnej 82 i 83 użytych do utworzenia metalowej struktury o budowie plastra miodu. Różne grubości dają w wyniku różnicę w ilości komórek znajdujących się w pierwszej jednostce reakcyjnej 80 i ilości komórek znajdujących się w drugiej jednostce reakcyjnej 81. Pierwsza jednostka reakcyjna 80 posiada strukturę o budowie plastra miodu utworzoną z płyt ze stali nierdzewnej 82 i 83 o grubości 0,1 mm, podczas gdy druga jednostka reakcyjna 81 posiada strukturę o budowie plastra miodu utworzoną z płyt ze stali nierdzewnej 82 i 83 o grubości 0,03 mm. Stąd, pierwsza jednostka reakcyjna 80 zawiera około 75 komórek na 1 cm przekroju a druga jednostka reakcyjna 81 zawiera około 91 komórek na 1 cm przekroju. Struktury o budowie plastra miodu wykonane z płyt ze stali nierdzewnej o różnych grubościach tworzą tym samym mniejszą całkowitą powierzchnię przekroju drogi przepływu gazu w pierwszej jednostce reakcyjnej 80 (to jest sumę powierzchni przekroju odpowiednich komórek znajdujących się w pierwszej jednostce reakcyjnej 80), niż całkowita powierzchnia przekroju drogi przepływu gazu w drugiej jednostce reakcyjnej 81 (to jest suma powierzchni przekroju odpowiednich komórek znajdujących się w drugiej jednostce reakcyjnej 80).

Katalizator jest naniesiony odpowiednio na powierzchnię struktur o budowie plastra miodu pierwszej jednostki reakcyjnej 80 i drugiej jednostki reakcyjnej 82. Strumień surowego paliwa gazowego przepływający przez powierzchnię struktur o budowie plastra miodu jest poddawany reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, w celu wytworzenia paliwa gazowego bogatego w wodór. W tej odmianie, katalizator naniesiony na powierzchnię struktury o budowie plastra miodu jest wytworzony z tlenku miedzi i tlenku cynku poprzez wspólne wytrącanie. Otrzymany w wyniku współstrącania katalizator Cu-Zn jest rozdrabniany i po zmieszaniu ze środkiem wiążącym, takim jak roztwór koloidalny tlenku glinu, jest nanoszony na powierzchnię struktury o budowie plastra miodu, na przykład przez nałożenie.

Strumień surowego paliwa gazowego dostarczanego do reaktora do reformowania 34, zbudowanego w sposób opisany powyżej, najpierw przechodzi przez pierwszą jednostkę reakcyjną 80 posiadającą mniejszą liczbę komórek, to jest posiadającą mniejszą całkowitą powierzchnię przekroju dla przepływu gazu i następnie przez drugą jednostkę reakcyjną 81 posiadającą większą liczbę komórek, to jest posiadającą większą całkowitą powierzchnię przekroju dla przepływu gazu. Ponieważ wstępnie ustalone natężenie przepływu surowego paliwa gazowego przechodzi przez strukturę o budowie plastra miodu posiadającą mniejszą całkowitą powierzchnię przekroju drogi przepływu gazu i z kolei przez strukturę o budowie plastra miodu posiadającą większą całkowitą powierzchnię przekroju drogi przepływu gazu, szybkość przepływu surowego paliwa gazowego jest wyższa w pierwszej jednostce reakcyjnej 80 reaktora do reformowania 34 niż w drugiej jednostce reakcyjnej 81.

W reaktorze do reformowania 34 według pierwszej odmiany, wyższa prędkość przepływu surowego paliwa gazowego od strony górnej strumienia, skutecznie zapobiega nagłemu wzrostowi temperatury w górnej stronie strumienia i zasadniczo utrzymuje rozkład temperatury w całym reaktorze do reformowania 34 w zakresie temperatur od 250°C do 300°C, który jest odpowiedni dla reakcji reformingu. Fig. 5 przedstawia wykres pokazujący rozkład temperatury wewnętrznej wzdłuż przepływu gazu, w odniesieniu do reaktora do reformowania 34 według tej odmiany i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, posiadającego stały przekrój poprzeczny struktury o budowie plastra miodu. Jak to uprzednio opisano, reakcja utleniania ma większą szybkość reakcji niż reakcja reformingu parowego. W reaktorze do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, reakcja utleniania zachodzi gwałtownie w pobliżu wlotu surowego paliwa gazowego. Podwyższa to temperaturę w sąsiedztwie wlotu do w przybliżeniu 400°C. Z drugiej strony, w reaktorze do reformowania 34 według tej odmiany, surowe paliwo gazowe posiada duża szybkość przepływu po stronie górnej struPL 190 848 B1 mienia, tak że ciepło wytworzone w reakcji utleniania zachodzącej od strony górnej strumienia jest szybko przenoszone do dolnej części strumienia przez szybko przepływający gaz. Większa prędkość strumienia surowego paliwa gazowego w górnej stronie strumienia, zapobiega zakończeniu reakcji utleniania w niższej przestrzeni górnej części strumienia i rozciąga obszar intensywnej reakcji utleniania na dolną część strumienia. Zapobiega to skutecznie raptownemu wzrostowi temperatury w pobliżu wlotu.

Pierwsza jednostka reakcyjna 80 znajdująca się od strony górnej strumienia posiada strukturę o budowie plastra miodu, utworzoną przez grube płyty ze stali nierdzewnej i odpowiednio posiada dużą pojemność cieplną. Dlatego, ciepło wytworzone w reakcji utleniania ma tendencję do przemieszczania się do dolnej części strumienia w wyniku przepływu gazu, przed jego przeniesieniem do struktury o budowie plastra miodu i zwiększeniem temperatury tej struktury.

W reaktorze do reformowania 34 według tej odmiany, nie występuje raptowne zwiększenie temperatury w pobliżu wlotu. Zapobiega to korzystnie potencjalnym kłopotom związanym ze wzrostem temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Zmniejszenie degradacji katalizatora zwiększa trwałość reaktora do reformowania. Trwałość reaktora do reformowania 34 według tej odmiany przekracza 5000 godzin, podczas gdy trwałość reaktorów do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w których rozkład temperatury jest pokazany na fig. 5, wynosi 200 godzin.

Jak to opisano powyżej, w reaktorze do reformowania 34 według tej odmiany, obszar intensywnej reakcji utleniania rozciąga się do dolnej części strumienia, przy czym ciepło wytworzone w reakcji utleniania zachodzącej w górnej części strumienia jest szybko przenoszone do dolnej części strumienia. Odmiennie niż w przypadku reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, nie ma w związku z tym nadmiernego spadku temperatury w dolnej części strumienia reaktora do reformowania 34. Dzięki temu dolna część strumienia reaktora do reformowania 34 jest utrzymywana w stanie wysokiej aktywności reakcji reformingu parowego. Zapewnia to odpowiednie wykorzystanie katalizatora obecnego po stronie dolnej strumienia i zwiększa szybkość reakcji reformingu parowego. Zwiększona aktywność reakcji reformingu parowego po stronie dolnej strumienia umożliwia zmniejszenie wymiarów reaktora do reformowania.

Reaktor do reformowania 34 według pierwszej odmiany omówionej powyżej posiada metalową strukturę o budowie plastra miodu. Jednakże, w reaktorze do reformowania można zastosować ceramiczną strukturę o budowie plastra miodu. Ceramiczna struktura o budowie plastra miodu jest opisana poniżej jako zmodyfikowany przykład pierwszej odmiany. Tak jak reaktor do reformowania 34 według pierwszej odmiany, reaktor do reformowania według zmodyfikowanego przykładu pierwszej odmiany posiada pierwszą jednostkę reakcyjną 80 i drugą jednostkę reakcyjną 81. Fig. 6 przedstawia schematycznie przekrój poprzeczny pierwszej jednostki reakcyjnej 80 i drugiej jednostki reakcyjnej 81 o ceramicznej strukturze o budowie plastra miodu.

Figura 6(A) pokazuje przykład pierwszej jednostki reakcyjnej 80 o ceramicznej strukturze o budowie plastra miodu. Fig. 6(B) pokazuje przykład pierwszej jednostki reakcyjnej 80 o ceramicznej strukturze o budowie plastra miodu. Fig. 6(C) pokazuje przykład drugiej jednostki reakcyjnej 81 o ceramicznej strukturze o budowie plastra miodu.

W przykładzie według fig. 6(A) zmniejszony jest przekrój poprzeczny każdej z komórek znajdującej się w strukturze o budowie plastra miodu, natomiast w przykładzie według fig. 6(B) zmniejszona jest całkowita liczba komórek znajdujących się w strukturze o budowie plastra miodu, w celu zredukowania całkowitej powierzchni przekroju przepływu gazu, w porównaniu do struktury o budowie plastra miodu pokazanej na fig. 6(C). Reaktor do reformowania 34 skonstruowany przez połączenie pierwszej jednostki reakcyjnej 80 posiadającej strukturę o budowie albo według fig. 6(A) albo według fig. 6(B) z drugą jednostką reakcyjną 81 pokazaną na fig. 6(C), daje efekty podobne do tych, które przedstawiono przy omawianiu pierwszej odmiany.

W odmianie wynalazku omówionej powyżej, reaktor do reformowania 34 jest podzielony na dwie wewnętrzne sekcje, to jest na pierwszą jednostkę reakcyjną 80 i drugą jednostkę reakcyjną 81, przy czym w pierwszej sekcji prędkość przepływu surowego paliwa gazowego jest inna niż w sekcji drugiej. Odmiennie, reaktor do reformowania może być podzielony na trzy lub większą ilość sekcji wewnętrznych. W tym przypadku, układ wywołujący większą prędkość gazu po stronie górnej strumienia niż w dolnej stronie strumienia, zapewnia efekty podobne do tych, które przedstawiono w powyższej odmianie.

W odmianie omówionej powyżej, powierzchnia całkowita przekroju przewodu, którym przepływa gaz od strony górnej strumienia jest mniejsza od powierzchni całkowitej przekroju przewodu po stronie

PL 190 848 B1 dolnej, w wyniku zmniejszenia liczby komórek na jednostkę przekroju poprzecznego lub zmniejszenia przekroju poprzecznego każdej komórki w strukturze o budowie plastra miodu umieszczonej po stronie górnej reaktora do reformowania. W celu spowodowania, aby prędkość przepływu gazu w reaktorze do reformowania była wyższa od strony górnej strumienia niż po stronie dolnej strumienia, można stosować struktury inne niż omówione powyżej, to jest struktury o powiększającej się powierzchni przekroju wzdłuż drogi przepływu gazu w reaktorze do reformowania. Reaktor do reformowania 34A posiadający taką strukturę przedstawiony jest na fig. 7. Reaktor do reformowania 34A posiada trzy sekcje o budowie plastra miodu posiadające różne całkowite powierzchnie przekroju. Struktura o budowie plastra miodu umieszczona od strony górnej strumienia ma mniejszą powierzchnię całkowitą przekroju. Układ ten także powoduje, że prędkość przepływu gazu jest większa od strony górnej strumienia niż po stronie dolnej strumienia, zapewniając dzięki temu uzyskanie efektów podobnych do tych, jakie przedstawiono przy omawianiu powyższej odmiany. Na fig. 5 pokazany jest rozkład temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 34A. W układzie stopniowego powiększania powierzchni całkowitej przekroju w takim reaktorze do reformowania jak reaktor do reformowania 34, nie ma konieczności zmiany liczby komórek na jednostkę przekroju poprzecznego lub zmiany przekroju poprzecznego każdej komórki. Układ ten nie jest ograniczony do trzech sekcji, lecz dla osiągnięcia powyższych efektów reaktor do reformowania może zawierać dowolną, dużą liczbę sekcji o różnych powierzchniach całkowitych przekroju, pod warunkiem, że powierzchnia całkowita przekroju kanału przepływowego stopniowo zwiększa się wzdłuż przepływu gazu.

Inna struktura stosowana do aktywnego przenoszenia ciepła wytworzonego w reakcji utleniania zachodzącej w górnej części reaktora do reformowania do części dolnej strumienia, polega na wytworzeniu katalizatora do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania naniesionego na nośniku, który składa się głównie z materiału o względnie wysokiej przewodności cieplnej. Struktura ta jest opisana poniżej jako druga odmiana. Na fig. 8 przedstawiona jest schematycznie budowa reaktora do reformowania 90 według drugiej odmiany. Reaktor do reformowania 90 według drugiej odmiany jest częścią składową układu ogniw paliwowych o strukturze podobnej do układu ogniw paliwowych 20 pokazanej na fig. 1. Jak to przedstawiono na fig. 8, reaktor do reformowania 90 posiada pojedynczą jednostkę reakcyjną 92 o budowie plastra miodu.

Figura 9(A) przedstawia widok przekroju pokazujący schematycznie część struktury o budowie plastra miodu jednostki reakcyjnej 92. Fig. 9(B) przedstawia powiększony widok, pokazujący schematycznie część powierzchni struktury o budowie plastra miodu pokazanej na fig. 9(A) (to jest zakreśloną okręgiem powierzchnię B na fig. 9(A)).

Tak jak w przypadku reaktora do reformowania 34 według pierwszej odmiany, reaktor do reformowania 90 według tej odmiany jest zbudowany jako metalowa struktura o budowie plastra miodu. W tej odmianie, płyta ze stali nierdzewnej 94 o grubości 0,05 mm jest użyta do stworzenia struktury o budowie plastra miodu. Warstwa katalityczna 96, której grubość wynosi w przybliżeniu 0,05 mm, zawierająca katalizator do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, jest utworzona na powierzchni płyty ze stali nierdzewnej 94. W warstwie katalitycznej 96 cząsteczki miedzi i cząsteczki tlenku cynku, które tworzą katalizator Cu-Zn, są rozproszone i zawieszone w środku wiążącym charakteryzującym się wysoką przewodnością cieplną.

Poniżej opisany jest sposób otrzymywania warstwy katalitycznej 96. W procesie otrzymuje się najpierw jako materiał katalityczny sproszkowaną mieszaninę CuO'ZnO, stosując znany sposób wytrącania i miesza się proszek CuO'ZnO z 5% zawiesiną koloidalną tlenku glinu jako środka wiążącego i z materiałem posiadającym wyższą przewodność cieplną od tlenku glinu. Do dostępnych przykładów materiału posiadającego wyższą przewodność cieplną zalicza się azotki, na przykład azotek glinu (AlN) i azotek tytanu (TiN), węgliki, na przykład węglik krzemu (SiC) i węglik boru (B4C) oraz grafit. Korzystna zawartość wynosi od 5% do 30%. Spośród tych materiałów posiadających wysoką przewodność cieplną, przewodności cieplne AlN, SiC i grafitu wynoszą odpowiednio 0,07 cal/cm/s/°C, 0,1 cal/cm/s/°C i 0,301 cal/cm/s/°C, które wszystkie są wyższe od przewodności tradycyjnie stosowanego tlenku glinu (0,02 cal/cm/s/°C).

W procesie tym, do mieszaniny dodaje się wodę, po czym mieszaninę rozdrabnia się i miesza w młynie kulowym, po czym nakłada się rozdrobnioną mieszaninę na płytę ze stali nierdzewnej 94 i nakłada się na płytę ze stali nierdzewnej 94, z nałożoną na nią mieszaniną, ogrzewaniu i redukcji. W wyniku takiego przeprowadzenia procesu, otrzymuje się katalizator Cu-Zn, zawierający głównie cząsteczki miedzi i cząsteczki tlenku cynku pochodzące z materiału katalitycznego. Katalizator Cu-Zn jest rozproPL 190 848 B1 szony i niesiony w środku wiążącym zawierającym materiał o dużej przewodności cieplnej, tworząc warstwę katalityczną 96.

Reaktor do reformowania 90 o powyższej konfiguracji, stosuje się w układzie ogniw paliwowych 20. Gdy ładunek surowego paliwa gazowego wpływa do reaktora do reformowania 90, zachodzi gwałtownie reakcja utleniania powodując wydzielanie się dużych ilości ciepła od strony górnej, która otrzymuje ładunek tlenu, jak to uprzednio opisano. Wytworzone w reakcji utleniania ciepło, jest wykorzystywane nie tylko w prowadzonej, na stronie górnej, reakcji reformingu parowego, lecz szybko przenoszone przez substancję wiążącą zawierającą materiał o wysokiej przewodności cieplnej. Część ciepła przenoszonego przez substancję wiążącą jest dalej przenoszona do podłoża o budowie plastra miodu, zbudowanego ze stali nierdzewnej i posiadającego wysoką przewodność cieplną. Ciepło przeniesione do podłoża struktury o budowie plastra miodu zbudowanego ze stali nierdzewnej, przechodzi przez to podłoże o budowie plastra miodu do dolnej części strumienia. Pozostałe ciepło nie przeniesione do podłoża struktury o budowie plastra miodu przechodzi przez substancję wiążącą do dolnej części strumienia. W ten sposób ciepło jest przenoszone do dolnej części strumienia reaktora do reformowania 90 i jest wykorzystywane po stronie dolnej strumienia do prowadzenia reakcji reformingu parowego.

W reaktorze do reformowania 90 według tej odmiany, katalizator jest zawieszony w substancji wiążącej o dużej przewodności cieplnej, tak że ciepło wytworzone w reakcji utleniania od strony górnej jest szybko przenoszone do dolnej części strumienia, dla zapobieżenia nagłemu wzrostowi temperatury na stronie górnej. Na fig. 10 pokazany jest wykres rozkładu temperatury wewnętrznej wzdłuż przepływu gazu, w odniesieniu do reaktora do reformowania 90 według tej odmiany i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w którym stosuje się substancję wiążącą, która nie zawiera materiału o dużej przewodności cieplnej. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w reaktorze do reformowania 90 według tej odmiany ciepło wytworzone w reakcji utleniania na stronie górnej jest szybko przenoszone do dolnej części strumienia. Dlatego nie występuje na stronie górnej gwałtowny wzrost temperatury i temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania jest utrzymywana korzystnie w zakresie od 250°C do 300°C. W reaktorze do reformowania 90 według tej odmiany, w pobliżu wlotu nie ma gwałtownego wzrostu temperatury. Zapobiega to korzystnie potencjalnym trudnościom spowodowanym przez wzrost temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Zmniejszona degradacja katalizatora znacząco wpływa na poprawę trwałości reaktora do reformowania.

Trwałość reaktora do reformowania 90 według tej odmiany przekracza 5000 godzin, podczas gdy trwałość reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w którym rozkład temperatury jest pokazany na fig. 10, wynosi w przybliżeniu 200 godzin.

Jak to opisano powyżej, w reaktorze do reformowania 90 według tej odmiany, ciepło wytworzone w reakcji utleniania zachodzącej na stronie górnej strumienia jest szybko przenoszone do dolnej części strumienia. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, nie występuje w tym przypadku nadmierny spadek temperatury w dolnej części strumienia reaktora do reformowania 90. W dolnej części strumienia reaktora do reformowania 90, reakcja reformingu parowego jest utrzymywana w stanie wysokiej aktywności. Zapewnia to odpowiednie wykorzystanie katalizatora w dolnej części strumienia i zwiększa szybkość reakcji reformingu parowego. Układ ten umożliwia zmniejszenie wymiarów reaktora do reformowania.

W strukturze według drugiej odmiany, warstwa katalityczna 96, w której stosuje się substancję wiążącą, która zawiera materiał o wysokiej przewodności cieplnej jest utworzona na podłożu struktury plastra miodu, wykonanym z płyty ze stali nierdzewnej posiadającej doskonałą przewodność cieplną. Zarówno warstwa katalityczna 96 jak i płyta ze stali nierdzewnej 94, przewodzą ciepło od strony górnej strumienia do dolnej strony strumienia. Zapewnia to skutecznie wysoką sprawność przewodzenia ciepła. W jednej, zmodyfikowanej strukturze, warstwa katalityczna 96 może być uformowana na ceramicznym podłożu struktury o budowie plastra miodu. W innej, zmodyfikowanej strukturze, katalizator może być zmieszany z substancją wiążącą o wysokiej przewodności cieplnej, uformowany w granulki i upakowany w reaktorze do reformowania. Te zmodyfikowane struktury, pozwalają także na uzyskanie efektów związanych z podwyższoną przewodnością cieplną od strony górnej strumienia do dolnej strony strumienia.

Poniżej została opisana jako trzecia odmiana, struktura tłumiąca aktywność reakcji utleniania w górnej stronie strumienia, na drodze zmniejszenia ilości katalizatora znajdującego się w górnej części strumienia reaktora do reformowania w stosunku do dolnej części strumienia w tym reaktorze. Na fig. 11 przedstawiono schematycznie budowę reaktora do reformowania 100, według trzeciej odmiany.

PL 190 848 B1

Reaktor do reformowania 100, według trzeciej odmiany jest elementem układu ogniw paliwowych, o strukturze podobnej do układu ogniw paliwowych 20, pokazanego na fig. 1. Jak to przedstawiono na fig. 11, reaktor do reformowania 100 posiada pierwszą jednostkę reakcyjną 101 i drugą jednostkę reakcyjną 102. Pierwsza jednostka reakcyjna 101 i druga jednostka reakcyjna 102 mają strukturę o budowie plastra miodu o podobnym kształcie. Katalizator Cu-Zn jest naniesiony na powierzchnię struktury o budowie plastra miodu w sposób omówiony w powyższych odmianach. Ilość katalizatora naniesionego na strukturę o budowie plastra miodu drugiej jednostki reakcyjnej 102 jest większa od ilości naniesionej na strukturę o budowie plastra miodu pierwszej jednostki reakcyjnej 101. Pierwsza jednostka reakcyjna 101 zawiera katalizator Cu-Zn naniesiony na nią w ilości 50 g/l (ilość katalizatora naniesiona na jednostkę struktury o budowie plastra miodu), podczas gdy druga jednostka reakcyjna 102 zawiera katalizator Cu-Zn naniesiony na nią w ilości 180 g/l.

W reaktorze do reformowania 100 o powyższej konfiguracji, postęp reakcji utleniania jest tłumiony po stronie odbierającej ładunek surowego paliwa gazowego i ładunek powietrza, ponieważ pierwsza jednostka reakcyjna 101 znajdująca się w górnej stronie strumienia zawiera mniejszą ilość osadzonego w niej katalizatora. Układ ten zapobiega gwałtownemu przebiegowi reakcji utleniania od strony górnej strumienia reaktora do reformowania i rozciąga obszar intensywnej reakcji utleniania na dolną część strumienia. Zapobiega to skutecznie gwałtownemu wzrostowi temperatury od strony górnej strumienia.

Figura 12 przedstawia wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej wzdłuż przepływu strumienia gazu w odniesieniu do reaktora do reformowania 100 według tej odmiany i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki posiadającego strukturę o budowie plastra miodu i zawierającego identyczne ilości katalizatora w górnej i dolnej stronie strumienia. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w reaktorze do reformowania 100 według tej odmiany postęp reakcji utleniania jest tłumiony od strony górnej strumienia. Dlatego nie występuje na stronie górnej gwałtowny wzrost temperatury i temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania jest utrzymywana korzystnie w zakresie od 250°C do 300°C. W reaktorze do reformowania 100 według tej odmiany, w pobliżu wlotu nie ma gwałtownego wzrostu temperatury. Zapobiega to korzystnie potencjalnym trudnościom spowodowanym przez wzrost temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Zmniejszona degradacja katalizatora znacząco wpływa na poprawę trwałości reaktora do reformowania. Trwałość reaktora do reformowania 100 według tej odmiany przekracza 5000 godzin, podczas gdy trwałość reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w którym rozkład temperatury jest pokazany na fig. 12, wynosi w przybliżeniu 200 godzin.

Jak to opisano powyżej, w reaktorze do reformowania 100 według tej odmiany, obszar intensywnego postępu egzotermicznej reakcji utleniania rozciąga się na dolną część strumienia. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, nie występuje w tym przypadku nadmierny spadek temperatury w dolnej części strumienia reaktora do reformowania 100. W dolnej części strumienia reaktora do reformowania 100, reakcja reformingu parowego jest utrzymywana w stanie wysokiej aktywności. Zapewnia to odpowiednie wykorzystanie katalizatora w dolnej części strumienia i zwiększa szybkość reakcji reformingu parowego. Układ ten umożliwia zmniejszenie wymiarów reaktora do reformowania.

W tej strukturze według trzeciej odmiany, ilość katalizatora naniesionego w reaktorze do reformowania 100 zmienia się w dwóch stopniach. Jednakże, ilość katalizatora może zmieniać się w trzech lub większej ilości stopni. Efekty omówione powyżej osiąga się przez zmniejszenie ilości katalizatora znajdującego się od strony górnej strumienia. Układ, w którym nanosi się mniejszą ilość katalizatora od strony górnej strumienia i w którym reguluje się liczbę stopni, w których zmieniana jest ilość katalizatora, umożliwia dalsze ujednorodnienie temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania i pozwala na poprawienie omówionych powyżej efektów.

W strukturze według trzeciej odmiany, reakcja reformingu parowego i reakcja utleniania są przyspieszane przez identyczny katalizator CU-Zn. W strukturze zmodyfikowanej, reakcja reformingu parowego i reakcja utleniania mogą być przyspieszane przez różne katalizatory. W tym ostatnim przypadku, w układzie zredukowana jest tylko ilość katalizatora do przyspieszania reakcji utleniania od strony górnej strumienia, zamiast zróżnicowania całkowitej ilości katalizatorów pomiędzy górną stroną strumienia i dolną stroną strumienia.

Struktura powodującą obniżenie stężenia tlenu zawartego w gazie dostarczanym do reaktora do reformowania, w celu tłumienia aktywności reakcji utleniania w górnej stronie strumienia i zwiększenie

PL 190 848 B1 prędkości przepływu gazu dostarczanego w celu przeniesienia ciepła wytworzonego w reakcji utleniania do dolnej części strumienia, jest opisana jako czwarta odmiana. Fig. 13 przedstawia schematycznie budowę reaktora do reformowania 110 według czwartej odmiany. Reaktor do reformowania 110 według czwartej odmiany jest elementem układu ogniw paliwowych posiadającego strukturę podobną do struktury układu ogniw paliwowych 20 pokazaną na fig. 1, z pewnymi różnicami. W poniższym opisie takie same cyfry odnoszą się do takich samych elementów składowych.

W strukturze według odmiany omówionej powyżej, przewód dostarczający powietrze 39, przez który powietrze jest wprowadzane z dmuchawy 38 do reaktora do reformowania, łączy się z drugim przewodem dostarczającym paliwo 64. Surowe paliwo gazowe jest w ten sposób mieszane z powietrzem, przed jego dostarczeniem do reaktora do reformowania. Z drugiej strony, w układzie ogniw paliwowych zawierających reaktor do reformowania 110 według czwartej odmiany, przewód dostarczający powietrze 39 jest podłączony bezpośrednio do reaktora do reformowania 110. W układzie ogniw paliwowych zawierających reaktor do reformowania 110 według tej odmiany, wylot gazu utleniającego usuwanego z ogniw paliwowych 40 do przewodu wylotowego gazu utleniającego 69, jest także podłączony do reaktora do reformowania 110, razem z poborem powietrza przez dmuchawę 38. Powietrze zawiera zwykle około 20% tlenu. Ponieważ pewne ilości tlenu są zużywane przez reakcje elektrochemiczne zachodzące w ogniwach paliwowych, strumień wylotowy gazu utleniającego usuwany z ogniw paliwowych zawiera mniejszą ilość tlenu niż powietrze. Stężenie tlenu zawartego w strumieniu wylotowym gazu utleniającego zależy od nadmiaru tlenu (to jest stosunku ilości tlenu zawartego w aktualnie dostarczanym powietrzu do wymaganej teoretycznie ilości tlenu), w gazie utleniającym dostarczanym do ogniw paliwowych. W układzie ogniw paliwowych według tej odmiany, stężenie tlenu zawartego w strumieniu wylotowym gazu utleniającego wynosi w przybliżeniu 10%. Dlatego też, mieszanie ładunku powietrza i strumienia wylotowego gazu utleniającego podawanego do reaktora do reformowania 110, umożliwia regulowanie stężenia tlenu dostarczanego do reaktora do reformowania 110 w zakresie od około 10% do około 20%.

Budowa reaktora do reformowania 110 opisana jest szczegółowo z odniesieniem do fig. 13. Reaktor do reformowania 110 zawiera pojedynczą jednostkę reakcyjną 111 posiadającą strukturę o budowie plastra miodu z katalizatorem Cu-Zn naniesionym na jej powierzchnie. Przewód dostarczający powietrze 39 łączy się z przewodem wylotowym gazu utleniającego, tworząc drugi przewód dostarczający powietrze 115. Mieszanina gazowa składającą się z powietrza i strumienia wylotowego gazu utleniającego (określana w dalszym ciągu jako mieszanina powietrza), przepływa przez drugi przewód dostarczający powietrze 115 i jest wprowadzana do reaktora do reformowania 110 po stronie górnej strumienia, który otrzymuje ładunek surowego paliwa gazowego, które wpływa z drugiego przewodu dostarczającego paliwo 64. Na przewodzie dostarczającym powietrze 39 zainstalowany jest regulator masowego natężenia przepływu 112, w określonej pozycji w pobliżu miejsca połączenia z drugim przewodem dostarczającym powietrze 115. Regulator przeznaczony jest do regulowania ilości powietrza wpływającego do drugiego przewodu dostarczającego powietrze 115. Na przewodzie wylotowym gazu utleniającego 69, zainstalowany jest w podobny sposób regulator masowego natężenia przepływu 113, w określonej pozycji w pobliżu miejsca połączenia z drugim przewodem dostarczającym powietrze 115. Regulator przeznaczony jest do regulowania ilości wylotowego gazu utleniającego wpływającego do drugiego przewodu dostarczającego powietrze 115. Te regulatory masowego natężenia przepływu 112 i 113 są podłączone do uprzednio opisanej jednostki sterującej 50. Jednostka sterująca 50 reguluje stosunek zmieszania powietrza podawanego przez przewód dostarczający powietrze 39 ze strumieniem wylotowym gazu utleniającego podawanym przez przewód dostarczający wylotowy gaz utleniający 69. Czujnik pomiarowy stężenia tlenu 114 jest umieszczony w drugim przewodzie dostarczającym powietrze 115. Czujnik pomiarowy stężenia tlenu 114 jest także podłączony do jednostki sterującej 50. Informacja dotycząca stężenia tlenu zawartego w mieszaninie powietrza, jest wprowadzana do jednostki sterującej 50. Czujnik pomiarowy temperatury 117 jest umieszczony we wcześniej ustalonej pozycji w jednostce reakcyjnej 111, zdała od jego górnego końca. Czujnik pomiarowy temperatury 117 jest także podłączony do jednostki sterującej 50. Informacja dotyczącą temperatury w jednostce reakcyjnej 111 jest wprowadzana do jednostki sterującej 50.

Układ według tej odmiany obniża stężenie tlenu zawartego w mieszaninie powietrza zawierającej tlen dostarczanej do reaktora do reformowania 110, zwiększając równocześnie prędkość przepływu gazu przepływającego przez jednostkę reakcyjną 111. Układ ten skutecznie zapobiega nagłemu wzrostowi temperatury w górnej stronie strumienia reaktora do reformowania 110. Obniżone stężenie tlenu zawartego w mieszaninie powietrza dostarczanego do reaktora do reformowania 110 obniża

PL 190 848 B1 stężenie tlenu zawartego w gazie przepływającym przez wnętrze jednostki reakcyjnej 111 i tłumi aktywność reakcji utleniania w górnej stronie strumienia, zapobiegając tym samym nagłemu wzrostowi temperatury w górnej stronie strumienia. Obniżenie stężenia tlenu zawartego w mieszaninie powietrza zawierającego tlen, wymusza większe natężenie przepływu mieszaniny powietrza dostarczanej do jednostki reakcyjnej 111 i tym samym zwiększa prędkość przepływu gazu przepływającego przez wnętrze jednostki reakcyjnej 111. Układ ten umożliwia przeniesienie tlenu do dolnej części strumienia, przed jego zwiększonym użyciem w reakcji utleniania zachodzącej od strony górnej strumienia i dzięki temu rozszerza się obszar intensywnej reakcji utleniania na dolną część strumienia. Zwiększona prędkość przepływu gazu przez wnętrze jednostki reakcyjnej 111 umożliwia szybkie przeniesienie ciepła wydzielonego w reakcji utleniania do części dolnej strumienia i tym samym zapobiega skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury od strony górnej strumienia jednostki reakcyjnej.

Figura 14 jest schematem ideowym pokazującym procedurę regulacji obciążenia powietrzem prowadzoną w układzie ogniw paliwowych zawierających reaktor do reformowania 110 według tej odmiany. W układzie ogniw paliwowych zawierających reaktor do reformowania 110, gdy jest on tak ustawiony, aby temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania 110 odpowiednio wzrastała do stanu ustalonego, po zadziałaniu niepokazanego przełącznika przekazującego sygnał uruchamiający układ ogniw paliwowych procedura ta jest powtarzana we wcześniej ustalonych przedziałach czasowych.

Gdy program uruchomi tę procedurę, CPU 54 najpierw odczytuje zawartość metanolu w surowym paliwie gazowym dostarczanym do reaktora do reformowania 110, w oparciu o sumę uruchomień drugiej pompy 71 umieszczonej w przewodzie, którym przepływa metanol 60 (etap S200). W następstwie tego, CPU 54 oblicza ilość tlenu, którą należy dostarczyć do reaktora do reformowania 110, odpowiadającą ilości wejściowej metanolu i napędza regulatory masowego natężenia przepływu 112 i 113 dla umożliwienia dostarczenia wymaganej ilości tlenu (etap S210).

Wyznaczenie ilości metanolu dostarczonego do reaktora do reformowania określa ilość tlenu wymagana do wytworzenia ilości ciepła potrzebnego w reakcji reformingu parowego, która jest równa ilości ciepła wydzielonego w reakcji utleniania. Regulatory masowego natężenia przepływu 112 i 113 są odpowiednio napędzane w celu dostarczenia do reaktora do reformowania 110 powietrza zawierającego obliczoną ilość tlenu. Suma uruchomień każdego regulatora masowego natężenia przepływu dla dostarczenia wymaganej ilości tlenu jest z góry ustalona, w odniesieniu do sumy uruchomień odpowiadających każdej ilości dostarczanego tlenu i jest zapisywana w jednostce sterującej 50.

Po uruchomieniu regulatorów masowego natężenia przepływu 112 i 113 dla rozpoczęcia dostarczania do reaktora do reformowania 110 mieszaniny powietrza zawierającego wymaganą ilość tlenu, CPU 54 odczytuje, z czujnika pomiary temperatury 117, temperaturę wewnętrzną T1 od strony górnej jednostki reakcyjnej 111 (etap S220). Temperatura wewnętrzna T1 jest następnie porównywana z wcześniej ustaloną temperaturą odniesienia Ta (etap S230). Wcześniej ustalona temperatura odniesienia Ta jest z góry ustalona jako górny limit temperatury wewnętrznej T1 po stronie górnej i jest zapisywana w jednostce sterującej 50. W tej odmianie, wcześniej ustalona temperatura odniesienia Ta jest równa 300°C.

W przypadku, w którym obserwowana temperatura wewnętrzna T1 od strony górnej strumienia jest niższa od wcześniej ustalonej temperatury odniesienia Ta w etapie S230, to oznacza, że temperatura wewnętrzna T1 od strony górnej jednostki reakcyjnej 111 jest na odpowiednio niskim poziomie. Program następnie działa zgodnie z tą procedurą. Z drugiej strony, w przypadku, w którym obserwowana temperatura wewnętrzna T1 od strony górnej strumienia nie jest niższa od wcześniej ustalonej temperatury odniesienia Ta, CPU 54 obniża sumę uruchomień regulatora masowego natężenia przepływu 112 i równocześnie zwiększa sumę uruchomień regulatora masowego natężenia przepływu 113. Powoduje to zwiększenie frakcji wylotowego gazu utleniającego zawartej w mieszaninie powietrza dostarczanej do reaktora do reformowania 110, bez zmiany natężenia przepływu ładunku tlenu w jednostce czasu (etap S240). W metodzie według tej odmiany, z góry ustala się jednostkę minimalną zmiany, w odniesieniu do frakcji wylotowego gazu utleniającego, to jest w odniesieniu do stężenia tlenu zawartego w mieszaninie powietrza dostarczanego do reaktora do reformowania 110. Procedura zastosowana w etapie S240 powoduje obniżenie stężenia tlenu przez każdą jednostkę minimalną zmiany. Inną odpowiednią procedurę można zastosować do regulowania frakcji wylotowego gazu utleniającego, zgodnie z różnicą pomiędzy temperaturą wewnętrzną T1 i wcześniej ustaloną temperaturą odniesienia Ta, zwiększona frakcja wylotowego gazu utleniającego powoduje obniżenie całkowitego stężenia tlenu zawartego w gazie dostarczanym do reaktora do reformowania 110, tłumiąc tym samym reakcję utleniania zachodzącą po stronie górnej strumienia. Zwiększona frakcja wylotowego

PL 190 848 B1 gazu utleniającego, bez zmiany natężenia przepływu tlenu dostarczanego w jednostce czasu, powoduje zwiększenie natężenia przepływu mieszaniny powietrza dostarczanego do reaktora do reformowania 110 i zwiększa prędkość przepływu gazu przechodzącego przez wnętrze reaktora do reformowania 110. Umożliwia to szybsze przenoszenie, do dolnej części strumienia, ciepła wydzielonego w reakcji utleniania zachodzącej od strony górnej strumienia. Wykonywanie procedury w etapie S240, powoduje skuteczne obniżenie temperatury wewnętrznej T1 od strony górnej strumienia jednostki reakcyjnej 111.

Po zmianie frakcji wylotowego gazu utleniającego w etapie S240, program powraca do serii procedur etapu S220 i po etapie S220 w celu odczytu obserwowanej temperatury wewnętrznej T1 i porównania obserwowanej temperatury wewnętrznej T1 z wcześniej ustaloną temperaturą odniesienia Ta. Gdy w etapie S230 temperatura wewnętrzna T1 jest niższa od wcześniej ustalonej temperatury odniesienia Ta, oznacza to, że frakcja wylotowego gazu utleniającego zawartego w mieszaninie powietrza dostarczanej do reaktora do reformowania 110 jest na odpowiednim poziomie i że temperatura wewnętrzna T1 po stronie górnej strumienia jednostki reakcyjnej 111 jest na odpowiednio niskim poziomie. Program następnie wychodzi z tej procedury.

W układzie ogniw paliwowych zawierających reaktor do reformowania 110 według tej odmiany, czujnik pomiarowy stężenia tlenu 114 jest umieszczony w drugim przewodzie dostarczającym powietrze 115, jak to opisano powyżej. Stężenie tlenu zawartego w mieszaninie powietrza dostarczanego do reaktora do reformowania 110 jest korygowane w oparciu o pomiar dokonany przez czujnik pomiarowy stężenia tlenu 114. Zgodnie z określoną procedurą, gdy regulatory masowego natężenia przepływu są napędzane w procedurze regulacji obciążenia powietrzem, albo w etapie S210 albo w etapie S240, stężenie tlenu zawartego w mieszaninie powietrza dostarczanej do reaktora do reformowania 110 jest mierzone za pomocą czujnika pomiarowego stężenia tlenu 114. Ilości uruchomień regulatorów masowego natężenia przepływu są korygowane na podstawie wyniku pomiarów.

Zbudowany w ten sposób układ ogniw paliwowych zawierają reaktor do reformowania 110 według czwartej odmiany, reguluje stężenie tlenu zawartego w mieszaninie powietrza dostarczanego do reaktora do reformowania 110. Obniżenie stężenia tlenu zawartego w mieszaninie powietrza tłumi skutecznie postęp reakcji utleniania po stronie, która odbiera ładunek surowego paliwa gazowego i ładunek mieszaniny powietrza. Zapobiega to gwałtownemu wzrostowi temperatury od strony górnej strumienia. Układ obniżania stężenia tlenu zawartego w mieszaninie powietrza, przy równoczesnym utrzymywaniu stałej ilości tlenu dostarczanego w jednostce czasu do reaktora do reformowania 110, zwiększa natężenie przepływu mieszaniny powietrza i przyspiesza prędkość przepływu gazu przez wnętrze jednostki reakcyjnej 111. Pozwala to na szybkie przenoszenie ciepła wytworzonego w reakcji utleniania zachodzącej od strony górnej strumienia do części dolnej strumienia, zapobiegając tym samym nadmiernemu wzrostowi temperatury od strony górnej strumienia.

Reakcja utleniania tłumiona od strony górnej strumienia rozciąga obszar intensywnej reakcji utleniania na dolną część strumienia. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w strumieniu w dolnej części reaktora do reformowania 110 nie występuje nadmierny spadek temperatury. Zwiększona prędkość przepływu gazu przepływającego przez wnętrze jednostki reakcyjnej 111, umożliwia szybkie przenoszenie ciepła wydzielonego od strony górnej strumienia do części dolnej strumienia. Zapobiega to także obniżaniu się temperatury w dolnej części strumienia. Dzięki temu dolna część strumienia reaktora do reformowania 110 jest utrzymywana w stanie wysokiej aktywności reakcji reformingu parowego. Układ ten umożliwia zmniejszenie wymiarów reaktora do reformowania.

W układzie według czwartej odmiany określa się dokładnie ilość metanolu zawartego w surowym paliwie gazowym dostarczanym do reaktora do reformowania 110, w oparciu o sumę uruchomień drugiej pompy 71 umieszczonej w przewodzie przepływu metanolu 60 oraz ocenia się czy po stronie górnej strumienia zachodzi czy nie zachodzi zbyt intensywna reakcja utleniania, w oparciu o wyniki pomiaru czujnika pomiaru temperatury 117. Wyznaczenie ilości metanolu dostarczanego do reaktora do reformowania 110 oraz dane dotyczące postępu reakcji utleniania i reakcji reformingu parowego zachodzących w reaktorze do reformowania 100, można uzyskać wykorzystując wyniki innych pomiarów niż te omówione powyżej albo pomiarów wykonanych jako uzupełniające pomiary omówione powyżej. Na przykład, czujnik pomiarowy, który analizuje skład gazu przepływającego przez trzeci przewód dostarczający paliwo 65, może być umieszczony w trzecim przewodzie dostarczającym paliwo 65 w celu określania postępu reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania w reaktorze do reformowania 110. Czujnik pomiarowy mierzy na przykład ilość metanolu, wodoru, dwutlenku węgla lub tlenu

PL 190 848 B1 zawartych w paliwie gazowym opuszczającym reaktor do reformowania 110. Postęp reakcji reformingu oparowego i reakcji utleniania w reaktorze do reformowania 110, można wyznaczyć przez dodatkowe wykorzystanie wyniku tego pomiaru.

W strukturze według czwartej odmiany, mieszanina powietrza jest dostarczana tylko od strony górnej reaktora do reformowania 110. W innej, korzystnej strukturze, ładunek mieszaniny powietrza dostarcza się do wielu różnych miejsc.

Struktura ta jest opisana poniżej, jako zmodyfikowany przykład czwartej odmiany. Na fig. 15 pokazana jest schematycznie budowa reaktora do reformowania 110A, w zmodyfikowanym przykładzie czwartej odmiany. Reaktor do reformowania 110A zawiera dwie jednostki reakcyjne 111A i 111B, przy czym do każdej jednostki dostarczana jest mieszanina powietrza. Strumień przepływającego surowego paliwa gazowego, dostarczanego do reaktora do reformowania 110A, przechodzi przez jednostki reakcyjne 111A i 111B, w tej kolejności. Przewód dostarczający powietrze 39 i przewód wylotowy gazu utleniającego 69, przez który powietrze oraz strumień wylotowy gazu utleniającego przepływają do reaktora do reformowania 110A, są odpowiednio rozgałęzione na odnogi przewodu dostarczającego powietrze 39A i 39B i odnogi przewodu wylotowego gazu utleniającego 69A i 69B. Odnoga przewodu dostarczającego powietrze 39A łączy się z odnogą przewodu wylotowego gazu utleniającego 69A tworząc drugi przewód dostarczający powietrze 115A, przez który mieszanina powietrza jest dostarczana do jednostki reakcyjnej 111A od strony górnej strumienia. Z drugiej strony, odnoga przewodu dostarczającego powietrze 39B łączy się z odnogą przewodu wylotowego gazu utleniającego 69B tworząc drugi przewód dostarczający powietrze 115B, przez który mieszanina powietrza jest dostarczana do jednostki reakcyjnej 111B po stronie dolnej strumienia. W taki sam sposób, jaki omówiono w czwartej odmianie, natężenia przepływu i stężenia tlenu zawartego w mieszaninie powietrza dostarczanej do odpowiednich jednostek reakcyjnych, są regulowane przez dostosowanie sum uruchomień regulatorów masowego natężenia przepływu 112A, 112B, 113A i 113B, w oparciu o ilość metanolu dostarczanego do reaktora do reformowania 110A i pomiar temperatur od strony górnej strumienia odpowiednich jednostek reakcyjnych.

W reaktorze do reformowania 110A według tej konfiguracji, dostarczany jest podzielony strumień mieszaniny powietrza i obniżona jest ilość tlenu zawartego w każdym ładunku gazu, co pozwala na bardziej skuteczne zapobieganie miejscowemu, nadmiernemu wzrostowi temperatury. Reaktor do reformowania jest podzielony na wiele jednostek reakcyjnych i ładunek mieszaniny powietrza przepływa do każdej z tych jednostek reakcyjnych. Umożliwia to regulowanie rozkładu temperatury w reaktorze do reformowania z wysoką dokładnością i pozwala na łatwiejsze utrzymywanie pożądanego zakresu temperatury wewnątrz reaktora do reformowania.

Na fig. 16 przedstawiony jest wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej wzdłuż przepływu gazu, w odniesieniu do opisanego powyżej reaktora do reformowania 110A i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, który otrzymuje jako źródło tlenu dla reakcji utleniania ładunek normalnego powietrza. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w reaktorze do reformowania 110A od strony górnej tłumiony jest postęp reakcji utleniania. Dzięki temu nie występuje nagły wzrost temperatury od strony górnej strumienia i temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania jest korzystnie utrzymywana w zakresie temperatur od 250°C do 300°C. Jak to opisano powyżej, w reaktorach do reformowania 110 i 110A według tej odmiany, nie występuje nagły wzrost temperatury w pobliżu wlotu. Zapobiega to korzystnie potencjalnym problemom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, to jest degradacji katalizatora i tworzeniu się produktów ubocznych. Tak jak w odmianach omówionych powyżej, układ ten znacząco zwiększa trwałość reaktora do reformowania.

Reaktory do reformowania 110 i 110A według tej odmiany, posiadają jednostki reakcyjne charakteryzujące się strukturą o budowie plastra miodu. W zmodyfikowanej strukturze, reaktor do reformowania może być wypełniony granulkami z naniesionym na nie katalizatorem. Ta zmodyfikowana struktura daje podobne efekty, w wyniku regulowania stężenia tlenu zawartego w mieszaninie powietrza dostarczanego do reaktora do reformowania, jako źródła tlenu wymaganego do prowadzenia reakcji utleniania.

W omówionych powyżej odmianach, trzeciej i czwartej, następuje tłumienie aktywności reakcji utleniania zachodzącej po stronie górnej reaktora do reformowania, w celu zapobiegania nagłemu wzrostowi temperatury po stronie górnej strumienia. Zgodnie z inną, możliwą strukturą, w sekcji katalitycznej można zmieniać obszar intensywnej reakcji utleniania oraz obszar nieaktywnej reakcji utleniania. W układzie tym zmienia się obszar wydzielania ciepła i tym samym zapobiega się lokalnemu,

PL 190 848 B1 nadmiernemu wzrostowi temperatury. Reaktor do reformowania o takiej budowie, w którym wlot otrzymujący ładunki surowego paliwa gazowego i tlenu można zmienić na wylot, z którego uchodzi paliwo gazowe bogate w wodór, jest opisany poniżej jako piąta odmiana.

Na fig. 17 przedstawiona jest schematycznie budowa reaktora do reformowania 120 według piątej odmiany. Reaktor do reformowania 120 według piątej odmiany jest częścią składową układu ogniw paliwowych, posiadającego strukturę podobną do układu ogniw paliwowych 20, pokazanego na fig. 1. Jak to przedstawiono na fig. 17, reaktor do reformowania 120 posiada pojedynczą jednostkę reakcyjną 121 w postaci struktury o budowie plastra miodu z naniesionym na jej powierzchnię katalizatorem Cu-Zn. Jednostka reakcyjna 121 posiada czujniki pomiarowe temperatury 122 i 123, które mierzą temperaturę wewnętrzną na obu końcach jednostki reakcyjnej 121. Te czujniki pomiarowe temperatury są podłączone do jednostki sterującej 50. Informacje dotyczące temperatury wewnętrznej na obu końcach jednostki reakcyjnej 121 są wprowadzane do jednostki sterującej 50.

W strukturze według tej odmiany, drugi przewód dostarczający paliwo 64 jest rozgałęziony na pierwszą odnogę przewodu zasilającego 124 i drugą odnogę przewodu zasilającego 125, które są podłączone do odpowiednich końców reaktora do reformowania 120. Jeden koniec reaktora do reformowania 120 jest połączony z pierwszą odnogą przewodu wylotowego 126 jak również z pierwszą odnogą przewodu zasilającego 124. Drugi koniec reaktora do reformowania 120 jest połączony z drugą odnogą przewodu wylotowego 127 jak również z drugą odnogą przewodu zasilającego 125. Pierwsza odnoga przewodu wylotowego 126 jest połączona z drugą odnogą przewodu wylotowego 127, w celu utworzenia trzeciego przewodu dostarczającego paliwo 65, który prowadzi do reaktora do obniżania stężenia CO 36. Zawory elektromagnetyczne 128, 129, 128A i 129A są zamontowane odpowiednio na pierwszej odnodze przewodu zasilającego 124, drugiej odnodze przewodu zasilającego 125, pierwszej odnodze przewodu wylotowego 126 i drugiej odnodze przewodu wylotowego 127. Zawory elektromagnetyczne 128, 129, 128A i 129A są podłączone do jednostki sterującej 50, która reguluje stan włączenia-wyłączenia tych zaworów elektromagnetycznych.

W reaktorze do reformowania 120 o tej strukturze, stan włączenia-wyłączenia tych zaworów elektromagnetycznych jest stanem zmiennym pomiędzy stanem pierwszym, w którym zawory elektromagnetyczne 128 i 128A są włączone, a zawory elektromagnetyczne 129 i 129A są wyłączone i stanem drugim, w którym zawory elektromagnetyczne 129 i 129A są włączone a zawory elektromagnetyczne 128 i 128A są wyłączone. Gdy zawory elektromagnetyczne są w stanie pierwszym, ładunek surowego paliwa gazowego wpływający z drugiego przewodu dostarczającego paliwo 64 przechodzi przez jednostkę reakcyjną 121 od strony lewej na rysunku fig. 13 do strony prawej tego rysunku. Z drugiej strony, gdy zawory elektromagnetyczne są w stanie drugim, ładunek surowego paliwa gazowego wpływający z drugiego przewodu dostarczającego paliwo 64 przechodzi przez jednostkę reakcyjną 121 od strony prawej na rysunku fig. 13 do strony lewej tego rysunku.

Figura 18 jest schematem ideowym pokazującym procedurę przełączenia wlotu gazu stosowaną w układzie ogniw paliwowych 20, mającą na celu odwrócenie wlotu gazu reaktora do reformowania 112. Gdy niepokazany na rysunku przełącznik zadziała w celu dostarczenia sygnału uruchamiającego układ ogniw paliwowych 20, procedura ta jest powtarzana we wcześniej ustalonych przedziałach czasowych.

Gdy program rozpoczyna tę procedurę, CPU 54 określa najpierw czy stan włączenia-wyłączenia zaworów elektromagnetycznych jest stanem pierwszym (S300), czy też nie jest stanem pierwszym. W przypadku stanu pierwszego, CPU 54 odczytuje z czujnika pomiarowego temperatury 122 temperaturę wewnętrzną T1 na końcu górnym strumienia, który przyjmuje ładunek gazu (etap S300). Obserwowana temperatura wewnętrzna T1 jest porównywana z wcześniej ustaloną temperaturą odniesienia T0 (etap S320). Wcześniej ustalona temperatura odniesienia T0 jest z góry ustawiana jako kryterium pokazujące, że temperatura wewnętrzna jednostki reakcyjnej 121 wzrasta do niepożądanego poziomu i jest wprowadzana do pamięci jednostki sterującej 50. W tej odmianie, wcześniej ustalona temperatura odniesienia T0 jest ustawiana na wartości równej 300°C. W przypadku, gdy temperatura wewnętrzna T1 nie osiągnie jeszcze w etapie S320 temperatury odniesienia T0, program powraca do etapu S310 i powtarza procedurę odczytu i porównywania temperatury wewnętrznej aż temperatura wewnętrzna T1 osiągnie temperaturę odniesienia T0.

Gdy w etapie S320 stwierdzi się, że temperatura wewnętrzna T1 nie jest niższa od temperatury odniesienia T0, CPU 54 ustawia wszystkie zawory elektromagnetyczne w pozycji wyłączonej i rozpoczyna mierzenie czasu upływającego t przy użyciu niepokazanego stopera stanowiącego część składowa jednostki sterującej 50 (etap S330). Procedura w etapie S330 ustawienia wszystkich zaworów

PL 190 848 B1 elektromagnetycznych w pozycji wyłączonej, zatrzymuje przepływ gazu do i z reaktora do reformowania 120 i powoduje, że reakcja reformingu parowego i reakcja utleniania są kontynuowane przy udziale pozostałego w jednostce reakcyjnej 121 surowego paliwa gazowego. Czas upływający t jest porównywany z wcześniej ustalonym czasem odniesienia t0 (etap S340). Wcześniej ustalony czas odniesienia t0 jest z góry ustalonym czasem potrzebnym do zakończenia reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania z użyciem pozostałego w reaktorze do reformowania 120 surowego paliwa gazowego i jest zapisywany w pamięci jednostki sterującej 50. W tej odmianie, wcześniej ustalony czas odniesienia t0 jest równy 1 sekundzie. W przypadku, w którym czas upływający t nie osiągnął jeszcze w etapie S340 wcześniej ustalonego czasu odniesienia t0, procedura etapu S340 jest wykonywana powtarzalnie aż upłynie wcześniej ustalony czas odniesienia t0. W przypadku, gdy czas upływający t osiągnie w etapie S340 wcześniej ustalony czas odniesienia t0, CPU 54 wysyła sygnał uruchamiający do wybranych zaworów elektromagnetycznych i ustawia stan wlączenia-wyłączenia zaworów elektromagnetycznych na stan drugi (etap S350). Następnie program wychodzi z tej procedury.

Negatywna odpowiedź w etapie S300 oznacza, że reaktor do reformowania 120 jest w stanie drugim. CPU odczytuje temperaturę wewnętrzną T2 z czujnika pomiarowego temperatury 123 przy końcu górnym strumienia, który odbiera ładunek gazu (etap S360). Program wykonuje kolejno procedury związane z prowadzeniem procesu w etapach od S370 do S390, które są podobne do omówionych powyżej procedur związanych z prowadzeniem procesu w etapach od S320 do S340. Gdy wraz z postępem reakcji utleniania temperatura wewnętrzna T2 osiągnie wcześniej ustaloną wartość odniesienia T0 (w tej odmianie 300°C), wszystkie zawory elektromagnetyczne są ustawione w pozycji wyłączonej we wcześniej ustalonym okresie czasu (w tej odmianie w czasie 1 sekundy). Program ustawia następnie stan włączenia-wyłączenia zaworów elektromagnetycznych na stan pierwszy (etap S400) i wychodzi z tej procedury.

Jak wspomniano powyżej, procedura odwracania wlotu gazu jest wykonywana wielokrotnie we wstępnie ustalonych przedziałach czasowych, gdy niepokazany wyłącznik startowy jest uruchomiony dając polecenie rozpoczęcia pracy układu ogniw paliwowych 20. W stadium początkowym, gdy wydana jest instrukcja uruchomienia układu ogniw paliwowych 20, stan włączenia-wyłączenia zaworów elektromagnetycznych może być tak ustawiony, że jest albo stanem pierwszym albo stanem drugim. Na przykład, ostatni stan włączenia-wyłączenia zaworów elektromagnetycznych w poprzednim uruchomieniu układu ogniw paliwowych 20, może być utrzymany jako stan początkowy bieżącego uruchomienia układu ogniw paliwowych 20. W innym przykładzie, jako stan włączenia-wyłączenia zaworów elektromagnetycznych przy uruchomieniu układu ogniw paliwowych 20, może być ustalony stan pierwszy lub stan drugi.

W tak skonstruowanym układzie ogniw paliwowych zawierającym reaktor do reformowania 120 według piątej odmiany, miejsce odbierania ładunku mieszaniny powietrza jest wymieniane w reaktorze do reformowania 120 pomiędzy stroną górną strumienia i stroną dolną strumienia. Kierunek przepływu gazu w jednostce reakcyjnej 121 jest tym samym odwracalny. Układ ten zapobiega skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury spowodowanemu przez wydzielanie się ciepła na jednym końcu reaktora do reformowania, który to wzrost jest spowodowany wydzielaniem się ciepła w reakcji utleniania. Dzięki temu nie występuje zjawisko nagłego wzrostu temperatury od strony górnej strumienia. Zmiana kierunku przepływu gazu opiera się na temperaturze obserwowanej na końcu jednostki reakcyjnej 121. Zapobiega to bezpiecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury na końcu jednostki reakcyjnej 121.

Zmiana kierunku przepływu gazu pozwala na to żeby każdy koniec jednostki reakcyjnej 121 działał jako strona górna strumienia. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, nie występuje znaczący spadek temperatury w określonym obszarze w dolnej stronie strumienia. Dzięki temu, obie strony reaktora do reformowania 120 są utrzymywane w stanie wysokiej aktywności reakcji reformingu parowego. Zapewnia to odpowiednie wykorzystanie katalizatora zawartego w całej jednostce reakcyjnej 121 i zwiększa szybkość reakcji reformingu parowego. Układ ten umożliwia zmniejszenie wymiarów reaktora do reformowania 34.

Figura 19 przedstawia wykres pokazujący rozkłady temperatury wewnętrznej od jednego końca do drugiego końca z odniesieniem do opisanego powyżej reaktora do reformowania 120 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, który ma ustalony kierunek wewnętrznego przepływu gazu. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, reaktor do reformowania 120 tłumi skutecznie zbyt gwałtowny przebieg reakcji utleniania w określonym końcu. Każdy koniec reaktora do reformowania 120 może działać jako strona górna strumienia

PL 190 848 B1 i dzięki temu temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania utrzymywana jest w zakresie od 250°C do 300°C. Jak to opisano powyżej, w reaktorze do reformowania 120 według tej odmiany, nie występuje nagły wzrost temperatury w pobliżu wlotu. Zapobiega to korzystnie potencjalnym trudnościom spowodowanym przez wzrost temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Tak jak w odmianach omówionych powyżej, układ ten znacząco poprawia trwałość reaktora do reformowania.

Reaktor do reformowania 120 według tej odmiany, posiada jednostkę reakcyjną o budowie plastra miodu. W strukturze zmodyfikowanej, reaktor do reformowania może być wypełniony granulkami z naniesionym na nie katalizatorem. Ta zmodyfikowana struktura działa także podobnie przez zamianę kierunku przepływu gazu, który przepływa przez wnętrze reaktora do reformowania.

W reaktorze do reformowania 120 według tej odmiany, kierunek przepływu gazu jest zmieniany w oparciu o temperaturę obserwowaną na końcu jednostki reakcyjnej 121. Jednakże, kierunek przepływu gazu może być zmieniany w oparciu o inny czynnik. Układ zmiany kierunku przepływu gazu zgodnie z obserwowaną temperaturą na końcu jednostki reakcyjnej 121, zapewnia znaczącą skuteczność utrzymywania temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania 120 we wcześniej ustalonym zakresie temperatur, nawet gdy natężenie przepływu surowego paliwa gazowego dostarczanego do reaktora do reformowania 120 zmienia się wraz z odchyleniami stopnia postępu reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, które zachodzą w reaktorze do reformowania 120. Na przykład, gdy występuje odpowiednio mała zmiana w natężeniu przepływu surowego paliwa gazowego dostarczanego do reaktora do reformowania, kierunek przepływu gazu może być zmieniany we wcześniej ustalonych odstępach czasu.

Poniżej, opisany jest jako szósta odmiana, układ mieszania cząstek katalizatora szczelnie zamkniętych w reaktorze do reformowania, w celu zapobieżenia nadmiernemu wzrostowi temperatury w określonym obszarze od strony górnej reaktora do reformowania. Na fig. 20 przedstawiona jest schematycznie budowa reaktora do reformowania 130 i elementy połączone z reaktorem do reformowania 130 według szóstej odmiany. Reaktor do reformowania 130 według szóstej odmiany wchodzi w skład układu ogniw paliwowych posiadającego strukturę podobną do struktury układu ogniw paliwowych 20, pokazanego na fig. 1. W poniższym opisie, takie same części składowe są oznaczone przez takie same cyfry i nie są szczegółowo objaśniane.

Cząstki katalizatora Cu-Zn są szczelnie zamknięte w reaktorze do reformowania 130. Katalizator Cu-Zn otrzymany znaną metodą współstrącania poddaje się granulowaniu, w celu otrzymania cząstek o przeciętnej średnicy wynoszącej 500 pm. Zgodnie z innym sposobem postępowania, katalizator Cu-Zn rozprasza się w dobranym rozpuszczalniku i rozpyla się w suszarni rozpyłowej w celu utworzenia drobnych cząstek o powyższej, przeciętnej średnicy. Cząstki katalizatora mogą mieć dowolny wymiar, jeżeli tylko cząstki te można odpowiednio mieszać z gazem wtryskiwanym do reaktora do reformowania, który zawiera cząstki katalizatora szczelnie zamknięte w reaktorze. Na przykład, korzystna średnica cząstek zawiera się w granicach od 100 pm do kilku mm. Cząstki katalizatora mogą mieć dowolny kształt, ale w celu uzyskania wysokiej wydajności mieszania korzystny jest w zasadzie kształt kulisty.

Tak jak w odmianach omówionych powyżej, ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego metanol i parę wodną oraz ładunek powietrza pobieranego przez dmuchawę 38 są dostarczane do reaktora do reformowania 130. W tej odmianie, ładunki surowego paliwa gazowego i powietrza są doprowadzane do reaktora do reformowania 130 poprzez ciśnieniowe zawory regulujące 132 i dysze wtryskowe 134. Metanol i woda są odparowywane i ogrzewane w wyparce 32. Surowe paliwo gazowe dostarczane z wyparki 32 posiada odpowiednią temperaturę i ciśnienie. Strumień przepływającego surowego paliwa gazowego jest mieszany ze strumieniem powietrza podawanego przez przewód dostarczający powietrze 39 i wtryskiwany do reaktora do reformowania 130 przez ciśnieniowe zawory regulujące 132 i dysze wtryskowe 134. Jak wspomniano powyżej, cząstki katalizatora są szczelnie zamknięte w reaktorze do reformowania 130. Strumień surowego paliwa gazowego zawierającego powietrze fluidyzuje i miesza cząstki katalizatora znajdujące się w reaktorze do reformowania 130, jak to pokazują strzałki zamieszczone na fig. 20. W reaktorze do reformowania 130 według tej odmiany, strumień wpływającego surowego paliwa gazowego zawierającego powietrze jest wtryskiwany z siedmiu różnych pozycji. Jednakże strumień wpływającego gazu może być wtryskiwany z jakiejkolwiek, dowolnej liczby pozycji, jeżeli tylko cząstki katalizatora są w reaktorze do reformowania odpowiednio mieszane. Objętość wewnętrzna reaktora do reformowania 130 może być tak dobrana, żeby wcześniej określona ilość cząstek katalizatora została odpowiednio wymieszana ze strumieniem przepływa30

PL 190 848 B1 jącego gazu (surowego paliwa gazowego zawierającego tlen), dostarczanego z wcześniej ustalonym natężeniem przepływu i pod uprzednio ustalonym ciśnieniem.

Z drugiego końca reaktora do reformowania 130, przeciwległego do końca połączonego z dyszami wtryskowymi, znajduje się filtr 136 wykonany z niklu spienionego. Filtr 136 posiada odpowiednio drobne oczka, które zapobiegają przenikaniu przez filtr cząstek katalizatora szczelnie zamkniętych w reaktorze do reformowania 130, lecz umożliwiają przepływ paliwa gazowego wytworzonego w reaktorze do reformowania 130 do reaktora do obniżania stężenia CO 36. Paliwo gazowe przechodzące przez filtr 136 jest kierowane do reaktora do obniżania stężenia CO 36, w którym następuje obniżenie stężenia tlenku węgla zawartego w paliwie gazowym i następnie paliwo gazowe jest dostarczane do ogniw paliwowych 40.

W układzie ogniw paliwowych zawierającym tak skonstruowany reaktor do reformowania 130, cząstki katalizatora szczelnie zamknięte w reaktorze do reformowania 130 są w sposób ciągły mieszane przy pomocy przepływającego strumienia surowego paliwa gazowego zawierającego powietrze. Cząstki katalizatora, znajdujące się w miejscach, do których dostarczane jest surowe paliwo gazowe zawierające tlen o wysokim stężeniu, są w sposób ciągły wymieniane. Dzięki temu, układ ten zapobiega skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury spowodowanemu przez ciepło wytworzone w reakcji utleniania, w określonych miejscach katalizatora. Gaz wtryskiwany do reaktora do reformowania 34 w celu wymieszania cząstek katalizatora jest taki sam jak gaz poddawany reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, które zachodzą w reaktorze do reformowania (surowe paliwo gazowe zawierające powietrze). Dzięki temu układ umożliwia wymieszanie cząstek katalizatora i równoczesne dostarczanie surowego paliwa gazowego do reaktora do reformowania 130. Strumień gazu wtryskiwany do reaktora do reformowania nie wywiera wpływu na reakcje zachodzące w reaktorze do reformowania lub reakcje elektrochemiczne zachodzące w ogniwach paliwowych.

Ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest rozproszone w reaktorze do reformowania 130 w wyniku mieszania cząstek katalizatora w reaktorze do reformowania 130. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, nie występuje znaczący spadek temperatury w określonych obszarach w dolnej stronie strumienia. W całym reaktorze do reformowania 130, wraz z cząstkami katalizatora jest dzięki temu utrzymywany stan wysokiej aktywności reakcji reformingu parowego.

Figura 21 jest wykresem pokazującym rozkłady temperatury wewnętrznej od jednego końca do drugiego końca, w odniesieniu do opisanego powyżej reaktora do reformowania 130 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w którym jest ustalony kierunek przepływu gazu wewnątrz reaktora. Surowe paliwo gazowe, którego temperatura wynosi 250°C i którego natężenie przepływu jest równe 670 l/min, jest mieszane z powietrzem, którego natężenie przepływu jest równe 140 l/min, po czym zmieszany gaz jest wtryskiwany poprzez dysze wtryskowe do reaktora do reformowania 130 pod ciśnieniem 5 atm (0,506 MPa). W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, reakcja utleniania nie zachodzi zbyt intensywnie w określonym końcu reaktora do reformowania 130. Cząstki katalizatora znajdujące się wewnątrz reaktora do reformowania 130 biorą jednakowy udział w reakcji, tak że temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania jest korzystnie utrzymywana w zakresie od 250°C do 300°C. Jak to opisano powyżej, w reaktorze do reformowania 130 według tej odmiany nie występuje nagły wzrost temperatury w pobliżu wlotu reaktora. Zapobiega to korzystnie potencjalnym trudnościom związanym ze wzrostem temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Tak jak w przypadku odmian omówionych powyżej, układ ten polepsza znacznie trwałość reaktora do reformowania.

W omówionej powyżej szóstej odmianie, surowe paliwo gazowe zawierające powietrze jest stosowane jako gaz wtryskiwany do reaktora do reformowania 130, z przeznaczeniem do mieszania. Gaz składający się, z co najmniej jednego odparowanego metanolu, pary wodnej i powietrza, może być użyty do tego samego celu. W tym ostatnim przypadku, pozostałe składniki inne niż składnik gazu wtryskiwany do reaktora do reformowania w celu wymieszania katalizatora, są dostarczane do wcześniej ustalonego miejsca (pożądane jest miejsce od strony górnej strumienia przy wtryskiwaczach gazu) w reaktorze do reformowania, z szczelnie zamkniętymi w nim cząstkami katalizatora.

W układzie według szóstej odmiany, gaz o wysokim ciśnieniu jest wtryskiwany do reaktora do reformowania 130 w celu mieszania cząstek katalizatora, zamkniętych szczelnie w reaktorze do reformowania 130. Jednakże, cząstki katalizatora można mieszać w inny, dowolny sposób. Na przykład,

PL 190 848 B1 w celu mieszania cząstek katalizatora, w reaktorze do reformowania można umieścić środek do mieszania mechanicznego.

Struktura, w której w sekcji katalitycznej następuje zmiana w czasie miejsca przepływu, które to miejsce przyjmuje ładunek powietrza biorącego udział w reakcji utleniania, jest opisana poniżej jako siódma odmiana. Na fig. 22 pokazana jest schematycznie budowa reaktora do reformowania 140 według siódmej odmiany. Reaktor do reformowania 140 według siódmej odmiany jest elementem układu ogniw paliwowych, który to układ posiada strukturę podobną do struktury układu ogniw paliwowych 20, pokazanego na fig. 1. Jak to pokazano na fig. 22, reaktor do reformowania 140 ma w zasadzie kształt cylindryczny i posiada pojedynczą jednostkę reakcyjną 141 o budowie plastra miodu z katalizatorem Cu-Zn naniesionym na powierzchnie tej struktury o budowie plastra miodu. Reaktor do reformowania 140 może być obracany przy użyciu niepokazanego urządzenia napędowego. Tak jak w przypadku odmian omówionych powyżej, W reaktorze do reformowania 140 ładunek surowego paliwa gazowego dopływa przez drugi przewód dostarczający paliwo 64, a wytworzone paliwo gazowe jest kierowane do trzeciego przewodu dostarczającego paliwo 65. Drugi przewód dostarczający paliwo 64 i trzeci przewód dostarczający paliwo 65 są podłączone w przybliżeniu do środków w zasadzie kołowych przekrojów poprzecznych reaktora do reformowania 140. W celu obracania reaktora do reformowania 140 wokół środka przekroju poprzecznego, z prędkością 1 obrót/sekundę, stosuje się napęd przy użyciu silnika.

Ładunek surowego paliwa gazowego przepływający przez drugi przewód dostarczający paliwo 64 oraz ładunek powietrza przepływający przez przewód dostarczający powietrze 39 są kierowane do reaktora do reformowania 140. W tej odmianie, koniec przewodu dostarczającego powietrze 39 łączący się z reaktorem do reformowania 140, jest utworzony w drugim przewodzie dostarczającym paliwo 64. Koniec przewodu dostarczającego powietrze 39 utworzony w drugim przewodzie dostarczającym paliwo 64 jest zagięty w przestrzeni od strony górnej jednostki reakcyjnej 141 w reaktorze do reformowania 140 i jest otwarty stanowiąc wylot powietrza 142. Wylot powietrza 142 jest otwarty na końcu znajdującym się od strony górnej jednostki reakcyjnej 141. W tej odmianie, pozycja otworu jest w przybliżeniu pośrednia pomiędzy środkiem i obwodem przekroju poprzecznego na końcu jednostki reakcyjnej 141. Powietrze przepływające przez przewód dostarczający powietrze 39 jest wtryskiwane z wylotu powietrza 142 i jest dostarczane do około połowy komórek znajdujących się na obwodzie naprzeciwko wylotu powietrza 142, spośród wszystkich komórek tworzących strukturę o budowie plastra miodu jednostki reakcyjnej 141.

W reaktorze do reformowania 140 według tej odmiany, zarówno reakcja reformingu parowego jak i reakcja utleniania zachodzą w komórkach, które otrzymują ładunek powietrza z wylotu powietrza, podczas gdy tylko reakcja reformingu parowego zachodzi w komórkach, które nie otrzymują ładunku powietrza. Jak to opisano powyżej, reaktor do reformowania 140 jest obracany, przy czym pozycja wylotu powietrza 142 jest ustalona niezależnie od obrotu reaktora do reformowania 140. Dzięki temu komórki, do których dostarczany jest ładunek powietrza zmieniają się w czasie.

W tak skonstruowanym reaktorze do reformowania 140 według siódmej odmiany komórki, które otrzymują ładunek powietrza dla prowadzenia reakcji utleniania są zmieniane w czasie. Dlatego, nie występuje nadmierny wzrost temperatury w określonych komórkach od strony górnej. W komórkach zawierających ładunek powietrza, w których reakcja utleniania prowadzi do wzrostu temperatury od strony górnej, dostarczanie powietrza jest natychmiast wstrzymywane w celu dezaktywacji reakcji utleniania. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania jest zużywane przez reakcje reformingu parowego i nie występuje dodatkowy wzrost temperatury. Z drugiej strony, w komórkach, w których nie ma ładunku powietrza i w których ciepło jest zużywane przez reakcję reformingu parowego, ładunek powietrza aktywuje bezpośrednio reakcje utleniania, w której powstaje ciepło i zapobiega znacznemu obniżeniu się temperatury.

Tak jak w przypadku odmian omówionych uprzednio, stosunek ładunku metanolu do ładunku powietrza dostarczanych do reaktora do reformowania 140 jest stały, dla zrównoważenia ilości ciepła potrzebnego do reakcji reformingu parowego z ilością ciepła wytworzoną w reakcji utleniania zachodzącej w reaktorze do reformowania 140. W reaktorze do reformowania 140 według tej odmiany, prawie połowa komórek przyjmuje ładunek powietrza, spośród wszystkich komórek tworzących strukturę o budowie plastra miodu. Każdą z komórek, do których dostarczane jest powietrze, otrzymuje tlen w nadmiarze w stosunku do ilości metanolu. Zgodnie z tym, ilość wytworzonego w reakcji utleniania ciepła jest większa od ilości ciepła potrzebnego do reakcji reformingu parowego ładunku metanolu. Jak to opisano powyżej, dostarczanie powietrza do takich komórek jest natychmiast zatrzymane. Układ ten zapobiega nadmiernemu wzrostowi temperatury od strony górnej, która otrzymuje ładunek

PL 190 848 B1 powietrza. Dostarczane powietrze i surowe paliwo gazowe zawierają nadmiar tlenu. W porównaniu ze standardowym ładunkiem niezawierającym nadmiaru tlenu, obszar intensywnej reakcji utleniania jest rozciągnięty na dolną część strumienia. Dzięki temu, w odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, nie występuje znaczący spadek temperatury po stronie dolnej strumienia. W reaktorze do reformowania 140, cała jednostka reakcyjna jest utrzymywana w pożądanym zakresie temperatury i reakcja reformingu parowego jest w stanie wysokiej aktywności. Polepsza to szybkość reakcji reformingu parowego.

Figura 23 jest wykresem pokazującym rozkłady temperatury wewnętrznej od strony górnej strumienia do strony dolnej strumienia, w odniesieniu do reaktora do reformowania 140 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, który to reaktor otrzymuje ładunek o ustalonym natężeniu przepływu. Pomiar rozkładu temperatury przeprowadzono, gdy gaz był dostarczany do reaktora do reformowania 140, w warunkach, w których LHSV = 3 (objętość metanolu przetwarzanego w ciągu godziny/objętość katalizatora), przy czym stosunek powietrza do metanolu, które znajdują się w gazie, wynosi 11% oraz stosunek wody do metanolu wynosi 2. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, po stronie górnej reaktora do reformowania 140 nie występuje nadmierny wzrost temperatury. Temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania jest dzięki temu utrzymywana w zakresie od 250°C do 300°C. Zapobiega to korzystnie potencjalnym trudnościom spowodowanym przez wzrost temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Tak jak w przypadku odmian omówionych powyżej, układ ten znacząco polepsza trwałość reaktora do reformowania.

Paliwo gazowe wytworzone w powyższych warunkach w reaktorze do reformowania 140 zawierało: H2 = 50%, CO2 = 23%, H2O = 17,5%, N2 = 9%, oraz CO = 0,5% i było korzystnie użyte w ogniwach paliwowych.

Zgodnie z siódmą odmianą opisaną powyżej, reaktor do reformowania 140 jest obracany, podczas gdy wylot powietrza 142 przeznaczony do wtryskiwania strumienia powietrza jest nieruchomy. W jednej ze zmodyfikowanych struktur reaktor do reformowania jest nieruchomy, natomiast wylot powietrza jest obracany. Poniżej opisany jest reaktor do reformowania o takiej budowie, jako zmodyfikowany przykład siódmej odmiany. Na fig. 24 pokazana jest schematycznie budowa reaktora do reformowania 140, według zmodyfikowanego przykładu siódmej odmiany. Reaktor do reformowania 140A posiada w zasadzie budowę podobną do budowy reaktora do reformowania 140. W poniższym opisie, odpowiednie elementy składowe są określone przez takie same cyfry z przyrostkiem A. Reaktor do reformowania 140 według zmodyfikowanego przykładu nie jest obracany. Specjalny mechanizm obrotowy 144 jest umieszczony w zagięciu części końcowej przewodu dostarczającego powietrze 39, który prowadzi do wylotu powietrza 142A. Mechanizm obrotowy 144 obraca koniec przewodu dostarczającego powietrze 39 z wylotem powietrza 142A, w celu zmiany w czasie miejsca przepływu, od strony górnej jednostki reakcyjnej 141A, które odbiera ładunek powietrza z wylotu powietrza 142A.

Reaktor do reformowania 140A według tej konfiguracji pozwala na uzyskanie efektów podobnych do tych, jakie osiąga się z reaktora do reformowania 140 według siódmej odmiany. Mechanizm obrotowy 144 umieszczony w pobliżu końca przewodu dostarczającego powietrze 39 podtrzymuje element końcowy 143 z wylotem powietrza 142A, swobodnie obracający się względem podstawy, którą stanowi przewód dostarczający powietrze 39. Element końcowy 143 może być obracany pod wpływem działania siły wtrysku powietrza z wylotu powietrza 142A lub przez dowolne wykorzystanie mocy z zewnątrz.

W odmianie i jej zmodyfikowanym przykładzie, obracany jest albo wylot powietrza albo reaktor do reformowania. W innej zmodyfikowanej strukturze przewidzianych jest szereg otworów wylotowych powietrza po stronie górnej reaktora do reformowania i zmiany w czasie pracujących otworów wylotowych powietrza, z których powietrze jest aktualnie wtryskiwane. Odpowiednia do tego może być dowolna struktura, jeżeli tylko pozwala na zmianę w czasie miejsca przepływu w jednostce reakcyjnej, które to miejsce otrzymuje ładunek powietrza. Reaktory do reformowania 140 i 140A posiadają jednostki reakcyjne o budowie plastra miodu. W zmodyfikowanej strukturze, jednostka reakcyjna może być wypełniona granulkami z naniesionym na nie katalizatorem. Ta zmodyfikowana struktura daje także w wyniku podobne efekty, poprzez zmianę w czasie miejsca przepływu w jednostce reakcyjnej, które to miejsce otrzymuje ładunek powietrza.

Omówione powyżej reaktory do reformowania według odmian szóstej i siódmej, w inny sposób wpływają na to, że reakcja utleniania zachodzi w stadium początkowym intensywnie i dzięki temu powodują szybkie ogrzanie reaktora do reformowania do poziomu ustalonego. W stadium początkowym,

PL 190 848 B1 temperatura reaktora do reformowania jest na poziomie temperatury pokojowej i zachodzi potrzeba szybkiego ogrzania reaktora do reformowania do poziomu ustalonego. W jednej z możliwych metod, dostarcza się duże ilości metanolu i tlenu dla spowodowania intensywnego przebiegu reakcji utleniania i wewnętrznego ogrzania reaktora do reformowania. Jednakże, w reaktorze do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, gwałtowna reakcja utleniania związana z dostarczaniem dużych ilości powietrza może spowodować nadmierny wzrost temperatury w określonym obszarze od strony górnej strumienia, podczas gdy średnia temperatura reaktora do reformowania jest nadal niska. W reaktorach do reformowania według odmian szóstej i siódmej, obszar intensywnej reakcji utleniania (to jest miejsce katalizatora otrzymujące tlen o wysokim stężeniu), jest zmieniane w czasie. Dzięki temu, intensywna reakcja utleniania z użyciem dużych ilości dostarczanego powietrza, nie wywołuje nadmiernego wzrostu temperatury w dowolnym, określonym miejscu, lecz powoduje szybkie ogrzanie całego reaktora do reformowania do ustalonego poziomu.

Poniżej opisany jest reaktor do reformowania według ósmej odmiany zawierający wiele jednostek reakcyjnych, w których kierunek przepływu gazu w części jednostek reakcyjnych jest odwrotny do kierunku przepływu gazu w pozostałych jednostkach reakcyjnych, co umożliwia wymianę ciepła pomiędzy górną stroną strumienia jednej jednostki reakcyjnej, która otrzymuje dostarczane surowe paliwo gazowe oraz powietrze i dolna strona strumienia przylegającej jednostki reakcyjnej, z której uchodzi paliwo gazowe. Na fig. 25 pokazany jest schematycznie przekrój ilustrujący budowę reaktora do reformowania 150 według ósmej odmiany. Reaktor do reformowania 150 według ósmej odmiany jest elementem składowym układu ogniw paliwowych, który posiada strukturę podobną do struktury układu ogniw paliwowych 20, pokazanego na fig. 1. Reaktor do reformowania 150 ma w zasadzie kształt walca, posiada budowę typu rura w rurze i zawiera jednostkę reakcyjną 152 utworzoną wzdłuż jego ściany wewnętrznej oraz jednostkę reakcyjną 151 umieszczoną wewnątrz jednostki reakcyjnej 152. Jednostka reakcyjna 151 otrzymuje dostarczane surowe paliwo gazowe oraz powietrze, z jednego końca jednostki reakcyjnej (lewy koniec na fig. 25), natomiast paliwo gazowe uchodzi z drugiego końca jednostki reakcyjnej (prawy koniec na fig. 25). Jednostka reakcyjna 152 otrzymuje także dostarczane z jednego końca surowe paliwo gazowe oraz powietrze i paliwo gazowe uchodzi z jej drugiego końca, ale odpowiednie końce są po prostu przeciwległe do tych w jednostce reakcyjnej 151. Dzięki temu, kierunek przepływu gazu w jednostce reakcyjnej 151, jest przeciwny do kierunku przepływu gazu w jednostce reakcyjnej 152. Każda z jednostek reakcyjnych 151 i 152 może być strukturą o budowie plastra miodu, zawierającą naniesiony na jej powierzchnię katalizator Cu-Zn albo może być wypełniona granulkami z naniesionym na nie katalizatorem Cu-Zn.

W tak skonstruowanym reaktorze do reformowania 150 według ósmej odmiany, strona górna strumienia wewnętrznej jednostki reakcyjnej 151 przylega do strony dolnej strumienia zewnętrznej jednostki reakcyjnej 152 oraz strona dolna strumienia wewnętrznej jednostki reakcyjnej 151 przylega do strony górnej strumienia zewnętrznej jednostki reakcyjnej 152. Układ ten umożliwia wymianę ciepła pomiędzy górną stroną strumienia jednej jednostki reakcyjnej i dolną stroną strumienia drugiej jednostki reakcyjnej. Ciepło wytworzone w reakcji utleniania od strony górnej strumienia jednej jednostki reakcyjnej jest przenoszone do dolnej części strumienia drugiej jednostki reakcyjnej przylegającej do niej (patrz strzałki narysowane linią przerywaną na fig. 25). Układ ten skutecznie zapobiega nadmiernemu wzrostowi temperatury od strony górnej strumienia, która odbiera dostarczane surowe paliwo gazowe i powietrze.

Dolna część strumienia każdej jednostki reakcyjnej, znajdującej się w reaktorze do reformowania 150 odbiera ciepło przenoszone od strony górnej strumienia przylegającej jednostki reakcyjnej. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, nie występuje znaczący spadek temperatury po stronie dolnej strumienia. Każda jednostka reakcyjna w reaktorze do reformowania 150 jest dzięki temu utrzymywana w stanie wysokiej aktywności reakcji reformingu parowego.

Figura 26 jest wykresem pokazującym rozkłady temperatury wewnętrznej od jednego końca do drugiego końca, w odniesieniu do opisanych powyżej, odpowiednich jednostek reakcyjnych reaktora do reformowania 150 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, który posiada stały kierunek przepływu gazu we wnętrzu jednostek reakcyjnych. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w reaktorze do reformowania 150 nie występuje nadmierny wzrost temperatury w określonym obszarze od strony górnej strumienia, związany z ciepłem wytworzonym w reakcji utleniania. Nie występuje także znaczący spadek temperatury w określonych obszarach w dolnej stronie strumienia. Dzięki temu, temperatura wewnętrzna reaktora

PL 190 848 B1 do reformowania jest korzystnie utrzymywana w zakresie od 250°C do 300°C. Jak to opisano powyżej, w reaktorze do reformowania 150 według tej odmiany, nie ma gwałtownego wzrostu temperatury w pobliżu wlotu. Zapobiega to korzystnie potencjalnym trudnościom spowodowanym przez wzrost temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Tak jak w odmianach omówionych powyżej, układ ten znacząco polepsza trwałość reaktora do reformowania.

Omówiony powyżej reaktor do reformowania 150 według ósmej odmiany, posiada strukturę typu rura w rurze, obejmującą wewnętrzną jednostkę reakcyjną 151 i zewnętrzną jednostkę reakcyjną 152, w których kierunek przepływu gazu w jednej jednostce reakcyjnej jest przeciwny do kierunku przepływu gazu w drugiej jednostce reakcyjnej. W uogólnionej strukturze, reaktor do reformowania zawiera wiele jednostek reakcyjnych, w których kierunek przepływu gazu w części jednostek reakcyjnych jest odwrotny do kierunku przepływu gazu w pozostałych jednostkach reakcyjnych. Układ ten umożliwia wymianę ciepła pomiędzy górną częścią strumienia, w której wytwarzana jest duża ilość ciepła i dolną częścią strumienia, w której następuje pobieranie dużych ilości ciepła. Dzięki temu zapewnione są takie same efekty, jakie omówiono w odniesieniu do ósmej odmiany. Na przykład, zamiast struktury typu rura w rurze, reaktor do reformowania może być zbudowany w postaci stosu, w którym wiele cienkich jednostek reakcyjnych jest ułożonych jedna na drugiej. W stosie odpowiednich jednostek reakcyjnych, kierunek przepływu gazu jest zmieniany naprzemiennie. W tej strukturze, wymiana ciepła zachodzi pomiędzy górną stroną strumienia każdej jednostki reakcyjnej i dolną stroną strumienia przylegającej jednostki reakcyjnej, tak aby nastąpiło ujednorodnienie temperatury wewnętrznej.

Poniżej opisana jest dziewiąta odmiana, która posiada obszar zwrotny znajdujący się w środku drogi przepływu wyznaczonej w jednostce reakcyjnej, w którym górna część strumienia i dolna część strumienia przylegają do siebie w jednostce reakcyjnej, umożliwiając tam wymianę ciepła między tymi strumieniami. Fig. 27 jest przekrojem ilustrującym schematycznie budowę reaktora do reformowania 160 według dziewiątej odmiany. Reaktor do reformowania 160 według dziewiątej odmiany stanowi element składowy układu ogniw paliwowych, który to układ posiada strukturę podobną do struktury układu ogniw paliwowych 20, pokazanego na fig. 1. Podobnie jak w przypadku reaktora do reformowania 150 według ósmej odmiany, reaktor do reformowania 160 ma w zasadzie kształt walca, posiada budowę typu rura w rurze i zawiera sekcję wewnętrzną 161 oraz sekcję zewnętrzną 162. Sekcja wewnętrzna 161 i sekcja zewnętrzna 162 stanowią razem ciąg nieprzerwany i tworzą pojedynczą jednostkę reakcyjną 163.

Drugi przewód dostarczający paliwo 64 łączy się z jednym końcem sekcji wewnętrznej 161. Ładunki surowego paliwa gazowego i powietrza, przepływające przez drugi przewód dostarczający paliwo 64, przemieszczają się w sekcji wewnętrznej 161 z jednego końca tej sekcji do jej drugiego końca. Drugi koniec sekcji wewnętrznej 161 łączy się z sekcją zewnętrzną 162. Gaz przepływający przez sekcję wewnętrzną 161 jest kierowany z jej drugiego końca do sekcji zewnętrznej 162 (patrz strzałki nakreślone linią ciągłą na fig. 27). Gaz wprowadzony do sekcji zewnętrznej 162 przechodzi przez wnętrze sekcji zewnętrznej 162 i jest wprowadzany do trzeciego przewodu dostarczającego paliwo 65, na końcu, który odpowiada pierwszemu końcowi sekcji wewnętrznej 161. Otrzymane paliwo gazowe, wytworzone z gazu, który przechodzi przez jednostkę reakcyjną 163, jest usuwane do trzeciego przewodu dostarczającego paliwo 65. Sekcja wewnętrzna 161 i sekcja zewnętrzna 162 jednostki reakcyjnej 163 mogą mieć strukturę o budowie plastra miodu, z naniesionym na tę strukturę katalizatorem Cu-Zn albo mogą być wypełnione granulkami katalizatora Cu-Zn.

W tak skonstruowanym reaktorze do reformowania 160 według dziewiątej odmiany, sekcja wewnętrzna 161 przylega do sekcji zewnętrznej 162. Układ ten umożliwia wymianę ciepła pomiędzy sekcją wewnętrzną 161 i sekcją zewnętrzną 162. Sekcja wewnętrzna 161 odpowiada górnej części strumienia jednostki reakcyjnej 163, w której gwałtownie zachodzi reakcja utleniania w celu wytworzenia dużej ilości ciepła. Sekcja zewnętrzna 162 odpowiada dolnej części strumienia jednostki reakcyjnej 163, w której zachodzi głównie reakcja reformingu parowego wymagająca dostarczania ciepła. W reaktorze do reformowania 160, ciepło jest przenoszone z sekcji wewnętrznej 161, w której powstają duże ilości ciepła, do sekcji zewnętrznej 162 wymagającej dostarczania ciepła (patrz strzałki narysowane linią przerywaną na fig. 27). Dzięki temu nie występuje nadmierny wzrost temperatury w sekcji wewnętrznej 161, która odpowiada górnej części strumienia.

W reaktorze do reformowania 160, sekcja zewnętrzna 162 odpowiada dolnej stronie strumienia, która odbiera ciepło przeniesione z przylegającej sekcji wewnętrznej 161. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, nie występuje dzięki temu znaczący spadek temperatury po stronie dolnej strumienia. Cała jednostka reakcyjna reaktora do reformowania 160

PL 190 848 B1 jest dzięki temu utrzymywana w stanie wysokiej aktywności reakcji reformingu parowego. Zwiększa to szybkość reakcji reformingu parowego.

Figura 28 jest wykresem pokazującym rozkłady temperatury wewnętrznej od jednego końca połączonego z drugim przewodem dostarczającym paliwo 64 do drugiego końca, w odniesieniu do opisanego powyżej reaktora do reformowania 160 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w którym jest ustalony kierunek przepływu gazu wewnątrz jednostki reakcyjnej. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w reaktorze do reformowania 160 nie występuje nadmierny wzrost temperatury po stronie górnej strumienia w wyniku działania ciepła wytworzonego w reakcji utleniania. Nie ma także znaczącego spadku temperatury po stronie dolnej strumienia. Temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania jest dzięki temu utrzymywana korzystnie w zakresie od 250°C do 300°C. Jak to opisano powyżej, w reaktorze do reformowania 160 według tej odmiany, nie występuje nagły wzrost temperatury w sąsiedztwie wlotu. Zapobiega to korzystnie potencjalnym trudnościom spowodowanym przez wzrost temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Tak jak w przypadku odmian omówionych powyżej, układ ten znacząco poprawia trwałość reaktora do reformowania.

Omówiony powyżej reaktor do reformowania 160 według dziewiątej odmiany posiada strukturę typu rura w rurze, obejmującą sekcję wewnętrzną 161 i sekcję zewnętrzną 162, przy czym kierunek przepływu gazu w sekcji wewnętrznej 161 jest odwrotny do kierunku przepływu gazu w sekcji zewnętrznej 162. Jednakże, reaktor do reformowania według tego układu nie jest ograniczony do struktury typu rura w rurze. W strukturze uogólnionej, obszar zawrotu przewidziany jest w środku drogi przepływu, przez którą przemieszcza się surowe paliwo gazowe oraz powietrze i górna strona strumienia oraz dolna strona strumienia są ułożone przylegająco jedna do drugiej, dla umożliwienia wymiany ciepła pomiędzy nimi. Układ ten daje takie same efekty jak układy omówione w odmianie dziewiątej. Na przykład, zamiast struktury typu rura w rurze, reaktor do reformowania może posiadać drogę przepływu w postaci pętli, w której to drodze przepływu kierunek przepływu gazu od strony górnej strumienia jest odwrotny do kierunku przepływu gazu po stronie dolnej strumienia. Na fig. 29 pokazany jest reaktor do reformowania 160A o takiej strukturze. Struktura ta umożliwia także przenoszenie ciepła ze strony górnej strumienia do przylegającej strony dolnej strumienia (patrz strzałki na fig. 29), powodując dzięki temu ujednorodnienie temperatury wewnętrznej.

Poniżej, jako dziesiątą odmiana, opisana jest struktura, w której następuje ogrzewanie dolnej części strumienia reaktora do reformowania za pomocą gorących spalin uchodzących z wyparki 32. Figura 30 jest przekrojem ilustrującym schematycznie budowę reaktora do reformowania 170 według dziesiątej odmiany. Reaktor do reformowania 170 według dziesiątej odmiany, jest elementem składowym układu ogniw paliwowych, który to układ posiada strukturę podobną do struktury układu ogniw paliwowych 20, pokazanego na fig. 1. Reaktor do reformowania 170 zawiera dwie jednostki reakcyjne 171 i 172, posiadające strukturę o budowie plastra miodu, z katalizatorem Cu-Zn naniesionym na powierzchnię tych struktur. Podział reaktora do reformowania 170 na dwie jednostki reakcyjne umożliwia ponowne mieszanie gazu wyodrębnionego przez każdą komórkę struktury o budowie plastra miodu w jednostce reakcyjnej 171 od strony górnej strumienia w trakcie przemieszczania się po ścieżce przepływu i tym samym umożliwia ujednolicenie warunków przepływu gazu przez wnętrze jednostki reakcyjnej 170. Reaktor do reformowania 170 łączy się z drugim przewodem dostarczającym paliwo 64, który odbiera ładunek powietrza z przewodu dostarczającego powietrze 39 oraz odbiera ładunek surowego paliwa gazowego zmieszanego z powietrzem. Ładunek surowego paliwa gazowego, który zawiera powietrze i jest wprowadzany z drugiego przewodu dostarczającego paliwo 64, przechodzi kolejno przez jednostki reakcyjne 171 i 172. Otrzymane paliwo gazowe bogate w wodór jest następnie kierowane do trzeciego przewodu dostarczającego paliwo 65.

Jednostki reakcyjne 171 i 172 są wyposażone w czujniki pomiarowe temperatury, odpowiednio 173 i 174. Te czujniki pomiarowe temperatury 173 i 174 są podłączone do jednostki sterującej 50. Informacje dotyczące temperatur wewnętrznych jednostek reakcyjnych 171 i 172, są wysyłane do jednostki sterującej 50. Jak to omówiono w dalszym ciągu, wyniki pomiaru czujnika pomiarowego temperatury 173 są wykorzystywane do zapobiegania nadmiernemu wzrostowi temperatury wewnątrz jednostki reakcyjnej 171, podczas gdy wyniki pomiaru czujnika pomiarowego temperatury 174 są wykorzystywane do zapobiegania nadmiernemu spadkowi temperatury wewnątrz jednostki reakcyjnej 172. Dlatego, pożądane jest, aby czujnik pomiarowy temperatury 173 był umieszczony od strony górnej strumienia jednostki reakcyjnej 171 oraz aby czujnik pomiarowy temperatury był umieszczony po stronie dolnej strumienia jednostki reakcyjnej 172.

PL 190 848 B1

Wlot gazów wylotowych po spalaniu 175, do którego wprowadzane są gazy spalinowe wydalane z wyparki 32, jest umieszczony w specjalnym położeniu na obwodzie reaktora do reformowania 170, które koresponduje z jednostką reakcyjną 172. Jak to uprzednio opisano, wyparka 32 odbiera ładunek gazów wylotowych po spalaniu z palnika 26 poprzez agregat sprężarkowy 28 i ogrzewa oraz odparowuje metanol i wodę, wykorzystując ciepło zawarte w gazach spalinowych. Gazy wylotowe po spalaniu uchodzące z agregatu sprężarkowego 28, po wykorzystaniu ciepła wewnętrznego w wyparce 32 dla ogrzania oraz odparowania metanolu i wody, nadal posiadają pewna ilość ciepła. W reaktorze do reformowania 170 według tej odmiany, te gazy wylotowe po spalaniu są kierowane do wlotu gazów spalinowych 175 i użyte do ogrzania jednostki reakcyjnej 172 po stronie dolnej strumienia.

Układ ogniw paliwowych zawierający reaktor do reformowania 170 według tej odmiany, posiada przewód doprowadzający gazy wylotowe po spalaniu 176, który kieruje gazy wylotowe po spalaniu wydalane z wyparki 32 do wlotu gazów wylotowych po spalaniu 175. Na przewodzie doprowadzającym gazy wylotowe po spalaniu 176 jest umieszczony regulator masowego natężenia przepływu 177, w celu regulowania natężenia przepływu gazów wylotowych po spalaniu, kierowanych do wlotu gazów wylotowych po spalaniu 175. Regulator masowego natężenia przepływu 177 jest podłączony do jednostki sterującej 50. Jednostka sterująca 50 reguluje natężenie przepływu gazów wylotowych po spalaniu kierowanych do wlotu gazów wylotowych po spalaniu 175. Temperatura gazów wylotowych po spalaniu kierowanych z wyparki 32 do wlotu gazów wylotowych po spalaniu 175 wynosi w przybliżeniu 300°C. Temperatura wewnętrzna jednostki reakcyjnej 172 jest ustawiana przez regulowanie stanu układu napędowego regulatora masowego natężenia przepływu 177 oraz regulowanie natężenia przepływu gazów wylotowych po spalaniu, dostarczanych do wlotu gazów wylotowych po spalaniu 175. Gazy wylotowe po spalaniu, dostarczane do wlotu gazów wylotowych po spalaniu 175 są użyte do ogrzania jednostki reakcyjnej 172 i następnie usuwane z układu ogniw paliwowych.

W jednostce reakcyjnej 171 od strony górnej strumienia reaktora do reformowania 170 według tej odmiany, ilość ciepła wytworzonego w reakcji utleniania kompensuje ilość ciepła wymaganą dla reakcji reformingu parowego prowadzonej w jednostce reakcyjnej 171. Z drugiej strony, w jednostce reakcyjnej 172 po dolnej stronie strumienia, ciepło potrzebne dla reakcji reformingu parowego prowadzonej w jednostce reakcyjnej 172, jest dostarczane zarówno przez reakcję utleniania zachodzącą po stronie górnej strumienia jak i dostarczane z gazów wylotowych po spalaniu, kierowanych do wlotu gazów wylotowych po spalaniu 175. W układzie ogniw paliwowych zawierających reaktor do reformowania 170 według tej odmiany, jednostka sterująca 50 reguluje ilość uruchomień dmuchawy 38, która pobiera powietrze dostarczone do reaktora do reformowania 170, w oparciu o wyniki pomiaru czujnikiem pomiarowym temperatury 173 oraz reguluje natężenie przepływu powietrza dostarczanego do reaktora do reformowania 170, w celu spowodowania, aby temperatura wewnętrzna jednostki reakcyjnej 171 nie przekraczała 300°C. W układzie ogniw paliwowych według tej odmiany, jednostka sterująca 50 reguluje także ilość uruchomień regulatora masowego natężenia przepływu 177 w oparciu o wyniki pomiaru czujnikiem pomiarowym temperatury 174 oraz reguluje natężenie przepływu gazów wylotowych po spalaniu wprowadzanych do wlotu gazów wylotowych po spalaniu 175, w celu spowodowania, aby temperatura wewnętrzna jednostki reakcyjnej 172 nie była niższa od 250°C.

W tak skonstruowanym reaktorze do reformowania 170 według dziesiątej odmiany, jednostka reakcyjna 172 jest po stronie dolnej strumienia ogrzewana gazami wylotowymi po spalaniu. Z tego powodu, nie ma potrzeby, aby ciepło wytworzone w reakcji utleniania kompensowało całą ilość ciepła wymaganą do przeprowadzenia, w reaktorze do reformowania 170, reakcji reformingu parowego. Dzięki temu, układ ten umożliwia zmniejszenie natężenia przepływu powietrza dostarczanego do reaktora do reformowania 170 i zużywanego w reakcji utleniania, tłumiąc tym samym postęp reakcji utleniania zachodzącej od strony górnej strumienia. Natężenie przepływu powietrza dostarczanego do reaktora do reformowania 170, jest regulowane w oparciu o obserwowaną temperaturę wewnętrzną jednostki reakcyjnej 171. Układ ten skutecznie zapobiega nadmiernemu wzrostowi temperatury w jednostce reakcyjnej 171, w której zachodzi gwałtownie reakcja utleniania.

W reaktorze do reformowania 170, ciepło wewnętrzne gazów wylotowych po spalaniu kierowanych do wlotu gazów wylotowych po spalaniu 175, jest przenoszone do jednostki reakcyjnej 172 po stronie dolnej strumienia. Dzięki temu, w odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, po stronie dolnej strumienia nie występuje znaczący spadek temperatury. Tym samym, cała jednostka reakcyjna w reaktorze do reformowania 170, jest utrzymywana w stanie wysokiej aktywności reakcji reformingu parowego. Poprawia to szybkość reakcji reformingu parowego. Ciepło gazów wylotowych po spalaniu, które w strukturze według dotychczasowego stanu techniki

PL 190 848 B1 stanowi odpad, jest wykorzystywane do ogrzewania jednostki reakcyjnej 172. Dzięki temu układ ten nie obniża sprawności energetycznej ogrzewania jednostki reakcyjnej 172.

Figura 31 jest wykresem pokazującym rozkłady temperatury wewnętrznej od strony górnej strumienia, która odbiera ładunek surowego paliwa gazowego zawierającego powietrze do strony dolnej strumienia, w odniesieniu do opisanego powyżej reaktora do reformowania 170 oraz reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w którym ilość ciepła wytworzonego w reakcji utleniania kompensuje całą ilość ciepła potrzebną dla reakcji reformingu parowego. W odróżnieniu do reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w reaktorze do reformowania 170 nie występuje nadmierny wzrost temperatury po stronie górnej strumienia, który jest związany z ciepłem wytworzonym w reakcji utleniania. Nie występuje także nadmierny spadek temperatury po stronie dolnej strumienia. Temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania jest dzięki temu utrzymywana korzystnie w zakresie temperatur od 250°C do 300°C. Jak to opisano powyżej, w reaktorze do reformowania 170 według tej odmiany, nie ma nagłego wzrostu temperatury w pobliżu wlotu. Zapobiega to korzystnie potencjalnym trudnościom związanym, że wzrostem temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Tak jak w przypadku odmian omówionych powyżej, układ ten polepsza znacząco trwałość reaktora do reformowania.

Omówiony powyżej reaktor do reformowania 170 według dziesiątej odmiany zawiera dwie jednostki reakcyjne 171 i 172 utworzone w postaci struktur o budowie plastra miodu. Zamiast struktury o budowie plastra miodu, reaktor do reformowania może być wypełniony granulkami z naniesionym na nie katalizatorem. W tym przypadku, reaktor do reformowania może nie być podzielony na dwie sekcje, ale może być jednorodnie wypełniony granulkami. Postępując odmiennie, do ogrzania dolnej części strumienia można użyć dowolny, gorący gaz, inny niż gazy wylotowe po spalaniu dostarczane z wyparki 38. Na przykład, w układzie ogniw paliwowych zawierających reaktor do reformowania 170 według tej odmiany, w przypadku, gdy źródło ciepła które dostarcza ciepło potrzebne dla wyparki 32 jest inne niż źródło które napędza agregat sprężarkowy 28, który dostarcza sprężone powietrze do katod ogniw paliwowych 40, gorący gaz użyty do ogrzania części dolnej strumienia może być gazem odlotowym wydalanym z każdego innego źródła ciepła i źródła napędowego. W zamian, można użyć gaz wydalany z innej części składowej o wysokiej temperaturze układu ogniw paliwowych, jeżeli gaz ten posiada energię pozwalającą na utrzymanie temperatury wewnętrznej reaktora do reformowania w zakresie od 250°C do 300°C. Zamiast używania gorącego gazu wydalanego z części składowej o wysokiej temperaturze, inna dostępna struktura wymusza cyrkulację określonego płynu pomiędzy częścią składową o wysokiej temperaturze i reaktorem do reformowania i dostarcza energię cieplną części składowej o wysokiej temperaturze do reaktora do reformowania za pomocą cyrkulującego płynu.

Poniżej opisana jest jako odmiana jedenasta, struktura dostarczająca do strony górnej strumienia reaktora do reformowania część surowego paliwa w postaci ciekłej. Na fig. 32 przedstawiona jest schematycznie budowa reaktora do reformowania 180 według odmiany jedenastej. Reaktor do reformowania 180 według odmiany jedenastej jest elementem składowym układu ogniw paliwowych, o strukturze podobnej do struktury układu ogniw paliwowych 20 na fig. 1. Reaktor do reformowania 180 posiada pojedynczą jednostkę reakcyjną 181 posiadającą strukturę o budowie plastra miodu z naniesionym na jej powierzchnię katalizatorem Cu-Zn. Reaktor do reformowania 180 jest połączony z drugim przewodem dostarczającym paliwo 64 w celu przyjmowania ładunku surowego paliwa gazowego i dodatkowo przyjmowania ładunku zmieszanego roztworu metanolu i wody (określanego w dalszej części jako surowe paliwo ciekłe). Jak to uprzednio opisano, surowe paliwo ciekłe jest kierowane do wyparki 32 poprzez pierwszy przewód dostarczający paliwo 63. Pierwszy przewód dostarczający paliwo 63 rozdziela się na odgałęzienie przewodu paliwa surowego 182, dostarczające surowe paliwo ciekłe do reaktora do reformowania 180. W strukturze według tej odmiany, przewód dostarczający powietrze 39 nie łączy się z drugim przewodem dostarczającym paliwo 64, lecz jest połączony z odgałęzieniem przewodu paliwa surowego 182, tworząc przewód paliwa surowego 183. Przewód paliwa surowego 183 jest podłączony do górnego końca strumienia reaktora do reformowania 180 dla dostarczania do reaktora do reformowania 180 surowego paliwa ciekłego zmieszanego z powietrzem. Regulatory masowego natężenia przepływu 184 i 185 są umieszczone odpowiednio na przewodzie dostarczającym powietrze 39 i na odgałęzieniu przewodu paliwa surowego 182, dla regulowania natężenia przepływu powietrza oraz ilości surowego paliwa ciekłego dostarczanego do reaktora do reformowania 180. Te regulatory masowego natężenia przepływu 184 i 185 są podłączone do jednostki sterującej 50, która reguluje ich sumy uruchomień. Dysza wtryskowa 187 utworzona jako element końcowy przewodu paliwa surowego 183 jest umieszczona w pobliżu górnego końca strumienia jednostki reakcyjnej 181

PL 190 848 B1 w reaktorze do reformowania 180. Surowe paliwo ciekłe zmieszane z powietrzem jest wtryskiwane z tej dyszy wtryskowej 187 za pomocą ciśnienia powietrza w kierunku końca jednostki reakcyjnej 181 i jest wprowadzane na duży obszar przekroju końca jednostki reakcyjnej 181. Dysza wtryskowa 187 może nie być uformowana w postać dyszy, ale może mieć dowolny kształt umożliwiający natryskiwanie cieczy na rozległy obszar. W reaktorze do reformowania 180, czujnik pomiarowy temperatury 186 jest umieszczony w pobliżu górnego końca strumienia jednostki reakcyjnej 181. Czujnik pomiarowy temperatury 186, jest podłączony do jednostki sterującej 50. Informacja dotycząca temperatury po stronie górnej strumienia jednostki reakcyjnej 181 jest wprowadzana do jednostki sterującej 50.

Jak to opisano powyżej, gdy ładunki surowego paliwa gazowego i powietrza wprowadza się do reaktora do reformowania, reakcja utleniania zachodzi gwałtownie prowadząc do wzrostu temperatury od strony górnej strumienia, gdzie stężenie tlenu jest wysokie. Z drugiej strony, w strukturze według tej odmiany surowe paliwo ciekłe jest wtryskiwane w kierunku górnego końca strumienia jednostki reakcyjnej 181, tak aby regulować temperaturę od strony górnej strumienia. Surowe paliwo ciekłe wtryskiwane do jednostki reakcyjnej 181, która została ogrzana do wysokich temperatur, pobiera ciepło z jednostki reakcyjnej 181 i jest ogrzewane i odparowywane. Dzięki temu, przez regulowanie ilości dostarczanego surowego paliwa ciekłego, reguluje się temperaturę po stronie górnej strumienia jednostki reakcyjnej 181, tak aby nie przekraczała wcześniej ustalonego poziomu.

W procesie wytwarzania paliwa gazowego bogatego w wodór w reaktorze do reformowania 180 według tego układu, kontrolowany jest ładunek surowego paliwa ciekłego dostarczanego do reaktora do reformowania 180 oraz jego ilość, w oparciu o temperaturę wewnętrzną jednostki reakcyjnej 181 mierzoną za pomocą czujnika pomiaru temperatury 186. Całkowita ilość metanolu dostarczanego do reaktora do reformowania 180 zależy od wielkości obciążenia przyłączonego do ogniw paliwowych 40, to jest od ilości paliwa gazowego, którą należy dostarczyć do ogniw paliwowych 40. Ilość metanolu przepływającego przez pierwszy przewód dostarczający paliwo 63 i przesyłanego do reaktora do reformowania 180 w postaci ciekłej reguluje się w oparciu o wyniki pomiaru czujnika pomiarowego temperatury 186. Zgodnie z określoną procedurą, gdy temperatura w jednostce reakcyjnej 181 przekroczy wcześniej ustalony poziom (w tej odmianie 300°C), surowe paliwo ciekłe jest rozpylane z dyszy wtryskowej 187. Ilość surowego paliwa ciekłego rozpylanego z dyszy wtryskowej 187 jest tak regulowana, aby temperatura jednostki reakcyjnej 181 nie była wyższa od wcześniej ustalonego poziomu. Gdy temperatura jednostki reakcyjnej 181 nie jest wyższa od wcześniej ustalonego poziomu, z dyszy wtryskowej 187 rozpylane jest tylko powietrze.

W tak skonstruowanym reaktorze do reformowania 180 według odmiany jedenastej, ciecz jest rozpylana i odparowywana wewnątrz reaktora do reformowania 180, tak aby schłodzić górną stronę strumienia jednostki reakcyjnej 181. Układ ten skutecznie zapobiega nadmiernemu wzrostowi temperatury po stronie górnej strumienia jednostki reakcyjnej 181, spowodowanym przez ciepło wytworzone w reakcji utleniania. Cieczą rozpylaną w reaktorze do reformowania 180, w celu schłodzenia górnej części strumienia jednostki reakcyjnej 181, jest surowe paliwo ciekłe, które ulega reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, zachodzących w reaktorze do reformowania 180.

Dzięki temu wtryskiwanie cieczy nie wpływa na reakcje zachodzące w reaktorze do reformowania 180.

Figura 33 jest wykresem pokazującym rozkłady temperatury wewnętrznej, od strony górnej strumienia, która otrzymuje dostarczane surowe paliwo gazowe zawierające powietrze do strony dolnej strumienia, w odniesieniu do reaktora do reformowania 180 opisanego powyżej i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w którym cała ilość metanolu potrzebna do wytworzenia żądanej ilości paliwa gazowego jest dostarczana poprzez wyparkę 32. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w reaktorze do reformowania 180 nie występuje nadmierny wzrost temperatury od strony górnej strumienia, spowodowany przez ciepło wytworzone w reakcji utleniania. Dzięki temu, temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania jest utrzymywana w zakresie od 250°C do 300°C. Ja to opisano powyżej, w reaktorze do reformowania 180 według tej odmiany, nie ma nagłego wzrostu temperatury w pobliżu wlotu. Zapobiega to korzystnie potencjalnym trudnościom związanym ze wzrostem temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Tak jak w przypadku odmian omówionych powyżej, układ ten znacząco polepsza trwałość reaktora do reformowania.

Gdy temperatura na stronie górnej reaktora do reformowania 180 nadmiernie wzrasta i zwiększona ilość surowego paliwa ciekłego jest rozpylana z dyszy wtryskowej 187, zmniejszenie przyłączonego do ogniw paliwowych 40 obciążenia mocą elektryczną może spowodować, że metanol dostarPL 190 848 B1 czany do reaktora do reformowania 180 znajduje się w nadmiarze i paliwo gazowe jest wytwarzane w nadmiarze w stosunku do wymaganej ilości. W układzie ogniw paliwowych zawierających reaktor do reformowania 180 według tej odmiany, paliwo gazowe znajdujące się w gazach odlotowych usuwanych z ogniw paliwowych 40 jest używane jako paliwo do spalania w palniku 26. Dzięki temu, nie ma obniżenia całkowitej wydajności energetycznej układu, nawet w takich przypadkach.

W reaktorze do reformowania 180 według tej odmiany, zmieszany roztwór metanolu i wody jest rozpylany z dyszy wtryskowej 187 w celu schłodzenia górnej części strumienia jednostki reakcyjnej 181. Zamiast tego, można tylko rozpylać albo metanol albo wodę. W tym przypadku, zamiast pierwszego przewodu dostarczającego paliwo 63, stworzone jest odgałęzienie albo od przewodu, którym przepływa metanol 60 albo od przewodu, którym przepływa woda 62. Przez to odgałęzienie przepływa metanol albo woda i są rozpylane z takiej dyszy jak dysza wtryskowa 187. Układ ten umożliwia także rozpylanie cieczy w celu zużycia ciepła na odparowanie po stronie górnej strumienia jednostki reakcyjnej 181 i tym samym daje podobne efekty jak reaktora do reformowania 180 według odmiany jedenastej omówionej powyżej.

Poniżej opisana jest odmiana dwunasta, w której jednostka reakcyjna, w której zachodzą zarówno reakcja reformingu parowego jak i reakcja utleniania, jest umieszczona przylegająco do jednostki reakcyjnej, w której zachodzi tylko reakcja reformingu parowego, dla umożliwienia wymiany ciepła pomiędzy tymi jednostkami reakcyjnymi i tym samym dla zapobieżenia nadmiernemu wzrostowi temperatury, spowodowanemu przez ciepło wytworzone w reakcji utleniania. Na fig. 34 przedstawiona jest schematycznie budowa reaktora do reformowania 190 według odmiany dwunastej. Reaktor do reformowania 190 według odmiany dwunastej jest elementem składowym układu ogniw paliwowych, którego struktura jest podobna do struktury układu ogniw paliwowych 20, pokazanego na fig. 1. Reaktor do reformowania 190 jest utworzony w zasadzie w kształcie walca i ma trzy jednostki reakcyjne 191, 192 i 193, posiadające strukturę o budowie plastra miodu. Jednostka reakcyjna 193 jest uformowana wzdłuż ściany wewnętrznej reaktora do reformowania 190, natomiast jednostki reakcyjne 191 i 192 są uformowane wewnątrz jednostki reakcyjnej 193. Jednostka reakcyjna 191 jest umieszczona od strony górnej strumienia, natomiast jednostka reakcyjna 192 jest umieszczona na stronie dolnej strumienia. Pomiędzy tymi jednostkami reakcyjnymi istnieje przestrzeń 200.

W reaktorze do reformowania 190, wszystkie jednostki reakcyjne 191, 192 i 193 zawierają naniesiony na ich powierzchnie katalizator Cu-Zn. Jednostka reakcyjna 193 jest połączona z drugim przewodem dostarczającym paliwo 64, w celu przyjmowania ładunku surowego paliwa gazowego, nie otrzymując równocześnie ładunku powietrza. Stosownie do tego, w jednostce reakcyjnej 193 ma miejsce tylko reakcja reformingu parowego. Drugi przewód dostarczający paliwo 64 jest połączony z jednostką reakcyjną 191 jak również z jednostką reakcyjną 193.

Surowe paliwo gazowe dostarczane do jednostki reakcyjnej 191 przechodzi kolejno przez wnętrze jednostki reakcyjnej 191 i jednostki reakcyjnej 192. Przewód dostarczający powietrze 39 rozgałęzia się na odgałęzienia przewodu powietrza 194 i 195, które są połączone odpowiednio z górnymi częściami strumienia jednostki reakcyjnej 191 i jednostki reakcyjnej 192. Powietrze przepływa przez odgałęzienia przewodu powietrza 194 i 195 i jest dostarczane do odpowiednich jednostek reakcyjnych. Dzięki temu, zarówno reakcja reformingu parowego jak i reakcja utleniania zachodzą w jednostce reakcyjnej 191 jak i w jednostce reakcyjnej 192. Zarówno gaz bogaty w wodór wytworzony w reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, które zachodzą w jednostkach reakcyjnych 191 i 192 oraz gaz bogaty w wodór wytworzony w reakcji reformingu parowego, która zachodzi w jednostce reakcyjnej 193, jest wprowadzany do trzeciego przewodu dostarczającego paliwo 65 i kierowany do reaktora do obniżania stężenia CO 36.

Regulatory masowego natężenia przepływu 196 i 197 są umieszczone odpowiednio na odgałęzieniach przewodu powietrza 194 i 195, które są odgałęzieniami przewodu dostarczającego powietrze 39, w celu regulowania natężeń przepływu powietrza dostarczanego do jednostek reakcyjnych 191 i 192. Te regulatory masowego natężenia przepływu 196 i 197 są podłączone do jednostki sterującej 50, która reguluje natężenia przepływu powietrza dostarczanego do odpowiednich jednostek reakcyjnych. Czujniki pomiaru temperatury 198 i 199 znajdują się w odpowiednich częściach strumieni górnych jednostek reakcyjnych 191 i 192, w celu pomiaru temperatur wewnętrznych odpowiednich jednostek reakcyjnych. Te czujniki pomiaru temperatury 198 i 199 są podłączone do jednostki sterującej 50. Obserwowane temperatury wewnętrzne odpowiednich jednostek reakcyjnych są wprowadzane do jednostki sterującej 50. Jednostka sterująca 50 reguluje natężenia przepływu powietrza dostarczane40

PL 190 848 B1 go do odpowiednich jednostek reakcyjnych, w oparciu o wyniki pomiarów przekazanych z odpowiednich mierników pomiaru temperatury.

W jednostkach reakcyjnych 191 i 192 reaktora do reformowania 190 według tej odmiany, ilość ciepła wytworzonego w reakcji utleniania, zachodzącej w tych jednostkach reakcyjnych, równoważy ilość ciepła potrzebną do przeprowadzenia reakcji reformingu parowego, która również zachodzi w tych jednostkach reakcyjnych. Z drugiej strony, w jednostce reakcyjnej 193 znajdującej się na obwodzie, ciepło potrzebne do przeprowadzenia reakcji reformingu parowego, zachodzącej w tej jednostce reakcyjnej, jest dostarczane w postaci ciepła wytworzonego w reakcji utleniania zachodzącej w przylegających, wewnętrznych jednostkach reakcyjnych 191 i 192 (patrz strzałki na fig. 34 narysowane linią przerywaną). W układzie ogniw paliwowych zawierającym reaktor do reformowania 190 według tej odmiany, jednostka sterująca 50 reguluje sumę uruchomień regulatora masowego natężenia przepływu 196 oraz regulatora masowego natężenia przepływu 197, które regulują natężenia przepływu powietrza dostarczanego do jednostek reakcyjnych 191 i 192, w oparciu o wyniki pomiarów czujników pomiarowych temperatury 198 i 199 i w ten sposób regulują natężenia przepływu powietrza, w celu utrzymania temperatur wewnętrznych jednostek reakcyjnych 191 i 192 nieprzekraczających 300°C.

W tak skonstruowanym reaktorze do reformowania 190 według odmiany dwunastej, ciepło wytworzone w reakcji utleniania zachodzącej w jednostkach reakcyjnych 191 i 192 jest także zużywane w przylegającej jednostce reakcyjnej 193, w której zachodzi tylko reakcja endotermiczna. Układ ten zapobiega skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury w częściach górnych strumienia jednostek reakcyjnych 191 i 192, gdzie zachodzi intensywna reakcja utleniania. Natężenia przepływu powietrza dostarczanego do jednostek reakcyjnych 191 i 192, są regulowane w oparciu o temperatury wewnętrzne odpowiednich jednostek reakcyjnych. Temperatura wewnętrzna każdej jednostki reakcyjnej jest dzięki temu utrzymywana na poziomie nie wyższym od wcześniej ustalonego.

W reaktorze do reformowania 190 według tej odmiany, strumień powietrza jest dostarczany oddzielnie do jednostek reakcyjnych 191 i 192. Układ ten umożliwia prowadzenie egzotermicznej reakcji utleniania w jednostce reakcyjnej 192, która jest umieszczona w dolnej części jednostki reakcyjnej 191. Dzięki temu, w odróżnieniu do reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, nie ma znacznego spadku temperatury po stronie dolnej strumienia. Cała jednostka reakcyjna znajdująca się w reaktorze do reformowania 190, jest tym samym utrzymywana w stanie wysokiej aktywności reakcji reformingu parowego. Zwiększa to szybkość reakcji reformingu parowego.

Figura 35 jest wykresem pokazującym rozkłady temperatury wewnętrznej od strony górnej strumienia, która odbiera dostarczane surowe paliwo gazowe, do dolnej strony strumienia w odniesieniu do opisanego powyżej reaktora do reformowania 190 i reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, zawierającego tylko jedną jednostkę reakcyjną, w której zachodzą zarówno reakcja reformingu parowego jak i reakcja utleniania. W odróżnieniu od reaktora do reformowania według dotychczasowego stanu techniki, w reaktorze do reformowania 190 nie ma nadmiernego wzrostu temperatury od strony górnej strumienia, spowodowanym przez ciepło wytworzone w reakcji utleniania. Nie występuje też znaczący spadek temperatury po stronie dolnej strumienia. Dzięki temu, temperatura wewnętrzna reaktora do reformowania jest korzystnie utrzymywana w zakresie od 250°C do 300°C. Jak to opisano powyżej, w reaktorze do reformowania 190 według tej odmiany nie ma nagłego wzrostu temperatury w pobliżu wylotu. Zapobiega to korzystnie potencjalnym trudnościom związanym z nadmiernym wzrostem temperatury, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych. Tak jak w odmianach omówionych powyżej, układ ten polepsza znacznie trwałość reaktora do reformowania.

W omówionym powyżej reaktorze do reformowania 190 według odmiany dwunastej, strumień powietrza jest dostarczany oddzielnie do wewnętrznych jednostek reakcyjnych 191 i 192, w których zachodzi zarówno reakcja reformingu parowego jak i reakcja utleniania. Zmodyfikowany układ dostarczający powietrze tylko do górnej strony strumienia, nadal tak samo wpływa na zapobieganie nadmiernemu wzrostowi temperatury po stronie górnej strumienia.

Reaktor do reformowania 190 według odmiany dwunastej, posiada strukturę typu rura w rurze zawierającą wewnętrzne jednostki reakcyjne, w których zachodzą zarówno reakcja reformingu parowego jak i reakcja utleniania, oraz jednostkę reakcyjną umieszczoną obwodowo, w której zachodzi tylko reakcja reformingu parowego. Poniżej opisana jest, jako zmodyfikowany przykład odmiany dwunastej, struktura w postaci stosu, w której te dwie różne jednostki reakcyjne są ułożone przemiennie jedna na drugiej. Fig. 36 przedstawia schematycznie budowę reaktora do reformowania 190A według zmodyfikowanego przykładu odmiany dwunastej. Tak jak w przypadku reaktora do reformowania 190,

PL 190 848 B1 reaktor do reformowania 190A jest elementem składowym układu ogniw paliwowych posiadającego strukturę podobną do struktury układu ogniw paliwowych 20, pokazanego na fig. 1. W poniższym opisie, takie same składniki, jakie występują w reaktorze do reformowania 190 są oznaczone takimi samymi cyframi z przyrostkiem A.

Reaktor do reformowania 190A, zawiera wiele płaskich jednostek reakcyjnych 191A i 193A, które są ułożone przemiennie jedna na drugiej. Te jednostki reakcyjne 191A i 193A posiadają strukturę o budowie plastra miodu, z naniesionym na ich powierzchnię katalizatorem Cu-Zn. Ładunek surowego paliwa gazowego, podawany przez drugi przewód dostarczający paliwo 64 jest wprowadzany do każdej jednostki reakcyjnej. Przewód dostarczający powietrze 39 rozgałęzia się w celu połączenia z odpowiednimi częściami górnymi strumienia jednostek reakcyjnych 191A i dostarcza przepływające powietrze do odpowiednich jednostek reakcyjnych 191A. Natężenie przepływu powietrza dostarczanego do wielu jednostek reakcyjnych 191A, jest regulowane przez regulator masowego natężenia przepływu 196A umieszczony na przewodzie dostarczającym powietrze 39. Regulacja, dokonywana w ten sam sposób jak to omówiono w przypadku odmiany dwunastej, opiera się na wynikach pomiarów czujników pomiaru temperatury (niepokazanych), umieszczonych w górnych częściach strumieni odpowiednich jednostek reakcyjnych 191A.

Tak jak w przypadku reaktora do reformowania 190 według odmiany dwunastej, w reaktorze do reformowania 190A według zmodyfikowanego przykładu odmiany dwunastej, ciepło wydzielone w reakcji utleniania jest zużywane w reakcji reformingu parowego zachodzącej w przylegającej jednostce reakcyjnej. Układ ten skutecznie zapobiega nadmiernemu wzrostowi temperatury po stronie górnej strumienia, w której zachodzi intensywna reakcja utleniania. Tak jak w przypadku reaktora do reformowania 190, zapobiega to potencjalnym trudnościom, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych oraz polepsza trwałość reaktora do reformowania.

Poniżej opisany jest reaktor do reformowania 190B posiadający budowę wielorurową, tak jak w drugim, zmodyfikowanym przykładzie odmiany dwunastej. Na fig. 37 pokazany jest schematycznie przekrój ilustrujący budowę reaktora do reformowania 109B według drugiego, zmodyfikowanego przykładu. Na fig. 37 (A) pokazany jest przekrój pionowy reaktora do reformowania 190B, natomiast na 37(B) pokazany jest przekrój wzdłuż lini B-B na fig. 37 (A). Tak jak w przypadku reaktora do reformowania 190, reaktor do reformowania 190B jest elementem składowym układu ogniw paliwowych posiadającego strukturę podobną do struktury układu ogniw paliwowych 20, pokazanego na fig. 1. W poniższym opisie, takie same składniki, jakie występują w reaktorze do reformowania 190 są oznaczone takimi samymi cyframi z przyrostkiem B.

Reaktor do reformowania 190B ma w zasadzie kształt cylindryczny i zawiera jednostki reakcyjne 191B oraz jednostkę reakcyjną 193B. Każda jednostka reakcyjna 191B ma w zasadzie kształt cylindra o małej średnicy dolnej powierzchni czołowej. W reaktorze do reformowania 190B znajduje się siedem jednostek reakcyjnych 191B. Pozostała przestrzeń w reaktorze do reformowania 190B, inna niż ta, którą zajmują jednostki reakcyjne 191B, jest zajętą przez jednostkę reakcyjną 193B. Jednostki reakcyjne 191B i 193B mają strukturę o budowie plastra miodu i zawierają katalizator Cu-Zn naniesiony na ich powierzchnię. Ładunek surowego paliwa gazowego, podawany przez drugi przewód dostarczający paliwo 64 jest wprowadzany do każdej jednostki reakcyjnej. Przewód dostarczający powietrze 39 rozgałęzia się w celu połączenia z odpowiednimi częściami górnymi strumienia jednostek reakcyjnych 191B i dostarcza przepływające powietrze do odpowiednich jednostek reakcyjnych 191B. Natężenie przepływu powietrza dostarczanego do wielu jednostek reakcyjnych 191B, jest regulowane przez regulator masowego natężenia przepływu 196B umieszczony na przewodzie dostarczającym powietrze 39. Regulacja, dokonywana w ten sam sposób jak to omówiono w przypadku odmiany dwunastej, opiera się na wynikach pomiarów czujników pomiaru temperatury (niepokazanych), umieszczonych w górnych częściach strumieni odpowiednich jednostek reakcyjnych 191B.

Tak jak w przypadku reaktora do reformowania 190 według odmiany dwunastej, w reaktorze do reformowania 190B według zmodyfikowanego przykładu odmiany dwunastej, ciepło wydzielone w reakcji utleniania jest zużywane w reakcji reformingu parowego zachodzącej w przylegającej jednostce reakcyjnej. Układ ten skutecznie zapobiega nadmiernemu wzrostowi temperatury od strony górnej strumienia, w której zachodzi intensywna reakcja utleniania. Tak jak w przypadku reaktora do reformowania 190, zapobiega to potencjalnym trudnościom, takim jak na przykład degradacja katalizatora i tworzenie się produktów ubocznych oraz polepsza trwałość reaktora do reformowania.

W opisanych powyżej reaktorach do reformowania 190, 190A i 190B, reakcja utleniania zachodzi tylko w wybranych jednostkach reakcyjnych. Podczas, gdy dla reakcji reformingu parowego zacho42

PL 190 848 B1 dzącej w reaktorze do reformowania potrzebna jest stała ilość ciepła, zmniejszenie obszaru, w którym zachodzi intensywna reakcja utleniania powoduje, że ilość katalizatora jest nieodpowiednia w stosunku do ilości dostarczanego tlenu. Powoduje to zmniejszenie szybkości reakcji utleniania zachodzącej w obszarze, do którego dostarcza się tlen. Układ ten rozszerza obszar intensywnej reakcji utleniania w kierunku dolnej części strumienia i zapobiega skutecznie znaczącemu spadkowi temperatury w dolnej części strumienia reaktora do reformowania.

W omówionych powyżej reaktorach do reformowania 190A i 190B według odmiany dwunastej, tak jak w przypadku reaktora do reformowania 190 powietrze można dostarczać nie tylko do obszaru górnego strumienia, lecz także do obszaru pośredniego w reaktorze do reformowania. Układ ten bardziej skutecznie zapobiega znaczącemu spadkowi temperatury w dolnej części strumienia reaktora do reformowania. Reaktory do reformowania 190, 190A i 190B posiadają jednostki reakcyjne o budowie plastra miodu. W strukturze zmodyfikowanej, reaktor do reformowania może być wypełniony granulkami z naniesionym na nie katalizatorem. W tej zmodyfikowanej strukturze, układ, w którym jednostka reakcyjna, w której zachodzi zarówno reakcja reformingu parowego jak i reakcja utleniania, przylega do jednostki reakcyjnej, w której zachodzi tylko reakcja reformingu parowego, zapobiega skutecznie nadmiernemu wzrostowi temperatury w górnej części strumienia jednostki reakcyjnej.

W omówionych powyżej wszystkich odmianach, od pierwszej do dwunastej, w odpowiednich reaktorach do reformowania stosuje się katalizator Cu-Zn. Ten pojedynczy katalizator przyspiesza zarówno reakcję reformingu parowego określoną równaniem (4), jak i reakcję utleniania określoną równaniem (5).

Zamiast katalizatora Cu-Zn można użyć dowolny katalizator, który przyspiesza zarówno reakcję reformingu parowego jak i reakcję utleniania (na przykład katalizator Pd-Zn). Obecność takiego katalizatora w dowolnych odmianach reaktorów do reformowania, zapewnia podobny efekt zapobiegania nadmiernemu wzrostowi temperatury w części obszaru reaktora do reformowania.

W powyższych odmianach, do przyspieszania zarówno reakcji reformingu parowego jak i reakcji utleniania stosuje się pojedynczy katalizator. Jednakże, w którejkolwiek z powyższych odmian można użyć różne katalizatory dla odpowiedniego przyspieszenia reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. Dla przyspieszenia reakcji utleniania, razem z katalizatorem Cu-Zn można użyć inny katalizator. W przypadku zastosowania wielu różnych katalizatorów, tak długo jak te katalizatory są dobrze zmieszane w reaktorze do reformowania dla zapewnienia postępu zarówno reakcji utleniania wyrażonej przez równanie (5) jak i reakcji reformingu parowego wyrażonej przez równanie (4), z odpowiednią wydajnością w określonym obszarze, do którego dostarczany jest tlen, stosowanie takich katalizatorów w strukturach odpowiednich odmian zapewnia podobny efekt zapobiegania nadmiernemu wzrostowi temperatury w częściowym obszarze reaktora do reformowania. Do przykładów innego, dostępnego katalizatora przeznaczonego do przyspieszania reakcji utleniania, zalicza się takie metale jak pallad, platyna, nikiel, rod, chrom, wolfram, ren, złoto, srebro i żelazo oraz stopy takich metali i innych metali.

W odmianach omówionych powyżej, jako surowe paliwo stosuje się metanol. Postępując odmiennie, jako surowe paliwo można użyć inny węglowodór, który ulega reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania. W przypadku, gdy wybrane jest inne paliwo surowe niż metanol, reaktor do reformowania zawiera katalizator nadający się do wybranego paliwa surowego o dowolnej strukturze powyższych odmian. Układ ten zapewnia także podobne efekty zapobiegania nadmiernemu wzrostowi temperatury w częściowym obszarze reaktora do reformowania.

Katalizator Cu-Zn znajdujący się w omówionych powyżej dowolnych reaktorach do reformowania, z odmian od pierwszej do dwunastej, jest znanym katalizatorem do przyspieszania reakcji reformingu parowego metanolu. Jak to uprzednio opisano, katalizator Cu-Zn ulega degradacji w wysokich temperaturach przekraczających 300°C. Z tego powodu, katalizator Cu-Zn nie nadaje się do stosowania jako katalizator przyspieszający reakcję reformingu parowego, gdy jako paliwo surowe stosuje się węglowodór, który ulega reakcji reformingu parowego w wysokiej temperaturze. Jednakże, katalizator Cu-Zn pracuje korzystnie jako katalizator przyspieszający reakcję reformingu parowego, gdy jako surowe paliwo stosuje się metanol, który ulega reakcji reformingu parowego w temperaturze niższej od innych węglowodorów. Umiejętność stosowania katalizatora Cu-Zn jako katalizatora utleniania nie jest przeważnie znana specjalistom. Katalizator Cu-Zn ulega łatwo utlenieniu (miedź jest utleniana aż do rozkładu). W obecności tlenu, katalizator Cu-Zn jest utleniana bezpośrednio aż do utraty jego aktywności katalitycznej i z tego powodu zwykle nie nadaje się do stosowania jako katalizator utleniania. Jednakże, w przypadku użycia katalizatora Cu-Zn w obecności metanolu, metanol jest utleniany przed miedzią z powodu różnicy w energii swobodnej reakcji utleniania. Z tego powodu sam katalizator

PL 190 848 B1

Cu-Zn nie jest utleniany, lecz działa skutecznie, przyspieszając zarówno reakcję reformingu parowego jak i reakcję utleniania.

Zastosowanie pojedynczego katalizatora Cu-Zn przyspiesza zarówno reakcję reformingu parowego jak i reakcję utleniania oraz korzystnie upraszcza strukturę reaktora do reformowania. Użycie katalizatora Cu-Zn do przyspieszania reakcji utleniania metanolu zapewnia uzyskanie dodatkowego efektu obniżenia stężenia tlenku węgla zawartego w paliwie gazowym bogatym w wodór wytworzonym w reaktorze do reformowania. Poniżej opisane jest tworzenie się tlenku węgla w reaktorze do reformowania. Katalizator Cu-Zn jest aktywnym, słabym promotorem reakcji według pokazanego poniżej równania (6), która zachodzi w obecności dwutlenku węgla i wodoru:

CO₂ + H₂ CO + H;O (6)

Jak to uprzednio omówiono, gdy katalizator Cu-Zn przyspiesza reakcję reformingu parowego metanolu, która przebiega sama lub równocześnie z reakcją utleniania metanolu, to powstaje wodór i dwutlenek węgla. Wraz ze wzrostem ilości tak wytworzonego wodoru i dwutlenku węgla, w reakcji według równania (6) powstają niewielkie ilości tlenku węgla. Z tego powodu, paliwo gazowe wytworzone przez reaktor do reformowania zawiera pewne ilości tlenku węgla.

Zastosowaniu katalizatora Cu-Zn w reakcji reformowania parowego metanolu, towarzyszy wytwarzanie pewnych ilości tlenku węgla. Jak to omówiono przy opisywaniu powyższych odmian, w przypadku gdy katalizator Cu-Zn stosuje się do przyspieszania reakcji utleniania metanolu, równocześnie z reakcją reformingu parowego, w tej reakcji utleniania w zasadzie nie powstaje tlenek węgla. Zapobiega to skutecznie wzrostowi stężenia tlenku węgla zawartego w paliwie gazowym. Reakcja utleniania metanolu przyspieszania w obecności katalizatora Cu-Zn, jest opisana przez podane uprzednio równanie (5). Reakcja ta składa się z reakcji wyrażonych podanymi poniżej równaniami (7) i (8). Tak więc reakcja według równania (5) jest reakcją sumaryczną:

CH3OH + (1/2)0; HCHO + H;O 7)

HCHO + H;O — CO; + 2H; (8)

Jak to pokazano w równaniach (7) i (8), reakcja utleniania metanolu, przyspieszana w obecności katalizatora Cu-Zn, zachodzi głównie na drodze reakcji w których nie powstaje tlenek węgla. Z drugiej strony, reakcja utleniania przyspieszana w obecności znanego, tradycyjnego katalizatora, takiego jak na przykład katalizator platynowy, składa się głównie z reakcji wyrażonych podanymi poniżej równaniami (9) i (1 0). Reakcja według równania (5) zachodzi tym samym w całości. W tym przypadku tlenek węgla wytwarzany jest jako produkt pośredni reakcji. Gdy reakcja utleniania metanolu jest przyspieszana za pomocą znanego, tradycyjnego katalizatora utleniania, takiego jak na przykład katalizator platynowy, część wytworzonego tym sposobem tlenku węgla pozostaje w wyprodukowanym w reaktorze do reformowania w paliwie gazowym. Podwyższa to stężenie tlenku węgla zawartego w paliwie gazowym.

CH3OH > CO + 2H2 (9)

CO + (1/2)O2 'CO.- 110)

Gdy, jak to omówiono przy opisie powyższych odmian, do przyspieszania zarówno reakcji reformingu parowego jak i reakcji utleniania metanolu stosuje się katalizator Cu-Zn, utlenienie zachodzi na drodze reakcji, w których nie powstaje tlenek węgla. W porównaniu z metodą według dotychczasowego stany techniki, w której do przyspieszania reakcji utleniania metanolu stosuje się znany katalizator utleniania, taki jak platyna oraz do przyspieszania reakcji reformingu parowego stosuje się katalizator Cu-Zn, metoda ta powoduje znaczące obniżenie stężenia tlenku węgla zawartego w otrzymanym paliwie gazowym. W metodzie według dotychczasowego stanu techniki, w której do przyspieszania reakcji reformingu parowego metanolu oraz reakcji utleniania metanolu stosuje się odpowiednio katalizator Cu-Zn i znany katalizator utleniania, taki jak platyna, zawartość tlenku węgla w otrzymanym paliwie gazowym pozostaje nie niższa od 1,5% do 2%. Z drugiej strony, w sposobie według obecnego wynalazku, w którym do przyspieszania reakcji reformingu parowego oraz reakcji utleniania metanolu stosuje się tylko katalizator Cu-Zn, stężenie tlenku węgla pozostającego w otrzymanym paliwie gazowym jest niskie i wynosi 0,5%.

Tlenek węgla pozostający w paliwie gazowym dostarczanym do ogniw paliwowych jest adsorbowany przez warstwę katalizatora zawierającego platynę, uformowaną na przeponie elektrolitycznej, kolidując z postępem reakcji elektrochemicznych. W omówionych powyżej odmianach układów ogniw paliwowych, za reaktorem do reformowania umieszczony jest reaktor do obniżania stężenia CO, w celu zmniejszenia stężenia tlenku węgla zawartego w paliwie gazowym dostarczanym do ogniw paliwowych. Zastosowanie katalizatora Cu-Zn do przyspieszania zarówno reakcji utleniania jak i reakcji reformingu parowego metanolu i wytworzenia paliwa gazowego posiadającego niskie stężenie tlenku

PL 190 848 B1 węgla w reaktorze do reformowania, korzystnie zmniejsza obciążenie wymagane dla reaktora do obniżania stężenia CO (to jest ilości tlenku węgla którą należy utlenić w reaktorze do obniżania stężenia CO). Układ ten umożliwia dostarczenie do ogniw paliwowych paliwa gazowego posiadającego odpowiednio niskie stężenie tlenku węgla, nawet w przypadku małych rozmiarów reaktora do obniżania stężenia CO. W przypadku, gdy paliwo gazowe wytworzone w reaktorze do reformowania posiada odpowiednio niskie stężenie tlenku węgla, reaktor do obniżania stężenia CO można nawet pominąć. Układ, w którym stosuje się katalizator Cu-Zn do przyspieszania zarówno reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania metanolu obniża stężenie tlenku węgla zawartego w paliwie gazowym wytworzonym w reaktorze do reformowania i dzięki temu zapewnia zmniejszenie wymiarów całego układu ogniw paliwowych zawierającego ten reaktor do reformowania.

Zastosowany w powyższych odmianach katalizator Cu-Zn otrzymuje się z tlenku miedzi (CuO) i tlenku cynku (ZnO). W procesie współstrącania tych substancji można dodać inne substancje. Na przykład, w trakcie współstrącania tlenku miedzi i tlenku cynku, w celu wytworzenia katalizatora Cu-Zn, można dodać od 2% do 5% tlenku glinu. Kompozycja ta zwiększa odporność termiczną katalizatora Cu-Zn i polepsza rozproszenie tlenku miedzi i tlenku cynku w katalizatorze.

Zgodnie z powyższym opisem, katalizator Cu-Zn wytworzony z tlenku miedzi i tlenku cynku, stosuje się jako katalizator do przyspieszania zarówno reakcji reformingu parowego jak i reakcji utleniania metanolu. Do przyspieszania zarówno reakcji reformingu parowego jak i reakcji utleniania metanolu i wytworzenia paliwa gazowego posiadającego niskie stężenie tlenku węgla, można użyć rozmaite katalizatory inne niż katalizator Cu-Zn. Na przykład, katalizator do przyspieszania obydwu reakcji można otrzymać z połączenia tlenku miedzi i tlenku chromu (C^Oa), z połączenia tlenku miedzi i tlenku krzemu (SiO2) lub z połączenia tlenku miedzi i tlenku innego metalu. Takie katalizatory zawierające miedź można wytwarzać dowolnymi metodami nadającymi się dla tych materiałów, na przykład metodą impregnowania, metodą ugniatania i metodą wymiany jonowej, jak również opisaną uprzednio metodą współstrącania.

Wynalazek obecny nie jest ograniczony do powyższych odmian lub ich modyfikacji, lecz może istnieć wiele modyfikacji, zmian i odmian bez odchodzenia od zakresu lub ducha głównych cech charakterystycznych obecnego wynalazku.

Możliwość zastosowania przemysłowego

Jak to opisano powyżej, urządzenie do reformowania paliwa według obecnego wynalazku stosuje się w obszarach wytwarzania i sprzedaży ogniw paliwowych, jak również w obszarach wytwarzania i sprzedaży pojazdów elektrycznych w których montowane są takie ogniwa paliwowe.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Ur^^^r^^^rn^ do reformowania pallwa w endotermicznej reakcji reformingu parowego z utworzeniem wodoru z paliwa surowego i pary wodnej oraz w egzotermicznej reakcji utleniania, w której następuje utlenienie paliwa surowego, zawierające, połączone ze sobą, sekcję katalityczną dla katalizatora do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, jednostkę wylotową paliwa gazowego, znamienne tym, że zawiera jednostkę regulacji prędkości przepływu gazu, do regulowania prędkości przepływu surowego paliwa gazowego, tak, aby była wyższa w obszarze sekcji katalitycznej od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe niż w obszarze sekcji katalitycznej po stronie wylotowej paliwa gazowego i zapewnienia odpowiedniego przenoszenia ciepła wytworzonego w reakcji utleniania zachodzącej w obszarze od strony odbierającej ładunek surowego paliwa gazowego do obszaru po stronie wylotowej paliwa gazowego.
2. Urządzenie do reformowania pallwa w endotermicznej reakc^j reformingu parowego z utworzeniem wodoru z paliwa surowego i pary wodnej oraz w egzotermicznej reakcji utleniania, w której następuje utlenienie paliwa surowego, zawierające, połączone ze sobą, sekcję katalityczną dla katalizatora do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, jednostkę wylotową paliwa gazowego, znamienne tym, że zawiera jednostkę zmiany kierunku przepływu gazu, do zmiany w sekcji katalitycznej miejsca odbierania ładunku surowego paliwa gazowego podawanego za pomocą jednostki dostarczającej surowe paliwo gazowe oraz miejsca wylotu paliwa gazowego podawanego za pomocą jednostki wylotowej paliwa gazowego, przez odwrócenie przepływu gazu w tej sekcji katalitycznej.

PL 190 848 B1
3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że sekcja katalityczna zawiera jednostkę pomiarową temperatury końcowej, do pomiaru temperatury we wcześniej ustalonej pozycji w miejscu odbierającym ładunek surowego paliwa gazowego, przy czym jednostka zmiany kierunku przepływu gazu zmienia nawzajem miejsce odbierania ładunku surowego paliwa gazowego i miejsce wylotu paliwa gazowego w oparciu o temperaturę obserwowaną przez jednostkę pomiarową temperatury końcowej.
4. Urządzenie do reformowania pallwa w endotermicznej reakqi reformingu parowego z utworzeniem wodoru z paliwa surowego i pary wodnej oraz w egzotermicznej reakcji utleniania, w której następuje utlenienie paliwa surowego, zawierające, połączone ze sobą, sekcję katalityczną dla szczelnie zamkniętego katalizatora do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, jednostkę wylotową paliwa gazowego, znamienne tym, że zawiera jednostkę do mieszania katalizatora, mieszającą cząstki z katalizatorem w sekcji katalitycznej.
5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że jednostka do mieszania katallzatora jest umieszczona w jednostce dostarczającej surowe paliwo gazowe i wtryskuje do sekcji katalitycznej gaz zawierający co najmniej jeden składnik spośród paliwa gazowego, pary wodnej oraz tlenu.
6. Urządzenie do reformowania pallwa w endotermicznej reakcj reformingu parowego z utworzeniem wodoru z paliwa surowego i pary wodnej oraz w egzotermicznej reakcji utleniania, w której następuje utlenienie paliwa surowego, zawierające, połączone ze sobą, sekcję katalityczną dla katalizatora do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, jednostkę dostarczającą gaz utleniający, jednostkę wylotową paliwa gazowego, znamienne tym, że zawiera jednostkę ujednorodnienia ciepła w sekcji katalitycznej strony odbierającej ładunek surowego paliwa gazowego i ładunek gazu utleniającego i strony wylotowej paliwa gazowego, przy czym sekcja katalityczna zawiera, uformowany wewnątrz niej, obszar zwrotny przewodu przepływu surowego paliwa gazowego, w którym wlot oraz wylot przewodu przepływu są umieszczone w pobliżu siebie.
7. Urządzenie do reformowania pallwa w endotermicznej reakcj reformingu parowego z utworzeniem wodoru z paliwa surowego i pary wodnej oraz w egzotermicznej reakcji utleniania, w której następuje utlenienie paliwa surowego, zawierające, połączone ze sobą, sekcję katalityczną dla katalizatora do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, jednostkę dostarczającą gaz utleniający, jednostkę wylotową paliwa gazowego, znamienne tym, że zawiera jednostkę ogrzewającą, do ogrzewania części innej niż obszar od strony odbierającej ładunek gazu utleniającego, za pomocą gorącego gazu, wypływającego z wcześniej wybranego elementu, który jest częścią składową układu zawierającego urządzenie do reformowania paliwa.
8. Urządzenie do reformowania pallwa w endotermicznej r^^k<cj reformingu parowego, z utworzeniem wodoru z paliwa surowego i pary wodnej oraz w egzotermicznej reakcji utleniania, w której następuje utlenienie paliwa surowego, zawierające, połączone ze sobą, sekcję katalityczną dla katalizatora do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania, jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, jednostkę dostarczającą gaz utleniający, jednostkę wylotową paliwa gazowego, znamienne tym, że zawiera jednostkę chłodzenia czołowego, do rozpylania cieczy zawierającej, co najmniej jeden składnik spośród paliwa gazowego i pary wodnej do obszaru od strony odbierającej dostarczane surowe paliwo gazowe i dostarczany gaz utleniający.
9. Urządzenie do reformowania pallwa w endotermicznej reak^j reformingu parowego z utworzeniem wodoru z paliwa surowego i pary wodnej oraz w egzotermicznej reakcji utleniania, w której następuje utlenienie paliwa surowego, zawierające, połączone ze sobą, sekcję katalityczną, która składa się z pierwszej jednostki dla katalizatora do przyspieszania reakcji reformingu parowego i reakcji utleniania oraz z drugiej jednostki reakcyjnej dla katalizatora do przyspieszania reakcji reformingu parowego, jednostkę dostarczającą surowe paliwo gazowe, jednostkę dostarczającą gaz utleniający, oraz jednostkę wylotową paliwa gazowego, znamienne tym, że pierwsza jednostka reakcyjna oraz druga jednostka reakcyjna są umieszczone w sekcji katalitycznej w pobliżu siebie, przy czym występuje pokrywający się, dla wymiany ciepła pomiędzy pierwszą jednostką reakcyjną i drugą jednostką reakcyjną, obszar widoczny, co najmniej z kierunku prostopadłego do przepływu paliwa gazowego.