用于生产含氢气体的方法与流程

本发明涉及一种用于启动用于生产含氢气体的反应器的方法及其制造系统。该方法和系统被设计成分解物质以释放氢气，该氢气可被例如燃料电池用于发电。

背景技术：

1、一般来讲，使用载氢物质生产氢气的氢气发电系统是已知的。载氢物质可以是液体载氢物质，诸如甲醇和甲酸。氢气生成系统包括用于储存载氢物质的载体储存器、被布置用于通过转化载氢物质而生成h2气体流的反应室，其中h2气体流包含氢气。该反应室包括被布置用于从载体储存器接收载氢物质的入口。该系统还包括用于从反应室排出h2气体流的输出管道。在反应室中转化甲酸的情况下，产生h2气体流，其含有氢气和二氧化碳气体。

2、任选地，氢气生成系统的输出管道可直接耦接到燃料电池。燃料电池被布置成通过转化氢气而产生电能。输出管道将h2气体流从反应室供应到燃料电池。

3、在us-a-20180337416中，公开了一种便携式能量生成装置以将甲酸转化成释放的氢气，从而减轻了对作为用于燃料电池电力的氢气源的氢气罐的需要。所描述的设备和方法的缺点在于它是早期设计。

4、为了将该技术引入市场，仍然存在一些待解决的问题或待改善的系统。上述能量生成系统的缺点在于该设计使得所产生的气体质量较低，从而导致较差的适用性可能性。另一个缺点在于效率需要改善。另一个缺点是该系统不能容易地用于扩大规模以供更大应用。

5、因此，需要一种发电的方法和系统，其是灵活的和便携的，并且易于商业化。还需要一种生产具有更高纯度的含氢气体的系统。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种用于启动用于生产含氢气体的反应器并随后将该反应器保持在工作温度下的方法。燃料电池与其下游的反应器和其上游的催化补燃器流体连接。该方法包括以下步骤：

2、-将含氢气体储存在容器中；

3、-打开所述容器并从所述容器中释放所述含氢气体；

4、-使与含氧气体，优选地空气混合的所释放的含氢气体在催化补燃器中反应，以产生热量和加热的废气；

5、-将该热量和/或该加热的废气引入到该反应器中，以便将该反应器加热至该工作温度；

6、-当所述反应器的温度高于或等于预定温度时，将燃料进料到所述反应器以生成含氢气体，并将所生成的含氢气体引入到所述催化补燃器中以进一步加热所述反应器；

7、-其中在启动期间，含氢气体绕过所述燃料电池，并随后当所述反应器已经达到所述工作温度时，所述含氢气体在被引入到所述催化补燃器中之前流过所述燃料电池。

8、通过使用储存在该系统本身中的氢气，不需要使用附加的热源来启动该方法。此外，通过在例如燃料电池中转化氢气来发电具有比氢气的催化燃烧更低的效率。因此，用催化补燃器而不是例如电加热器启动该过程显著地改善了系统的总效率。一旦达到反应器的工作温度，就可通过经由燃料电池将含氢气体从反应器引导到催化补燃器来保持该工作温度。燃料电池可产生用于外部负荷的电力。

9、本发明还涉及一种用于启动用于生产含氢气体的反应器的系统。因此，本发明的另一个目的是提供一种用于分解燃料的系统，该系统包括：容器，该容器用于储存含氢气体；反应器，该反应器用于生产含氢气体；催化补燃器，该催化补燃器用于燃烧来自容器和/或来自反应器的与含氧气体(诸如空气)混合的含氢气体以产生热量和废气，该催化补燃器与反应器和容器流体连通；用于将该含氧气体(诸如空气)供应到该催化补燃器的装置；以及用于将热量从该催化补燃器供应到该反应器的装置。

10、本发明的另一个目的是提供一种用于重整燃料的系统，该系统包括：容器，该容器用于储存含氢气体，其中该容器是用于生产含氢气体的反应器；催化补燃器，该催化补燃器用于燃烧来自该容器的含氢气体以产生热量和废气，该催化补燃器与该容器流体连通；用于将空气供应到该催化燃烧器的装置；以及用于将热量从该催化补燃器供应到该反应器的装置。

11、具体地，上述系统还包括：

12、-燃料电池，该燃料电池与其下游的该反应器和其上游的该催化补燃器流体连接；

13、-旁路，该旁路将该反应器与该催化燃烧器直接流体连接；

14、-旁通阀，该旁通阀允许在将该反应器与该催化补燃器直接流体连接和将该反应器与该燃料电池流体连接之间切换。

15、这些系统使得能够方便实现本发明的方法。此类实现可以处于手动控制、部分自动控制下或是全自动的。

16、该系统可包括与反应器一起布置的温度传感器以检测该反应器的温度。该系统可被配置为基于所检测的反应器温度来控制旁通阀。该温度传感器的测量结果可直接作用在旁通阀上或经由系统的控制器作用。例如，控制器(例如处理器或微芯片)可被配置为从温度传感器接收所检测的反应器温度，并且基于所接收的温度来控制旁通阀。该控制器可控制旁通阀以从将含氢气体直接提供给催化补燃器切换到将含氢气体从反应器提供给燃料电池，这继而导致催化补燃以维持反应器中的工作温度。

17、另选地或除此之外，此类控制器可被配置为控制进入反应器中的燃料入口，例如当达到反应器能够产生含氢气体的预定阈值温度时。以这种方式，可实现从低温经由预定温度到反应器的工作温度的自动启动。

18、应当理解，预定温度和工作温度可基于在反应器中执行的燃料重整过程(包括参数，诸如燃料类型、催化剂类型和压力)来选择。

技术特征：

1.一种用于启动用于生产含氢气体的反应器并随后将所述反应器保持在工作温度下的方法，其中燃料电池与其下游的所述反应器和其上游的催化补燃器流体连接，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述工作温度在90℃至130℃、优选地90℃至110℃、更优选地100℃的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述预定温度为至少50℃和/或在40℃至90℃、优选地50℃至80℃的范围内。

4.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述预定温度等于或低于所述工作温度。

5.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中将所述加热的废气引入到热交换器中以将热量传递到所述反应器，以便将所述反应器加热至预定温度。

6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中将所述含氢气体与过量的含氧气体(优选地空气)混合，使得在所述催化补燃器中反应之前产生具有小于15％氢气(优选地小于10％氢气，更优选地小于4％氢气)的混合物。

7.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述燃料是液体燃料，并且将所述燃料与催化剂一起引入到所述反应器中，以在所述反应器内提供液体燃料和催化剂的混合物。

8.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中进料到所述反应器的所述燃料是甲酸。

9.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述催化补燃器是所述方法中使用的单个燃烧器。

10.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述容器是所述反应器。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述容器是单独的容器。

12.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中旁路将所述反应器与所述催化补燃器直接流体连接。

13.根据权利要求11和12所述的方法，其中所述容器位于所述旁路中。

14.一种用于重整燃料的系统，所述系统包括：

15.根据权利要求14所述的系统，其中用于将热量从所述催化补燃器供应到所述反应器的所述装置包括用于通过传递来自所述废气的热量来加热所述反应器的第一热交换器，所述第一热交换器位于所述催化补燃器的外部且与所述催化补燃器分离。

16.根据权利要求14或15所述的系统，其中所述容器为所述单独的容器并且位于所述旁路中。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的系统，其中所述反应器包括用于引入液体燃料和催化剂的一个或多个入口，使得所述反应器能够填充有液体燃料和催化剂的混合物。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述系统还包括：

19.根据权利要求14至18中任一项所述的系统，其中所述催化补燃器是所述系统中的所述单个燃烧器。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的系统，所述系统包括温度传感器和控制器，所述温度传感器耦接到所述反应器，所述控制器被配置为基于从所述温度传感器接收的温度信号来控制所述旁通阀。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的系统，所述系统被配置为实现根据权利要求1至13中任一项所述的方法。

技术总结
本发明提供了一种用于启动用于生产含氢气体的反应器并随后将该反应器保持在工作温度下的方法，其中燃料电池与其下游的该反应器和其上游的催化补燃器流体连接，该方法包括将含氢气体储存在容器中；打开该容器并从该容器中释放该含氢气体；使与含氧气体，优选地空气混合的所释放的含氢气体在催化补燃器中反应，以产生热量和加热的废气；将该热量和/或该加热的废气引入到该反应器中，以便将该反应器加热至该工作温度；当该反应器的温度高于或等于预定温度时，将燃料进料到该反应器以生成含氢气体，并将所生成的含氢气体引入到该催化补燃器中以进一步加热该反应器，其中在启动期间，含氢气体绕过该燃料电池，并随后当该反应器已经达到该工作温度时，该含氢气体在被引入到该催化补燃器中之前流过该燃料电池。本发明还提供了一种用于重整燃料的系统。

技术研发人员：马提努斯·阿诺德斯·彼得鲁斯·玛丽亚·斯温克尔斯,马克斯·约翰内斯·罗伯图斯·埃尔提斯,耀西·约翰内斯·亨利库斯·雅各布斯·德拉特
受保护的技术使用者：丹斯私人有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/25