(57)【要約】  本発明は、特に、触媒及び非触媒部分酸化法、及び、空気又は空気／蒸気混合物又は空気／水混合物を添加しながら液体燃料を自己熱改質する方法である、液体燃料を気化及び改質する方法に関する。本発明は、既存の改質方法に伴う混合気形成、煤の発生、及び、低級炭化水素及び低水素への変換の問題を解決する。【選択図】  なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の燃料を気化及び改質する方法であって、
第１の反応チャンバ内で、前記燃料は、第１の触媒に支援されて空気供給により気化され、かつ、副化学量論的に多く酸化され、
第２の反応チャンバ内で、気化された前記燃料は、供給された空気と混合され、続いて改質され、
前記第１の反応チャンバ内に供給される空気量の前記第２の反応チャンバ内に供給される空気量に対する比は、３０：７０乃至７０：３０で調節される、方法。
【請求項２】
前記第１の反応チャンバ内に供給される空気量の前記第２の反応チャンバ内に供給される空気量に対する比は、分配器構造を介して調節される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記空気は、開口及び／又はノズルを有する管を介して供給され、
前記開口及び／又は前記ノズルは、前記第１の反応チャンバ内に供給される空気量の前記第２の反応チャンバ内に供給される空気量に対する比が調節されるような寸法にされる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記分配器構造は、ノズル、穿孔、特に多孔性の焼結金属体である他の開口を有する開口体である、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記改質時に第２の触媒を使用する、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
触媒なしで前記改質が行われる、請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記改質は、部分酸化により行われる、請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記改質は、水及び／又は水蒸気が前記第２の反応チャンバ内に追加的に供給されて、自己熱改質により行われる、請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記触媒は、パッキングベッド、ハニカム体、及び被覆された金属ネットから構成される群から選択される、請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
気化器における前記部分酸化後の混合は、追加の空気供給の前及び後に静的混合装置により支援される、請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の反応チャンバ及び／又は前記第１の触媒は、３００乃至４５０℃の温度に予熱される、請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の反応チャンバ及び前記第２の反応チャンバは、接続路により互いに接続される、請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の反応チャンバ及び前記第２の反応チャンバへの空気は、異なる管を介して供給される、請求項１乃至１２のうちいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を気化及び改質する方法、特に、空気／空気−蒸気混合物又は空気−水混合物を添加する、液体燃料の触媒及び非触媒部分酸化法及び自己熱改質法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、これにより、現水準の技術から既知である改質方法に伴う混合気形成、煤の発生、及び、低級炭化水素及び低水素への変換の問題を解決する。
【０００３】
液体燃料を改質するための混合物を調製する各系の重要な目的は、あらゆる動作条件下において、実際の改質前に燃料と酸化剤が均一に混ざり合うことを確実にすることである。これを達成する目的で、気化及び混合領域を、実際の改質領域から空間的に分離することが有利である。これを実現する多数の方法が現水準の技術から既知である。
【０００４】
ＤＥ１９９５１５８５Ａ１には、炭化水素−空気−蒸気混合物が、水素を豊富に含んだ生成ガスに触媒的に変換される改質装置が記載される。燃料は、液体形態で、ノズルを介して、液滴形成されて抽出混合物調製チャンバ内に注入される。しかし、この文書に記載される方法は、広い範囲の負荷状態に亘って抽出物が均一に混合されることを保証することができない。なぜなら、ノズル（さらに２材料ノズル又は３材料ノズル）の性質によって、液滴寸法が、ノズルを通過する燃料容量に応じて大幅に変動するからである。その結果、抽出物は、動作状態に応じて混合されてしまうので、液滴寸法は均一ではない。
【０００５】
ＥＰ０１９９５８７Ｂ１には、自己熱改質反応炉が記載される。この反応炉では、上と同様に、液体燃料がノズルに支援されて反応炉内に入れられ、霧化した燃料は、触媒が裏打ちされた反応チャンバ内で直接酸素及び水蒸気と混合した後、第２の同様に触媒が裏打ちされた反応チャンバ内で蒸気改質が開始する前に部分的に酸化される。この方法にも、反応炉を通る容量に応じて液滴寸法が大幅に変動するという不利点があり、従って、現在、全ての抽出物の流れの均一な混合は保証されていない。
【０００６】
ＥＰ０７１６２５５には、部分触媒酸化、及び、熱放射による液体への熱供給により液体燃料を気化する方法が記載される。この方法は、改質には直接使用することができない。これは、液体燃料の低鎖炭化水素及び水素への変換が不十分であることによる。
【０００７】
更なる方法は、混合気形成のいわゆる低温炎（cold flame）の現象に基づく。従って、この方法には、放熱によって燃料を部分的に変換及び気化する発熱前反応が関与する。この反応は、動的自己制約（kinetic self-limitation）による特性温度に制限され、特性温度は、各燃料に固有である。この特性温度より下では、燃料−酸化剤混合物の自己発火を、信頼度が高く回避することができる（例えば、A. Naidja、C. R. Krishna、T. Butcher、D. Mahajanによる「Progr. Energy Combustion Science」、２９（２００３）１５５−１９１を参照されたい）。
【０００８】
別の頻繁に追求される混合気形成方法では、液体燃料を液体水又は過熱水蒸気内に入れ、その混合物を第１の容器内で気化し、次に、（空気）酸素と接触させる。
【０００９】
現水準の技術から既知であるいわゆる低温炎と呼ばれる方法、及び、水又は水蒸気の導入は、液体燃料を気相に変換する目的で、装置及び制御技術に関して非常に複雑であるか、又は、水又は水蒸気と共に作用する方法に基づくという不利点を有し、これは、改質方法としての部分酸化法を除外する。ディーゼル改質のための部分酸化の場合、煤が発生してしまい、問題が信頼度が高く解決されていないことを示す（F. Joensen、J. R. Rostrup-Nielsenによる「J. Power Sources」、１０５（２００２）１９５−２０１）。自己熱改質と同様に、水を添加しても、煤発生の問題は自動的に解決されない（D.-J、Liu、T. D. Kaun、H.-K. Liao、S. Ahmedによる「Int. J. Hydrogen Energy」、２９（２００４）１０３５−１０４６）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、液体燃料を改質する方法を提供することを目的とする。この方法は、現水準の技術から既知である不利点を除去し、可能な限り均一な燃料と酸化剤の混合物をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的は、請求項１の特徴を有する方法により実現可能である。更なる従属請求項は、有利な発展例を明らかにする。
【００１２】
本発明では、液体燃料を気化及び改質する方法を提供する。この方法では、第１の反応チャンバ内で、燃料が、第１の触媒に支援されて空気供給により気化され且つ部分的に酸化され（ＥＰ０７１６２２５に開示するように）、第２の反応チャンバ内で、気化された燃料は、追加的に供給された空気と混合され、続いて改質される。第１の反応チャンバ内に供給される空気量の第２の反応チャンバ内に供給される空気量に対する比は、３０：７０乃至７０：３０で調節される。
【００１３】
第１の反応チャンバ内に供給される空気量の第２の反応チャンバ内に供給される空気量に対する比は、分配器構造を介して調節されることが好適である。好適な実施形態では、空気は管を介して供給され、管は開口及び／又はノズルを有し、開口及び／又はノズルは第１の反応チャンバ内に供給される空気量の第２の反応チャンバ内に供給される空気量に対する比が調節可能であるような寸法にされる。別の好適な実施形態では、例えば、多孔性の焼結金属体といった多孔性の構造体のノズルが、分配器構造として使用される。
【００１４】
好適な実施形態では、第２の触媒が、改質時に第２の反応チャンバ内で使用される。触媒として、触媒活性貴金属又はニッケルが、好適には本願においてセラミックの担体上で使用される（例えば、ハニカム体又はパッキング）。更なる好適な実施形態では、例えば、ハニカム体といった金属構造から形成される対応担体が使用される。しかし、改質は、触媒なしでも行われることが同様に可能である。
【００１５】
好適な実施形態において、改質は、部分酸化によって行われることが可能である。
【００１６】
更なる好適な実施形態は、自己熱改質により改質することが関連する。この目的で、水及び／又は水蒸気が、第２の反応チャンバ内に追加的に供給されることが必要である。
【００１７】
特に、パッキングベッド、ハニカム体、又は、被覆された金属ネットが、改質のための触媒として使用される。
【００１８】
第１の反応チャンバ後及び第２の反応チャンバ内での燃料と供給された空気との混合は、静的混合装置により支援されることが好適である。
【００１９】
改質時に頻繁に発生する問題は、方法を冷たい状態から開始することに原因がある。この問題は、両方の反応チャンバ及び／又は両方の触媒が、３００乃至４５０℃の温度に予熱されることで解決可能である。
【００２０】
本発明の方法は、本発明の方法を実施形態に限定することなく、以下の図面を参照してより詳細に説明することを意図する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１に、液体燃料を気化及び改質する第１の実施形態を示す。この実施形態は、１つの工程で管を介し空気が供給される触媒部分酸化法に基づく。空気の供給方法は、空気が決められた比で第１の反応チャンバ、即ち、気化器、及び、第２の反応チャンバ、即ち、改質器の中に導入されるよう構成されなければならない。気化器内への空気導入の改質器内への空気導入に対する比は、対応するような寸法を有する穿孔を管に形成することで決められうる。反応炉は、気化触媒３を有する第１の反応チャンバと、改質触媒４を有する第２の反応チャンバに分割される。任意選択的に、加熱装置５を使用して、反応炉装置を予熱することができる。改質器後の生成ガス６は、反応炉から排出される。本願において提示する部分酸化は、改質触媒４なしでも実施することができる。
【００２２】
本発明の方法は、以下の通りである。
【００２３】
反応炉装置を起動する前に、触媒３及び４と管２は、例えば、加熱器によって外側から予熱される。次に、空気供給１及び燃料供給７を開始する。予熱は、気化及び改質の開始後、オフにされうる。第１の反応チャンバ内では、燃料は気化且つ部分的に酸化され、第２の反応チャンバ内では、燃料は続いて追加の空気供給で改質される。
【００２４】
図２は、空気供給用の２つの別個の管２及び８を有する反応炉装置を示す。この実施形態では、気流１及び９は、互いに独立して調節することができるので、気化器及び改質器への気流比も独立して調節することができる。この場合、水蒸気も、空気に加えて、第２の管を介して第２の反応チャンバ内に導入することができる。この結果、燃料を自己熱改質により変換することが可能である。
【００２５】
図３は、方法を制御するための本発明による更なる実施形態を示す。基本的に、第２の反応チャンバ、即ち、改質器における空気供給源の場所が可変である。この図では、空気供給１０は、第２の反応チャンバの前に行われる。空気供給用の管における小さな開口又はノズルを介して、又は、多孔性の焼結金属体を介して、空気を反応チャンバ内に導入することができる。環状の分配器構造も同様に可能である。更なる可能性は、空気供給１２が、第２の反応チャンバの前に片側に配置される供給源を介して行われることである。
【００２６】
図４では、図３に対して補助的な実施形態として、静的ミキサが追加で設けられる。これは、空気供給の前及び／又は後であってもよく、気化して部分的に酸化した燃料を、残りの空気と可能な場合には水蒸気と混合させるよう作用する。
【００２７】
図５は、第２の反応チャンバが第１の反応チャンバから分離される実施形態を示し、これらの反応チャンバは共に、比較的小さい直径を有する管により接続される。ここに示す実施形態では、空気供給は、横方向の注入口を介して同様に行われるが、空気供給のために他の場所を選択することもまた可能である。
【００２８】
第１の測定は、本発明の方法の適切性を示した。触媒部分酸化によって、煤のない生成ガスが、０．３８乃至０．４６の空気比で生成された。図６に、生成ガスの組成と、ハニカム触媒における平均温度を示す。個々のガス成分の濃度は、化学均衡に非常に良好に対応する。実験後の試験装置には煤の堆積はなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】液体燃料を気化及び改質する第１の実施形態を示す図である。
【図２】空気供給用の２つの別個の管２及び８を有する反応炉装置を示す図である。
【図３】方法を制御するための本発明による更なる実施形態を示す図である。
【図４】図３に対して補助的な実施形態として、静的ミキサが追加で設けられる図である。
【図５】第２の反応チャンバが第１の反応チャンバから分離される実施形態を示す図である。
【図６】生成ガスの組成と、ハニカム触媒における平均温度を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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