專利名稱：氣體燃料的燃燒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體燃料燃燒的裝置和方法，可用于生產(chǎn)氫氣。
背景技術(shù)：
燃料電池消耗氫和氧，向機(jī)動車輛提供清潔的能源。這就對氫氣生產(chǎn)工藝提出了高效和相應(yīng)清潔的要求。蒸氣轉(zhuǎn)化是氫氣生產(chǎn)的通用方法。主要工藝步驟包括蒸氣與碳?xì)浠衔镌诖嬖诖呋瘎┑那闆r下形成氫氣和氧化碳。但是，需要進(jìn)行的將氫氣與氧化碳和雜質(zhì)分開的后續(xù)工藝步驟很復(fù)雜和成本高。同時難以將氫氣與燃燒氣體分開，其中燃燒氣體在化石基碳?xì)浠衔锘蚬腆w生物物質(zhì)等燃料空氣氣化時形成。本發(fā)明能夠形成純氫氣，同時克服了上述困難。
已經(jīng)認(rèn)識到，二氧化碳釋放到空氣中是化石基燃料，如煤、甲烷或汽油燃燒的結(jié)果，長此以往，對地球的氣候有不好的影響，因為增加了大氣中的二氧化碳濃度，導(dǎo)致全球溫度上升。因此，已經(jīng)提出最好將二氧化碳?xì)怏w分離。但是廢氣中的二氧化碳一般處于稀釋狀態(tài)，因為空氣用于燃燒過程。一種可能的方法是從廢氣中洗滌二氧化碳，并將形成的濃縮二氧化碳注入適當(dāng)?shù)膬Υ娼橘|(zhì)，如蓄鹽水層，某種地質(zhì)構(gòu)造，或廢棄的碳?xì)浠衔飪Σ貙?。還可選擇的方案是使用純氧作為燃燒氣體。這兩種方案都很昂貴，但本發(fā)明解決了這個問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提出了一種進(jìn)行氣體燃料燃燒的裝置，裝置包括小型反應(yīng)器，反應(yīng)器包括形成第一和第二氣體流道的多個金屬片，流道交替設(shè)置以保證其中氣體互相有很好的熱接觸，各流道容納涂復(fù)支承陶瓷的可移動的金屬熱傳導(dǎo)插件；在一組流道中，陶瓷結(jié)合過渡金屬氧化物的顆粒，在另一組流道中，陶瓷結(jié)合過渡金屬顆粒。
使用本發(fā)明的裝置時，氧化性氣體通過含有過渡金屬顆粒的流道，氣體燃料通過含有氧化物顆粒的流道。
氧化物或金屬顆粒的尺寸小于50微米。最好小于20微米，還可以更小，小到大約10納米。所述過渡金屬最好是鉻、銅、鈷、鎳、鐵或錳中的一種或多種。過渡金屬的比例最好在支承陶瓷重量的5％到50％的范圍內(nèi)，更好是在5到40％的范圍。金屬或金屬氧化物的還原可通過金屬鹽溶液浸漬陶瓷，然后分別在還原或氧化的環(huán)境中進(jìn)行干燥和熱分解。適當(dāng)?shù)拇呋瘎┎牧希玑?，鈀，鉑也可以設(shè)置在各流道中的插入件，對氧化和還原反應(yīng)進(jìn)行催化。
適當(dāng)?shù)奶沾刹牧蠎?yīng)在反應(yīng)溫度下穩(wěn)定，不會與過渡金屬，如鋁或氧化鋯，進(jìn)行不可逆的反應(yīng)。陶瓷還可以摻雜如鑭、鈰、釓，以提高穩(wěn)定性。
應(yīng)當(dāng)理解，“金屬”顆粒實際上是金屬氧化物，其中金屬處于低氧化狀態(tài)；而“金屬氧化物”顆粒是處于較高氧化狀態(tài)的金屬。
為了保證所要求的良好熱接觸，第一和第二氣體流道最好在正交于所述金屬片方向的深度小于8毫米。所述第一和第二氣體流道深度最好小于5毫米，但至少為0.5毫米。熱傳導(dǎo)插入件可包括波浪或凹窩箔片，金屬絲網(wǎng)，或波形金屬墊。陶瓷涂層的厚度一般在30到300微米的范圍，有許多孔，過渡金屬或金屬氧化物顆粒分布在多孔陶瓷中，陶瓷材料有足夠多的孔，氣體反應(yīng)物可擴(kuò)散到顆粒的表面。陶瓷的比表面積最好在50到340平方米/克的范圍，例如，陶瓷材料可以是鑭穩(wěn)定的γ-鋁。
應(yīng)當(dāng)理解，反應(yīng)器所用的材料使用時承受嚴(yán)重的腐蝕性氣氛。比如，溫度可高達(dá)900℃，更常用的是在850℃左右。反應(yīng)器采用的金屬可以是含鋁鐵素體鋼，具體稱作Fecralloy(商標(biāo))，其是含有20％鉻，0.5-12％鋁和0.1-3％釔的鐵。例如，可包括帶有15％鉻，4％鋁和0.3％釔的鐵。當(dāng)該金屬在空氣中加熱，形成粘結(jié)的鋁氧化物涂層，保護(hù)合金防止其進(jìn)一步氧化；氧化層還可在反應(yīng)器的條件下保護(hù)合金防止其腐蝕。當(dāng)金屬涂復(fù)有陶瓷層，金屬的氧化鋁層與陶瓷層結(jié)合，通過熱循環(huán)使得陶瓷粘接到金屬基底上。可選擇的金屬是Inconel(商標(biāo))鉻鎳鐵合金800HT。
因此，本發(fā)明提供了一種氣體燃料燃燒的方法，所述方法使用小型反應(yīng)器，其包括形成第一和第二氣體流道的多個金屬片，所述流道交替設(shè)置以保證其中氣體互相有很好的熱接觸，各流道容納涂復(fù)支承陶瓷的可移動的金屬熱傳導(dǎo)插件；在第一流道中，陶瓷結(jié)合過渡金屬氧化物的顆粒，在第二流道中，陶瓷結(jié)合過渡金屬顆粒；所述方法包括交替進(jìn)行的兩個步驟a)提供氣體燃料到容納氧化物顆粒的第一流道，并提供氧化氣體到容納金屬顆粒的第二流道；b)提供所述氣體燃料到第二流道，提供氧化氣體到第一流道；所述各步驟進(jìn)行足夠時間，其基本正比于氧化物顆粒還原的時間，然后進(jìn)行氣流交換，使得可進(jìn)行另一步驟。
氣體燃料包括至少一種氣體，其可還原過渡金屬氧化物顆粒為金屬顆粒。還可以包括不止一種還原成分，還可包括稀釋劑，如氮氣和/或二氧化碳。如果燃燒氣體不包括如氮這樣的稀釋劑，燃燒流道的產(chǎn)物可以基本是純二氧化碳(如果水蒸氣已經(jīng)冷凝)。
氧化氣體包括氧氣，例如可以是空氣?；蛘?，氧化氣體可包括含有氧氣的化合物，比如水蒸氣。如果氧化氣體是蒸氣，則該方法可提供氫氣輸出，純度超過99％。
氣體燃料可以通過碳?xì)浠衔锘蛏镔|(zhì)產(chǎn)品進(jìn)行氣化來得到。生物質(zhì)，例如林業(yè)廢棄物，矮林柳條或稻米/玉米殼，可自動熱分解(部分氧化)，通常在流化床氣化器中進(jìn)行，以產(chǎn)生氫氣、一氧化碳、甲烷、水、氮氣和灰。例如，20％濕度的木材的典型氣體成分為50-54％的氮氣，17-22％的一氧化碳、9-15％的二氧化碳、12-20％的氫氣和2-3％的甲烷。這種氣體的通常熱值為5-5.9MJ/Nm3。流化床氣化器可輸入預(yù)熱的空氣，使得生物質(zhì)部分氧化，產(chǎn)生的熱量可供其余生物質(zhì)的熱分解使用。氣化器還可輸入蒸氣。
生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的氣體一般要進(jìn)行清理，例如使用催化焦油清除，旋風(fēng)灰清除和過濾。然后將氣體輸送到反應(yīng)器的通道。氣體如一氧化碳，氫氣和甲烷中的還原劑與過渡金屬氧化物反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳和水，將過渡金屬氧化物還原成金屬。該反應(yīng)是發(fā)熱反應(yīng)，是氣體的高效燃燒。一般反應(yīng)在大約300到800℃溫度進(jìn)行。
該工藝通過還原金屬氧化物為金屬可使氣體的雜質(zhì)混合物非直接地產(chǎn)生氫氣。金屬氧化物通過熱蒸氣和金屬之間的反應(yīng)重新形成，導(dǎo)致產(chǎn)生純氫氣，且不必采用復(fù)雜的分離技術(shù)。
可選擇地，第一組流道輸送氣體燃料，在流道中進(jìn)行燃燒，其中不包括任何稀釋氣體。能夠?qū)饘傺趸镞M(jìn)行還原的氣體燃料都可采用，例如煤或重油氣化產(chǎn)生的合成氣體。燃料在流道中被氧化，使得金屬氧化物還原成金屬。金屬氧化物作為反應(yīng)的氧氣給予者，產(chǎn)生完全氧化的純?nèi)紵a(chǎn)物，二氧化碳和水。二氧化碳不能用氮氣稀釋，因燃燒的氧氣源不是空氣，而是金屬氧化物。純二氧化碳然后可通過壓縮和注入適當(dāng)?shù)拇伪砻鎯Υ骟w積分離，不必清除氮氣。
如果氧化氣體是蒸汽，其可以通過加熱水來產(chǎn)生。蒸汽與分散的過渡金屬顆粒在高溫下進(jìn)行反應(yīng)，一般在300到800℃，產(chǎn)生過渡金屬氧化物和氫氣。反應(yīng)是吸熱的，反應(yīng)所需的熱量來自氣體燃料與過渡金屬氧化物在相鄰流道中的放熱反應(yīng)。
如果氧化氣體是空氣，空氣中的氧放熱反應(yīng)生成金屬氧化物。其結(jié)果是，溫度可超過800℃，熱量傳遞到相鄰流道。在傳輸燃料的流道中，燃料與金屬氧化物反應(yīng)，本身被氧化。缺少火焰前緣和良好的熱控制導(dǎo)致Nox很少產(chǎn)生?？偟幕瘜W(xué)反應(yīng)是氣體燃料氧化，所以整個過程是很強(qiáng)的放熱反應(yīng)。反應(yīng)器可結(jié)合三組流道，在這種情況下，可傳輸冷卻流體。
一旦還原和/或氧化反應(yīng)基本完成，輸送到各組流道的氣流進(jìn)行對調(diào)，使得反應(yīng)在交替的準(zhǔn)連續(xù)的循環(huán)中進(jìn)行。氣流在大部分金屬氧化物顆粒已經(jīng)還原的時刻進(jìn)行交換，這個比例至少為30％，50％或70％更好，最好是顆粒的90％已還原。
在一實施例中，反應(yīng)器的熱產(chǎn)物氣體，氫氣、二氧化碳和水蒸汽用于預(yù)熱空氣，空氣輸送到流化床氣化器。例如，過渡金屬氧化物還原反應(yīng)產(chǎn)生的熱氫氣產(chǎn)物和/或熱排出氣體可以這種方式利用。


現(xiàn)在通過示例的方式，并參考附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步和更具體的介紹，附圖中圖1是顯示了本發(fā)明的工藝和裝置的流程圖；圖2是圖1裝置使用的小型反應(yīng)器的截面圖，顯示了平面的金屬片；圖3顯示了本發(fā)明的可選的裝置和工藝的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1，其顯示了氣體燃料的燃燒裝置10，其中的氣體燃料可以是甲烷，或是通過煤或其他化石燃料氣化得到氫氣和一氧化碳混合物。裝置10結(jié)合了小型反應(yīng)器12，其形成兩組氣體流道14和15，兩組流道互相交替并具有良好的熱接觸(圖2詳細(xì)地介紹了反應(yīng)器)。各流道14，15中設(shè)置了可移動的金屬熱傳導(dǎo)插入件，其上涂復(fù)了陶瓷，流道14中的插入件開始包括金屬鈷的顆粒，而流道15中的插入件包括鈷氧化物的顆粒。反應(yīng)器12結(jié)合了與流道14連通的集管18，并結(jié)合了與流道15連通的集管19。
在操作的第一階段，氣體燃料通過閥20供應(yīng)到入口集管19流入流道15，同時空氣通過閥22供應(yīng)到入口集管18流入流道14?？諝庵械难鯕馀c金屬鈷的顆粒劇烈反應(yīng)并發(fā)熱，鈷氧化形成氧化鈷，反應(yīng)提高流道14的溫度到大約800℃。因為插入件及相鄰流道14，15之間的的良好熱傳遞，流道15中的插入件也加熱到高溫，一般可達(dá)750℃。在這樣的高溫下，氣體燃料將鈷氧化物顆粒還原成金屬鈷，這個反應(yīng)是一定程度的放熱反應(yīng)，氣體燃料通過從氧化物顆粒得到的氧氣進(jìn)行燃燒。
出口集管18和19的熱氣體因此處于大約750℃，然后通過各自閥門24，25供應(yīng)到各自的熱交換器26產(chǎn)生蒸汽，這可用于發(fā)電。從流道15排出的氣體，其中氣體燃料已經(jīng)被氧化，然后進(jìn)一步冷卻，成為冷凝的水蒸汽，用標(biāo)記28表示，產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行分離處理。
一旦基本上所有的金屬氧化物顆粒已經(jīng)還原成金屬(于流道15)或基本上所有的金屬顆粒已經(jīng)氧化成金屬氧化物(于流道14)，氣流通過操作閥門20，22以及閥門24，25進(jìn)行交換。從而在第二階段，氣體燃料流過流道14，空氣流過流道15。然后當(dāng)傳輸氣體燃料的流道中基本上所有的金屬氧化物顆粒已經(jīng)被還原成金屬時，兩個階段進(jìn)行交換。因此，氣體燃料的燃燒基本上是連續(xù)的，在兩組流道中交替進(jìn)行。在兩個階段之間轉(zhuǎn)換的循環(huán)時間取決于操作溫度、金屬載荷和金屬分散度。
應(yīng)當(dāng)理解，氧化和還原反應(yīng)之間有非常好的熱接觸，使得這個過程形成熱集成，熱或冷點的形成受到抑制。良好的熱傳遞意味著反應(yīng)器12的體積可以相對較小。
現(xiàn)在參考圖2，適合用作反應(yīng)器12的反應(yīng)器40包括層疊的Fecralloy鋼板41，各鋼板一般是矩形的，450毫米長，150毫米寬和3毫米厚。這些尺寸只是示例性的。層疊可以設(shè)置40塊板41。各板41的上表面設(shè)有矩形槽42，深度為2毫米，由凸區(qū)43分隔開(圖中顯示了8個槽)，槽42可以有三種不同的設(shè)置。圖中所示的板41，槽42以與板41的縱軸線成45°角傾斜延伸，如圖所示從上左方延伸到下右方。在板41的第二種類型中，槽42a(用虛線表示)形成鏡像圖案，沿45度角從下左方傾斜延伸到上右方。在板41的第三種類型，槽42b(如點劃線所示)平行于縱軸線延伸。
板41以層疊方式組裝，第三種類型的板41(具有縱向槽42b)與第一或第二類型的板交替設(shè)置，第一和第二種類型板也交替設(shè)置，使得第三類型的板位于具有傾斜槽42的板和具有鏡像傾斜槽42a的板之間，在安裝許多板41后，層疊用平滑矩形板完成。板41在擴(kuò)散焊接期間壓合到一起，互相形成密封。插入件44(只顯示出一個)包括波浪狀Fecralloy合金薄板，50微米厚并涂復(fù)了陶瓷涂層，具有適當(dāng)?shù)男螤詈?毫米高的波紋，可滑動進(jìn)入各個槽42，42a和42b。
集管腔18沿各邊焊接到層疊件，各集管18通過兩個也焊接到層疊件上的翅片47形成三個腔室。翅片47位于距層疊件的兩端1/3長度的位置，與帶有傾斜槽42或42a的板41的凸區(qū)43重合(或位于板41的沒有槽的部分)。具有矩形蓋形式的的氣流集管19然后焊接到層疊件的兩端，與縱向槽41b連通。在未顯示的改進(jìn)形式中，可取代三腔室的集管18，設(shè)置三個相鄰的集管腔，分別為類似集管19的矩形蓋。從而縱向槽42b形成流道15，而傾斜槽42和42a形成流道14。
反應(yīng)器40工作時，提供到集管18的上左腔室的混合物的流動路徑(如圖所示)是通過傾斜槽42進(jìn)入下中集管腔室，然后流過層疊中另一板的傾斜槽42a，進(jìn)入集管18的上右腔室。因此，流道14，15中的氣流至少部分并流。
集管18，19分別包括簡單的矩形蓋，繞其周邊密封到層疊件的外側(cè)，以覆蓋層疊件表面的一部分。集管可焊接到層疊件的外側(cè)?；蛘撸绻艿臍饬鞫紱]有較高壓力，可以將其卡在層疊件的外側(cè)。對于這兩種情況，應(yīng)當(dāng)理解，使用一段時間后，如果流道中的金屬或金屬氧化物顆粒失去活性，可以取下或切割集管18，19，取出相應(yīng)的插入件44進(jìn)行更換。集管18，19然后可重新連接。
插入件44可具有厚度100微米的穩(wěn)定的γ鋁涂層。其上施加重量比為30％的金屬鈷。沉積陶瓷涂層后，用氮化鈷溶液滲透涂層。然后通過熱處理分解氮化鈷。對于要求含有氧化鈷的插入件44，熱處理可在含有氧氣的氣氛中進(jìn)行，對于要求含有金屬鈷的插入件44，熱處理可在還原氣氛中進(jìn)行，例如，含有氫氣的氣氛。這個過程可重復(fù)進(jìn)行，以提高鈷的比例。這個過程可產(chǎn)生尺寸小于50納米的顆粒，具有高度活性。氧化鋁支承體保持高度彌散的鈷(或氧化鈷)，防止高溫操作時出現(xiàn)燒結(jié)，可結(jié)合添加劑如鑭，以改善水熱穩(wěn)定性。
應(yīng)當(dāng)理解，反應(yīng)器12可具有與圖2所示不同的形式，最關(guān)鍵的是流道14，15互相有良好的熱接觸。從而反應(yīng)器可形成多種多樣的交替流道，流道最好在層疊件中的金屬片之間形成，可以是帶有槽或縫的平金屬片，或波浪形金屬片。流道最好不是橫向的，這樣流體至少部分平行，但不同氣體的集管必須是單獨的。此外，插入件必須可取出，一旦集管取下，必要時可進(jìn)行更換，不必更換整個反應(yīng)器。
在另外的可選擇的實施例中，反應(yīng)器還可結(jié)合第三組流道，用于產(chǎn)生蒸汽。例如，反應(yīng)器可包括六邊形板的層疊件，金屬板分別形成兩個相對側(cè)邊之間的一組直槽，板上的槽可設(shè)置成具有不同的方位，提供不同流體的流動路徑，所有可以有三種不同流體的流動路徑，水/蒸汽，燃料(還原金屬氧化物顆粒)，和空氣(氧化金屬顆粒)。這三種流體流動路徑可由三種連續(xù)板形成，三種連續(xù)板的組合重復(fù)設(shè)置，形成層疊件。這使得反應(yīng)器可直接產(chǎn)生過熱蒸汽。反應(yīng)器可在比上面討論溫度低的溫度下工作，如400到600℃，甚至低到大約300℃，如果金屬是高度分散的，還原促進(jìn)物，如釕和鉑，可包括于陶瓷中。
參考圖3，顯示了生產(chǎn)氫氣的裝置30。裝置30結(jié)合了小型反應(yīng)器12，其形成兩組互相交替設(shè)置的氣體流道14，15，具有良好的熱接觸，反應(yīng)器12可具有上面介紹的結(jié)構(gòu)。在流道14，15中，設(shè)置了可移動的金屬熱傳導(dǎo)插入件，其上涂復(fù)陶瓷，開始時，流道15中的插入件含有金屬鈷的顆粒，流道14中的插入件含有氧化鈷的顆粒。
在操作的第一階段，氣體燃料，在此示例中是生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的氣體燃料，通過閥門31供應(yīng)，其流過流道14，同時蒸汽通過閥門32供應(yīng)，流過流道15。蒸汽與金屬鈷的顆粒反應(yīng)，并吸收熱量，使金屬鈷成為氧化鈷。
在這個示例中，氣體燃料來自供應(yīng)的生物質(zhì)33。生物質(zhì)33輸送到汽化器34，在汽化器受到空氣的部分氧化。產(chǎn)生的氣體燃料然后進(jìn)行清理，將硫清除掉。氣體輸送到熱交換器36，對水加熱產(chǎn)生流道15中的蒸汽，然后通過閥門31輸送到流道14。熱氣體燃料使氧化鈷顆粒還原成為金屬鈷，該反應(yīng)放出一定熱量。反應(yīng)器的熱平衡可通過控制各組流道14，15中的反應(yīng)氣體流量來實現(xiàn)。
流道14，15中的熱氣體溫度一般在大約750℃，然后供應(yīng)到熱交換器26。熱交換器設(shè)置成可提供部分或全部的加熱空氣所需的熱量，空氣將輸送到燃料汽化器34。如果蒸汽產(chǎn)生過程需要水，從流道14排出的氣體，其中的氣體燃料已經(jīng)氧化，進(jìn)一步冷卻以冷凝水蒸氣，剩余的氣體排出到大氣中。一個或兩個熱交換器26可交替設(shè)置，以加熱小型反應(yīng)器所需的蒸汽。
一旦基本上所有金屬氧化物顆粒還原成金屬(于流道14)和基本上所有金屬顆粒被氧化成金屬氧化物(于流道15)，氣流通過操作出口管路中的閥門31，32和閥門37，38進(jìn)行交換。因此在第二階段，氣體燃料流過流道15，蒸汽流過流道14。當(dāng)輸送蒸汽的流道中的所有金屬顆?；旧铣蔀榻饘傺趸飼r，兩個操作階段進(jìn)行交替。因此，氫氣產(chǎn)生基本上是連續(xù)的，盡管是在兩組流道中交替進(jìn)行。兩個階段之間轉(zhuǎn)換的循環(huán)時間取決于操作溫度，金屬載荷和金屬的分散度，及輸送氣體的空間速度。為了保持完全純的氫氣流，對調(diào)后從輸送蒸汽的流道排出的氣體可排放到大氣中，直到產(chǎn)生足夠純的氫氣。
還應(yīng)當(dāng)理解，氧化和還原反應(yīng)之間有良好的熱接觸，所以這個過程是熱集成的。在多孔陶瓷載體中使用高度彌散的金屬意味著非常有活性，在這樣的金屬表面上的反應(yīng)物質(zhì)傳遞和氣體產(chǎn)物比使用大塊金屬要好很多。良好的熱和物質(zhì)傳遞的組合改進(jìn)了反應(yīng)的整體動能，導(dǎo)致每單位反應(yīng)器體積產(chǎn)生氫氣具有高體積生產(chǎn)率。
應(yīng)當(dāng)理解，可向選擇的小型反應(yīng)器供應(yīng)無稀釋氣體的氣體燃料(如參考裝置10進(jìn)行的介紹)，氣體燃料輸送到含有金屬氧化物顆粒的流道；以及蒸汽(如參考裝置30進(jìn)行的介紹)，蒸汽輸送到含有金屬顆粒的流道。在這種情況下，不僅可產(chǎn)生純氫氣(參考裝置30)，而且燃料氣體燃燒產(chǎn)生的CO2可容易地分離(參考裝置10)。
權(quán)利要求
1.一種進(jìn)行氣體燃料燃燒的裝置，所述裝置包括小型反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括形成第一和第二氣體流道的多個金屬片，所述流道交替設(shè)置以保證其中氣體互相有很好的熱接觸，各流道容納涂復(fù)支承陶瓷的可取出的金屬熱傳導(dǎo)插件；在一組流道中，陶瓷結(jié)合過渡金屬氧化物的顆粒，在另一組流道中，陶瓷結(jié)合過渡金屬顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述氧化物或金屬顆粒的尺寸小于50微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述氧化物或金屬顆粒的尺寸大于10納米。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述過渡金屬是鉻、銅、鈷、鎳、鐵或錳中的一種或多種。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述過渡金屬的比例在陶瓷重量的5％到50％的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二氣流流道在正交于所述金屬片的方向上延伸1到5毫米。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括形成流道的金屬片，以產(chǎn)生過熱蒸氣。
8.一種氣體燃料燃燒的方法，其特征在于，所述方法使用小型反應(yīng)器，其包括包括形成第一和第二氣體流道的多個金屬片，所述流道交替設(shè)置以保證其中氣體互相有很好的熱接觸，各流道容納涂復(fù)支承陶瓷的可移動的金屬熱傳導(dǎo)插件；在第一流道中，陶瓷結(jié)合過渡金屬氧化物的顆粒，在第二流道中，陶瓷結(jié)合過渡金屬顆粒；所述方法包括交替進(jìn)行的兩個步驟a)提供氣體燃料到容納氧化物顆粒的所述第一流道，并提供氧化性氣體到容納金屬顆粒的第二流道；b)提供所述氣體燃料到所述第二流道，提供氧化性氣體到所述第一流道；所述各步驟進(jìn)行足夠時間，其基本正比于氧化物顆粒還原的時間，然后進(jìn)行氣流交換，使得可進(jìn)行另一步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，從所述氣體燃料的流道排出的氣體進(jìn)行處理，以便分離二氧化碳。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述氧化性氣體是蒸氣，可生成氫氣產(chǎn)品。
全文摘要
氣體燃料通過小型反應(yīng)器(12)的一組流道，反應(yīng)器包括形成第一和第二氣體流道(14，15)的多個金屬片(41)，流道交替設(shè)置以保證其中氣體互相有很好的熱接觸，各流道容納可移動的涂覆陶瓷材料的金屬熱傳導(dǎo)插件(44)。在一組傳輸燃料的流道中，陶瓷支承過渡金屬氧化物顆粒，氧化物被燃燒氣體還原成金屬顆粒。在另一組流道中，陶瓷支承過渡金屬顆粒，這些流道傳輸可氧化金屬的氧化性氣流。兩組流道中的氣流然后進(jìn)行交換。如果氧化性氣體是蒸氣，可得到純氫氣氣流。
文檔編號F23D14/18GK1812833SQ200480018380
公開日2006年8月2日 申請日期2004年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月28日
發(fā)明者M·J·波維 申請人:阿山特斯有限公司