Un método para poner en marcha un reformador (110) autotérmico en un procesador (102) de combustible,

que comprende: purgar el reactor (250b) del reformador (110) autotérmico con un combustible (112) por encima del límite explosivo superior de una corriente (120) de alimentación del procedimiento que comprende el combustible (112) a una temperatura inicial; mantener un catalizador de conversión no pirofórico del reformador (110) autotérmico a una temperatura suficiente para evitar la condensación de agua en el mismo; calentar el reactor (250b) del reformador autotérmico purgado hasta la temperatura de encendido del catalizador de conversión no pirofórico mientras continúa fluyendo el combustible (112) a su través; introducir aire (118) en el reactor (250b) del reformador autotérmico calentado para producir una mezcla de aire y combustible que supera el límite explosivo superior del combustible (112); y calentar el reactor (250b) del reformador autotérmico hasta una temperatura de funcionamiento

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se dirige a un procesador de combustible y, más particularmente, a un sistema de control para un procesador de combustible.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA

La tecnología de pilas de combustible es una fuente de energía alternativa para fuentes de energía más convencionales que emplean la combustión de combustibles fósiles. Una pila de combustible típicamente produce electricidad, agua y calor a partir de un combustible y oxígeno. Más particularmente, las pilas de combustible proporcionan electricidad a partir de reacciones químicas de oxidación-reducción y poseen ventajas significativas sobre otras formas de generación de energía en términos de limpieza y eficacia. Típicamente, las pilas de combustible emplean hidrógeno como el combustible y oxígeno como el agente oxidante. La generación de energía es proporcional a la velocidad de consumo de los reaccionantes.

Una desventaja significativa que inhibe el uso más amplio de las pilas de combustible es la falta de una amplia infraestructura para el hidrógeno. El hidrógeno tiene una densidad de energía volumétrica relativamente baja y es más difícil de almacenar y transportar que los combustibles hidrocarbonados actualmente usados en la mayoría de los sistemas de generación de energía. Un modo de vencer esta dificultad es el uso de “procesadores de combustible” o “reformadores” para convertir los hidrocarburos en una corriente gaseosa rica en hidrógeno que pueda usarse como una alimentación para pilas de combustible. Los combustibles basados en hidrocarburos, tales como gas natural, LPG, gasolina y diésel, requieren la conversión para el uso como combustible para la mayoría de la pilas de combustible. La técnica actual usa procedimientos multietápicos que combinan un procedimiento de conversión inicial con varios procedimientos de depuración. El procedimiento inicial es lo más a menudo un reformado al vapor (“SR”), un reformado autotérmico (“ATR”), una oxidación parcial catalítica (“CPOX”) o una oxidación parcial no catalítica (“POX”). Los procedimientos de depuración están comprendidos habitualmente por una combinación de desulfurización, conversión de gas de agua a alta temperatura, conversión de gas de agua a baja temperatura, oxidación de CO selectiva o metanación de CO selectiva. Procedimientos alternativos incluyen reactores y filtros de membrana selectivos para hidrógeno.

Así, pueden usarse muchos tipos de combustibles, algunos de ellos híbridos con combustibles fósiles, pero el combustible ideal es el hidrógeno. Si el combustible es, por ejemplo, hidrógeno, entonces la combustión es muy limpia y, como un asunto práctico, solo se queda el agua después de la disipación y/o el consumo del calor y el consumo de la electricidad. Los combustibles más fácilmente disponibles (p. ej., gas natural, propano y gasolina) e incluso los menos comunes (p. ej., metanol y etanol) incluyen hidrógeno en su estructura molecular. Por lo tanto, algunas implementaciones emplean un “procesador de combustible” que procesa un combustible particular para producir una corriente de hidrógeno relativamente pura usada para aprovisionar la pila de combustible.

US 2002/0168306 describe un aparato y un método para calentar rápidamente componentes del procesador de combustible durante el arranque de un vehículo accionado por pila de combustible.

EP-A-0673877 describe la producción de un gas de síntesis al hacer reaccionar una alimentación hidrocarbonada, oxígeno, vapor de agua y opcionalmente dióxido de carbono, en un reactor que contiene sólidos fluidizados.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La invención comprende un método para el arranque de un procesador de combustible que incluye un reformador autotérmico que emplea un catalizador de conversión no pirofórico.

La invención proporciona un método para arrancar un reformador autotérmico en un procesador de combustible, que comprende: purgar el reactor del reformador autotérmico con un combustible por encima del límite explosivo superior de una corriente de alimentación del procedimiento que comprende el combustible a una temperatura inicial; mantener un catalizador de conversión no pirofórico del reformador autotérmico a una temperatura suficiente para evitar la condensación de agua en el mismo; calentar el reactor del reformador autotérmico purgado hasta la temperatura de encendido del catalizador de conversión no pirofórico mientras continúa fluyendo el combustible a su través; introducir aire en el reactor del reformador autotérmico calentado para producir una mezcla de aire y combustible que supera el límite explosivo superior del combustible; y calentar el reactor del reformador autotérmico hasta una temperatura de funcionamiento.

El método de la presente invención puede comprender además encender un oxidador para producir la corriente de alimentación del procedimiento que comprende el combustible para el reformado mediante el reformador autotérmico. El encendido del oxidador puede comprender: purgar un reactor del oxidador con aire a una temperatura inicial; generar un calor de ignición en al menos una porción del reactor del oxidador purgado; introducir un combustible en la región calentada del reactor del oxidador, manteniéndose la mezcla resultante del combustible y el aire por debajo del limite explosivo inferior del combustible; y calentar el reactor del oxidador que contiene la mezcla de combustible/aire hasta una temperatura de funcionamiento.

Esta solicitud describe además un método para apagar un reformador autotérmico que emplea un catalizador de conversión no pirofórico en un procesador de combustible, que comprende: terminar el flujo de aire al reactor del reformador autotérmico; terminar el flujo de agua al reactor del reformador autotérmico después de terminar el flujo de aire; purgar el reactor del reformador autotérmico con un combustible; y dejar que el reactor del reformador autotérmico se enfríe hasta una temperatura de apagado.

Esta solicitud describe además un método para apagar un oxidador para el uso con un reformador autotérmico que emplea un catalizador de conversión no pirofórico, que comprende; terminar el flujo del combustible a un reactor del oxidador; purgar el reactor del oxidador con aire hasta que la temperatura dentro del reactor del oxidador alcance temperatura ambiente; y terminar el flujo de aire al reactor del oxidador purgado.

La invención puede incluir usar un ordenador programado para arrancar o apagar un procesador de combustible que incluye un reformador autotérmico que emplea un catalizador de conversión no pirofórico o un medio de almacenamiento de programas codificado con una instrucción que, cuando es ejecutada por un ordenador, arranca o apaga un procesador de combustible que incluye un reformador autotérmico que emplea un catalizador de conversión no pirofórico.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención puede entenderse mediante referencia a la siguiente descripción tomada junto con los dibujos adjuntos, en los que números de referencia iguales identifican elementos iguales, y en los que:

la FIG. 1 ilustra una realización particular de una planta energética procesadora de combustible montada y puesta en funcionamiento de acuerdo con la presente invención;

la FIG. 2 detalla el oxidador anódico del gas de descarga del procesador de combustible de la FIG. 1 y su funcionamiento;

la FIG. 3A y la FIG. 3B ilustran conceptualmente un aparato informático que puede usarse en la implementación de una realización particular de la presente invención; y

las FIG. 4A - FIG. 4C ilustran conceptualmente el arranque del procesador de combustible mostrado en primer lugar en la FIG. 1; y

la FIG. 5 ilustra gráficamente el procedimiento de reformado del reformador autotérmico del procesador de combustible mostrado en primer lugar en la FIG. 1 durante el estado de marcha en la realización ilustrada; y

las FIG. 6A - FIG. 6C ilustran conceptualmente el apagado del procesador de combustible mostrado en primer lugar en la FIG. 1.

Aunque la invención es susceptible de diversas modificaciones y formas alternativas, los dibujos ilustran realizaciones específicas descritas en la presente memoria con detalle a... [Seguir leyendo]

1. Un método para poner en marcha un reformador (110) autotérmico en un procesador (102) de combustible, que comprende:

purgar el reactor (250b) del reformador (110) autotérmico con un combustible (112) por encima del límite explosivo superior de una corriente (120) de alimentación del procedimiento que comprende el combustible

(112) a una temperatura inicial;

mantener un catalizador de conversión no pirofórico del reformador (110) autotérmico a una temperatura suficiente para evitar la condensación de agua en el mismo; calentar el reactor (250b) del reformador autotérmico purgado hasta la temperatura de encendido del

catalizador de conversión no pirofórico mientras continúa fluyendo el combustible (112) a su través;

introducir aire (118) en el reactor (250b) del reformador autotérmico calentado para producir una mezcla de aire y combustible que supera el límite explosivo superior del combustible (112); y calentar el reactor (250b) del reformador autotérmico hasta una temperatura de funcionamiento.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además el encendido de un oxidador (114) para producir la corriente (120) de alimentación del procedimiento que comprende el combustible (112) para el reformado mediante el reformador (110) autotérmico.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que encender el oxidador (114) incluye: purgar un reactor (224) del oxidador con aire (118) a una temperatura inicial; generar un calor de ignición en al menos una porción del reactor (224) del oxidador purgado; introducir un combustible (112) que comprende una porción de la corriente de alimentación del

procedimiento en la región calentada del reactor (224) del oxidador, manteniéndose la mezcla resultante del combustible (112) y el aire (118) por debajo del limite explosivo inferior del combustible (112); y calentar el reactor (224) del oxidador hasta una temperatura de funcionamiento.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que purgar el reactor (224) del oxidador a la temperatura inicial incluye purgar el reactor del oxidador por debajo de aproximadamente 50°C.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que purgar el reactor (224) del oxidador a la temperatura inicial incluye purgar el reactor (224) del oxidador a temperatura ambiente.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que purgar el reactor (224) del oxidador incluye purgar el reactor (224) del oxidador a través de al menos tres volúmenes de reactor de aire.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que generar un calor de ignición incluye calentar al menos una porción de un lecho (257) de catalizador hasta al menos una temperatura de encendido.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que generar un calor de ignición incluye accionar una fuente de emisión de chispas.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que generar el calor de ignición incluye generar un calor de ignición de al menos aproximadamente 280°C.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que introducir el combustible (112) incluye introducir gas natural.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que introducir el gas natural incluye introducir el gas natural para conseguir una mezcla de aire y gas natural que tiene una relación de O/C(NG) de hasta 6,0.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que calentar el reactor (224) del oxidador hasta una temperatura de funcionamiento incluye calentar el reactor (224) del oxidador hasta una temperatura entre aproximadamente 400°C y aproximadamente 800°C.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que purgar el reactor (250b) del reformador autotérmico incluye introducir al menos cuatro volúmenes de reactor de combustible (112) a través del reactor (250b) del reformador autotérmico.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que purgar el reactor (250b) del reformador autotérmico a una temperatura inicial incluye purgar el reactor (250b) del reformador autotérmico por debajo de aproximadamente 50°C.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que purgar el reactor (250b) del reformador autotérmico a la temperatura inicial incluye purgar el reactor (250b) del reformador autotérmico a una temperatura ambiente.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que purgar el reactor (250b) del reformador autotérmico con el combustible incluye purgar el reformador (110) autotérmico con gas natural.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que calentar el reactor (250b) del reformador autotérmico purgado hasta la temperatura de encendido incluye calentar el reactor (250b) del reformador autotérmico purgado hasta aproximadamente 300°C.

18. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que introducir aire (118) en el reactor (250b) del reformador autotérmico calentado incluye introducir aire (118) para conseguir una relación de O/C(NG) de entre aproximadamente 0,4 y aproximadamente 0,65, inclusive.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que introducir aire (118) en el reactor (250b) del reformador autotérmico calentado incluye introducir aire (118) para conseguir una concentración de 26% de gas natural en aire.

20. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que calentar el reactor (250b) del reformador autotérmico hasta la temperatura de funcionamiento incluye calentar el reformador (110) autotérmico hasta una temperatura entre aproximadamente 600°C y aproximadamente 900°C.