Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidations- mittel zu Reformat Die Erfindung betrifft einen Reformer zum Umsetzen von Brennstoff und Oxida- tionsmittel zu Reformat, mit einer Oxidationszone und einer Reformierungszo- ne, wobei der Oxidationszone ein Gemisch aus Brennstoff und Oxidationsmittel zuführbar ist, das nach zumindest teilweiser Oxidation des Brennstoffs zumin- dest teilweise der Reformierungszone zuführbar ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat in einem Reformer mit einer Oxidationszone und einer Reformierungszone, wobei der Oxidationszone ein Gemisch aus Brenn- stoff und Oxidationsmittel zugeführt wird, das nach zumindest teilweiser Oxida- tion des Brennstoffs zumindest teilweise der Reformierungszone zugeführt wird.

Gattungsgemäße Reformer und gattungsgemäße Verfahren haben zahlreiche Anwendungsbereiche. Insbesondere dienen sie dazu, einer Brennstoffzelle ein wasserstoffreiches Gasgemisch zuzuführen, aus dem dann auf der Grundlage elektrochemischer Vorgänge elektrische Energie erzeugt werden kann. Derarti- ge Brennstoffzellen kommen beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich als Zu- satzenergiequellen, sogenannte APUs ("auxiliary power unit"), zum Einsatz.

Der Reformierungsprozess zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat kann nach unterschiedlichen Prinzipien erfolgen. Beispielsweise ist die katalytische Reformierung bekannt, bei der ein Teil des Brennstoffs in einer

exothermen Reaktion oxidiert wird. Nachteilig an dieser katalytischen Reformie- rung ist die hohe Wärmeerzeugung, die Systemkomponenten, insbesondere den Katalysator, irreversibel schädigen können.

Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung eines Reformats aus Kohlenwasserstof- fen ist das"Steam-Reforming". Dabei werden Kohlenwasserstoffe mit Hilfe von Wasserdampf in einer endothermen Reaktion zu Wasserstoff umgesetzt.

Eine Kombination dieser beiden Prinzipien, das heißt der Reformierung auf der Grundlage einer exothermen Reaktion und der Erzeugung von Wasserstoff durch eine endotherme Reaktion, bei der die Energie für die Dampfreformierung aus der Verbrennung der Kohlenwasserstoffe gewonnen wird, wird als auto- therme Reformierung bezeichnet. Hierbei kommt es jedoch zu den zusätzlichen Nachteilen, dass eine Zuführmöglichkeit für Wasser bereitgestellt werden muss.

Hohe Temperaturgradienten zwischen der Oxidationszone und der Reformie- rungszone stellen weitere Probleme im Temperaturhaushalt des gesamten Sys- tems dar.

Ein Beispiel für einen Reformer mit einer von einer Reformierungseinheit ge- trennten Oxidationseinheit ist in der DE 199 43 248 A1 angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reformer und ein Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat zur Verfügung zu stellen, bei dem die genannten Probleme zumindest teilweise überwunden wer- den und bei dem insbesondere keine Probleme durch hohe Temperaturen be- ziehungsweise große Temperaturgradienten entstehen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprü- chen angegeben.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Reformer dadurch auf, dass der Reformierungszone zusätzlich Brennstoff zuführbar ist und dass der Reformie- rungszone Wärme zuführbar ist. Der zusätzlich zugeführte Brennstoff bildet somit zusammen mit dem Abgas aus der Oxidationszone das Ausgangsgas- gemisch für den Reformierungsprozess. Durch die Vermischung des Brenn- stoffs mit dem Abgas wird ein kleiner A-Wert zur Verfügung gestellt (beispiels- weise A = 0,4), und unter Zuführung von Wärme kann eine endotherme Refor- mierungsreaktion stattfinden.

In diesem Zusammenhang ist es besonders nützlich, dass der Reformierungs- zone Wärme aus der exothermen Oxidation in der Oxidationszone zuführbar ist.

Die in der Oxidationszone entstehende Wärmeenergie wird somit im Rahmen der Reformierungsreaktion umgesetzt, so dass die Nettowärmeproduktion des Gesamtprozesses nicht zu Problemen im Temperaturhaushalt des Reformers führt.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Reformierungszone eine Oxidations- mittelzuführung aufweist, über die zusätzlich Oxidationsmittel zuführbar ist. Auf diese Weise steht ein weiterer Parameter zur Beeinflussung der Reformierung zur Verfügung, so dass diese optimiert werden kann.

Die Erfindung ist in besonders nützlicher Weise dadurch weitergebildet, dass der zusätzliche Brennstoff einer Einspritz-und Gemischbildungszone zuführbar ist und dass der zusätzliche Brennstoff aus der Einspritz-und Gemischbil- dungszone in die Reformierungszone strömen kann. Diese Einspritz-und Ge- mischbildungszone ist somit in Strömungsrichtung der Reformierungszone vor- gelagert, so dass der Reformierungszone ein gut vermischtes Ausgangsgas für die Reformierungsreaktion zur Verfügung gestellt wird.

In diesem Zusammenhang ist es besonders nützlich, dass der zusätzliche Brennstoff durch die thermische Energie des aus der Oxidationszone austre- tenden Gasgemischs zumindest teilweise verdampft wird. Somit kann die Reak-

tionswärme aus der Oxidation auch in vorteilhafter Weise für den Verdamp- fungsprozess des Brennstoffs genutzt werden.

Weiterhin kann es nützlich sein, dass das in der Oxidationszone erzeugte Gas- gemisch teilweise unter Umgehung der Einspritz-und Gemischbildungszone der Reformierungszone zuführbar ist. Hierdurch steht noch eine weitere Mög- lichkeit zur Beeinflussung des Reformierungsprozesses zur Verfügung, so dass eine weitere Verbesserung des aus dem Reformer austretenden Reformats im Hinblick auf dessen Anwendung erreicht werden kann.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass der Reformierungszone zusätzlich Brennstoff zugeführt wird und dass der Refor- mierungszone Wärme zugeführt wird. Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Reformers auch im Rahmen eines Verfahrens umgesetzt. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen beson- ders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Dieses ist in nützlicher Weise dadurch weitergebildet, dass der Reformierungs- zone Wärme aus der exothermen Oxidation in der Oxidationszone zugeführt wird.

Weiterhin kann es nützlich sein, dass die Reformierungszone eine Oxidations- mittelzuführung aufweist, über die zusätzlich Oxidationsmittel zugeführt wird.

Es ist im Rahmen des Verfahrens bevorzugt, dass der zusätzliche Brennstoff einer Einspritz-und Gemischbildungszone zugeführt wird und dass der zusätz- liche Brennstoff aus der Einspritz-und Gemischbildungszone in die Reformie- rungszone strömt.

Nützlicherweise ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass der zusätzliche Brenn- stoff durch die thermische Energie des aus der Oxidationszone austretenden Gasgemischs zumindest teilweise verdampft wird.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das in der Oxidationszone erzeugte Gasgemisch teilweise unter Umgehung der Einspritz-und Gemischbildungszo- ne der Reformierungszone zugeführt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Trennung von Oxi- dationszone und Reformierungszone und die Vermischung des Abgases aus der Oxidationszone mit zusätzlich zugeführtem Brennstoff ein Gasgemisch er- zeugt werden kann, das im Hinblick auf die nachfolgende Reformierung gute Voraussetzung bietet beziehungsweise durch weitere Zuführung von Abgas und Oxidationsmittel im Hinblick auf den Reformierungsprozess optimiert werden kann.

Die Erfindung wird nun in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand be- vorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.

Dabei zeigt : Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Refor- mers ; und Figur 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur, 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Refor- mers. Dem Reformer 10 kann Brennstoff 12 und Oxidationsmittel 16 über jewei- lige Zuführungen eingespeist werden. Als Brennstoff 12 kommt beispielsweise Diesel in Frage, das Oxidationsmittel 16 ist in der Regel Luft. Die unmittelbar bei der anfänglichen Verbrennung entstehende Reaktionswärme kann in einer optional zur Verfügung gestellten Kühlzone 36 teilweise abgeführt werden. Das

Gemisch tritt dann weiter in die Oxidationszone 24, die als innerhalb der Refor- mierungszone 26 angeordnetes Rohr realisiert sein kann. In alternativen Aus- führungsformen ist die Oxidationszone durch mehrere Rohre oder durch eine spezielle Rohrführung innerhalb der Reformierungszone 26 realisiert. In der Oxidationszone findet eine Umsetzung von Brennstoff und Oxidationsmittel in einer exothermen Reaktion mit A = 1 statt. Das dabei entstehende Gasgemisch 32 tritt danach in eine Einspritz-und Gemischbildungszone 30 ein, in der es mit eingespritztem Brennstoff 14 vermischt wird. Die thermische Energie des Gas- gemisches 32 kann dabei die Verdampfung des Brennstoffs 14 unterstützen.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in die Einspritz-und Gemischbildungs- zone 30 Oxidationsmittel zugeführt wird. Das so gebildete Gemisch gelangt dann in die Reformierungszone 26, wo es in einer endothermen Reaktion mit zum Beispiel A = 0,4 umgesetzt wird. Die für die endotherme Reaktion benötig- te Wärme 28 wird aus der Oxidationszone 24 abgeführt. Zur Optimierung des Reformierungsprozesses kann zusätzlich Oxidationsmittel 18 in die Reformie- rungszone 26 zugeführt werden. Weiterhin ist es möglich, einen Teil des in der Oxidationszone 24 erzeugten Gasgemisches 34 direkt unter Umgehung der Einspritz-und Gemischbildungszone 30 der Reformierungszone 26 zuzuführen.

Das Reformat 22 strömt dann aus der Reformierungszone 26 aus und steht für weitere Anwendungen zur Verfügung.

Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Ver- fahrens. In Schritt S01 wird einer Oxidationszone Brennstoff und Oxidationsmit- tel zugeführt. Danach erfolgt in Schritt S02 eine zumindest teilweise Oxidation des Brennstoffs. Gemäß Schritt S03 wird das aus der Oxidationszone austre- tende Gasgemisch der Einspritz-und Gemischbildungszone zugeführt. Weiter- hin wird in Schritt S04 der Einspritz-und Gemischbildungszone zusätzlicher Brennstoff zugeführt. Das in der Einspritz-und Gemischbildungszone erzeugte Gemisch wird dann in Schritt S05 der Reformierungszone zugeführt, wo es in Schritt S06 in einer endothermen Reaktion unter Ausnutzung der Reaktions- wärme der exothermen Oxidation reformiert wird. In Schritt S07 wird das Re- format entnommen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den An- sprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste 12 Brennstoff 14 Brennstoff 16 Oxidationsmittel 18 Oxidationsmittel 20 Oxidationsmittel 22 Reformat 24 Oxidationszone 26 Reformierungszone 28 Wärme 30 Einspritz-und Gemischbildungszone 34 Gasgemisch 36 Kühlzone