DE102004014092A1 - Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte - Google Patents

Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte Download PDF

Info

Publication number
DE102004014092A1
DE102004014092A1 DE102004014092A DE102004014092A DE102004014092A1 DE 102004014092 A1 DE102004014092 A1 DE 102004014092A1 DE 102004014092 A DE102004014092 A DE 102004014092A DE 102004014092 A DE102004014092 A DE 102004014092A DE 102004014092 A1 DE102004014092 A1 DE 102004014092A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stage
catalyst
silicon
gas
steam reformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102004014092A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102004014092B4 (de
Inventor
Heike Rahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Viessmann Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Viessmann Werke GmbH and Co KG filed Critical Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority to DE102004014092A priority Critical patent/DE102004014092B4/de
Publication of DE102004014092A1 publication Critical patent/DE102004014092A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102004014092B4 publication Critical patent/DE102004014092B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/40—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts characterised by the catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/20—Carbon compounds
    • B01J27/22—Carbides
    • B01J27/224—Silicon carbide
    • B01J35/56—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/0445—Selective methanation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0816—Heating by flames
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1023—Catalysts in the form of a monolith or honeycomb
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082—Composition of support materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte, umfassend eine mit einem Gasbrenner (3) beheizbare Dampfreformerstufe (1) mit einem ersten katalysatorbeschichteten Katalysatorträger, mindestens eine der Dampfreformerstufe (1) zur Kohlenmonoxidreduzierung nachgeschaltete Konvertierungsstufe (2) mit einem zweiten katalysatorbeschichteten Katalysatorträger. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens einer der Katalysatorträger aus Silizium-Silizium-Karbid gebildet ist und eine wahlweise vom Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf und/oder vom Wasserstoff und den Reformerprodukten mindestens abschnittweise geradlinig durchströmbare Mikrokanalstruktur aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist nach der DE 100 57 537 A1 bekannt. Diese besteht aus einer mit einem Gasbrenner beheizbaren Dampfreformerstufe mit einem ersten katalysatorbeschichteten Katalysatorträger und mehreren der Dampfreformerstufe nachgeschalteten Konvertierungsstufen mit weiteren katalysatorbeschichteten Katalysatorträgern. Diese Vorrichtung dient, wie erwähnt, dazu, Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte umzuwandeln, und zwar insbesondere mit dem Ziel, Wasserstoff für den Betrieb einer Brennstoffzelle insbesondere für die Hausenergieversorgung bereit zu stellen.
  • Als Konvertierungsstufen zur Umwandlung des beim Dampfreformierungsprozess entstehenden Kohlenmonoxids in das insbesondere für so genannte PEM-Brennstoffzellen (Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen) unschädliche Kohlendioxid sind bei der genannten Vorrichtung eine Hochtemperaturshift-, eine Niedertemperaturshift- und wahlweise eine Methanisierungs- oder Seloxstufe (Konvertierung per selektiver Oxidation) vorgesehen. Das Trägermaterial für die katalytische Beschichtung der Stufen besteht bei dieser Vorrichtung typischer Weise aus einem hitzebeständigen Stahl (für die verschiedenen Stufen können auch verschiedene hitzebeständige bzw. warmfeste Stähle vorgesehen sein). Bei zylindrischer Ausbildung der Katalysatorstufe ist ein ebenfalls warmfester, gasdichter und zylindrischer Aussenmantel und bei hohlzylindrischer Ausbildung der Katalysatorstufe darüber hinaus eine gasdichter Innenmantel vorgesehen.
  • Nachteilig für die Dampfreformerstufe ist, dass bei diesem Material (Stahl) und bei Temperaturen von etwa 1200°C (Prozesstemperatur) ein relativ geringer Widerstand gegen eine thermomechanische Langzeitbelastung besteht (der Werkstoff beginnt zu "kriechen" bzw. sich plastisch zu verformen).
  • Ferner ist nachteilig, dass der Katalysatorträger und der gasdichte Aussen- bzw. bei hohlzylindrischer Ausbildung auch der gasdichte Innenmantel regelmäßig aus unterschiedlichem Material gebildet sind und dementsprechend unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, die bei hitzebeständigen bzw. warmfesten Stählen darüber hinaus auch noch relativ hoch sind.
  • Weiterhin nachteilig ist bei hohlzylindrischer Ausbildung der Dampfreformerstufe, dass aufgrund des großen Temperaturgradienten zwischen Innen- und Aussenmantel Wärmespannungen auftreten, die zu Ausbeulungen des Materials führen können.
  • Bezüglich der nachgeschalteten Konvertierungsstufen ist beim derzeit bekannten Stand der Technik nachteilig, dass die exotherm entstehende Reaktionswärme aufgrund der nicht ausreichenden Wärmeleitfähigkeit des eingesetzten Materials (warmfester oder hitzebeständiger Stahl) nicht schnell genug abgeführt wird. Dies wiederum führt zu verschlechterten Prozessbedingungen bei der Gasreinigung, da beispielsweise die Methanisierung oder die selektive Oxidation nur bei einer ganz bestimmten Temperaturfenster optimal abläuft.
  • Allgemein zusammengefasst, bestehen folgende Anforderungen an das Träger- und gegebenenfalls Mantelmaterial solcher Reformer- und Konvertierungs- bzw. Shiftstufen: Dampfreformerstufe:
    • – Hohe Temperaturbeständigkeit bis mindestens 1200°C;
    • – Hohe Zeitstandsfestigkeit, damit die Vorrichtung eine hohe Lebensdauer erreicht (angestrebt sind 40.000 Betriebsstunden bzw. 15 Jahre Lebensdauer);
    • – Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, um die thermomechanische Beanspruchung der Vorrichtung so gering wie möglich zu halten;
    • – Hohe Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion.
  • Konvertierungsstufe:
    • – Hohe Wärmeleitfähigkeit und ein kleines (mathematisches) Produkt aus Dichte und Wärmekapazität, damit die entstehende exotherme Reaktionswärme schnell nach aussen abgeführt und das enge Temperaturfenster der Shift- und Methanisierungs- bzw. Seloxstufe eingehalten werden kann;
    • – Hohe Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art einen Katalysatorträger bereit zu stellen, der die oben aufgeführten Anforderungen besser erfüllt als ein hitzebeständiger und/oder warmfester Stahl.
  • Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass mindestens einer der Katalysatorträger (vorzugsweise mehrere oder auch alle) aus Silizium-Silizium-Karbid (im Folgenden häufig der Einfachheit halber mit "SiSiC" bezeichnet) gebildet ist und eine wahlweise vom Kohlenwassserstoffgas und Wasserdampf und/oder vom Wasserstoff und den Reformerprodukten mindestens abschnittsweise geradlinig durchströmbare Mikrokanalstruktur aufweist.
  • Die Maßgabe "mindestens abschnittsweise geradlinig durchströmbar" bringt dabei zum Ausdruck, dass der Katalysatorträger nicht als poröser Körper wie beispielsweise nach der DE 101 09 983 A1 , sondern wie beispielsweise ein aus dem Automobilbau bekannter Träger mit einer wabenartiger Struktur ausgebildet ist, d. h. das Kohlenwasserstoffgas und der Wasserdampf und/oder der Wasserstoff und die Reformerprodukte strömen jedenfalls abschnittsweise geradlinig und nicht undefiniert wie bei einem schwammartigen Material durch die Reformer- bzw. Konvertierungsstufe.
  • Das erfindungsgemäß vorgesehene Trägermaterial Silizium-Silizium-Karbid ist problemlos bis 1300°C temperaturbeständig.
  • Während der erwähnte hitzebeständige oder warmfeste Stahl bei einer Temperatur von 20°C eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 10 bis 20 W/mK und bei 900°C etwa 20 bis 30 W/mK aufweist, erreicht das Trägermaterial aus Silizium-Silizum-Karbid bei 20°C eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 170 W/mK und bei 900°C immerhin noch 60 W/mK. Ferner beträgt das mathematische Produkt aus Dichte und Wärmekapazität bei Stahl 4,6 × 106 bis 4,8 × 106 J/m3K, bei SiSiC dagegen nur 2,4 × 106 bis 3,6 × 106 J/m3K. Damit ist insbesondere in der regelmäßig kritischen Anfahrphase der Vorrichtung für eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit gesorgt, so dass die Kaltstartzeiten erheblich verringert werden können.
  • Der Wärmeausdehnungskoeffizient und damit die Ausdehnung des Trägermaterials bei Erwärmung beträgt bei einem Katalysatorträger aus SiSiC etwa 5 × 10–6 K–1. Bei einem hitzebeständigen Stahl dagegen mindestens 14 × 10–6 K–1, somit fast dreimal so viel.
  • Darüber hinaus ist bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Material SiSiC eine bessere Zeitstandsfestigkeit und sehr gute Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion gegeben, d. h. der Einsatz des erfindungsgemäß vorgesehenen Katalysatorträgermaterials SiSiC führt insgesamt zu einer erheblich verbesserten Vorrichtung.
  • Bezüglich der Herstellung derartiger Katalysatorträger wird auf die EP 0 151 213 A1 und auf die (noch unveröffentlichte) DE 103 51 057 A1 verwiesen, wonach ein Verfahren zur Herstellung und Formgebung eines aus Silizium-Silizium-Carbid bestehenden Bauteils mit einer mindestens abschnittsweise geradlinig durchströmbaren Struktur bekannt ist, bei dem ein in Wunschform gebrachter, kohlenstoffhaltiger Werkstoff pyrolysiert und siliziert und bei dem als kohlenstoffhaltiger Werkstoff Papier verwendet wird. Als Papier kommt dabei vorzugsweise Wellpappe in Betracht, wobei gemäß dem den Anmeldungsunterlagen beigefügten Dokument zum Thema Papier, das zumindest zum Anmeldezeitpunkt auch unter http://home.eduhi.at/teaching/art/mwv_papier.htm abrufbar im Internet zur Verfügung stand, der Unterschied zwischen Papier, Karton und Pappe vorallem im unterschiedlichen Flächengewicht besteht.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
    •
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Ansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels genauer erläutert.
  • Es zeigt
  • 1 schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Dampfreformierungs- und einer Konvertierungsstufe in Verbindung mit einer PEM-Brennstoffzelle; und
  • 2 den Katalysatorträger, und zwar links in seiner Ausgangsform als Wellpappkörper und rechts pyrolysiert und siliziert als SiSiC-Keramik mit Wabenstruktur.
  • In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Diese dient zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte. Sie umfasst eine mit einem Gasbrenner 3 beheizbare Dampfreformerstufe 1 mit einem ersten katalysatorbeschichteten Katalysatorträger 4. Der Dampfreformerstufe 1 wird das Kohlen wasserstoffgas und der Wasserdampf zugeführt. Der Gasbrenner 3 wird vorzugsweise ebenfalls mit Kohlenwasserstoffgas betrieben, wobei als Kohlenwasserstoffgas bei einer Anlage wie hier zur Hausenergieversorgung vorzugsweise Erdgas verwendet wird. Zur Kohlenmonoxidreduzierung (schädlich für PEM-Brennstoffzellen) umfasst die Vorrichtung ferner (mindestens) eine der Dampfreformerstufe 1 nachgeschaltete Konvertierungsstufe 2 mit einem zweiten katalysatorbeschichteten Katalysatorträger 5.
  • Wesentlich für diese Vorrichtung ist nun, und diesbezüglich wird insbesondere auf 2 verwiesen, dass mindestens einer der Katalysatorträger 4, 5 aus Silizium-Silizium-Karbid gebildet ist und eine wahlweise vom Kohlenwassserstoffgas und Wasserdampf und/oder vom Wasserstoff und den Reformerprodukten mindestens abschnittsweise geradlinig durchströmbare Mikrokanalstruktur 6 aufweist.
  • Unter Ausnutzung des bereits beschriebenen Herstellungsverfahrens derartiger Trägerkörper gemäß der EP 0 151 213 A1 und der (noch unveröffentlichten) DE 103 51 057 A1 ist ferner vorteilhaft vorgesehen, dass der Katalysatorträger 4, 5 vor seiner Pyrolysierung und Silizierung als gewickelter Wellpappkörper ausgebildet ist. 2 verdeutlicht diese Maßgabe: Links ist der aus Wellpappe gewickelte Katalysatorträger 4, 5 in Ausgangsform dargestellt. Diese ist sehr einfach herzustellen und damit kostengünstig. Nach Pyrolysierung und Silizierung ist gemäß der rechten Darstellung in 2 daraus ein keramischer Silizium-Silizium-Karbid-Trägerkörper geworden, der für seinen bestimmungsgemäßen Zweck lediglich noch mit einem geeigneten Katalysatormaterial beschichtet werden muss.
  • Neben der dargestellten zylindrischen Ausführungsform des Katalysatorträgers ist ferner vorteilhaft vorgesehen (nicht extra dargestellt, da im Prinzip in der DE 102 13 326 A1 offenbart), dass wahlweise der Katalysatorträger 4, 5 der Dampfreformerstufe 1 und/oder der Konvertierungsstufe 2 als hohlzylindrischer, axialdurchströmbarer Körper ausgebildet ist.
  • Ferner ist, wie erwähnt und in 2 dargestellt, vorteilhaft vorgesehen, dass der Katalysatorträger teilweise eine aus Silizium-Silizium-Karbid bestehende, gasdichte Außenoberfläche aufweist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist dies der zylindrische Aussenmantel, der eine axiale Durchströmung des Katalysatorträgers gewährleistet; bei einer hohlzylindrischen Stufe kann darüber hinaus auch die innen liegende, ebenfalls zylindrische Oberfläche gasdicht ausgebildet sein.
  • Unabhängig davon, ob nun eine zylindrische oder hohlzylindrische Form verwendet wird, ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Mikrokanalstruktur 6 des Katalysatorträgers 4, 5 aus axial orientierten Hohlkanälen gebildet ist. vorzugsweise erstrecken sich diese Hohlkanäle durchgehend von einer zur anderen Seite des Katalysatorträgers 4, 5.
  • Wie bereits erwähnt, ist mindestens eine Konvertierungsstufe 2 vorgesehen. Je nach erforderlicher Gasreinheit (Kohlenmonoxidfreiheit) ist ferner vorgesehen (nicht dargestellt), dass die Konvertierungsstufe 2 als Shift- und Gasfeinreinigungsstufe ausgebildet ist, wobei die Gasfeinreinigungsstufe darüber hinaus wahlweise als Selox- (Stufe zur selektiven Oxidation) oder Methanisierungsstufe ausgebildet ist. Wie aus 1 ersichtlich ist schließlich vorgesehen, dass die Konvertierungsstufe 2 zur Weiterleitung des erzeugten Wasserstoffs mit einem Anodenzufuhranschluss einer PEM-Brennstoffzelle verbunden ist.
    • 1
    Dampfreformerstufe
    2
    Konvertierungsstufe
    3
    Gasbrenner
    4
    Katalysatorträger
    5
    Katalysatorträger
    6
    Mikrokanalstruktur
    7
    Brennstoffzelle

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte, umfassend – eine mit einem Gasbrenner (3) beheizbare Dampfreformerstufe (1) mit einem ersten katalysatorbeschichteten Katalysatorträger (4), – mindestens eine der Dampfreformerstufe (1) zur Kohlenmonoxidreduzierung nachgeschaltete Konvertierungsstufe (2) mit einem zweiten katalysatorbeschichteten Katalysatorträger (5), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Katalysatorträger (4, 5) aus Silizium-Silizium-Karbid gebildet ist und eine wahlweise vom Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf und/oder vom Wasserstoff und den Reformerprodukten mindestens abschnittsweise geradlinig durchströmbare Mikrokanalstruktur (6) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger (4, 5) vor seiner Pyrolysierung und Silizierung als gewickelter Wellpappkörper ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger (4, 5) teilweise eine aus Silizium-Silizium-Karbid bestehende, gasdichte Außenoberfläche aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise der Katalysatorträger (4, 5) der Dampfreformerstufe (1) und/oder der Konvertierungsstufe (2) als hohlzylindrischer, axialdurchströmbarer Körper ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokanalstruktur (6) des wahlweise zylindrisch oder hohlzylindrisch ausgebildeten Katalysatorträgers (4, 5) aus axial orientierten Hohlkanälen gebildet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hohlkanäle von einer zur anderen Seite des Katalysatorträgers (4, 5) erstrecken.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Konvertierungsstufen (2) eine Shiftstufe und eine Gasfeinreinigungsstufe vorgesehen sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfeinreinigungsstufe als Selox- oder Methanisierungsstufe ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierungsstufe (2) mit einem Anodenzufuhranschluss einer PEM-Brennstoffzelle verbunden ist.
DE102004014092A 2004-03-20 2004-03-20 Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte Expired - Fee Related DE102004014092B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004014092A DE102004014092B4 (de) 2004-03-20 2004-03-20 Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004014092A DE102004014092B4 (de) 2004-03-20 2004-03-20 Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102004014092A1 true DE102004014092A1 (de) 2005-10-06
DE102004014092B4 DE102004014092B4 (de) 2012-04-19

Family

ID=34980711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004014092A Expired - Fee Related DE102004014092B4 (de) 2004-03-20 2004-03-20 Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102004014092B4 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006030798A1 (de) * 2006-06-30 2008-01-03 Christoph Mennel Silanbetriebene Brennstoffzelle
US9133710B2 (en) 2011-02-25 2015-09-15 Thiele Gmbh & Co. Kg Plowing device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0151213A1 (de) * 1983-07-30 1985-08-14 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàœNchen Gmbh Verfahren zur Herstellung eines reaktionsgesinterten Siliciumcarbidkörpers
EP0201670B1 (de) * 1985-05-08 1993-05-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Einrichtung zur Aufbereitung von im wesentlichen aus Methanol bestehenden Flüssigkeiten
DE10018047A1 (de) * 2000-04-12 2001-10-25 Volkswagen Ag Vorrichtung zur katalytischen Behandlung eines insbesondere für eine Brennstoffzelle eines Fahrzeugs vorgesehenen Mediums und entsprechendes Verfahren
DE10109983A1 (de) * 2000-03-07 2001-12-13 Klug Karl H Elektrokatalytischer Reformer für die Synthesegaserzeugung
DE10057537A1 (de) * 2000-11-20 2002-06-06 Viessmann Werke Kg Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff
DE10213326A1 (de) * 2002-03-25 2003-10-16 Viessmann Werke Kg Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff
WO2004002619A1 (en) * 2002-06-28 2004-01-08 Conocophillips Company Oxidized metal catalysts and process for producing synthesis gas

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60118085T2 (de) * 2000-12-27 2006-11-02 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Silicium/Siliciumkarbid-Komposit und Verfahren zur Herstellung desselben
JP3893049B2 (ja) * 2001-11-20 2007-03-14 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及びその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0151213A1 (de) * 1983-07-30 1985-08-14 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàœNchen Gmbh Verfahren zur Herstellung eines reaktionsgesinterten Siliciumcarbidkörpers
EP0201670B1 (de) * 1985-05-08 1993-05-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Einrichtung zur Aufbereitung von im wesentlichen aus Methanol bestehenden Flüssigkeiten
DE10109983A1 (de) * 2000-03-07 2001-12-13 Klug Karl H Elektrokatalytischer Reformer für die Synthesegaserzeugung
DE10018047A1 (de) * 2000-04-12 2001-10-25 Volkswagen Ag Vorrichtung zur katalytischen Behandlung eines insbesondere für eine Brennstoffzelle eines Fahrzeugs vorgesehenen Mediums und entsprechendes Verfahren
DE10057537A1 (de) * 2000-11-20 2002-06-06 Viessmann Werke Kg Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff
DE10213326A1 (de) * 2002-03-25 2003-10-16 Viessmann Werke Kg Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff
WO2004002619A1 (en) * 2002-06-28 2004-01-08 Conocophillips Company Oxidized metal catalysts and process for producing synthesis gas

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006030798A1 (de) * 2006-06-30 2008-01-03 Christoph Mennel Silanbetriebene Brennstoffzelle
DE102006030798B4 (de) * 2006-06-30 2009-04-02 Christoph Mennel Verwendung von Silanen als chemische Wasserstoffspeicher und silanbetriebenes Brennstoffzellensystem
US9133710B2 (en) 2011-02-25 2015-09-15 Thiele Gmbh & Co. Kg Plowing device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004014092B4 (de) 2012-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60222123T2 (de) Zylinderförmige wasserdampfreformierungseinheit
DE102005001900B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen eines homogenen Gemisches aus Brennstoff und Oxidationsmittel
WO2006066545A1 (de) Reformer für eine brennstoffzelle
DE102007010758A1 (de) Elektrisch beheizbarer Wabenkörper und Verfahren zu dessen Betrieb
WO2016184776A1 (de) Gasdichtes, wärmedurchlässiges, keramisches und mehrschichtiges verbundrohr
AT521065B1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Aufheizen eines Brennstoffzellensystems
DE19804286A1 (de) Reaktor für eine katalytische chemische Reaktion, insbesondere Methanolreformierungsreaktor
DE102015110120A1 (de) Optimierung des Wärmehaushalts in Reformern durch Einsatz von metallischen Katalysatorträgern
DE10195284B4 (de) Reformeranlage mit Wärmeschild
DE102007055179A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zu dessen Betrieb
WO2020102841A1 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum temperieren eines brennstoffzellensystems
DE102004014092B4 (de) Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte
DE10136768B4 (de) Brennstoffzellenanlage mit zwei Umformeinheiten zur katalytischen Dekomposition und Verfahren zur katalytischen Dekomposition
DE10136970A1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von wasserstoffhaltigem Gas für eine Brennstoffzellenanlage
AT520719B1 (de) Reversibel betreibbarer Energiewandler und Verfahren zum Betreiben desselben
EP2680666B1 (de) Haartrockener
DE102016220371A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung
DE19955892A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Reformierung eines Kohlenwasserstoffs mit langkettigen Kohlenwasserstoffanteilen
EP1859865B1 (de) Katalysatorelement
DE102008009063A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE3837503A1 (de) Abgas-katalysator fuer kraftfahrzeuge
DE10213326A1 (de) Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff
AT525722B1 (de) Brennstoffzellensystem
AT523336B1 (de) Lageranordnung für ein SOFC-System
DE10318866A1 (de) Vorrichtung zur Umsetzung eines Ausgangsstoffes zu einem wasserstoffhaltigen Gas sowie Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R082 Change of representative

Representative=s name: WOLF & WOLF PATENT- UND RECHTSANWAELTE, DE

Representative=s name: WOLF & WOLF PATENT- UND RECHTSANWALTSGESELLSCH, DE

R020 Patent grant now final

Effective date: 20120719

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee