DE10213326A1 - Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff - Google Patents

Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff

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DE10213326A1
DE10213326A1 DE2002113326 DE10213326A DE10213326A1 DE 10213326 A1 DE10213326 A1 DE 10213326A1 DE 2002113326 DE2002113326 DE 2002113326 DE 10213326 A DE10213326 A DE 10213326A DE 10213326 A1 DE10213326 A1 DE 10213326A1
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Germany
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stage
catalyst
hydrogen
carbon monoxide
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Nicolas Zartenar
Peter Britz
Klaus Wanninger
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Viessmann Werke GmbH and Co KG
Sued Chemie AG
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Viessmann Werke GmbH and Co KG
Sued Chemie AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff, der einen Reformer (1) zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasser in Wasserstoff und weitere Reformer-Produkte umfasst, wobei dem Reformer (1) zur chemischen Aufbereitung der Reformer-Produkte mindestens eine Katalysatorstufe (2) nachgeschaltet ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Katalysatorstufe (2) mindestens angenähert in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Apparate der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der (noch nicht veröffentlichten) DE 10 05 7537.4 bekannt. Im Verbund mit beispielsweise einer sogenannten PEM-Brennstoffzelle dienen sie zur Strom- und Wärmeerzeugung, wobei der im Reformer aus dem Kohlenwasserstoffgas reformierte Wasserstoff in der Brennstoffzelle auf bekannte Weise umgesetzt wird. Derartige Anlagen werden sowohl im stationären Bereich als auch iiobil (bei Kraftfahrzeugen) eingesetzt.
  • Dem Reformer sind zur Gasreinigung in der Regel mehrere Katalysatorstufen nachgeschaltet, die bei unterschiedlichen Temperaturniveaus insbesondere die Konzentration des für die Brennstoffzelle schädlichen Kohlenmonoxids verringern. Beispielsweise folgt bei einer bekannten Ausführungsform dem Katalysator eine sogenannte Hochtemperaturshiftstufe, die bei einem Temperaturniveau von etwa 500°C für eine erhebliche Reduktion der Kohlenmonoxidkonzentration sorgt. Die restlichen Kohlenmonoxidanteile werden nachfolgend mittels einer sogenannten Niedertemperaturshiftstufe (bei etwa 300°C) sowie einer sogenannten SelOx-Stufe auf ein für die Brennstoffzelle geeignetes Maß reduziert.
  • Die in der Hochtemperatur-, Niedertemperatur- und SelOx-Stufe (wahlweise wird alternativ eine Methanisierungsstufe eingesetzt) verwendeten Katalysatoren, zwischen denen zur Realisierung der erwähnten Temperaturniveaus Wärmetauscher angeordnet sind, weisen, soweit bekannt, bei den bisher verwendeten Gaserzeucjungssystemen eine zylindrische Form auf, d. h. ähnlich wie bai einem Katalysator eines Kraftfahrzeugs besteht dieser aus einem zylindrischen Körper, der in Längsrichtung vom Reformergas durchströmbare Waben aufweist, die mit einer den Katalysatorprozess auslösenden Beschichtung versehen bzw. aus einem entsprechenden Material gebildet sind.
  • Als für die Gasreinigung problematisch hat sich bei diesen bisher verwendeten Katalysatoren herausgestellt, dass sich auegrund der exothermen Reaktion des Reformergases bei der Gasreinigung bezogen auf den Querschnitt der Katalysatoren unterschiedliche Temperaturniveaus einstellen, was dazu führt, dass die Reinheit des Gases davon abhängt, welcher Querschnittsbereich gerade durchströmt wird.
  • Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, bei einem Apparat der eingangs genannten Art in konstruktiver Hinsicht auf möglichst einfache Art und Weise dafür zu sorgen, dass das Reformergas eine möglichst gleichmäßige Reinigung erfährt, und zwar unabhängig davon, welchen (radialen) Bereich der Katalysatoren es nach der Reformierung durchströmt.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit einem Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Nach der Erfindung ist somit vorgesehen, dass die nachgeschalteten Katalysatoren zumindest angenährt hohlzylindrisch ausgebildet sind, was dazu führt, dass sich bezüglich des Durchströmungsquerschnitts der einzelnen Katalysatorstufen ein im wesentlichen isothermes Temperaturprofil ausbildet, da bei entsprechend gleicher Strömungsquerschnittsfläche bezogen auf einen zylindrischen Katalysator der Abstand zwischen den Randbereichen deutlich geringer ausfällt. Die Maßgabe "zumindest angenährt hohlzylindrisch" bedeutet dabei, dass letztlich, gewissermaßen als verschlechterte Ausführungsform, natürlich auch beispielsweise dreieckige, rechteckige oder mehreckige Hohlquerschnitte gemeint sind, denn auch bei diesen Strömungsquerschnitten ergibt sich (mehr oder weniger) zwischen den Randbereichen ein angenähert isothermes Temperaturprofil.
  • Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt also darin, dass die Temperaturverteilung in den sogenannten Ringwaben (hohlzylinderförmige Katalysatorstufen) radial gesehen günstiger ist, d. h. der Temperaturgradient ist zumindest deutlich kleiner als bei herkömmlichen Zylinderwaben. Da für den Betrieb der Brennstoffzelle ferner nur geringe Temperaturfenster zugelassen werden können (andernfalls würde der Kohlenmonoxidanteil zu stark ansteigen), ist diese Katalysatorgeometrie besonders gut geeignet.
  • Sollte der erfindungsgemäße Appparat mehr als eine Katalysator stufe aufweisen, was in der Regel der Fall ist, ist vorteilhaft vorgesehen, dass alle Katalysatorstufen und auch eine nachgeschaltet Gasfeinreinigungsstufe in Form eines konzentrischen Hohlzylinders ausgebildet sind.
  • Um für einen optimalen Übergang der Reformer-Produkte zur Katalysatorstufe zu sorgen, ist ferner vorteilhaft vorgesehen, dass auch der Reformer in Form eines Hohlzylinders ausgebildet und ein Reformer-Brenner zentrisch darin angeordnet ist.
  • Zur weiteren Vergleichmäßigung des Temperaturprofils bezogen auf den Querschnitt der hohlzylinderförmigen Katalysatorstufe ist darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass der mindestens eine Katalysator aus einer Strömungskanäle begrenzenden Metallfolie gebildet ist, die zur Verbesserung des Stoffaustauschs innerhalb des Hohlzylinders zwischen den einzelnen Strömungskanälen eine Perforation aufweist. Diese Maßgabe hat zur Folge, dass die Reformer-Produkte nicht nur axial, sondern zum Temperaturausgleich auch in gewissen Grenzen quer durch die Katalysatorstufen strömen können, denn die Perforation bewirkt eine Erhöhung der Turbulenz, so dass auch das Gas in der Kernströmung mit den Katalysatoroberflächen in Kontakt kommt.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht ferner darin, dass im hohlen Innern der mindestens einen hohlzylinderförmigen Katalysatorstufe ein Strömungskanal vorgesehen ist. Dieser Strömungskanal dient dabei insbesondere dazu, das zur Reformierung erforderliche Kohlenwasserstoffgas nach dem Prinzip des Gegenstrom-Wärmetauschs an den Katalysatorstufen aufzuheizen, um es dann anschließend über eine Verbindungsleitung dem Reformer zuzuführen.
  • Besonders effektiv findet dieser Wärmetausch schließlich dann statt, wenn der Stömungskanal über mindestens einen Warmetauscher thermisch mit der mindestens einen hohlzylinderförmigen Katalysatorstufe verbunden ist.
  • Der erfindungsgemäße Appparat zur Erzeugung von Wasserstoff einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der Unteransprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der einzigen Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff im Schnitt (ohne umlaufende Kanten) als Prinzipskizze dargestellt. Dieser umfasst einen Reformer 1 zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas CH4 und Wasser in Wasserstoff und weitere Reformer-Produkte (Reformat), wobei der Raformer 1 bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Form eines Hohlzylinders ausgebildet und darin ein Reformer-Brenner 4 (beispielsweise Gasflächenbrenner) zentrisch angeordnet ist (Wärmeentwicklung gestrichelt angedeutet). Zur chemischen Aufbereitung der Reformer-Produkte sind dem Reformer 1 drei Katalysatorstufen 2 nachgeschaltet, wobei die dritte als Gasfeinreinigungsstufe 3 (sogenannte SelOx- oder Methanisierungsstufe) ausgebildet ist. Die reformerseitige Katalysatorstufe ist die sogenannte Hochtemperaturshiftstufe, während die gasfeinreinigungsstufenseitige die Niedertemperaturshiftstufe darstellt.
  • Wesentlich für diesen Apparat ist nun, dass die mindestens eine Katalysatorstufe 2, vorzugsweise - wie dargestellt - alle, mindestens angenähert in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist (was selbstverständlich auch für die Gasfeinreinigungsstufe gilt).
  • Zur Vergleichmäßigung der Temperatur innerhalb der Katalysatorstufen ist, wie bereits erwähnt, vorzugsweise vorgesehen (was nicht extra dargestellt ist, da ohne weiteres vorstellbar), dass der mindestens eine Katalysator 2 aus einer Strömungskanäle begrenzenden Metallfolie gebildet ist, die eine Perforation aufweist.
  • Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemässen Apparats besteht ferner darin, dass im hohlen Innern der mindestens einen hohlzylinderförmigen Katalysatorstufe 2 ein Strömungskanal 5 vorgesehen ist. Durch diesen Strömungskanal 5 wird das Kohlenwasserstoffgas zu dessen Vorwärmung entgegen der Strömungsrichtung der Reformer-Produkte geführt, d. h. die an den Katalysatorstufen bei der exothermen Reinigungsreaktion anfallenden Wärmen werden direkt verwendet, um die Reformer- Edukte zu erwärmen.
  • Zur Trennung des hohlzylindrischen Reformerraums vom Strömungskanal 5 ist die mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnete Trennwand vorgesehen, d. h. das an der Gasfeinreinigungsstufe eintretende Kohlenwasserstoffgas durchströmt zunächst, wie beschrieben, im Gegenstrom die Katalysatorstufen, um dann über den schematisch dargestellten und im Bereich der Trennwand 7 angeordneten Anschluss 8 zum Eintritt des Reformers 1 geführt zu werden.
  • Um schließlich auch das für den Reformierungsprozess erforderliche Wasser vorzuheizen, ist vorgesehen, dass zwischen den einzelnen Katalysatorstufen 2 Wärmetauscher 6 (beispielsweise Wendelrohrwärmetauscher) angeordnet sind, die einerseits vom Prozesswasser durchströmt werden und die andererseits thermisch auch mit dem Strömungskanal 5 verbunden sind. Bezugszeichenliste 1 Reformer
    2 Katalysatorstufe
    3 Gasfeinreinigungsstufe
    4 Reformer-Brenner
    5 Strömungskanal
    6 Wärmetauscher
    7 Trennwand
    8 Anschluss

Claims (8)

1. Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff, umfassend einen Reformer (1) zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasser in Wasserstoff und weitere Reformer-Produkte, wobei dem Reformer (1) zur chemischen Aufbereitung der Reformer-Produkte mindestens eine Katalysatorstufe (2) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Katalysatorstufe (2) mindestens angenähert in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist.
2. Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von mehr als einer Katalysatorstufe (2) alle Katalysatorstufen (2) und auch eine nachgeschaltet Gasfeinreinigungsstufe (3) in Form eines Hohlzylinders ausgebildet sind.
3. Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (1) in Form eines Hohlzylinders ausgebildet und ein Reformer-Brenner (4) zentrisch darin angeordnet ist.
4. Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Katalysator (2) aus einer Strömungskanäle begrenzenden Metallfolie gebildet ist, die zur Verbesserung des Stoffaustauschs innerhalb des Hohlzylinders zwischen den einzelnen Strömungskanälen eine Perforation aufweist.
5. Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im hohlen Innern der mindestens einen hohlzylinderförmigen Katalysatorstufe (2) ein Strömungskanal (5) vorgesehen ist.
6. Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (5) das Kohlenwasserstoffgas zu dessen Vorwärmung entgegen der Strömungsrichtung der Reformer-Produkte führt und mit dem Reformer (1) verbunden ist.
7. Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stömungskanal (5) über mindestens einen Wärmetauscher (6) thermisch mit der mindestens einen hohlzylinderförmigen Katalysatorstufe (2) verbunden ist.
8. Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Reformierung erforderliche Wasser durch den Wärmetauscher (6) geführt ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004014092A1 (de) * 2004-03-20 2005-10-06 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte
DE102006039039A1 (de) * 2006-05-23 2007-11-29 Zentrum für Brennstoffzellen-Technik GmbH Verfahren zum Aufheizen einer Katalysatorstufe sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
US7931467B2 (en) 2004-12-10 2011-04-26 Baxi Innotech Gmbh Method for determining an air ratio in a burner for a fuel cell heater, a fuel cell heater

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10356650A1 (de) * 2003-12-02 2005-07-07 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Apparat zur Erzeugung von Wasserstoff

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3940700A1 (de) * 1988-12-13 1990-06-21 Toyo Engineering Corp Katalytischer reaktor
DE19624433C1 (de) * 1996-06-19 1997-12-11 Daimler Benz Ag Reformierungsreaktor, insbesondere zur Wasserdampfreformierung von Methanol
DE19713242A1 (de) * 1997-03-29 1998-10-01 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Reformierungsreaktor zur Wasserdampfreformierung von Methanol
DE19721630C1 (de) * 1997-05-23 1999-02-11 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zur Reformierung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Edukten
EP0913357A1 (de) * 1997-10-28 1999-05-06 Ngk Insulators, Ltd. Reformer und Methode zu dessen Betreiben
DE19832386A1 (de) * 1998-07-18 2000-01-27 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Reformierungsreaktor mit katalytischer Brennereinheit
DE69420604T2 (de) * 1993-03-16 2000-05-25 Tokyo Gas Co Ltd Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff
DE19921420A1 (de) * 1999-05-08 2000-11-16 Krupp Uhde Gmbh Primärreformer zum Einsatz bei der Methanol- oder Ammoniakgewinnung
DE10109983A1 (de) * 2000-03-07 2001-12-13 Klug Karl H Elektrokatalytischer Reformer für die Synthesegaserzeugung
DE10057420A1 (de) * 2000-11-20 2002-06-06 Emitec Emissionstechnologie Mehrstufiger Shiftreaktor und Reformeranlage

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3940700A1 (de) * 1988-12-13 1990-06-21 Toyo Engineering Corp Katalytischer reaktor
DE69420604T2 (de) * 1993-03-16 2000-05-25 Tokyo Gas Co Ltd Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff
DE19624433C1 (de) * 1996-06-19 1997-12-11 Daimler Benz Ag Reformierungsreaktor, insbesondere zur Wasserdampfreformierung von Methanol
DE19713242A1 (de) * 1997-03-29 1998-10-01 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Reformierungsreaktor zur Wasserdampfreformierung von Methanol
DE19721630C1 (de) * 1997-05-23 1999-02-11 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zur Reformierung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Edukten
EP0913357A1 (de) * 1997-10-28 1999-05-06 Ngk Insulators, Ltd. Reformer und Methode zu dessen Betreiben
DE19832386A1 (de) * 1998-07-18 2000-01-27 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Reformierungsreaktor mit katalytischer Brennereinheit
DE19921420A1 (de) * 1999-05-08 2000-11-16 Krupp Uhde Gmbh Primärreformer zum Einsatz bei der Methanol- oder Ammoniakgewinnung
DE10109983A1 (de) * 2000-03-07 2001-12-13 Klug Karl H Elektrokatalytischer Reformer für die Synthesegaserzeugung
DE10057420A1 (de) * 2000-11-20 2002-06-06 Emitec Emissionstechnologie Mehrstufiger Shiftreaktor und Reformeranlage

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004014092A1 (de) * 2004-03-20 2005-10-06 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte
DE102004014092B4 (de) * 2004-03-20 2012-04-19 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf in Wasserstoff und weitere Reformerprodukte
US7931467B2 (en) 2004-12-10 2011-04-26 Baxi Innotech Gmbh Method for determining an air ratio in a burner for a fuel cell heater, a fuel cell heater
DE102006039039A1 (de) * 2006-05-23 2007-11-29 Zentrum für Brennstoffzellen-Technik GmbH Verfahren zum Aufheizen einer Katalysatorstufe sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

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