DE112018000065B4 - Wasserstofferzeugungsvorrichtung - Google Patents

Wasserstofferzeugungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112018000065B4
DE112018000065B4 DE112018000065.6T DE112018000065T DE112018000065B4 DE 112018000065 B4 DE112018000065 B4 DE 112018000065B4 DE 112018000065 T DE112018000065 T DE 112018000065T DE 112018000065 B4 DE112018000065 B4 DE 112018000065B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
source gas
flow channel
separation membrane
catalyst
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.)
Active
Application number
DE112018000065.6T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112018000065T5 (de
Inventor
Shinji Kambara
Tomonori Miura
Tatsuya Ikeda
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.)
Gifu University NUC
Sawafuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Gifu University NUC
Sawafuji Electric Co Ltd
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 Gifu University NUC, Sawafuji Electric Co Ltd filed Critical Gifu University NUC
Publication of DE112018000065T5 publication Critical patent/DE112018000065T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112018000065B4 publication Critical patent/DE112018000065B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • C01B3/047—Decomposition of ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • 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
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • 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
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02—Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04—Alumina
    • 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
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/10—Magnesium; Oxides or hydroxides thereof
    • 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
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • 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
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • 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
    • C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • 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
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • 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
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C01B3/503—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by the membrane
    • 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
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C01B3/503—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by the membrane
    • C01B3/505—Membranes containing palladium
    • 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
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • 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
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • C01B3/58—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/16—Hydrogen
    • 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
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • 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
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • 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
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C01B2203/041—In-situ membrane purification during hydrogen production
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Wasserstofferzeugungsvorrichtung (1), die umfasst:einen dielektrischen Körper (2) mit einer ersten Oberfläche (11), in der ein Quellengasströmungskanal (13) in Form einer Nut ausgebildet ist, und einer zweiten Oberfläche, die zur ersten Oberfläche (11) parallel ist, wobei der dielektrische Körper (2) tafelförmig ist;einen Katalysator (10), der dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil eines Quellengases,das durch den Quellengasströmungskanal (13) strömt, zu zersetzen, um ein Wasserstoffgas zu erzeugen;eine tafelförmige Elektrode (3), die in Kontakt mit der zweiten Oberfläche des dielektrischen Körpers (2) angeordnet ist;eine Wasserstofftrennmembran (5), die der Elektrode (3) über den dielektrischen Körper (2) zugewandt ist;einen Wasserstoffströmungskanal (18), der dazu ausgelegt ist, Wasserstoff, der durch die Wasserstofftrennmembran (5) abgetrennt wird, zu führen; undeine Hochspannungsleistungsversorgung (6), die dazu ausgelegt ist, elektrische Leistung zu liefern, um eine elektrische Entladung zwischen der Wasserstofftrennmembran (5) undder Elektrode (3) zu bewirken,wobei der Katalysator (10) in Form eines dünnen Films vorliegt und eine Öffnung der Nut bedeckt;wobei die Wasserstofftrennmembran (5) auf den Katalysator (10) laminiert ist; undwobei die Wasserstofftrennmembran (5) dazu ausgelegt ist, Wasserstoff, der aus dem Quellengas durch elektrische Entladung oder Katalyse erzeugt wird, abzutrennen und den Wasserstoff in den Wasserstoffströmungskanal (18) einzuführen,wobei der Quellengasströmungskanal (13) als eine durchgehende Nut in der ersten Oberfläche (11) des dielektrischen Körpers (2) ausgebildet ist, wobei der Quellengasströmungskanal (13) einen Kanalabschnitt (16) hat, der mit einem Quellengasströmungskanaleinlass (14) in Verbindung steht und sich linear parallel zu einer oberen Oberfläche des dielektrischen Körpers (2) erstreckt, und einen Rückführungskanalabschnitt (17), der sich parallel zum Kanalabschnitt (16) rückwärts erstreckt, wobei eine Vielzahl dieser Kanalabschnitte (16) und Rückführungskanalabschnitte (17) abwechselnd in einem gleichmäßigen Abstand verbunden sind und schließlich in einen Quellengasauslass (15) einlaufen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Wasserstofferzeugungsvorrichtungen und bezieht sich insbesondere auf eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung mit einer hohen Ausbeute an Wasserstoff, die die Menge an erzeugtem Wasserstoff leicht steuern kann.
  • Stand der Technik
  • Es besteht ein Bedarf an einer Technologie, die Wasserstoff mit hoher Reinheit erzeugen und ihn in stabiler Weise als Brennstoff für eine Brennstoffzelle zuführen kann. Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffgas ist ein Beispiel eines bekannten Verfahrens zum Erzeugen von Wasserstoff. Aber bei einer solchen Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffgas tritt, wenn das Molverhältnis von Dampf zu Rohmaterial niedrig wird, eine Verkokung des Kohlenstoffs am Katalysator auf, was den Katalysator deaktiviert. Die Erzeugungsbedingungen müssen daher entsprechend der Menge an zu erzeugendem Wasserstoff sorgfältig gesteuert werden.
  • Ein anderes bekanntes Verfahren zum Erzeugen von Wasserstoff besteht darin, Ammoniak unter Verwendung eines Katalysators zu zersetzen. Obwohl es möglich ist, Wasserstoff aus zersetztem Ammoniak zu erzeugen, wenn ein solcher Ammoniakzersetzungskatalysator verwendet wird, ist es jedoch nicht möglich, den Wasserstoff aus dem Mischgas zu trennen, das aus Ammoniak, Wasserstoff und Stickstoff, das durch Zersetzen des Ammoniaks erhalten wird, besteht.
  • Die Erfinder haben ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff durch Transformieren von Ammoniak in Plasma durch elektrische Entladung erfunden, das im Patentdokument 1 offenbart ist. Das Patentdokument 1 offenbart eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung mit einem Plasmareaktor, einer Hochspannungselektrode und einer Erdungselektrode. In der Wasserstofferzeugungsvorrichtung des Patentdokuments 1 funktioniert eine Wasserstofftrennmembran als Hochspannungselektrode, die eine dielektrische Barrierenentladung zwischen der Wasserstofftrennmembran und der Erdungselektrode bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck bewirkt, wodurch das Ammoniak in einem Speisegas in Plasma transformiert wird, um Wasserstoff mit hoher Reinheit zu erzeugen. Unter Verwendung der Wasserstofftrennmembran für die elektrische Entladung kann eine Trennung von Wasserstoff mit hoher Reinheit vom Mischgas bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck durchgeführt werden.
  • In der Wasserstofferzeugungsvorrichtung unter Verwendung einer elektrischen Plasmaentladung, wie im Patentdokument 1 beschrieben, war es erforderlich, die elektrische Leistung für eine gleichmäßige Plasmatransformation des Rohmaterials im zylindrischen Reaktor gemäß der Kapazität des Reaktors zu erhöhen. Größere Reaktoren konnten folglich tatsächlich weniger energieeffizient sein als kleinere Reaktoren, was mit einem Risiko einer geringen Wasserstoffausbeute und einer verringerten Energieeffizienz einherging, wenn ein Bedarf an einer Erzeugung von Wasserstoff im großen Maßstab bestand.
  • Weiter ist aus Patentdokument 2 eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung, die mit hoher Effizienz Wasserstoff aus Ammoniak erzeugt, bekannt. Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung weist dabei einen Plasmareaktor, eine Hochspannungselektrode, die derart konfiguriert ist, dass sie eine WasserstoffTrennmembran umfasst, eine Erdungselektrode und ein Gaszuführmittel, das ein Ammoniak enthaltendes Gas dem Plasmareaktor zuführt, auf.
  • Eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung, die Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffbrennstoff durch eine Reformierungsreaktion in einem Reaktor erzeugt, ist aus Patentdokument 3 bekannt.
  • DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
  • Patentdokument 1: JP 2014 070 012 A ;
  • Patentdokument 2: Deutsche Patentanmeldung DE 11 2013 004 853 T5 ;
  • Patentdokument 3: US-Patentanmeldung US 2004 / 0 091 418 A1 ;
  • Patentdokument 4: US 5 811 062 A .
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Von der Erfindung zu lösendes Problem
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend erwähnten Umstände durchgeführt und hat eine Aufgabe, eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Menge an erzeugtem Wasserstoff leicht zu steuern und auch Wasserstoff mit hoher Reinheit mit einer konsistent hohen Ausbeute zu erzeugen.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dielektrischen Körper mit einer ersten Oberfläche, in der ein Quellengasströmungskanal in Form einer Nut ausgebildet ist, und einer zweiten Oberfläche, die zur ersten Oberfläche im Allgemeinen parallel ist, wobei der dielektrische Körper tafelförmig ist, einen Katalysator, der zumindest einen Teil des Quellengases, das im Quellengasströmungskanal strömt, zersetzt, um Wasserstoffgas zu erzeugen, eine tafelförmige Elektrode, die in Kontakt mit der zweiten Oberfläche des dielektrischen Körpers angeordnet ist, eine Wasserstofftrennmembran, die der Elektrode über den dielektrischen Körper zugewandt ist, einen Wasserstoffströmungskanal, der den durch die Wasserstofftrennmembran abgetrennten Wasserstoff führt, und eine Hochspannungsleistungsversorgung, die elektrische Leistung zuführt, um eine elektrische Entladung zwischen der Wasserstofftrennmembran und der Elektrode zu bewirken, umfasst. Der Katalysator liegt dabei in Form eines dünnen Films vor und bedeckt eine Öffnung der Nut. Die Wasserstofftrennmembran ist auf den Katalysator laminiert und dazu ausgelegt, Wasserstoff, der aus dem Quellengas durch elektrische Entladung oder Katalyse erzeugt wird, abzutrennen und diesen in den Wasserstoffströmungskanal einzuführen. Der Quellengasströmungskanal ist dabei als eine durchgehende Nut in der ersten Oberfläche des dielektrischen Körpers ausgebildet, wobei der Quellengasströmungskanal einen Kanalabschnitt aufweist, der mit einem Quellengasströmungskanaleinlass in Verbindung steht und sich linear parallel zu einer oberen Oberfläche des dielektrischen Körpers erstreckt, und einen Rückführungskanalabschnitt, der sich parallel zum Kanalabschnitt rückwärts erstreckt, wobei eine Vielzahl dieser Kanalabschnitte und Rückführungskanalabschnitte abwechselnd in einem gleichmäßigen Abstand verbunden sind und schließlich in einen Quellengasauslass einlaufen.
  • Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt Wasserstoffgas aus einem Quellengas mit hoher Ausbeute durch die Wirkung sowohl des Katalysators als auch der elektrischen Entladung zwischen der Wasserstofftrennmembran und der Elektrode.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Katalysator, der ein Ammoniakzersetzungskatalysator ist, aus einem Katalysatormetall wie Nickel oder Ruthenium bestehen, das auf Magnesiumoxid (MgO) oder Aluminiumoxid (Al2O3) getragen und in einer tafelförmigen Form ausgebildet ist.
  • Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dielektrischen Körper, der einen Quellengasströmungskanal definiert, einen Ammoniakzersetzungskatalysator, der dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil eines Quellengases, das durch den Quellengasströmungskanal strömt, zu zersetzen, um ein Wasserstoffgas zu erzeugen, eine Elektrode, die in Kontakt mit dem dielektrischen Körper angeordnet ist, eine Wasserstofftrennmembran, die der Elektrode über den dielektrischen Körper zugewandt ist, einen Wasserstoffströmungskanal, der dazu ausgelegt ist, Wasserstoff, der durch die Wasserstofftrennmembran abgetrennt wird, zu führen und eine Hochspannungsleistungsversorgung, die dazu ausgelegt ist, elektrische Leistung zu liefern, um eine elektrische Entladung zwischen der Wasserstofftrennmembran und der Elektrode zu bewirken, umfasst. Der dielektrische Körper ist dabei zylindrisch. Weiter ist die Elektrode außerhalb des dielektrischen Körpers angeordnet. Die Wasserstofftrennmembran ist konzentrisch innerhalb des dielektrischen Körpers angeordnet, so dass der Quellengasströmungskanal zwischen dem dielektrischen Körper und der Wasserstofftrennmembran definiert ist. Weiter ist der Ammoniakzersetzungskatalysator in einer Position stromaufwärts der Wasserstofftrennmembran im Quellengasströmungskanal angeordnet und in einem Katalysatorrohr enthalten. Das Katalysatorrohr ist dabei aus einer Nickel-Chrom-Legierung ausgebildet, die ein Widerstandsheizelement ist. Weiter ist die Wasserstofftrennmembran dazu ausgelegt, Wasserstoff, der aus dem Quellengas durch elektrische Entladung oder Katalyse erzeugt wird, abzutrennen und den Wasserstoff in den Wasserstoffströmungskanal einzuführen.
  • In einer bevorzugten ausführungsform der Wasserstofferzeugungsvorrichtung liegt der Ammoniakzersetzungskatalysator in Form von Pellets, besonders bevorzugt mit einer Korngröße von 3 bis 5 mm, vor und besteht aus einem Katalysatormetall wie Nickel oder Ruthenium, das auf Magnesiumoxid (MgO) oder Aluminiumoxid (Al2O3) getragen ist.
  • In den Wasserstofferzeugungsvorrichtungen gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Quellengas vorzugsweise Ammoniak.
  • Effekte der Erfindung
  • Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, zumindest einen Teil des Quellengases durch Katalyse zu zersetzen, um Wasserstoffgas zu erzeugen, und ferner restliches Quellengas durch elektrische Entladung zwischen der Wasserstofftrennmembran und der Elektrode in Plasma zu transformieren, um Wasserstoffgas zu erzeugen. Durch die Effekte sowohl des Katalysators als auch der elektrischen Entladung wird Wasserstoffgas aus dem Quellengas mit hoher Ausbeute erzeugt.
  • Indem ein Aussehen angenommen wird, in dem der Quellengasströmungskanal, der als Nut ausgebildet ist, durch den Katalysator bedeckt ist, kann die Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung effizient das Quellengas durch Katalyse zersetzen, um Wasserstoffgas zu erzeugen, während das Quellengas durch die Nut hindurchströmt. Durch Stapeln des Katalysators und der Wasserstofftrennmembran ist es außerdem möglich, eine elektrische Entladung in einer Richtung zu bewirken, die die Strömungsrichtung des Quellengases im Quellengasströmungskanal zwischen der Wasserstofftrennmembran und der Elektrode kreuzt. Da das Quellengas durch die elektrische Entladung in einer gleichmäßigen Weise in Plasma transformiert wird, kann Wasserstoffgas mit einer konsistent hohen Ausbeute ungeachtet der Durchflussrate des Quellengases erzeugt werden.
  • Mit dem Katalysator, der stromaufwärts der Wasserstofftrennmembran angeordnet ist, ist außerdem die Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Lage, Wasserstoffgas mit einer höheren Ausbeute als im Stand der Technik durch Transformieren eines größeren Teils des Quellengases im Strömungskanal in Wasserstoffgas durch Katalyse und ferner Transformieren von Quellengas in Plasma durch elektrische Entladung zu erzeugen. In einem Fall, in dem 95 % oder mehr des Quellengases durch Katalyse zersetzt wurden, um Wasserstoffgas zu erzeugen, werden fast 100 % des restlichen Quellengases zersetzt, indem es durch elektrische Entladung in Plasma transformiert wird. Wenn das aus der Erzeugungsvorrichtung ausgelassene Gas keine Reste von Quellengas enthält, besteht kein Bedarf, ein Rückgewinnungsbehandlungsmittel für das Quellengas bereitzustellen.
  • Der dielektrische Körper, der Katalysator, die Elektrode, die Wasserstofftrennmembran und der Wasserstoffströmungskanal der Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in ein einzelnes Modul integriert sein. Das parallele Kombinieren von mehreren Wasserstofferzeugungsvorrichtungen ermöglicht eine flexible Handhabung von Änderungen der zuzuführenden Menge an Wasserstoff, und erleichtert auch die Bedingungen für geeignete Installationsstellen.
  • Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet ein Hybridverfahren (Mischverfahren) zum Erzeugen von Wasserstoffgas durch Plasmatransformation und Erzeugen von Wasserstoffgas durch Katalyse, was eine hohe Wasserstoffausbeute ergibt und eine Wasserstofferzeugung mit hoher Kapazität ermöglicht.
  • Mit dem Katalysator, der im Inneren des Plasmareaktors angeordnet ist, ermöglicht die Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass die bisher ungenutzte Wärme, die im Plasmareaktor erzeugt wird, im Betrieb des Ammoniakzersetzungskatalysators verwendet wird, was zu einer erhöhten Energieeffizienz führt. Eine Heizvorrichtung oder ein anderes Heizmittel kann auch verwendet werden, um den Katalysator zu heizen. Abwärme kann durch Versehen des Plasmareaktors mit einer Isolationsstruktur auch effizienter genutzt werden. Da die Ammoniakzersetzung eine endotherme Reaktion ist, wird die Zersetzung durch Erhitzen erleichtert.
  • Ammoniakzersetzungskatalysatoren weisen einen Betriebstemperaturbereich von 150 °C bis 600 °C auf und es dauert Zeit, bis die Ammoniakzersetzung beginnt. Außerdem sind ein autonomer Start und Betrieb nicht möglich. Mit dem Wasserstofferzeugungsverfahren auf Plasmabasis der Wasserstofferzeugungsvorrichtungen gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beginnt jedoch der Prozess schnell und ein autonomer Start und Betrieb sind möglich. Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung verwendet ein Hybridverfahren zum Erzeugen von Wasserstoff durch Plasmatransformation und Katalyse. Anfänglich wird nur die Plasmatransformation eingeleitet, um Wasserstoff aus Ammoniak zu erzeugen. Wenn die Katalysatortemperatur im Plasmareaktor 150 °C oder höher wird, wird der Ammoniakzersetzungskatalysator aktiviert, die Menge an durch den Katalysator zersetztem Ammoniak nimmt im Verhältnis zur Zunahme der Temperatur zu und die Steuerung der Menge an erzeugtem Wasserstoff wird erleichtert, was eine Erzeugung mit hoher Kapazität ermöglicht. Dies erweitert den anwendbaren Umfang der Vorrichtung wie z. B. die Installation in durch Brennstoffzellen angetriebenen Fahrzeugen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht der Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung in auseinandergezogener Anordnung;
    • 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht der Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß dem Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ist eine vertikale Querschnittsansicht der Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß einem nicht erfindungsgemäßen Beispiel 3; und
    • 4 zeigt den Unterschied der erzeugten Wasserstoffmenge relativ zur Ammoniakgasdurchflussrate der Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem herkömmlichen Beispiel.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet ein Hybridverfahren (Mischverfahren) zum Erzeugen von Wasserstoffgas durch Plasmatransformation und durch Katalyse und liefert Wärme, die durch Joule-Erwärmung und dielektrische Erwärmung im Plasmareaktor verursacht wird, zum Katalysator, der innerhalb desselben Plasmareaktors angeordnet ist. Die im Plasmareaktor erzeugte Wärme, die bis jetzt als Wärmeverlust verloren gegangen ist, kann im Betrieb des Ammoniakzersetzungskatalysators genutzt werden, wodurch die Energieeffizienz erhöht wird. Ein Heizmittel wie z. B. eine Heizvorrichtung kann zum Heizen des Katalysators verwendet werden. Der Plasmareaktor kann auch mit einer Isolationsstruktur versehen sein. Da die Ammoniakzersetzung eine endotherme Reaktion ist, wird die Zersetzung durch Erhitzen erleichtert.
  • Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt Wasserstoff aus Ammoniak durch Plasmatransformation bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck beim Start und startet und läuft autonom. Da der Betriebstemperaturbereich des Katalysators 150 °C bis 600 °C ist, wird der Ammoniakzersetzungskatalysator aktiviert, sobald die Katalysatortemperatur im Plasmareaktor 150 °C oder höher wird, wonach die Menge an durch den Katalysator zersetztem Ammoniak im Verhältnis zur Zunahme der Temperatur zunimmt, was die Steuerung der Menge an erzeugtem Wasserstoff erleichtert, was eine Erzeugung mit hoher Kapazität ermöglicht.
  • Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
    • (1) Das Quellengas, das vorzugsweise in der Wasserstofferzeugungsvorrichtung verwendet wird, kann Ammoniak, Harnstoff oder ein Kohlenwasserstoffgas wie z. B. Methan oder vielmehr ein Gemisch von Ammoniak und einem Inertgas als nur Ammoniak sein. Ammoniakgas von flüssigem Ammoniak oder Harnstoff oder ein Gemisch von solchem Ammoniak mit einem Inertgas kann auch verwendet werden.
    • (2) Der Katalysator ist vorzugsweise ein Ammoniakzersetzungskatalysator, in dem ein Katalysatormetall wie z. B. Nickel oder Ruthenium auf Magnesiumoxid (MgO) oder Aluminiumoxid (Al2O3) getragen ist.
    • (3) Wenn die Wasserstofftrennmembran mit der Hochspannungsleistungsversorgung verbunden wird, funktioniert sie als Hochspannungselektrode. Wenn die Wasserstofftrennmembran eine Hochspannungselektrode ist, wird eine entgegengesetzte Elektrode auf der anderen Seite des dielektrischen Körpers geerdet und funktioniert als Erdungselektrode.
    • (4) Wenn die Wasserstofftrennmembran geerdet ist, funktioniert sie als Erdungselektrode. Wenn die Wasserstofftrennmembran eine Erdungselektrode ist, funktioniert die entgegengesetzte Elektrode auf der anderen Seite des dielektrischen Körpers als Hochspannungselektrode, die mit der Hochspannungsleistungsversorgung verbunden ist.
    • (5) Die Hochspannungselektrode und die Erdungselektrode sind so ausgelegt, dass sie über den dielektrischen Körper einander zugewandt sind und das Quellengas im Quellengasströmungskanal in Nicht-Gleichgewichts-Plasma auf Atmosphärendruck durch dielektrische Barrierenentladung transformieren. Die Hochspannungsleistungsversorgung legt eine bipolare Impulswellenform an die Hochspannungselektrode an.
    • (6) Der dielektrische Körper ist aus Glas wie z. B. Quarzglas, einer Keramik wie z. B. Aluminiumoxid oder einem stark isolierenden Harz wie z. B. Bariumtitanat, Polycarbonat oder Acryl gebildet.
    • (7) Ein Palladiumlegierungsfilm kann vorzugsweise als Wasserstofftrennmembran verwendet werden.
    • (8) Der Raum, der durch eine Wasserstoffströmungskanalplatte und die Wasserstofftrennmembran abgegrenzt ist, kann als Wasserstoffströmungskanal verwendet werden.
    • (9) Ein Raum, der in der Wasserstofftrennmembran und einem Stützmedium, das die Wasserstofftrennmembran abstützt, gebildet ist, kann als Wasserstoffströmungskanal verwendet werden.
  • Beispiele
  • (Beispiel 1)
  • Ein bevorzugtes Beispiel der Wasserstofferzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel der Erfindung in auseinandergezogener Anordnung. Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 umfasst einen dielektrischen Körper 2, eine Elektrode 3, eine Wasserstoffströmungskanalplatte 4, eine Wasserstofftrennmembran 5, eine Hochspannungsleistungsversorgung 6, einen Isolationsabstandhalter 9 und einen Katalysator 10. In den folgenden Beschreibungen werden die Oberflächen der Elemente, die auf der rechten Seite von 1 gezeigt sind, als Oberflächen der rechten Seite bezeichnet, und die Oberflächen der Elemente, die auf der linken Seite gezeigt sind, werden als Oberflächen der linken Seite bezeichnet.
  • Der dielektrische Körper 2 besteht aus Quarzglas und weist eine erste Oberfläche 11, die als Oberfläche der rechten Seite in 1 gezeigt ist, und eine zweite Oberfläche, die zur ersten Oberfläche 11 im Allgemeinen parallel ist, auf. In der ersten Oberfläche 11 des dielektrischen Körpers 2 ist ein Quellengasströmungskanal 13 in Form einer Nut mit einer Öffnung an der Oberfläche der rechten Seite ausgebildet. Die Form des Quellengasströmungskanals 13 kann unter Berücksichtigung der Durchflussrate des Quellengases und der an das Quellengas anzulegenden Spannung entschieden werden. 1 zeigt ein Beispiel, in dem der Quellengasströmungskanal 13 einen Kanalabschnitt 16, der mit einem Quellengasströmungskanaleinlass 14 in Verbindung steht und sich linear parallel zu einer oberen Oberfläche des dielektrischen Körpers 2 erstreckt, und einen Rückführungskanalabschnitt 17, der sich parallel zum Kanalabschnitt 16 rückwärts erstreckt, aufweist. Eine Vielzahl dieser Kanalabschnitte 16 und Rückführungskanalabschnitte 17 sind abwechselnd in einem gleichmäßigen Abstand verbunden.
  • Die Elektrode 3 ist eine tafelförmige Elektrode, die so angeordnet ist, dass sie der zweiten Oberfläche zugewandt ist, die als Oberfläche der linken Seite des dielektrischen Körpers 2 gezeigt ist. Die Elektrode 3 ist mit der Hochspannungsleistungsversorgung 6 verbunden und funktioniert als Hochspannungselektrode. Der Isolationsabstandhalter 9 ist auf der linken Seite der Elektrode 3 angeordnet.
  • Der Katalysator 10 ist auf einer dünnen Platte ausgebildet und so angeordnet, dass er der ersten Oberfläche 11 des dielektrischen Körpers 2 zugewandt ist. Der Katalysator 10 bedeckt den Quellengasströmungskanal 13 und der dielektrische Körper 2 und der Katalysator 10 definieren eine Wandoberfläche mit einem geschlossenen Querschnitt des Quellengasströmungskanals 13. Der Katalysator 10 verwendet einen Ammoniakzersetzungskatalysator, der aus einem Katalysatormetall wie z. B. Nickel oder Ruthenium besteht, das auf Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid getragen ist, und in einer tafelförmigen Form ausgebildet ist. Der Katalysator zersetzt zumindest einen Teil des Quellengases, das im Quellengasströmungskanal 13 strömt, um Wasserstoff zu erzeugen. Wasserstoffmoleküle werden in Wasserstoffatome durch dielektrische Barrierenentladung aufgetrennt und die Wasserstoffatome werden an der Wasserstofftrennmembranoberfläche adsorbiert, um durch die Wasserstofftrennmembran 5 hindurchzutreten.
  • Die Wasserstofftrennmembran 5 ist ein dünner Film mit einer Fläche, die etwa gleich jener der Oberfläche der rechten Seite des Katalysators 10 ist, und ist auf die Oberfläche der rechten Seite des Katalysators 10 laminiert. Die Wasserstofftrennmembran 5 ist geerdet und funktioniert als Erdungselektrode. Die Wasserstofftrennmembran 5 kann als Palladiumlegierungsfilm, Zirkonium-Nickel- (Zr-Ni) Legierungsfilm, Vanadium-Nickel-(V-Ni) Legierungsfilm, Niob-Nickel- (Nb-Ni) Legierungsfilm oder einem Film, der aus einer Legierung von einem oder mehreren Metallen der Gruppe, die aus Niob (Nb), Nickel (Ni), Kobalt (Co) und Molybdän (Mo) besteht, mit einem oder mehreren Metallen der Gruppe, die aus Vanadium (V), Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Tantal (Ta) und Hafnium (Hf) besteht, besteht, ausgebildet sein. Für die Wasserstofftrennmembran 5 im vorliegenden Beispiel kann ein Palladiumlegierungsfilm besonders bevorzugt verwendet werden. Die Wasserstofftrennmembran 5 kann als einlagiger Film, der aus den vorstehend erwähnten Metallen besteht, oder als Laminat von zwei oder mehr Metallen, die aus den vorstehend erwähnten Metallen ausgewählt sind, ausgebildet sein. Es ist auch möglich, eine nicht-metallische Wasserstofftrennmembran wie z. B. einen Film auf Siliziumdioxidbasis, einen Film auf Zeolithbasis, einen Film auf Polyamidbasis oder einen Film auf Polysulfonbasis zu verwenden, aber in einem solchen Fall muss ein stabileres Stützmedium an die Wasserstofftrennmembran 5 gebunden werden, um ihre Form aufrechtzuerhalten.
  • Die Wasserstoffströmungskanalplatte 4 ist ein tafelförmiges Element mit einem Wasserstoffströmungskanal 18, der an der Oberfläche der linken Seite offen ist, und einem Wasserstoffauslass 19 in Verbindung mit dem Wasserstoffströmungskanal 18. Die Wasserstoffströmungskanalplatte 4 ist auf der rechten Seite der Wasserstofftrennmembran 5 angeordnet, um den Katalysator 10 und die Wasserstofftrennmembran 5 zwischen den dielektrischen Körper 2 und die Wasserstoffströmungskanalplatte 4 einzufügen. Der Wasserstoffströmungskanal 18 der Wasserstoffströmungskanalplatte 4 ist in einer Position vorgesehen, die dem Quellengasströmungskanal 13 des dielektrischen Körpers 2 zugewandt ist, und seine Öffnung der Oberfläche der linken Seite ist durch die Wasserstofftrennmembran 5 abgeschlossen.
  • Im vorliegenden Beispiel ist die Hochspannungsleistungsversorgung 6 mit der Elektrode 3 verbunden und legt eine hohe Spannung an diese an. Die Hochspannungsleistungsversorgung 6 erzeugt eine äußerst kurze bipolare Impulswellenform mit einer Retentionszeit von 10 µs, um elektrische Leistung mit einer hohen elektronischen Energiedichte zuzuführen.
  • Der dielektrische Körper 2, die Elektrode 3, die Wasserstoffströmungskanalplatte 4, die Wasserstofftrennmembran 5 und der Katalysator 10, die die Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 bilden, können in rechteckigen Formen mit im Allgemeinen identischen Höhen- und Tiefenmaßen gestaltet sein, was der Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 eine ungefähr kubische Form gibt. Die Komponenten einer solchen Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 können in dieser Weise gestapelt werden und dann unter Verwendung von Muttern und Schrauben fest miteinander gekoppelt werden. In Fällen, in denen es besonders notwendig ist, den Quellengasströmungskanal 13 und den Wasserstoffströmungskanal 18 abzudichten, um Luftdichtheit sicherzustellen, können Dichtungen oder ein Dichtungsmaterial zusätzlich vorgesehen sein.
  • In der Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel wird Ammoniak am meisten bevorzugt als Rohmaterial verwendet. Die Reaktionsformel, wenn Ammoniak als Rohmaterial verwendet wird, um Wasserstoff zu erzeugen, ist wie in der nachstehenden Formel 1 gezeigt. 2NH3 + e → N2 + 3H2 + e (Formel 1)
  • Ein Verfahren zum Erzeugen von Wasserstoff mit der Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 unter Verwendung von Ammoniak als Quellengas wird nun beschrieben. Ein Rohmaterialzufuhrmittel (nicht gezeigt) umfasst ein Strömungsgeschwindigkeitssteuermittel, das die Strömungsgeschwindigkeit des Quellengases steuert, wodurch Quellengas über den Quellengasströmungskanaleinlass 14 des dielektrischen Körpers 2 zum Quellengasströmungskanal 13 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zugeführt wird. Der Katalysator 10 erreicht seine Betriebstemperatur mittels Wärme, die im Plasmareaktor oder in einem Heizmittel wie z. B. einer Heizvorrichtung erzeugt wird, und zersetzt zumindest einen Teil des Quellengases, das im Quellengasströmungskanal 13 strömt, um Wasserstoff zu erzeugen. Der erzeugte Wasserstoff tritt durch den Katalysator 10 hindurch und wird an der Wasserstofftrennmembran 5 adsorbiert, in der der Wasserstoff sich verteilt, wenn er hindurchtritt, bis er den Wasserstoffströmungskanal 18 der Wasserstoffströmungskanalplatte 4 erreicht, wo die Wasserstoffatome sich zu Wasserstoffmolekülen rekombinieren.
  • Die Hochspannungsleistungsversorgung 6 legt eine Spannung an die Elektrode 3 an, um eine dielektrische Barrierenentladung zwischen der Wasserstofftrennmembran 5 und der Elektrode 3 zu bewirken. Diese Entladung transformiert das Ammoniak, das im Quellengasströmungskanal 13 verbleibt, in Nicht-Gleichgewichts-Plasma auf Atmosphärendruck. Das atmosphärische Nicht-Gleichgewichts-Plasma von Ammoniak tritt durch den Katalysator 10 hindurch, was die Wasserstofftrennmembran 5 dem Plasma aussetzt. Der aus dem Plasma erzeugte Wasserstoff wird an der Wasserstofftrennmembran 5 in Form von Wasserstoffatomen wie der Wasserstoff, der durch Katalyse erzeugt wird, adsorbiert und verteilt sich, wenn sie durch die Wasserstofftrennmembran 5 hindurchtreten, bis sie den Wasserstoffströmungskanal 18 der Wasserstoffströmungskanalplatte 4 erreichen, wo sie zu Wasserstoffmolekülen rekombinieren. In dieser Weise überführt die Wasserstofftrennmembran 5 nur Wasserstoff zum Wasserstoffströmungskanal 18, wodurch der Wasserstoff abgetrennt wird.
  • Durch ausreichende Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Ammoniaks, das durch den Quellengasströmungskanal 13 strömt, kann Zeit, damit das Ammoniak den Katalysator kontaktiert und der elektrischen Entladung ausgesetzt wird, sichergestellt werden, was es möglich macht, fast 100 % des im Ammoniak enthaltenen Wasserstoffs abzutrennen und den Wasserstoff in den Wasserstoffströmungskanal 18 zu führen. Da das erhaltene Wasserstoff enthaltende Gas eine Reinheit von mindestens 99,999 % aufweist, kann es in einer Brennstoffzelle als solches verwendet werden.
  • Der Betriebstemperaturbereich des Katalysators 10 ist etwa 150 °C bis 600 °C und die Zersetzungsrate des Ammoniaks nimmt im Verhältnis zur Temperatur zu. Wenn die Temperatur des Katalysators 10 zunimmt, gilt dies auch für die Temperatur des erhaltenen Wasserstoff enthaltenden Gases. Das erhaltene Wasserstoff enthaltende Gas kann zu einer Brennstoffzelle zugeführt werden, die bei hohen Temperaturen arbeitet, wie z. B. einer Phosphorsäurebrennstoffzelle (PAFC), einer Brennstoffzelle mit geschmolzenem Carbonat (MCFC) oder einer Feststoffoxidbrennstoffzelle (SOFC).
  • Durch paralleles Kombinieren von mehreren Wasserstofferzeugungsvorrichtungen 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel und gleichzeitiges Zuführen von Quellengas zu jeder Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 kann jede Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 Wasserstoff mit hoher Reinheit mit einer hohen Ausbeute erzeugen. Durch Steuern der Anzahl von Wasserstofferzeugungsvorrichtungen 1, zu denen Quellengas zugeführt wird, ist es außerdem möglich, die Menge an erzeugtem Wasserstoff leicht zu steuern. Ferner bietet die im Allgemeinen kubische Form jeder Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 einen hohen Freiheitsgrad hinsichtlich des Aufeinanderstapelns der Vorrichtungen oder des parallelen Anordnens derselben, was es leicht macht, Änderungen an der allgemeinen Anordnung vorzunehmen.
  • (Beispiel 2)
  • 2 zeigt eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung 21 gemäß dem vorliegenden Beispiel. Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung 21 umfasst eine Plasmareaktorkammer 22, die aus Quarzglas besteht, das ein dielektrischer Körper ist, der ein Katalysatorrohr 23, das einen Katalysator enthält, und eine Wasserstofftrennmembran 24 in Form eines Palladiumlegierungsfilms, die wie ein Zylinder geformt ist, aufnimmt. Das Katalysatorrohr 23 und die Wasserstofftrennmembran 24 gemäß dem vorliegenden Beispiel sind mit etwa gleichen Durchmessern ausgebildet und sind in Reihe verbunden und sind konzentrisch in Bezug auf den Plasmareaktor 22 angeordnet. Ein Quellengasströmungskanal 26 ist zwischen der inneren Oberfläche des Plasmareaktors 22 und der äußeren Oberfläche des Katalysatorrohrs 23 und der Wasserstofftrennmembran 24 definiert. Der zylindrische Raum innerhalb der Wasserstofftrennmembran 24 bildet einen Wasserstoffströmungskanal 27.
  • Eine Erdungselektrode 25 ist in Kontakt mit der Außenseite des Plasmareaktors 22 angeordnet. Im vorliegenden Beispiel ist die Wasserstofftrennmembran 24 mit der Hochspannungsleistungsversorgung 6 verbunden und funktioniert als Hochspannungselektrode. Wie in Beispiel 1 erzeugt die Hochspannungsleistungsversorgung 6 eine äußerst kurze bipolare Impulswellenform mit einer Retentionszeit von 10 µs, um elektrische Leistung mit hoher elektronischer Energiedichte zur Wasserstofftrennmembran 24 zu liefern. Wenn eine hohe Spannung an die Wasserstofftrennmembran 24 angelegt wird, wird der Quellengasströmungskanal 26 zwischen der inneren Oberfläche des Plasmareaktors 22 und der Wasserstofftrennmembran 24 zu einem Raum für elektrische Entladung, in dem eine dielektrische Barrierenentladung in einer Richtung senkrecht zu der Richtung auftritt, in der das Quellengas strömt.
  • Das Katalysatorrohr 23 gemäß dem vorliegenden Beispiel ist aus einer Nickel-Chrom-Legierung ausgebildet, die ein Widerstandsheizelement ist. Das Innere des Katalysatorrohrs 23 ist mit einem Ammoniakzersetzungskatalysator 30 in Form von Pellets (mit einer Korngröße von 3 bis 5 mm) gefüllt, die aus einem Katalysatormetall wie z. B. Nickel oder Ruthenium bestehen, das auf Magnesiumoxid (MgO) oder Aluminiumoxid (Al2O3) getragen ist.
  • Ein Verfahren zum Erzeugen von Wasserstoff mit der Wasserstofferzeugungsvorrichtung 21 unter Verwendung von Ammoniak als Quellengas wird nun beschrieben. Ammoniak wird in das Katalysatorrohr 23 eingeführt, das stromaufwärts der Wasserstofftrennmembran 24 verbunden ist. Das Katalysatorrohr 23 wird auf eine Temperatur von etwa 500 °C durch die Wärme, die im Plasmareaktor erzeugt wird, oder durch ein Heizmittel wie z. B. eine Heizvorrichtung erhitzt. Das Ammoniak wird durch den Katalysator 30 im Katalysatorrohr 23 zersetzt, wodurch das Quellengas zu einem Mischgas von Wasserstoffgas, Stickstoffgas und Ammoniakgas wird, das in den Quellengasströmungskanal 26 durch eine Vielzahl von Löchern 29 eingeführt wird, die in der Seite des Katalysatorrohrs 23 vorgesehen sind. Durch Optimieren der Durchflussrate und des Strömungspfades des Quellengases, das durch das Katalysatorrohr 23 hindurchtritt, und der Temperaturbedingungen des Katalysators können 95 % oder mehr des Ammoniaks durch den Katalysator zersetzt werden.
  • Eine dielektrische Barrierenentladung im Quellengasströmungskanal 26 zwischen der inneren Oberfläche des Plasmareaktors 22 und der Wasserstofftrennmembran 24 transformiert das Ammoniak im Quellengas in Nicht-Gleichgewichts-Plasma auf Atmosphärendruck, was Wasserstoffgas erzeugt. Wenn das Quellengas mit 95 % oder mehr des Ammoniaks im Quellengas, das durch den Katalysator zersetzt wird, in Plasma transformiert, zersetzt sich das restliche Ammoniak vollständig, um Wasserstoffgas zu ergeben. Das Wasserstoffgas tritt durch die Wasserstofftrennmembran 24 hindurch und bewegt sich in den Wasserstoffströmungskanal 27 innerhalb der Wasserstofftrennmembran 24 und wird dann zu einer externen Einheit durch einen Wasserstoffauslass 28 zugeführt. Wenn das Wasserstoffgas abgetrennt ist, besteht das Quellengas nun aus Stickstoffgas, das durch einen Quellengasauslass 43 ausgelassen wird.
  • 4 ist ein Graph, der die Änderung der Menge an erzeugtem Wasserstoff relativ zur Menge an Ammoniak, das zur Wasserstofferzeugungsvorrichtung 21 zugeführt wird, zeigt. Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung 21, in der die Menge an erzeugtem Wasserstoff gemessen wurde, hatte einen Katalysator, der aus Ruthenium als Katalysatormetall, das auf Magnesiumoxid getragen war, bestand, und wurde auf 400 °C erhitzt. Das Quellengas war 100 % Ammoniakgas und die Durchflussrate am Wasserstoffauslass 43 wurde gemessen, während die Durchflussrate des Quellengases von 0,2 bis 1,0 l/min geändert wurde. Die Raumgeschwindigkeit (SV, ein Wert, der als Quellengasströmungsgeschwindigkeit (m3/h) ÷ Katalysatorvolumen (m3) ausgedrückt wurde) war zu dieser Zeit 334 bis 1670 h-1. Als Vergleichsbeispiel ist die Menge an erzeugtem Wasserstoff, wenn Ammoniak zur zylindrischen Wasserstofferzeugungsvorrichtung des Patentdokuments 1 unter denselben Bedingungen zugeführt wird, gezeigt. Beide Wasserstofferzeugungsvorrichtungen ergaben Wasserstoff mit einer sehr hohen Reinheit; 99,999 %. Andererseits, wie in 4 zu sehen ist, wurde bestätigt, dass die Wasserstofferzeugungsvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel Wasserstoff mit einer konstant hohen Ausbeute im Vergleich zum Vergleichsbeispiel erzeugen kann, im Allgemeinen im Verhältnis zur Durchflussrate des Ammoniaks, und folglich für die Wasserstofferzeugung in einem größeren Maßstab geeignet ist.
  • Beispiel 3
  • 3 zeigt eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung 31 gemäß dem vorliegenden nicht erfindungsgemäßen Beispiel. Die Wasserstofferzeugungsvorrichtung 31 umfasst einen Plasmareaktor 32, eine Hochspannungselektrode 40, die innerhalb des Plasmareaktors 32 aufgenommen ist, und eine Erdungselektrode 42, die so angeordnet ist, dass sie die Außenseite des Plasmareaktors 32 bedeckt. Der Plasmareaktor 32 besteht aus Quarzglas, das in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, und funktioniert als dielektrischer Körper. Die Hochspannungselektrode 40 umfasst eine zylindrische Wasserstofftrennmembran 34 und scheibenförmige Stützen 35, die die Enden der Wasserstofftrennmembran 34 abstützen. Ein Palladiumlegierungsfilm ist ein bevorzugtes Material der Wasserstofftrennmembran 34. Die Hochspannungselektrode 40 ist mit der Hochspannungsleistungsversorgung 6 verbunden, die eine hohe Spannung an die Hochspannungselektrode 40 anlegt.
  • Außerhalb der Wasserstofftrennmembran 34 ist ein Katalysator 41 in Form einer Tafel angeordnet, die die Wasserstofftrennmembran 34 bedeckt. Der Katalysator 41 ist aus einem Ammoniakzersetzungskatalysator gebildet, der aus einem Katalysatormetall wie z. B. Nickel oder Ruthenium besteht, das auf Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid getragen ist.
  • Die Wasserstofftrennmembran 34 und der Katalysator 41 sind konzentrisch in Bezug auf eine Innenwand des Plasmareaktors 32 angeordnet und ein Quellengasströmungskanal 36 ist zwischen der Innenwand des Plasmareaktors 32 und dem Katalysator 41 ausgebildet, der einen konstanten Abstand aufrechterhält. Innerhalb der Wasserstofftrennmembran 34 ist ein Wasserstoffströmungskanal 37 ausgebildet, der durch die Wasserstofftrennmembran 34 und die Stützen 35 als abgedichteter Raum eingeschlossen ist.
  • Im vorliegenden Beispiel ist das Quellengas Ammoniak, das als Ammoniakgas durch einen Quellengaseinlass 38 zum Quellengasströmungskanal 36 zugeführt wird. Der Katalysator 41, der den Quellengasströmungskanal 36 definiert, wird durch die Wärme erhitzt, die im Plasmareaktor erzeugt wird, und zersetzt einen Teil des Ammoniaks, das durch den Quellengasströmungskanal 36 hindurchtritt, um Wasserstoffgas zu erzeugen.
  • Unterdessen bewirkt das Wasserstofftrennelement 34, an das die Hochspannungsleistungsversorgung 6 die hohe Spannung anlegt, eine dielektrische Barrierenentladung im Quellengasströmungskanal 36. Diese Entladung transformiert restliches Ammoniak, das durch den Katalysator 41 nicht zersetzt wurde, in Plasma. Die Wasserstofftrennmembran 34 wird dem Plasma, das durch den Katalysator 41 hindurchtritt, ausgesetzt. Das aus dem Quellengas durch die dielektrische Entladung oder Katalyse durch den Katalysator 41 erzeugte Wasserstoffgas wird durch die Wasserstofftrennmembran 34 überführt und in den Wasserstoffströmungskanal 37 eingeführt und wird dann zu einer externen Einheit durch den Wasserstoffauslass 39 zugeführt. Das Quellengas besteht, nachdem das Wasserstoffgas aufgetrennt wurde, aus Stickstoffgas, das durch einen Quellengasauslass 43 ausgelassen wird.
  • Variante
  • Die Konfigurationen der Wasserstofferzeugungsvorrichtungen 1, 21 und 31, die in den Beispielen beschrieben sind, können nach Bedarf verändert werden. Die Konfiguration von Beispiel 1 kann beispielsweise durch Ändern der Position und Form des Quellengasströmungskanals 13, der am dielektrischen Körper ausgebildet ist, innerhalb des Umfangs, in dem eine elektrische Entladung innerhalb des Quellengasströmungskanals 13 bewirkt werden kann, verändert werden. Hinsichtlich der Erdungselektrode und der Hochspannungselektrode in den Beispielen 1 bis 3 reicht es aus, dass eine als Hochspannungselektrode und die andere als Erdungselektrode funktioniert, und das Material der Elektroden, die Anordnung der Hochspannungsleistungsversorgung und des Isolationsabstandhalters usw. können nach Bedarf geändert werden. In der Wasserstofferzeugungsvorrichtung 31, die den zylindrischen Plasmareaktor 32 verwendet, wie in Beispiel 3 beschrieben, muss der Katalysator 41 nur stromaufwärts der Wasserstofftrennmembran 34 angeordnet sein, und es ist möglich, den Katalysator beispielsweise auf der äußeren Oberfläche der Wasserstofftrennmembran 34 zu tragen oder aufzutragen. Es ist auch möglich, den Quellengasströmungskanal 36 zwischen dem Plasmareaktor 32 und der Wasserstofftrennmembran 34 mit dem Katalysator 30 in Pelletform zu füllen, wie in Beispiel 2 angewendet.
  • Beschreibung der Bezugsziffern
    • 1, 21, 31
    Wasserstofferzeugungsvorrichtung
    2
    dielektrischer Körper
    3
    Elektrode
    4
    Wasserstoffströmungskanalplatte
    5
    Wasserstofftrennmembran (Erdungselektrode)
    6
    Hochspannungsleistungsversorgung
    9
    Isolationsabstandhalter
    10, 30, 41
    Katalysator
    11
    erste Oberfläche
    13, 26, 36
    Quellengasströmungskanal
    14,38
    Quellengaseinlass
    15,43
    Quellengasauslass
    16
    Kanalabschnitte des Quellengasströmungskanals
    17
    Rückführungskanalabschnitte des Quellengasströmungskanals
    18, 27, 37
    Wasserstoffströmungskanal
    19, 28, 39
    Wasserstoffauslass
    22, 32
    Plasmareaktor (dielektrischer Körper)
    23
    Katalysatorrohr
    24, 34
    Wasserstofftrennmembran (Hochspannungselektrode)
    25,42
    Erdungselektrode
    40
    Hochspannungselektrode

Claims (5)

  1. Wasserstofferzeugungsvorrichtung (1), die umfasst: einen dielektrischen Körper (2) mit einer ersten Oberfläche (11), in der ein Quellengasströmungskanal (13) in Form einer Nut ausgebildet ist, und einer zweiten Oberfläche, die zur ersten Oberfläche (11) parallel ist, wobei der dielektrische Körper (2) tafelförmig ist; einen Katalysator (10), der dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil eines Quellengases, das durch den Quellengasströmungskanal (13) strömt, zu zersetzen, um ein Wasserstoffgas zu erzeugen; eine tafelförmige Elektrode (3), die in Kontakt mit der zweiten Oberfläche des dielektrischen Körpers (2) angeordnet ist; eine Wasserstofftrennmembran (5), die der Elektrode (3) über den dielektrischen Körper (2) zugewandt ist; einen Wasserstoffströmungskanal (18), der dazu ausgelegt ist, Wasserstoff, der durch die Wasserstofftrennmembran (5) abgetrennt wird, zu führen; und eine Hochspannungsleistungsversorgung (6), die dazu ausgelegt ist, elektrische Leistung zu liefern, um eine elektrische Entladung zwischen der Wasserstofftrennmembran (5) und der Elektrode (3) zu bewirken, wobei der Katalysator (10) in Form eines dünnen Films vorliegt und eine Öffnung der Nut bedeckt; wobei die Wasserstofftrennmembran (5) auf den Katalysator (10) laminiert ist; und wobei die Wasserstofftrennmembran (5) dazu ausgelegt ist, Wasserstoff, der aus dem Quellengas durch elektrische Entladung oder Katalyse erzeugt wird, abzutrennen und den Wasserstoff in den Wasserstoffströmungskanal (18) einzuführen, wobei der Quellengasströmungskanal (13) als eine durchgehende Nut in der ersten Oberfläche (11) des dielektrischen Körpers (2) ausgebildet ist, wobei der Quellengasströmungskanal (13) einen Kanalabschnitt (16) hat, der mit einem Quellengasströmungskanaleinlass (14) in Verbindung steht und sich linear parallel zu einer oberen Oberfläche des dielektrischen Körpers (2) erstreckt, und einen Rückführungskanalabschnitt (17), der sich parallel zum Kanalabschnitt (16) rückwärts erstreckt, wobei eine Vielzahl dieser Kanalabschnitte (16) und Rückführungskanalabschnitte (17) abwechselnd in einem gleichmäßigen Abstand verbunden sind und schließlich in einen Quellengasauslass (15) einlaufen.
  2. Wasserstofferzeugungsvorrichtung (21), die umfasst: einen dielektrischen Körper (22), der einen Quellengasströmungskanal (26) definiert; einen Ammoniakzersetzungskatalysator (30), der dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil eines Quellengases, das durch den Quellengasströmungskanal (26) strömt, zu zersetzen, um ein Wasserstoffgas zu erzeugen; eine Elektrode (25), die in Kontakt mit dem dielektrischen Körper (22) angeordnet ist; eine Wasserstofftrennmembran (24), die der Elektrode (25) über den dielektrischen Körper (22) zugewandt ist; einen Wasserstoffströmungskanal (27), der dazu ausgelegt ist, Wasserstoff, der durch die Wasserstofftrennmembran (24) abgetrennt wird, zu führen; und eine Hochspannungsleistungsversorgung (6), die dazu ausgelegt ist, elektrische Leistung zu liefern, um eine elektrische Entladung zwischen der Wasserstofftrennmembran (24) und der Elektrode (25) zu bewirken, wobei: der dielektrische Körper (22) zylindrisch ist; die Elektrode (25) außerhalb des dielektrischen Körpers (22) angeordnet ist; die Wasserstofftrennmembran (24) konzentrisch innerhalb des dielektrischen Körpers (22) angeordnet ist, so dass der Quellengasströmungskanal (26) zwischen dem dielektrischen Körper (22) und der Wasserstofftrennmembran (24) definiert ist; der Ammoniakzersetzungskatalysator (30) in einer Position stromaufwärts der Wasserstofftrennmembran (24) im Quellengasströmungskanal (26) angeordnet ist; wobei der Ammoniakzersetzungskatalysator (30) in einem Katalysatorrohr (23) enthalten ist; das Katalysatorrohr (23) aus einer Nickel-Chrom-Legierung ausgebildet ist, die ein Widerstandsheizelement ist, und die Wasserstofftrennmembran (24) dazu ausgelegt ist, Wasserstoff, der aus dem Quellengas durch elektrische Entladung oder Katalyse erzeugt wird, abzutrennen und den Wasserstoff in den Wasserstoffströmungskanal (27) einzuführen.
  3. Wasserstofferzeugungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Katalysator (10) ein Ammoniakzersetzungskatalysator ist, der aus einem Katalysatormetall wie Nickel oder Ruthenium besteht, das auf Magnesiumoxid (MgO) oder Aluminiumoxid (Al2O3) getragen und in einer tafelförmigen Form ausgebildet ist.
  4. Wasserstofferzeugungsvorrichtung (21) nach Anspruch 2, wobei der Ammoniakzersetzungskatalysator (30) in Form von Pellets vorliegt und aus einem Katalysatormetall wie Nickel oder Ruthenium besteht, das auf Magnesiumoxid (MgO) oder Aluminiumoxid (Al2O3) getragen ist.
  5. Wasserstofferzeugungsvorrichtung (1, 21) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Quellengas Ammoniak ist.
DE112018000065.6T 2017-04-28 2018-03-27 Wasserstofferzeugungsvorrichtung Active DE112018000065B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-089365 2017-04-28
JP2017089365A JP6241804B1 (ja) 2017-04-28 2017-04-28 水素生成装置
PCT/JP2018/012295 WO2018198635A1 (ja) 2017-04-28 2018-03-27 水素生成装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112018000065T5 DE112018000065T5 (de) 2019-03-21
DE112018000065B4 true DE112018000065B4 (de) 2021-07-22

Family

ID=60570461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112018000065.6T Active DE112018000065B4 (de) 2017-04-28 2018-03-27 Wasserstofferzeugungsvorrichtung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10647571B2 (de)
JP (1) JP6241804B1 (de)
KR (1) KR101994240B1 (de)
CN (1) CN109415203B (de)
DE (1) DE112018000065B4 (de)
WO (1) WO2018198635A1 (de)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7090279B2 (ja) 2018-03-29 2022-06-24 国立大学法人東海国立大学機構 水素精製装置及び水素精製方法
JP7324044B2 (ja) * 2019-05-09 2023-08-09 株式会社セイブ・ザ・プラネット 点火システム及び燃焼器
CN110270341B (zh) * 2019-06-19 2021-01-01 福州大学 一种催化剂及其制备方法和应用
KR102378512B1 (ko) * 2019-12-30 2022-03-24 (주)원익머트리얼즈 가스 분리막을 이용한 가스생성장치
US11724245B2 (en) 2021-08-13 2023-08-15 Amogy Inc. Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems
US11994061B2 (en) 2021-05-14 2024-05-28 Amogy Inc. Methods for reforming ammonia
EP4352008A1 (de) 2021-06-11 2024-04-17 Amogy Inc. Systeme und verfahren zur verarbeitung von ammoniak
CN113444549A (zh) * 2021-07-08 2021-09-28 重庆大学 低温等离子体反应器、协同催化制氢装置及方法
KR102582426B1 (ko) * 2021-07-09 2023-09-27 한국생산기술연구원 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생기판
JPWO2023286381A1 (de) * 2021-07-14 2023-01-19
JP2023022850A (ja) * 2021-08-04 2023-02-16 東洋エンジニアリング株式会社 反応器及びそれを用いたアンモニア分解混合物の製造方法
US11539063B1 (en) 2021-08-17 2022-12-27 Amogy Inc. Systems and methods for processing hydrogen
US11834334B1 (en) 2022-10-06 2023-12-05 Amogy Inc. Systems and methods of processing ammonia
US11866328B1 (en) 2022-10-21 2024-01-09 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11795055B1 (en) 2022-10-21 2023-10-24 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5811062A (en) 1994-07-29 1998-09-22 Battelle Memorial Institute Microcomponent chemical process sheet architecture
US20040091418A1 (en) 2001-03-21 2004-05-13 Carlow John Sydney Production of hydrogen
JP2014070012A (ja) 2012-10-02 2014-04-21 Gifu Univ 水素生成装置及び水素生成装置を備えた燃料電池システム

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3730774A (en) * 1967-06-01 1973-05-01 Gen Electric Ammonia fuel cell with iridium catalyst and method of using the cell
US7527661B2 (en) 2005-04-18 2009-05-05 Intelligent Energy, Inc. Compact devices for generating pure hydrogen
JP2004359508A (ja) 2003-06-05 2004-12-24 Nissan Motor Co Ltd 水素製造装置
CN100532249C (zh) 2006-06-14 2009-08-26 大连理工大学 一种氨分解制氢的等离子体催化方法
JP5522051B2 (ja) * 2008-10-29 2014-06-18 住友ベークライト株式会社 多層プリント配線板及び半導体装置
JP5812513B2 (ja) * 2011-10-03 2015-11-17 住友電気工業株式会社 ガス分解発電システム
FR2983471B1 (fr) * 2011-12-01 2017-03-10 Beewair Procede de traitement d'effluents dans un lit de microbilles par plasma froid et photocatalyse
JP2017042734A (ja) * 2015-08-28 2017-03-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 触媒反応制御デバイス
JP2017042735A (ja) 2015-08-28 2017-03-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ファンフィルターユニット
JP6241803B1 (ja) 2017-01-30 2017-12-06 国立大学法人岐阜大学 水素生成装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5811062A (en) 1994-07-29 1998-09-22 Battelle Memorial Institute Microcomponent chemical process sheet architecture
US20040091418A1 (en) 2001-03-21 2004-05-13 Carlow John Sydney Production of hydrogen
JP2014070012A (ja) 2012-10-02 2014-04-21 Gifu Univ 水素生成装置及び水素生成装置を備えた燃料電池システム
DE112013004853T5 (de) 2012-10-02 2015-07-02 Actree Corp. Wasserstofferzeugungsvorrichtung und Brennstoffzellensystem mit Wasserstofferzeugungsvorrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PAPAPOLYMEROU, G. et al.: Decomposition of NH3, on Pd and Ir Comparison with Pt and Rh. In: Journal of Molecular Catalysis A: Chemical Vol. 120, 1997, S. 165 – 171

Also Published As

Publication number Publication date
US10647571B2 (en) 2020-05-12
KR20190010723A (ko) 2019-01-30
KR101994240B1 (ko) 2019-06-28
JP2018188315A (ja) 2018-11-29
CN109415203A (zh) 2019-03-01
US20190322526A1 (en) 2019-10-24
CN109415203B (zh) 2020-01-03
JP6241804B1 (ja) 2017-12-06
WO2018198635A1 (ja) 2018-11-01
DE112018000065T5 (de) 2019-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112018000065B4 (de) Wasserstofferzeugungsvorrichtung
DE112018000066B4 (de) Wasserstofferzeugungsvorrichtung
DE112013004853B4 (de) Wasserstofferzeugungsvorrichtung und Brennstoffzellensystem mit Wasserstofferzeugungsvorrichtung
EP0687648B1 (de) Zweistufige Methanol-Reformierung
EP0776861A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytischen Oxidation von Kohlenmonoxid
EP1402589B8 (de) Vorrichtung und verfahren zum verdampfen flüssiger medien
DE102011053142A1 (de) Elektrolyseur
EP1084747A1 (de) Vorrichtung zur Durchführung einer heterogen katalysierten Reaktion und Verfahren zu deren Herstellung
DE10001064B4 (de) Reformierungsreaktor in Schichtbauweise
EP0976446B1 (de) Reaktoreinheit in einem System zur Erzeugung eines wasserstoffreichen Gases aus einem flüssigen Rohkraftstoff
EP1395352A1 (de) Verfahren zur selektiven katalytischen reduktion von stickoxiden mit ammoniak im mageren abgas eines verbrennungsprozesses
DE4420752A1 (de) Zweistufige Methanol-Reformierung
DE112018000248T5 (de) Brennstoffbatteriesystem, das mit einem Wasserstoffgenerator versehen ist
DE10217165B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von organischen Stoffen
DE19904398B4 (de) Lanze
DE19852953C1 (de) Katalysatorelement für einen Rekombinator zum effektiven Beseitigen von Wasserstoff aus Störfallatmosphären
EP1190765A2 (de) Vorrichtung zur Verdampfung einer Flüssigkeit
DE19944187A1 (de) Gaserzeugungssystem
WO2009149809A1 (de) Verfahren zur herstellung von formaldehyd
DE10217335A1 (de) Vorrichtung zum Erzeugen und/oder Aufbereiten eines Brennstoffs für eine Brennstoffzelle
DE112019001674B4 (de) Wasserstoffreinigungsvorrichtung und Wasserstoffreinigungsverfahren
EP2297123A1 (de) Verfahren zur herstellung von ethylenoxid
EP4173020B1 (de) Plasmareaktor zur plasmachemischen und/oder plasmakatalytischen umsetzung von verbindungen sowie verwendung eines plasmareaktors
EP1180496A1 (de) Vorrichtung zur Zuführung von Edukten zu parallelen Räumen
DE10254845A1 (de) Integrierter Reaktor

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final