DE202019102695U1 - membrane reformer - Google Patents

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Abstract

Membranreformer zur Erzeugung von Wasserstoff, umfassend
a) eine erste Kavität (1) mit einem Katalysator und einem Zulauf (8) für ein gasförmiges dehydrierbares Edukt, in der die Erzeugung von Wasserstoff und mindestens einem weiteren Reaktionsprodukt durchgeführt wird,
b) eine der ersten Kavität nachgeschaltete zweite Kavität (3), in der die Erzeugung von Wasserstoff und mindestens einem weiteren Reaktionsprodukt unter gleichzeitiger Abtrennung des erzeugten Wasserstoffs über eine Membran und Einleitung in eine dritte Kavität weiter fortgesetzt wird,
c) eine dritte Kavität (5) mit einem Ablauf (10) für Wasserstoff,
d) eine Membran (4) aus metallischem Werkstoff, enthaltend ein Metall oder hergestellt aus Metall sowie flächig aufgesetzt über eine poröse oder durchbrochene Folie (7) oder eingesetzt zwischen zwei poröse oder durchbrochene Folien (7, 17) sowie eingesetzt zwischen zweiter und dritter Kavität (5), die jeweils unmittelbar an Membran oder Folie angrenzen,
e) einen Ablauf (9) für das kohlenwasserstoffhaltige Gas, das mindestens eine weitere Reaktionsprodukt sowie Wasserdampf aus der zweiten Kavität (3),
f) wobei der Membranreformer durch einen Plattenstapel mit mehreren Einzelplatten beidseitig der mindestens einen Membran gebildet wird sowie
g) wobei die Kavitäten durch Vertiefungen oder Durchbrüche in jeweils mindestens einer Platte gebildet werden.

Figure DE202019102695U1_0000
Membrane reformer for producing hydrogen, comprising
a) a first cavity (1) with a catalyst and a feed (8) for a gaseous dehydrogenatable educt, in which the production of hydrogen and at least one further reaction product is carried out,
b) a second cavity (3) connected downstream of the first cavity, in which the production of hydrogen and at least one further reaction product is continued with simultaneous removal of the hydrogen produced via a membrane and introduction into a third cavity,
c) a third cavity (5) with a discharge (10) for hydrogen,
d) a membrane (4) made of a metallic material containing a metal or made of metal and placed flat over a porous or perforated film (7) or inserted between two porous or perforated films (7, 17) and inserted between the second and third cavity (5), each immediately adjacent to membrane or foil,
e) a process (9) for the hydrocarbon-containing gas, the at least one further reaction product and water vapor from the second cavity (3),
f) wherein the membrane reformer is formed by a plate stack with a plurality of individual plates on both sides of the at least one membrane and
g) wherein the cavities are formed by depressions or openings in at least one plate.
Figure DE202019102695U1_0000

Description

Die Neuerung betrifft einen Membranreformer, vorzugsweise einen Palladium-Membranreformer gemäß des ersten Schutzanspruchs.The innovation relates to a membrane reformer, preferably a palladium membrane reformer according to the first protection claim.

Membranreformer der eingangs genannten Art dienen insbesondere einer Herstellung von Wasserstoff aus kohlenwasserstoff- oder alkoholhaltigem Gas und Wasserdampf oder Ammoniak. Insbesondere kleine Bauformen ermöglichen dabei einen dezentralen Einsatz. Bevorzugte Anwendungen finden sich folglich in der Versorgung von industriellen Kunden im Kapazitätsbereich unter 500 Nm3/h, wobei Membran-Reformereinheiten bei einer Wasserstoffversorgung aus dem Erdgasnetz eine kostengünstigere Alternative zu einem Einsatz von Flaschen- oder Flaschenbündeln bilden. Sie bieten damit eine ideale Wasserstoffquelle auch für H2-Tankstellen oder Brennstoffzellensysteme für mobile oder stationäre Anwendungen.Membrane reformers of the type mentioned in particular are used to produce hydrogen from hydrocarbon or alcohol-containing gas and water vapor or ammonia. In particular, small designs allow a decentralized use. Accordingly, preferred applications can be found in the supply of industrial customers in the capacity range below 500 Nm 3 / h, with membrane reformer units in a hydrogen supply from the natural gas network form a cheaper alternative to the use of bottle or cylinder bundles. They also provide an ideal source of hydrogen for H 2 filling stations or fuel cell systems for mobile or stationary applications.

Zu den einsetzbaren Kohlenwasserstoffen zählen sowohl gasförmige Substanzen, also beispielsweise Methan und Propan aber auch in die Dampfphase überführte Stoffe wie (Bio-)Ethanol oder höhermolekulare Substan-zen (Hexadekan) sowie mögliche ungesättigte oder partiell oxidierte Derivate (Alkene, Alkohole, Säuren etc.).The hydrocarbons which can be used include both gaseous substances, for example methane and propane, but also substances converted into the vapor phase, such as (bio) ethanol or higher molecular weight substances (hexadecane) and also possible unsaturated or partially oxidized derivatives (alkenes, alcohols, acids, etc.). ).

Reiner Wasserstoff wird oftmals an vielen chemischen und sonstigen industriellen Standort in kleinen Mengen benötigt. Bisher ist die Erzeugung aus Methan (Erdgas) am günstigsten. Der Transport in Gasflaschen oder Tankwagen ist allerdings kostenintensiv und nicht nachhaltig. Daher stellen kleine kompakte Aggregate mit hoher Leistungsdichte und geringen Investitionskosten eine sehr attraktive Lösung dar. Auch der Brennstoffzellenmarkt sucht nach günstigen Optionen für die Wasserstoffversorgung.Pure hydrogen is often needed at many chemical and other industrial sites in small quantities. So far, the production of methane (natural gas) is the cheapest. However, transport in gas cylinders or tank trucks is costly and unsustainable. Therefore, small compact units with high power density and low investment costs represent a very attractive solution. The fuel cell market is also looking for favorable options for hydrogen supply.

Weitere wichtige Geschäftsfelder und lohnenswertes Segment ist die Versorgung von Industriekunden oder Wasserstofftankstellen mit Wasserstoff. Da der Wasserstofftransport sehr kostspielig ist und der Anteil transportierten Gewichts bei Wasserstoff sehr gering ist, lohnen sich Aggregate bis 500 Nm3/h zur Erzeugung von Wasserstoff über Membranreformer. Hier sind die Anschaffungskosten relativ schnell erwirtschaftet, da Erdgas kaum Kosten mit sich bringt.Other important business segments and worthwhile segments are the supply of hydrogen to industrial customers or hydrogen refueling stations. Since the transport of hydrogen is very expensive and the proportion of transported weight in hydrogen is very low, aggregates of up to 500 Nm 3 / h are worthwhile for generating hydrogen via membrane reformers. Here, the acquisition costs are relatively quickly earned, because natural gas brings little cost.

Ein Ziel von Entwicklungen zum Membranreformer liegt in einer vereinfachten und energieeffizienten Herstellbarkeit von Wasserstoff aus kohlenwasserstoffhaltigem Gas und Wasser einerseits und der Reduzierung von Bauteilen sowie der Baugröße für dezentrale Anwendungen andererseits.A goal of developments to the membrane reformer lies in a simplified and energy-efficient manufacturability of hydrogen from hydrocarbon-containing gas and water on the one hand and the reduction of components as well as the size for decentralized applications on the other hand.

EP 1 669 323 A1 offenbart beispielhaft einen mikrostrukturierbaren Reaktor und Methode zur Herstellung von Wasserstoff aus Ethanol und Wasser. Der Wasserstoff wird durch eine Membran abgeleitet und so von den restlichen Reaktionsprodukten getrennt. Der Reaktor wird durch einen Plattenstapel mit Einzelplatten gebildet. EP 1 669 323 A1 discloses, by way of example, a microstructurable reactor and method for producing hydrogen from ethanol and water. The hydrogen is diverted through a membrane and thus separated from the remaining reaction products. The reactor is formed by a plate stack with individual plates.

Auch sind Membranreformer für eine Beschleunigung einer Dehydrierung nutzbar, wobei die thermodynamische Randbedingung hinsichtlich eines größeren Umsatzes mit Abtrennung des entstehenden Wasserstoffs verschoben wird. Zu diesen Dehydrierungen zählen auch Anwendungen zur Wasserstoffspeicherung auf Basis flüssiger organischer Wasserstoffträger (kurz unter LOHC bekannt). Dort ist eine besonders kompakte und dynamische Betriebsweise mit hohen volumenspezifischen Wasserstofffreisetzungsraten oder Reaktionsraten gewünscht, um beispielsweise den Wasserstoff innerhalb kurzer Zeit in einen Druckspeicher zu entladen oder direkt in ein Brennstoffzellensystem zu speisen.Membrane reformers can also be used for accelerating dehydrogenation, the thermodynamic boundary condition being shifted with regard to greater conversion with removal of the hydrogen formed. These dehydrogenations include hydrogen storage applications based on liquid organic hydrogen carriers (known as LOHC for short). There is a particularly compact and dynamic mode of operation with high volume-specific hydrogen release rates or reaction rates desired to discharge, for example, the hydrogen in a short time in a pressure accumulator or feed directly into a fuel cell system.

EP 2 578 532 A1 offenbart eine Nutzung einer Verbrennungszone, einer Reaktionszone mit integrierter Membran und einer Wasserstoffabzugszone. Die Abdichtung bzw. Verbindungstechnik erfolgt über Verschraubungen. EP 2 578 532 A1 discloses use of a combustion zone, a membrane-integrated reaction zone and a hydrogen exhaust zone. The sealing or connection technology takes place via screw connections.

US 7 922 781 B1 beschreibt wie die vorgenannte EP 1 669 323 A1 ebenfalls eine Vorrichtung für die Wasserstofferzeugung mit einer Verbrennungszone, einer Reaktionszone mit integrierter Membran und einer Wasserstoffabzugszone. Auch werden einige prozesstechnische Ansprüche dargelegt; so soll z.B. das System mit der katalytischen Verbrennung von gespeichertem Wasserstoff angeheizt werden, bis der Zündpunkt des Katalysators für andere Stoffe erreicht ist. Die Umsetzung eines mehrlagigen Systems hinsichtlich der Stoffverteilung wird nicht diskutiert. US Pat. No. 7,922,781 B1 describes as the aforementioned EP 1 669 323 A1 also a device for the production of hydrogen with a combustion zone, a reaction zone with integrated membrane and a hydrogen extraction zone. Also, some procedural claims are set forth; For example, the system is to be heated by the catalytic combustion of stored hydrogen until the ignition point of the catalyst for other substances has been reached. The implementation of a multilayer system with regard to the distribution of substances is not discussed.

Die Nachteile der vorgenannten Systeme liegen in deren Handhabung, der komplexen Austauschbarkeit von Modulen sowie in der begrenzten Reinheit des abgetrennten Wasserstoffs. Insbesondere erfordern die Systeme oftmals die Abzweige der Medien, die senkrecht zur Strömungsrichtung in den einzelnen Modulen angeordnet sind.The disadvantages of the aforementioned systems are their handling, the complex interchangeability of modules and in the limited purity of the separated hydrogen. In particular, the systems often require the branches of the media, which are arranged perpendicular to the flow direction in the individual modules.

Davon ausgehend liegt eine Aufgabe der Neuerung darin, einen Membranreformer der genannten Art für eine vereinfachte und energieeffiziente Herstellung von reinem Wasserstoff aus kohlenwasserstoffhaltigem Gas und Wasser sicherer und effizienter zu gestalten, wobei die vorgenannten Nachteile vermieden werden sollen.On this basis, an object of the innovation is to make a membrane reformer of the type mentioned for a simplified and energy-efficient production of pure hydrogen from hydrocarbon-containing gas and water safer and more efficient, the aforementioned disadvantages should be avoided.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Membranreformer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hierauf rückbezogene Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.The problem is solved by a membrane reformer having the features of claim 1. On this back related claims give advantageous embodiments again.

Vorgeschlagen wird ein Membranreformer zur Erzeugung von Wasserstoff. Dieser umfasst eine erste Kavität (Vorreformierungszone, d.h. Vorreaktionszone ohne Membran) mit einem Katalysator und einem Zulauf für ein gasförmiges dehydrierbares Edukt, vorzugsweise zusammen mit Wasserdampf, in der die Erzeugung von Wasserstoff und mindestens einem weiteren Reaktionsprodukt durchgeführt wird. Es folgt eine der ersten Kavität nachgeschaltete zweite Kavität (vorzugsweise mit einem, weiter bevorzugt dem vorgenannten Katalysator der ersten Kavität entsprechend), in der die Erzeugung von Wasserstoff und mindestens einem weiteren Reaktionsprodukt unter gleichzeitiger Abtrennung des erzeugten Wasserstoffs über eine Membran und Einleitung in eine dritte Kavität weiter fortgesetzt wird, gefolgt von einer dritte Kavität mit einem Ablauf für Wasserstoff.It proposes a membrane reformer for the production of hydrogen. This comprises a first cavity (pre-reforming zone, i.e. pre-reaction zone without membrane) with a catalyst and a feed of a gaseous dehydrogenatable starting material, preferably together with steam, in which the production of hydrogen and at least one further reaction product is carried out. This is followed by a second cavity connected downstream of the first cavity (preferably with one, more preferably the above-mentioned catalyst of the first cavity), in which the production of hydrogen and at least one further reaction product with simultaneous removal of the generated hydrogen via a membrane and introduction into a third Cavity continues, followed by a third cavity with a drain for hydrogen.

Vorzugsweise ist oder enthält das gasförmige dehydrierbare Edukt ein Kohlenwasserstoff, weiter bevorzugt ein Alkohol, vorzugsweise Methanol, Ethanol und/oder Ammoniak, und enthält weiter bevorzugt Wasserdampf.Preferably, the gaseous dehydrogenatable educt is or contains a hydrocarbon, more preferably an alcohol, preferably methanol, ethanol and / or ammonia, and more preferably contains water vapor.

Die Membran ist aus metallischem Werkstoff, enthaltend ein Metall oder hergestellt aus Metall. Sie ist flächig über eine poröse oder durchbrochene Folie aufgesetzt oder zwischen zwei poröse oder durchbrochene Folien eingesetzt. Die Membran befindet sich zwischen zweiter und dritter Kavität, die jeweils dabei unmittelbar an Membran oder Folie angrenzen.The membrane is made of metallic material containing a metal or made of metal. It is placed flat over a porous or open-worked film or inserted between two porous or open-worked films. The membrane is located between the second and third cavities, each directly adjacent to the membrane or foil.

Weiterhin umfasst der Membranreformer einen Ablauf für das kohlenwasserstoffhaltige Gas, das mindestens eine weitere Reaktionsprodukt sowie optional Wasserdampf aus der zweiten Kavität.Furthermore, the membrane reformer comprises a drain for the hydrocarbon-containing gas, the at least one further reaction product and optionally water vapor from the second cavity.

Der Membranreformer weist einen schichtweisen Aufbau auf, d.h. er wird durch einen Plattenstapel mit mehreren Einzelplatten (Platten, Folien) beidseitig der mindestens einen Membran gebildet. Die Kavitäten sind dabei durch Vertiefungen oder Durchbrüche in jeweils mindestens einer Platte gebildet.The membrane reformer has a layered construction, i. it is formed by a plate stack with several individual plates (plates, films) on both sides of the at least one membrane. The cavities are formed by depressions or openings in each case at least one plate.

Der Membranreformer eignet sich daher besonders für eine Miniaturisierung, bei der die Platten vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 2000 µm, weiter bevorzugt von 20 bis 1000 µm, weiter bevorzugt zwischen 30 und 200 µm aufweist. Die lateralen Abmessungen der vorzugsweise rechteckigen oder quadratischen Einzelplatten eines solchen Mikromembranreformers liegen dabei vorzugswiese zwischen 10 und 300 mm, weiter bevorzugt zwischen 20, 30 oder 40 und 60, 80 oder 100 mm.The membrane reformer is therefore particularly suitable for miniaturization, in which the plates preferably have a thickness of 10 to 2000 microns, more preferably from 20 to 1000 microns, more preferably between 30 and 200 microns. The lateral dimensions of the preferably rectangular or square individual plates of such a micromembrane reformer are preferably between 10 and 300 mm, more preferably between 20, 30 or 40 and 60, 80 or 100 mm.

Vorzugsweise wird jeder Übergang im Plattenstapel zwischen zwei Platten oder zwischen einer Platte und einer Folie oder Membran oder zwischen einer Membran und einer Folie wird durch um die Kavitäten und/oder Zu- und Ableitungen dichtend umlaufenden Schweißnähte gebildet. Die Schweißnähte verbinden jeweils zwei benachbarte Schichten, d.h. Einzelplatten, Membranen und/oder Folien miteinander. Eine Schweißnaht durchdringt vorzugsweise jeweils nur einen Übergang und die beiden angrenzenden Schichten, während die jeweils darauf folgende Schicht nach dem Verschweißen der Schweißnaht aufgelegt wird, mit diesem einen weiteren Übergang bildet und durch einen weiteren Schweißvorgang mit der benachbarten Schicht verschweißt wird. Die umlaufende Schweißnaht bildet in vorteilhafter Weise einen stofflichen Übergang zwischen zwei Schichten und bildet damit eine abdichtende Barriere im Übergang. Wesentlich ist, dass die Schweißnähte zwischen zwei im Plattenstapel benachbarten Übergängen versetzt und nicht kreuzend zueinander angeordnet sind, d.h. sich nicht berühren.Preferably, each transition in the plate stack between two plates or between a plate and a film or membrane or between a membrane and a film is formed by sealingly surrounding the cavities and / or inlet and outlet welds. The welds each connect two adjacent layers, i. Single plates, membranes and / or films together. A weld seam penetrates preferably only one transition and the two adjacent layers, while the respective subsequent layer is placed after the welding of the weld, with this another transition forms and is welded by another welding process with the adjacent layer. The circumferential weld advantageously forms a material transition between two layers and thus forms a sealing barrier in the transition. It is essential that the welds are offset between two transitions adjacent to the plate stack and not intersecting each other, i. do not touch each other.

Die Art des Aufbaus der Verbindungstechnik durch Laser- oder Elektronenstrahlschweißen ermöglicht in vorteilhafter Weise auch eine verzugsfrei bzw. spannungsarme Gestaltung des Membranreformers, wodurch letztendlich einzelne Module mit je einer planaren Membranfläche aufbaubar sind und durch einen rechtwinklig zu den Zonen angeordneten Medienzugang über Dichtungen zu einem Gesamtpaket stapelbar sind, d.h. im Defektfall einzeln austauschbar sind.The type of construction of the connection technique by laser or electron beam welding advantageously also allows distortion-free or low-tension design of the membrane reformer, which ultimately individual modules, each with a planar membrane surface can be built and arranged by a right angle to the zones media access via seals to a total package are stackable, ie can be exchanged individually in the event of a defect.

Eine Ausgestaltung des Membranreformers zeichnet sich durch eine erste Kavität aus, die mit Partikeln eines Katalysators für die Umsetzung des dehydrierbaren Edukts gefüllt ist und/oder eine Wandung oder Wandungsbeschichtung aus dem Katalysator bestehen. Auf diese Weise findet der Beginn der Umsetzung bereits in der ersten Kavität statt, ohne dass dort eine Abtrennung von Wasserstoff erfolgt. Dadurch wird zunächst in Reaktionsrichtung ein Wasserstoffpartialdruck erzeugt. Der Umsatz ist genügend klein, um noch keine Gleichgewichtslimitierung der Reaktion hervorzurufen. Die Anordnung vermeidet eine eventuelle Rückführung von Wasserstoff in die Reaktionsmischung, die Auftreten könnte, wenn der gesamte Reaktionsraum mit einer wasserstoffdurchlässigen Membran überspannt wäre.An embodiment of the membrane reformer is characterized by a first cavity filled with particles of a catalyst for the reaction of the dehydrogenatable starting material and / or a wall or wall coating consisting of the catalyst. In this way, the beginning of the reaction takes place already in the first cavity, without there being a separation of hydrogen. As a result, first of all a hydrogen partial pressure is generated in the direction of reaction. The conversion is sufficiently small so as not to induce equilibrium limitation of the reaction. The arrangement avoids any recirculation of hydrogen into the reaction mixture, which could occur if the entire reaction space were spanned by a hydrogen permeable membrane.

Eine weitere Ausgestaltung des Membranreformers sieht vor, dass die zweite Kavität mit Partikeln eines Katalysators für die Umsetzung des dehydrierbaren Edukts gefüllt ist und/oder eine Wandung oder Wandungsbeschichtung aus dem Katalysator bestehen. Die Umsetzung wird in der zweiten Kavität lediglich fortgesetzt, während erst hier dazu parallel eine Membranabtrennung von Wasserstoff erfolgt. Der Wasserstoffpartialdruck in der Gasphase wird durch die Abtrennung erniedrigt, so dass auch weiter keine Gleichgewichtslimitierung der Reaktion stattfindet. Damit lassen sich höhere Umsätze für das dehydrierbare Edukt erzielen.A further embodiment of the membrane reformer provides that the second cavity is filled with particles of a catalyst for the reaction of the dehydrogenatable educt and / or a wall or wall coating consists of the catalyst. The reaction is merely continued in the second cavity, whereas only in this case a membrane separation of hydrogen takes place in parallel. The hydrogen partial pressure in the gas phase is lowered by the separation, so that further no equilibrium limitation of the reaction takes place. This makes it possible to achieve higher conversions for the dehydrogenatable starting material.

Der vorgenannte Katalysator für die Umsetzung des dehydrierbaren Edukts ist oder enthält vorzugsweise Platin, Palladium, Nickel und/oder Kupfer. Weiter bevorzugt weist der Katalysator eine erhöhte spezifische Oberfläche auf, die für Umsetzung des dehydrierbaren Edukts zugänglich ist. Die Bereitstellung der großen Oberfläche erfolgt vorzugsweise in der Form einer zerklüfteten Oberflächentopographie oder eine offene Porosität oder bei Partikeln alternativ oder zusätzlich eine geringe Partikelgröße, vorzugsweise zwischen 101 und 104 nm Partikelgröße.The aforementioned catalyst for the reaction of the dehydrogenatable educt is or preferably contains platinum, palladium, nickel and / or copper. More preferably, the catalyst has an increased specific surface, which is accessible for reaction of the dehydrogenatable starting material. The provision of the large surface is preferably carried out in the form of a fissured surface topography or an open porosity or, for particles alternatively or additionally, a small particle size, preferably between 10 1 and 10 4 nm particle size.

Der Membranreformer ist vorzugsweise weiterhin so ausgestaltet, dass die jeweils beidseitig über eine Membran angeordnete zweite und dritte Kavitäten einen gemeinsamen Membranbereich über der Membran und der einen Folie oder den beiden Folien überdeckungsgleich überspannen. Damit wird sichergestellt, dass eine maximale Wirkungsfläche für den Transport des Wasserstoffs durch die Membran zu Verfügung steht.The membrane reformer is preferably further configured in such a way that the second and third cavities, which are respectively arranged on both sides via a membrane, span over a common membrane area over the membrane and the one or both foils in an overlapping manner. This ensures that a maximum effective area is available for the transport of hydrogen through the membrane.

Die Folie oder die beiden Folien um den Membranbereich weisen weiterhin bevorzugt einen umlaufenden dichten Bereich auf, der weder durchbrochen noch porös ist. Dies dient der Sicherstellung, dass ein Stoffaustrag, vorzugsweise gebildet durch den abzuführenden Wasserstoff, ausschließlich über die Membran abgeführt wird.The film or the two films around the membrane region furthermore preferably have a circumferential dense region which is neither perforated nor porous. This serves to ensure that a substance discharge, preferably formed by the hydrogen to be removed, is discharged exclusively via the membrane.

In die dritte Kavität ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung zusätzlich ein Zulauf für ein Spülgas vorgesehen. Durch den Einsatz von Spülgas erniedrigt sich der Wasserstoffpartialdruck in der dritten Kavität. Dies erhöht den Parameterraum für den Einsatz des Gerätes, da Wasserstoff auch relativ niedrigen Wasserstoffpartialdrücken abgeführt werden kann. Zweckmäßigerweise ist dabei der Ablauf für Wasserstoff zugleich auch ein Ablauf für das Spülgas. Weiter bevorzugt ist dabei zwischen Ablauf und Zulauf ein überwiegender Volumenanteil der dritten Kavität angeordnet.In an advantageous embodiment, an inlet for a purge gas is additionally provided in the third cavity. The use of purge gas lowers the hydrogen partial pressure in the third cavity. This increases the parameter space for the use of the device, since hydrogen can also be dissipated at relatively low hydrogen partial pressures. Expediently, the process for hydrogen is at the same time also a process for the purge gas. More preferably, a predominant volume fraction of the third cavity is arranged between drain and inlet.

Für die Kavitäten, insbesondere der ersten beiden Kavitäten sind vorzugsweise Temperierungsmittel, vorzugweise ein Kanalsystem für ein Temperierungsfluid vorgesehen. Hiermit lassen sich in vorteilhafter Weise die Temperatur und damit die Reaktionen in der ersten Kavität steuern oder nach oben und/oder nach unten begrenzen. Das bevorzugte Kanalsystem umfasst weiter bevorzugt Vertiefungsstrukturen in mindestens einer Platte oder Folie für die Hindurchleitung eines Temperierungsfluids und weisen weiter bevorzugt keine fluidische Verbindung zu den vorgenannten Kavitäten einschließlich der Zu-, Ab- und Verbindungsleitungen auf.Tempering means, preferably a channel system for a tempering fluid, are preferably provided for the cavities, in particular the first two cavities. In this way, the temperature and thus the reactions in the first cavity can advantageously be controlled or limited upwards and / or downwards. The preferred channel system further preferably comprises recess structures in at least one plate or foil for the passage of a Temperierungsfluids and further preferably have no fluidic connection to the aforementioned cavities including the supply, discharge and connecting lines.

Alternativ umfassen die genannten Temperierungsmittel in einer weiteren möglichen Ausgestaltung eine katalytische Verbrennung der Restanteile des im Ablauf der zweiten Kavität enthaltenen dehydrierbaren Edukts, von nicht abgetrennten Wasserstoff und/oder sonstiger brennbarer Produkte an einem geeigneten Katalysator, wobei der Katalysator in einem Kanalsystem, umfassend Vertiefungsstrukturen in mindestens einer Einzelplatte des Plattenstapels für die Hindurchleitung des Ablaufs der zweiten Kavität gemischt mit Luft angeordnet ist.Alternatively, the said temperature control means in a further possible embodiment comprise a catalytic combustion of the residual portions of the dehydrogenatable starting material contained in the second cavity, non-separated hydrogen and / or other combustible products on a suitable catalyst, wherein the catalyst in a channel system comprising well structures in at least one single plate of the plate stack is arranged for the passage of the outlet of the second cavity mixed with air.

Eine bevorzugte Ausführung des Membranreformers sieht eine Ausgestaltung der Zu- und Abläufe in der Weise vor, dass die Membranreformer sich mit weiteren Membranreformern vorzugsweise gleicher Bauart zu einer Membranreformersystem parallel zusammensetzen und betreiben lassen. Diese Ausführung sieht Zu- und Abläufe zu bzw. von den Kavitäten vor, die in Sammelkanäle aus bzw. einmünden. Die Sammelkanäle durchdringen vorzugsweise orthogonal die Platten (Folien) des Plattenstapels, wobei die Platten im Übergang zu den jeweiligen benachbarten Platten nicht nur über um die Kavitäten und/oder Zu- und Ableitungen, sondern auch durch die Sammelkanäle dichtend umlaufende Schweißnähte mit den jeweiligen benachbarten Patten oder Membranen verbunden sind. Wesentlich hierbei ist, dass die Schweißnähte zwischen zwei benachbarten Übergängen versetzt und nicht kreuzend zueinander angeordnet sind. Durchdringen die Sammelkanäle dabei orthogonal den gesamten Plattenstapel, lassen sich insbesondere gleichartige Membranreformer mit gleichen Abmessungen aufeinanderstapeln, wobei die Sammelkanäle der jeweiligen fluchten aneinanderreihen. Eine Ausgestaltung sieht daher vor, dass die Sammelkanäle geradlinig und orthogonal zu den Platten den Plattenstapel durchdringen.A preferred embodiment of the membrane reformer provides for an embodiment of the inlets and outlets in such a way that the membrane reformers can be assembled and operated in parallel with further membrane reformers, preferably of the same type, to form a membrane reformer system. This embodiment provides inflows and outflows to and from the cavities that exit or exit into collection channels. The collecting channels preferably penetrate orthogonally the plates (foils) of the plate stack, wherein the plates in the transition to the respective adjacent plates not only over the cavities and / or inlet and outlet lines, but also through the collecting channels sealingly circumferential welds with the respective adjacent flaps or membranes are connected. It is essential here that the weld seams are offset between two adjacent transitions and are not arranged to intersect one another. In this case, the collection channels penetrate the entire plate stack orthogonally, in particular similar membrane reformers of the same dimensions can be stacked on top of one another, wherein the collection channels of the respective aligned lines are arranged side by side. One embodiment therefore provides that the collecting ducts penetrate the plate stack in a straight line and orthogonal to the plates.

Alternativ bietet es sich an, zumindest die Anordnung der Aus- und Einlässe der Sammelkanäle insbesondere in den jeweiligen abschließenden Platten oder Folien Platten einheitlich anzuordnen.Alternatively, it is advisable to uniformly arrange at least the arrangement of the outlets and inlets of the collecting channels, in particular in the respective final plates or foils.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht zudem vor, dass mindestens ein Zu- und/oder Ablauf aus einer Kavität ein einer ersten Platte in einen Sammelkanal durch einen Durchbruch einer zweiten Platte sowie weiterhin durch eine rillenförmige Vertiefung in einer dritten Platte zum Sammelkanal hin erfolgt.A preferred embodiment also provides that at least one inlet and / or outlet from a cavity takes place from a first plate into a collecting channel through an opening in a second plate and furthermore through a groove-shaped depression in a third plate towards the collecting channel.

Die eingesetzten Membranen des Membranreformers sind vorzugsweise zwischen 1, 2 oder 3 und 10, 20 oder 40 µm dick. Vorzugsweise bei dem vorgenannten Mikromembranreformer liegen die Dicken bevorzugt zwischen 1 und 10 µm.The membranes of the membrane reformer used are preferably between 1, 2 or 3 and 10, 20 or 40 microns thick. Preferably, in the aforementioned micromembrane reformer, the thicknesses are preferably between 1 and 10 μm.

Die Durchlässigkeit der Membran für Wasserstoff muss gegeben sein, vorzugsweise ist diese Durchlässigkeit der Membran für Wasserstoff selektiv. Hierfür eignen sich insbesondere eine Membran aus Palladium oder einer Palladiumlegierung. Alternativ enthält eine solche Membran Palladium oder eine Palladiumlegierung. Weiter bevorzugt sind die Membranen durch einen Walz- oder einen Sputterprozess hergestellt. Eine alternative Herstellung sieht vor, die Membran auf einer porösen (offenporös) oder durchbrochene Folie als Trägersubstrat (Stützplatte) aufzubauen, vorzugsweise über einen Sputterprozess direkt auf die Folie aufgedampft oder alternativ, chemisch abgeschieden. Die poröse oder durchbrochene Folie besteht aus einem Metall und ist vorzugweise zwischen 30 und 200 µm dick. The permeability of the membrane to hydrogen must be given, preferably this permeability of the membrane is selective for hydrogen. For this purpose, in particular a membrane of palladium or a palladium alloy are suitable. Alternatively, such a membrane contains palladium or a palladium alloy. More preferably, the membranes are made by a rolling or a sputtering process. An alternative preparation provides for the membrane to be built up on a porous (open-porous) or perforated film as carrier substrate (support plate), preferably vapor-deposited directly onto the film via a sputtering process or alternatively, chemically deposited. The porous or perforated film is made of a metal and is preferably between 30 and 200 microns thick.

Die Kavitäten im Plattenstapel sind vorzugsweise übereinander angeordnet und erstrecken sich jeweils in einer Platte rechteckig, vorzugsweise als Vertiefungen oder Durchbrüche in den Platten. Ferner sind die Zu- und Abläufe vorzugsweise schlitzförmig und überspannten dabei jeweils einen überwiegenden Anteil einer Seite einer rechteckigen Kavität.The cavities in the plate stack are preferably arranged one above the other and each extend rectangularly in a plate, preferably as depressions or openings in the plates. Furthermore, the inlets and outlets are preferably slit-shaped and in each case spanned a predominant portion of one side of a rectangular cavity.

Ein besonderer Vorteil des beschriebenen Aufbaus und der vorgenannten Ausgestaltungen im Rahmen eines Plattenstapels mit Einzelplatten liegt in der Miniaturisierbarkeit und in der Verschaltung einer Vielzahl von kleinen und damit thermisch gut steuerbaren Membranreformer zu Membranreformersystemen.A particular advantage of the construction described and the aforementioned embodiments in the context of a plate stack with individual plates lies in the Miniaturizierbarkeit and in the interconnection of a variety of small and thus thermally well controllable membrane reformer to membrane reformer systems.

Die Neuerung wird anhand von Ausführungsbeispielen, den folgenden Figuren und Beschreibungen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale und deren Kombinationen sind nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele und deren Ausgestaltungen begrenzt. Vielmehr sind diese stellvertretend für weitere mögliche, aber nicht explizit als Ausführungsbeispiele dargestellte weitere Ausgestaltungen kombinierbar. Es zeigen

  • 1 eine schematische Prinzipskizze eines Membranreformers,
  • 2 prinzipielle Explosionsansichten mit der Darstellung aller Platten eines Plattenstapels einer Ausführungsform eines Membranreformers in zwei Perspektiven,
  • 3 prinzipielle Explosionsansichten mit der Darstellung aller Platten eines Plattenstapels einer weiteren Ausführungsform eines Membranreformers in zwei Perspektiven,
  • 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung einer durchbrochenen Folie als Trägersubstrat (Stützplatte) für die Membran sowie
  • 5 eine Darstellung aus einer Umsetzung von Methan mit Wasserdampf Methanumsatz XCH4 als Funktion der Wasserstoffrückgewinnungsrate φH2 für acht verschiedene Betriebspunkte.
The innovation will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments, the following figures and descriptions. The illustrated features and their combinations are not limited to these embodiments and their embodiments. Rather, these are representative of other possible, but not explicitly illustrated as embodiments further embodiments combined. Show it
  • 1 a schematic schematic diagram of a membrane reformer,
  • 2 schematic exploded views showing all plates of a plate stack of an embodiment of a membrane reformer in two perspectives,
  • 3 schematic exploded views showing all plates of a plate stack of another embodiment of a membrane reformer in two perspectives,
  • 4 a perspective view of an embodiment of a perforated film as a carrier substrate (support plate) for the membrane and
  • 5 a representation from a conversion of methane with water vapor methane conversion X CH4 as a function of the hydrogen recovery rate φ H2 for eight different operating points.

Den prinzipiellen grundsätzlichen Aufbau eines beispielhaften Membranreaktors sowie die in diesen geführte Stoffströme zeigen 1 in einer prinzipiellen Querschnittsdarstellung.The principle basic structure of an exemplary membrane reactor and the guided in these streams show 1 in a schematic cross-sectional representation.

Der Membranreformer umfasst im Wesentlichen eine erste Kavität 1 als Vorreformierungsstufe, die nach einer Strömungsumlenkung 2 in eine zweite Kavität 3 als Reformierungsstufe übergeht, eine dritte Kavität 5 sowie eine zwischen zweiter und dritter Kavität angeordnete wasserstoffdurchlässige Membran 4. Die erste und zweite Kavität weist ferner abseits der Membran einen Katalysatorschicht 6 an den Wandungen der Kavität auf. Die Membran selbst ist zwischen zwei durchbrochene Folien 7 als Trägersubstrate (Stützplatten) eingesetzt.The membrane reformer essentially comprises a first cavity 1 as a pre-reforming stage, after a flow diversion 2 in a second cavity 3 as a reforming stage, a third cavity 5 and a hydrogen permeable membrane disposed between the second and third cavities 4 , The first and second cavities also have a catalyst layer away from the membrane 6 on the walls of the cavity. The membrane itself is between two perforated films 7 used as carrier substrates (support plates).

Durch einen Zulauf 8 erfolgt eine Einleitung eines gasförmigen dehydrierbaren Edukts, im Beispiel CH4 und H2O, in die erste Kavität. Es erfolgt in der ersten Kavität eine Vorreformierung, d.h. eine beginnende Reaktion des Edukts in Wasserstoff und einem weiteren Reaktionsprodukt unter Einwirkung des vorgenannten Katalysators. Bei laufender Reaktion erfolgt eine Weiterleitung des Reaktionsgemisches über die Strömungsumlenkung in die zweite Kavität 3 und damit auch zur Membran 4, in der die Reaktion fortgeführt, gleichzeitig aber der sich bildende Wasserstoff über die Membran in die dritte Kavität 5 übergeleitet wird. Während ein Restanteil von Wasserstoff (H2), ein nicht umgesetzter Rest des Edukts (CH4, H2O, d.h. kohlenwasserstoffhaltige Gas) sowie die weiteren Reaktionsprodukte (CO, CO2) über einen Ablauf 9 aus der zweiten Kavität ausgeleitet werden, erfolgt eine Ableitung des Wasserstoffs (H2) über einen Auslass 10 aus der dritten Kavität.Through a feed 8th there is an introduction of a gaseous dehydrogenatable educt, in the example CH 4 and H 2 O, in the first cavity. There is carried out in the first cavity a pre-reforming, ie an incipient reaction of the starting material in hydrogen and a further reaction product under the action of the aforementioned catalyst. When the reaction is ongoing, the reaction mixture is forwarded via the flow deflection into the second cavity 3 and thus also to the membrane 4 in which the reaction continued, but at the same time the hydrogen forming through the membrane in the third cavity 5 is transferred. While a residual portion of hydrogen (H 2 ), an unreacted residue of the starting material (CH 4 , H 2 O, ie hydrocarbon-containing gas) and the other reaction products (CO, CO 2 ) via a drain 9 are discharged from the second cavity, a discharge of hydrogen (H 2 ) takes place via an outlet 10 from the third cavity.

Ferner in 1 dargestellt ist ein Kanal 11, in dem ein Brennstoff (z.B. CH4) mit Sauerstoff (O2) eingeleitet wird, und dort unter Ausbildung von Wärme oxidiert (insbesondere zu CO2 und Wasser) und nach rechts aus den Kanal ausgeleitet wird. Die dabei entstehende Wärme dient als Temperierungsmittel für den Membranreformer, d.h. sie wird über die Kanalwandung insbesondere zu den vorgeannten Kavitäten übertragen. Eine fluidische Verbindung zwischen dem Kanal und einem der Kavitäten besteht dabei vorzugsweise nicht.Further in 1 shown is a channel 11 in which a fuel (eg CH 4 ) with oxygen (O 2 ) is introduced, and there oxidized to form heat (in particular to CO 2 and water) and is discharged to the right out of the channel. The resulting heat serves as a tempering agent for the membrane reformer, ie it is transmitted via the channel wall in particular to the vorgeannten cavities. A fluidic connection between the channel and one of the cavities preferably does not exist.

Bevorzugte Ausführungen des durch einen Plattenstapels realisierten Membranreformers findet sich in 2 und 3 als Explosionszeichnungen von schräg oben (links) und von schräg unten (rechts). Die insbesondere in 2 links dargestellten Pfeile geben die Stoffströme im Membranreformer wieder. Die Folien des Plattenstapels sind vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Stahl und haben vorzugsweise die gleichen Außenabmessungen, wobei die lateralen Erstreckungen und die Anordnungen der ersten, zweiten und dritten Kavität auf den jeweiligen Folien vorzugsweise gleich sind.Preferred embodiments of the realized through a plate stack membrane reformer can be found in 2 and 3 as exploded views from diagonally above (left) and diagonally below (right). The particular in 2 Arrows on the left indicate the material flows in Membrane reformer again. The foils of the plate stack are preferably made of a corrosion resistant steel and preferably have the same outer dimensions, wherein the lateral extents and the arrangements of the first, second and third cavities on the respective foils are preferably the same.

2 gibt eine Ausführungsform ohne Temperierungsmittel wieder, während 3 diese Temperierungsmittel in separaten zusätzlichen Folien aufweist. 2 represents an embodiment without Temperierungsmittel again while 3 this tempering has in separate additional films.

Eine Beschreibung der einzelnen Folien (Einzelplatten) des Plattenstapels erfolgt nachfolgend, beginnend mit der untersten Folie:

  • - Die untere Abschlussfolie 12 ist ein dichtender Abschluss des Membranreformers nach unten. Er weist lediglich einen Zulauf 8 für ein gasförmiges dehydrierbares Edukt aus einem alle Folien durchdringenden ersten Sammelkanal 13 sowie einen Teil des Ablaufs 9 für ein Restanteil von Wasserstoff, ein nicht umgesetzter Rest des Edukts sowie die weiteren Reaktionsprodukte in einen alle Folien durchdringenden zweiten Sammelkanal 14 auf. Ab- und Zulauf sind auf der unteren Abschlussfolie als rillenförmige Vertiefungen dargestellt. Ferner durchdringen je ein ebenfalls alle Folien durchdringender Auslass 10 für Wasserstoff aus der dritten Kavität sowie ein Spülgaskanal 20 für die Zuleitung eines Spülgases in die dritte Kavität die untere Abschlussfolie.
  • - Die Vorreformierungsfolie 15 weist als vorzugsweise rechteckige flächige Vertiefung die erste Kavität auf, in die vorzugsweise über die eine gesamte Stirnseite der vorgenannte Zulauf ausmündet. Die Wandungen der Kavität sind vorzugsweise mit einem Katalysator der vorgenannten Art beschichtet. In der dem Zulauf gegenüberliegenden Stirnseite mündet die erste Kavität in die Strömungsumlenkung aus, womit in der Kavität eine möglichst gleichförmiger Strömungsquerschnitt realisierbar ist.
  • - Es folgt die Reformierungsfolie 16 mit der zweiten Kavität, ebenfalls mit Wandungen, die mit Katalysator beschichtet sind. Ebenfalls wird das Reaktionsgemisch wie in der ersten Kavität über eine Stirnseite aus der Strömungsumlenkung eingeleitet und über die gegenüberliegenden Stirnseite über den Ablauf 9 ausgeleitet, womit sich auch hier ein möglichst gleichförmiger Strömungsquerschnitt ausbildet.
  • - Die Reformierungsfolie ist mit einer vorzugsweise nur im Erstreckungsbereich der zweiten Kavität durchbrochenen Folien 7 als Trägersubstrate (Stützplatten) für die Membran abgedeckt. Auf der durchbrochenen Folie liegt die Membran 4 auf, die sich vorzugsweise - wie dargestellt - nur über die die zweite und dritte Kavität und nicht über die vorgenannten Sammelkanäle erstreckt. Vorzugsweise ist die Membran - wie ebenfalls dargestellt - zwischen der vorgenannten durchbrochenen Folie 7 und einer zweiten durchbrochenen Folie 17 angeordnet.
  • - Es folgt die Wasserstoffabfuhrfolie 18 mit der als Vertiefung ausgearbeiteten und zur zweiten durchbrochenen Folie 17 hin weisenden dritten Kavität 5, wobei jene zur Membran hin den gleichen Erstreckungsbereich wie die zweite Kavität überspannt.
  • - Die folgende Umlenkfolie 19 und die obere Abschlussfolie 21 dienen insbesondere der Umlenkung des Spülgases aus dem Spülgaskanal 20 in die Dritte Kavität sowie der Umlenkung des Spülgases mit dem durch die Membran abgetrennten Wasserstoff aus der dritten Kavität in den Auslass 10. Die Umlenkfolie 19 ermöglicht in vorteilhafter Weise die vorzugsweise vorgeschlagene Verbindung der Folien untereinander, wobei jeder Übergang im Plattenstapel zwischen zwei Platten oder zwischen einer Platte und einer Folie oder Membran oder zwischen einer Membran und einer Folie durch um die Kavitäten und/oder Zu- und Ableitungen dichtend umlaufenden Schweißnähte gebildet ist sowie die Schweißnähte zwischen zwei im Plattenstapel benachbarten Übergängen versetzt und nicht kreuzend zueinander angeordnet sind. Die Umlenkungen selbst sind im Wesentlichen als Vertiefungen auf der Unterseite der oberen Abschlussfolie dargestellt. Vorzugsweise sind die Öffnungen von unterer und oberer Abschlussfolie deckungsgleich, sodass eine Parallelschaltung mehrerer Membranreformer über eine Anordung derer übereinander realisierbar ist. 3 zeigt zudem noch drei weitere Folien, die die Temperierungsmittel für den Membranreformer umfassen. Im Gegensatz zu 1 sind diese hier nicht unmittelbar benachbart zur Vorreformierungsstufe (ersten Kavität 1), sondern über der oberen Abschlussfolie 21 d.h. angrenzend zur dritten Kavität 5 angeordnet.
  • - Über der oberen Abschlussfolie 21 ist eine Brennkammerfolie 22 angeordnet, in der eine Brennkammer 23 als Vertiefung eingearbeitet ist. Die laterale Erstreckung der bevorzugt quaderförmigen Brennkammer auf der Brennkammerfolie entspricht vorzugsweise der der vorgenannten Kavitäten. Ferner ist ein bevorzugt über eine gesamte Stirnfläche der Brennkammer einmündender Brenngaszulauf 24 für ein bevorzugt gasförmiges Brenngas sowie ein bevorzugt auf der gegenüberliegenden Stirnfläche der Brennkammer ausmündender Abgasablauf 25 vorgesehen, wobei Brenngaszulauf und Abgasablauf jeweils fluidisch, vorzugsweise als rillenförmige Vertiefungen ausgestaltet, an je einen Brenngassammelkanal 26 bzw. Abgassammelkanal 27 angebunden sind. Brenngassammelkanal und Abgassammelkanal durchdringen vorzugsweise, wie zuvor für die Sammelkanäle für Edukte und Reaktionsprodukte beschrieben, alle Folien des Plattenstapels, vorzugsweise orthogonal zu den Folien.
  • - Auf die Brennkammerfolie 22 ist eine Luftverteilerfolie 28 mit einem als Vertiefung oben eingebrachten Verteilervolumen 29 angeordnet. Die unten plane Luftverteilerfolie schließt vorzugsweise die die Brennkammer 23 bildende Vertiefung nach oben hin ab. Die Erstreckung des Verteilervolumens entspricht der der darunter angeordneten Brennkammer. Luftdurchführungen 30 vom Verteilervolumen zur Brennkammer, die über die gesamte Erstreckung vorgesehen sind, ermöglichen eine Luftzufuhr über das gesamte Brennkammervolumen und damit eine flächige Verbrennung in der Brennkammer. Das Verteilervolumen ist fluidisch (rillenförmige Vertiefung) an einen Luftsammelkanal 31 angeschlossen, der wiederum bevorzugt alle Folien des Plattenstapels durchdringt, vorzugsweise orthogonal zu den Folien.
  • - Über der Luftverteilerfolie 28 ist eine obere Temperierungsmittelabdeckfolie 32 vorgesehen, die im Beispiel das Verteilervolumen nach oben hin begrenzt.
A description of the individual foils (individual plates) of the plate stack follows below, starting with the lowest foil:
  • - The lower end foil 12 is a sealing end of the membrane reformer down. He only has an inlet 8th for a gaseous dehydrogenatable starting material from a first collection channel penetrating all the films 13 and part of the process 9 for a residual portion of hydrogen, an unreacted residue of the educt and the further reaction products in a foil all penetrating second collection channel 14 on. Drain and inlet are shown on the lower cover sheet as groove-shaped recesses. Furthermore penetrate a likewise all films penetrating outlet 10 for hydrogen from the third cavity and a purge gas channel 20 for the supply of a purge gas in the third cavity, the lower end foil.
  • - The pre-reforming film 15 has as a preferably rectangular area depression on the first cavity into which opens preferably via the one entire end face of the aforementioned inlet. The walls of the cavity are preferably coated with a catalyst of the aforementioned type. In the opposite end of the inlet, the first cavity opens into the flow deflection, whereby in the cavity as uniform as possible flow cross-section can be realized.
  • - It follows the reforming film 16 with the second cavity, also with walls coated with catalyst. Likewise in the first cavity, the reaction mixture is introduced via an end face out of the flow deflection and via the opposite end face via the outlet 9 discharged, which also forms a uniform as possible flow cross-section.
  • - The reforming film is preferably with a perforated only in the extension region of the second cavity foils 7 covered as carrier substrates (support plates) for the membrane. The membrane lies on the perforated foil 4 on, which preferably - as shown - only on the second and third cavity and not over the aforementioned collection channels extends. Preferably, as also shown, the membrane is between the aforementioned perforated film 7 and a second open-worked film 17 arranged.
  • - The hydrogen removal foil follows 18 with the developed as a recess and the second open-worked film 17 pointing third cavity 5 , wherein the spans to the membrane over the same extent range as the second cavity.
  • - The following deflecting foil 19 and the top cover 21 serve in particular the deflection of the purge gas from the purge gas channel 20 into the third cavity and the deflection of the purge gas with the hydrogen separated by the membrane from the third cavity in the outlet 10 , The deflecting foil 19 Advantageously, the preferably proposed compound of the films with each other, wherein each transition in the plate stack between two plates or between a plate and a film or membrane or between a membrane and a film by sealing around the cavities and / or inlet and outlet welds is formed and the welds offset between two adjacent in the plate stack transitions and are not arranged crossing each other. The deflections themselves are shown essentially as depressions on the underside of the upper end foil. Preferably, the openings of the lower and upper end foil are congruent, so that a parallel connection of a plurality of membrane reformers via an arrangement of which one above the other can be realized. 3 also shows three more slides that include the temperature control agent for the membrane reformer. In contrast to 1 these are not immediately adjacent to the pre-reforming stage (first cavity 1 ), but over the top cover 21 ie adjacent to the third cavity 5 arranged.
  • - Over the top cover 21 is a combustion chamber foil 22 arranged in a combustion chamber 23 is incorporated as a recess. The lateral extent of the preferably cuboid combustion chamber on the combustion chamber film preferably corresponds to that of the aforementioned cavities. Furthermore, a fuel gas inlet which preferably opens over an entire end face of the combustion chamber is provided 24 for a preferably gaseous fuel gas and a preferably on the opposite end face of the combustion chamber ausmündender exhaust gas outlet 25 provided, wherein fuel gas inlet and exhaust gas outlet each fluidly, preferably designed as groove-shaped depressions, depending on a fuel gas collection channel 26 or exhaust gas collection channel 27 are connected. Brenngassammelkanal and exhaust gas collection channel preferably penetrate, as described above for the collection channels for reactants and reaction products, all the films of the plate stack, preferably orthogonal to the films.
  • - On the combustion chamber foil 22 is an air distribution foil 28 with a distribution chamber introduced as a recess at the top 29 arranged. The bottom plane air distribution foil preferably closes the combustion chamber 23 forming depression from above. The extension of the distribution volume corresponds to that of the combustion chamber arranged below. Bushings 30 From the distribution volume to the combustion chamber, which are provided over the entire extent, allow an air supply over the entire combustion chamber volume and thus a surface combustion in the combustion chamber. The distribution volume is fluidic (groove-shaped depression) to an air collection channel 31 connected, which in turn preferably penetrates all the films of the plate stack, preferably orthogonal to the films.
  • - Above the air distribution foil 28 is an upper tempering agent masking film 32 provided, which limits the distribution volume in the example in the example.

In 2 und 3 sind zudem auf den Folien diverse Schweißlinien 33 dargestellt, die bevorzugt durch Laserschweißungen gebildet sind. Die Schweißlinien geben die Linien an, die von dem Laserstrahl der Schweißanlage vorzugsweise auch angefahren werden. Die Verschweißungen entlang der Schweißlinien verbinden den Übergang bevorzugt von jeweils zwei Folien, in den dargestellten Ausgestaltungen die jeweilige Folie mit der jeweils darunter angeordneten benachbarten Folie (weiter bevorzugt ausgenommen Lochfolien 7 und 17 sowie der Membran). Jeder Übergang im Plattenstapel zwischen zwei Platten oder zwischen einer Platte und einer Folie oder Membran oder zwischen einer Membran und einer Folie durch um die Kavitäten und/oder Zu- und Ableitungen wird nach außen dichtend von einer der umlaufenden Schweißnaht abgeschlossen. Wesentlich bei einer solchen bevorzugten Ausgestaltung der Fügetechnik ist, dass die Schweißlinien von zwei benachbarten Übergängen sich nicht kreuzen, überschneiden oder auf eine sonstige Weise überlappen. Folglich sind die Schweißnähte zwischen zwei im Plattenstapel benachbarten Übergängen versetzt und nicht kreuzend zueinander angeordnet.In 2 and 3 are also on the slides various welding lines 33 represented, which are preferably formed by laser welding. The welding lines indicate the lines that are preferably approached by the laser beam of the welding system. The welds along the weld lines preferably connect the transition of two foils, in the illustrated embodiments, the respective foil with the respectively adjacent foil disposed thereunder (more preferably excluding perforated foils 7 and 17 and the membrane). Each transition in the plate stack between two plates or between a plate and a foil or membrane or between a membrane and a foil around the cavities and / or inlets and outlets is sealed to the outside of one of the circumferential weld. What is essential in such a preferred embodiment of the joining technique is that the welding lines of two adjacent transitions do not intersect, overlap or overlap in any other way. Consequently, the welds between two adjacent in the plate stack transitions are offset and not crossing each other.

Im Inneren des Membranreaktors werden die umlaufenden Schweißlinien genutzt, um eine Abdichtung von innen nach außen und zwischen den einzelnen Folien zu realisieren. Die Schweißung erfolgt vorzugsweise mit einem Laserstrahl senkrecht zu den einzelnen Folien.Inside the membrane reactor, the circumferential weld lines are used to create a seal from the inside to the outside and between the individual foils. The welding is preferably carried out with a laser beam perpendicular to the individual foils.

Insbesondere wird eine Überscheidung der Schweißlinien vermieden. Bei übereinander liegenden Platten, die eine Durchführung bzw. umlaufende Abdichtungsnut aufweisen, wird außerdem eine abwechselnde Abfolge von kleineren und größeren Radien der umlaufenden Nut (bei sonst gleichem Nutmaß) realisiert, damit die Nahtwurzel nicht auf die Nut der darunterliegenden Schweißung trifft und eine zuverlässige Abdichtung und Druckfestigkeit gewährleistet ist.In particular, a separation of the weld lines is avoided. In superimposed plates having a passage or circumferential sealing groove, also an alternating sequence of smaller and larger radii of the circumferential groove (with otherwise the same groove size) is realized so that the seam root does not hit the groove of the underlying weld and a reliable seal and compressive strength is guaranteed.

Außerdem erfolgt die Schweißung von der Anordnung der Platten ausgehend von der zentralen Platte mit der Membran vorzugsweise abwechselnd von beiden Seiten, um den Verzug zu minimieren und eine Planparallelität für die Folien im Plattenstapel zu gewährleisten.In addition, the welding of the array of plates from the central plate to the membrane is preferably done alternately from both sides to minimize distortion and to provide plane parallelism to the foils in the plate stack.

Eine bevorzugte Schweißreihenfolge für eine in 2 dargestellte Ausgestaltung des Membranreformers ist:

  • - Verbindung des Übergangs zwischen Vorreformierungsfolie 15 und Reformierungsfolie 16,
  • - anschließende Durchschweißung von Wasserstoffabfuhrfolie 18 durch die darunterliegenden Folien bis auf die Reformierungsfolie 16 (d.h. Verschweißung mehrerer Übergänge zugleich);
  • - danach Anbindung der unteren Abschlussfolie 12 von unten;
  • - abschließend erst Anbindung der Umlenkfolie 19 und dann der oberen Abschlussfolie 21.
A preferred welding order for a in 2 illustrated embodiment of the membrane reformer is:
  • - Connecting the transition between Vorreformierungsfolie 15 and reforming film 16 .
  • - subsequent penetration of hydrogen evacuation film 18 through the underlying films except for the reforming film 16 (ie welding multiple transitions at the same time);
  • - Then connect the lower end foil 12 from underneath;
  • - finally only connection of the deflecting foil 19 and then the top cover 21 ,

Für eine Fügung der Folien einer in 3 dargestellte Ausführung wird zunächst vorzugsweise auf die vorgenannte Reihenfolge verwiesen, gefolgt von einem folienweise Ansetzen und Anschweißen der Folien für eine Temperierung (Brennkammerfolie 22, Luftverteilerfolie 28 und Temperierungsmittelabdeckfolie 32), wobei hier jeweils nur ein Übergang auf einmal verschweißt werden.For an addition of the foils a in 3 shown embodiment is first referenced preferably to the above order, followed by a film-like preparation and welding of the films for a temperature (combustion chamber film 22 , Air distribution foil 28 and Temperierungsmittelabdeckfolie 32 ), whereby here only one transition at a time are welded together.

Ein zentrales Element des Designs betrifft die Umlenkfolie 19, die es erlaubt, eine gemeinsame Verbindungsstelle zum Wasserstoffabzug (Kanal 10) und zum Spülgaskanal 20 auf den Folien herzustellen, ohne dass ein Übertritt des Spülgases vom Spülgaskanal zum Kanal abseits der dritten Kavität 5 auf der Unterseite der Wasserstoffabfuhrfolie 18 stattfinden kann.A central element of the design concerns the deflecting foil 19 , which allows a common connection to the hydrogen exhaust (channel 10 ) and to the purge gas channel 20 to produce on the films, without a passage of the purge gas from the purge gas channel to the channel away from the third cavity 5 on the bottom of the hydrogen removal foil 18 can take place.

Weitere Vorteile gründen in der Führung der Strömung in der ersten und zweiten Kavität. Beispielsweise ermöglicht eine Vorreformierung in der Vorreformierungsfolie 15 den Aufbau eines Wasserstoffpartialdruckes durch Reaktion vor dem Kontakt mit der Membran. Die Strömungsumlenkung 2 zwischen erster und zweiter Kavität stellt wiederum einen Strömungswiderstand zwischen dar. Dieser fördert einerseits eine über die Stirnfläche gleichmäßige Einströmung in die zweite Kavität und behindert andererseits eine Rückströmung von Fluidbestandteilen von der zweiten Kavität zurück in die erste Kavität.Further advantages are found in the flow of the first and second wells. For example, a pre-reforming in the pre-reforming film allows 15 the buildup of a hydrogen partial pressure by reaction before contact with the membrane. The flow deflection 2 between the first and second cavity in turn provides a flow resistance between. This promotes on the one hand a uniform over the face surface inflow into the second cavity and on the other hand hinders a backflow of fluid components from the second cavity back into the first cavity.

Die Membran 4 ist beidseitig jeweils von einer durchbrochenen Folie 7 und 17 (vorzugsweise 50 µm dick und mit 70 µm Durchbrüche versehen) zur Stabilisierung eingerahmt. Vorzugsweise entspricht die Außenabmessung der durchbrochenen Folien denen der anderen Folien des Membranreformers. Weiter bevorzugt erstrecken sich die Durchbrüche lateral auf die Membran und/oder nur in dem Bereich der zweiten und dritten Kavität, während der restliche Bereich keine Durchbrüche aufweist.The membrane 4 is on both sides of a perforated film 7 and 17 (preferably 50 microns thick and provided with 70 micron breakthroughs) framed for stabilization. The outer dimensions of the perforated films preferably correspond to those of the other films of the membrane reformer. More preferably, the apertures extend laterally onto the membrane and / or only in the region of the second and third cavities, while the remaining region has no openings.

Vorzugsweise stellt ein nicht offenporiger Rand eines offenporigen Membransupports (Folie 7 und 17) die Abdichtung der Membran nach außen sicherstellt. Die Pd-haltige Membranfolie vorzugsweise aus Pd oder PdAg) ist vorzugsweise nur 3 bis 20 µm dick (gewalzt oder gesputtert). Eine Ausgestaltung sieht vor, die Membran direkt auf zumindest eine der offenporigen Folien 7 oder 17 aufzubauen: zuerst eine keramische poröse Schicht als Diffusionsbarriere für Metallatome ins Palladium; darauf dann Abscheidung von Pd oder dessen Legierungen auf verschiedenem Weg, bspw. Sputtern, stromlos abscheiden, elektrochemisch, oder auch über ein Suspensionsplasmaspritzen.Preferably, a non-porous edge of an open-pore membrane support (foil 7 and 17 ) ensures the sealing of the membrane to the outside. The Pd-containing membrane film preferably made of Pd or PdAg) is preferably only 3 to 20 microns thick (rolled or sputtered). One embodiment provides, the membrane directly on at least one of the open-pore foils 7 or 17 first a ceramic porous layer as a diffusion barrier for metal atoms in the palladium; then deposition of Pd or its alloys in various ways, for example. Sputtering, electroless deposition, electrochemical, or via a suspension plasma spraying.

Eine alternative Ausgestaltung der Folien 7 und 17 für die Membran ermöglicht ein Lasersinterverfahren, bei dem mit einem dichten Rand 34 in die Form des oben gezeigten Reaktors gebracht wird (4). Wesentlich bei dieser Ausgestaltung ist, dass das Lasersintern im inneren offenporigen Bereich 35 einen Aufbau von zusätzlichen rillenförmigen Kanälen 36 ermöglicht, die gleichzeitig als Wasserstoffabfuhrkanäle, d.h. als Teil der dritten Kavität nutzbar sind. Eine Beschichtung mit Membranmaterial oder Auflegen einer Membran ist dann sowohl auf der Oberseite als auch der Unterseite der dargestellten Folie möglich, womit der Reformer zusätzlich noch kompakter gestaltbar wird. Wichtig ist dabei, dass die Kanäle sich auch über den porösen Bereich 35 und der Schweißlinie 33 hinaus im dichten Rand 34 fortsetzen und in einem Langloch 37 o.ä. enden, damit der abgetrennte Wasserstoff der verschiedenen Module gesammelt werden kann.An alternative embodiment of the films 7 and 17 For the membrane allows a laser sintering process, with a dense edge 34 is brought into the form of the reactor shown above ( 4 ). Essential in this embodiment is that the laser sintering in the inner open-pore area 35 a structure of additional groove-shaped channels 36 allows, which are used at the same time as hydrogen discharge channels, ie as part of the third cavity. A coating with membrane material or placing a membrane is then possible both on the top and the bottom of the film shown, with which the reformer is additionally made even more compact. It is important that the channels are also over the porous area 35 and the welding line 33 out in the dense border 34 continue and in a slot 37 etc. so that the separated hydrogen of the various modules can be collected.

5 zeigt Versuchsergebnisse aus einer Umsetzung von Methan mit Wasserdampf (Methanumsatzrate XCH4 [%]) in Abhängigkeit von der H2-Rückgewinnungsrate φH2 [%] für acht unterschiedliche Betriebspunkte. Die Linien geben berechnete Gleichgewichtsbedingungen wieder. Experimentelle Werte bei Drücken von je 6, 8, 10 und 12 bar (von links nach rechts) bei 773 K (schwarz gefüllte Symbole) und 823 K (weiß gefüllte Symbole), einem konstanten W/F-Verhältnis von 0.33 gKath/molCH4 und einem S/C-Verhältnis von 3. Dabei gibt S/C das molare Verhältnis von Dampf zu Kohlenstoff (im Methan) an. W/F ist das Verhältnis Katalysatormasse zu Molenstrom Methan. 5 shows test results from a conversion of methane with water vapor (methane conversion rate X CH4 [%]) as a function of the H 2 recovery rate φ H2 [%] for eight different operating points. The lines represent calculated equilibrium conditions. Experimental values at pressures of 6, 8, 10, and 12 bar (from left to right) at 773 K (black filled symbols) and 823 K (white filled symbols), a constant W / F ratio of 0.33 g cat h / mol CH4 and an S / C ratio of 3. S / C indicates the molar ratio of steam to carbon (in methane). W / F is the ratio of catalyst mass to molten methane.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
erste Kavitätfirst cavity
22
Strömungsumlenkungflow deflection
33
zweite Kavitätsecond cavity
44
Membranmembrane
55
dritte Kavitätthird cavity
66
Katalysatorschichtcatalyst layer
77
durchbrochene Folieopenwork foil
88th
ZulaufIntake
99
Ablaufprocedure
1010
Auslassoutlet
1111
Kanalchannel
1212
Abschlussfoliefinal film
1313
erster Sammelkanal für Eduktefirst collection channel for educts
1414
zweiter Sammelkanal für Reaktionsproduktesecond collection channel for reaction products
1515
VorreformierungsfolieVorreformierungsfolie
1616
Reformierungsfoliereforming foil
1717
zweite durchbrochene Foliesecond openwork foil
1818
WasserstoffabfuhrfolieHydrogen discharge film
1919
UmlenkfolieUmlenkfolie
2020
Spülgaskanalpurge gas
2121
Abschlussfoliefinal film
2222
Brennkammerfoliecombustion chamber slide
2323
Brennkammercombustion chamber
2424
BrenngaszulaufFuel gas supply
2525
Abgasablaufexhaust gas flow
2626
BrenngassammelkanalFuel gas collection channel
2727
AbgassammelkanalExhaust gas collection channel
2828
LuftverteilerfolieAir distributor foil
2929
Verteilervolumendistribution volume
3030
LuftdurchführungenBushings
3131
LuftsammelkanalAir collection channel
3232
TemperierungsmittelabdeckfolieTemperierungsmittelabdeckfolie
33 33
Schweißlinienwelding lines
3434
dichter Randdense border
3535
offenporiger Bereichopen-pored area
3636
rillenförmige Kanälegrooved channels
3737
LanglochLong hole

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1669323 A1 [0007, 0010]EP 1669323 A1 [0007, 0010]
  • EP 2578532 A1 [0009]EP 2578532 A1 [0009]
  • US 7922781 B1 [0010]US 7922781 B1 [0010]

Claims (27)

Membranreformer zur Erzeugung von Wasserstoff, umfassend a) eine erste Kavität (1) mit einem Katalysator und einem Zulauf (8) für ein gasförmiges dehydrierbares Edukt, in der die Erzeugung von Wasserstoff und mindestens einem weiteren Reaktionsprodukt durchgeführt wird, b) eine der ersten Kavität nachgeschaltete zweite Kavität (3), in der die Erzeugung von Wasserstoff und mindestens einem weiteren Reaktionsprodukt unter gleichzeitiger Abtrennung des erzeugten Wasserstoffs über eine Membran und Einleitung in eine dritte Kavität weiter fortgesetzt wird, c) eine dritte Kavität (5) mit einem Ablauf (10) für Wasserstoff, d) eine Membran (4) aus metallischem Werkstoff, enthaltend ein Metall oder hergestellt aus Metall sowie flächig aufgesetzt über eine poröse oder durchbrochene Folie (7) oder eingesetzt zwischen zwei poröse oder durchbrochene Folien (7, 17) sowie eingesetzt zwischen zweiter und dritter Kavität (5), die jeweils unmittelbar an Membran oder Folie angrenzen, e) einen Ablauf (9) für das kohlenwasserstoffhaltige Gas, das mindestens eine weitere Reaktionsprodukt sowie Wasserdampf aus der zweiten Kavität (3), f) wobei der Membranreformer durch einen Plattenstapel mit mehreren Einzelplatten beidseitig der mindestens einen Membran gebildet wird sowie g) wobei die Kavitäten durch Vertiefungen oder Durchbrüche in jeweils mindestens einer Platte gebildet werden.Membrane reformer for producing hydrogen, comprising a) a first cavity (1) with a catalyst and a feed (8) for a gaseous dehydrogenatable educt, in which the production of hydrogen and at least one further reaction product is carried out, b) a second cavity (3) connected downstream of the first cavity, in which the production of hydrogen and at least one further reaction product is continued with simultaneous removal of the hydrogen produced via a membrane and introduction into a third cavity, c) a third cavity (5) with a discharge (10) for hydrogen, d) a membrane (4) made of a metallic material containing a metal or made of metal and placed flat over a porous or perforated film (7) or inserted between two porous or perforated films (7, 17) and inserted between the second and third cavity (5), each immediately adjacent to membrane or foil, e) a process (9) for the hydrocarbon-containing gas, the at least one further reaction product and water vapor from the second cavity (3), f) wherein the membrane reformer is formed by a plate stack with a plurality of individual plates on both sides of the at least one membrane and g) wherein the cavities are formed by depressions or openings in at least one plate. Membranreformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) jeder Übergang im Plattenstapel zwischen zwei Platten oder zwischen einer Platte und einer Folie oder Membran oder zwischen einer Membran und einer Folie durch um die Kavitäten und/oder Zu- und Ableitungen dichtend umlaufenden Schweißnähte gebildet ist sowie b) die Schweißnähte zwischen zwei im Plattenstapel benachbarten Übergängen versetzt und nicht kreuzend zueinander angeordnet sind.Membrane reformer after Claim 1 , characterized in that a) each transition in the plate stack between two plates or between a plate and a film or membrane or between a membrane and a film by around the cavities and / or inlet and outlet lines sealingly surrounding welds is formed and b) the Welded seams between two in the plate stack adjacent transitions offset and not crossing each other. Membranreformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige dehydrierbare Edukt Wasserdampf enthält.Membrane reformer after Claim 1 or 2 , characterized in that the gaseous dehydrogenatable educt contains water vapor. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dehydrierbare Edukt ein Kohlenwasserstoff ist oder umfasst.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the dehydrogenatable educt is or comprises a hydrocarbon. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dehydrierbare Edukt ein Alkohol, vorzugsweise Methanol oder Ethanol ist oder umfasst.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the dehydrogenatable educt is or comprises an alcohol, preferably methanol or ethanol. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dehydrierbare Edukt Ammoniak ist oder umfasst.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the dehydrogenatable educt is or comprises ammonia. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kavität mit Partikeln des Katalysators für die Umsetzung des dehydrierbaren Edukts gefüllt ist und/oder eine Wandung oder Wandungsbeschichtung aus dem Katalysator bestehen.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the first cavity is filled with particles of the catalyst for the reaction of the dehydrogenatable reactant and / or a wall or wall coating consist of the catalyst. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kavität mit Partikeln eines Katalysators für die Umsetzung des dehydrierbaren Edukts gefüllt ist und/oder eine Wandung oder Wandungsbeschichtung aus dem Katalysator bestehen.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the second cavity is filled with particles of a catalyst for the reaction of the dehydrogenatable reactant and / or consist of a wall or wall coating of the catalyst. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator für die Umsetzung des dehydrierbaren Edukts Platin, Palladium, Nickel und/oder Kupfer enthält.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the catalyst for the reaction of the dehydrogenatable educt contains platinum, palladium, nickel and / or copper. Membranreformer nach einem der vorgenannte Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils beidseitig über eine Membran angeordnete zweite und dritte Kavitäten einen gemeinsamen Membranbereich über der Membran und der einen Folie oder den beiden Folien überdeckungsgleich überspannen.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the respectively arranged on both sides via a membrane second and third cavities spanning a common membrane area over the membrane and the one film or the two films overlap same. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Folie oder die beiden Folien um den Membranbereich einen umlaufenden dichten Bereich aufweisen, der weder durchbrochen noch porös ist.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the one film or the two films around the membrane region have a circumferential dense region which is neither perforated nor porous. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die dritte Kavität zusätzlich eine Zulauf für ein Spülgas vorgesehen ist und der Ablauf für Wasserstoff zugleich auch ein Ablauf für das Spülgas ist.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that an inlet for a purge gas is additionally provided in the third cavity and the sequence for hydrogen is at the same time also an outlet for the purge gas. Membranreformer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ablauf und Zulauf ein überwiegender Volumenanteil der dritten Kavität angeordnet ist.Membrane reformer after Claim 12 , characterized in that between outlet and inlet a predominant volume fraction of the third cavity is arranged. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Temperierungsmittel für die erste Kavität vorgesehen sind.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that tempering means are provided for the first cavity. Membranreformer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsmittel durch ein Kanalsystem, umfassend Vertiefungsstrukturen in mindestens einer Platte für die Hindurchleitung eines Temperierungsfluids gebildet ist. Membrane reformer after Claim 14 , characterized in that the tempering means is formed by a channel system comprising recessed structures in at least one plate for the passage of a Temperierungsfluids. Membranreformer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsmittel eine katalytische Verbrennung der Restanteile des im Ablauf der zweiten Kavität enthaltenen dehydrierbaren Edukts, von nicht abgetrennten Wasserstoff und/oder sonstiger brennbarer Produkte an einem geeigneten Katalysator umfassen, wobei der Katalysator in einem Kanalsystem, umfassend Vertiefungsstrukturen in mindestens einer Einzelplatte des Plattenstapels für die Hindurchleitung des Ablaufs der zweiten Kavität gemischt mit Luft angeordnet ist.Membrane reformer after Claim 14 characterized in that the tempering means comprise a catalytic combustion of the residual portions of the dehydrogenatable starting material contained in the second cavity, non-separated hydrogen and / or other combustible products on a suitable catalyst, wherein the catalyst in a channel system comprising well structures in at least one Single plate of the plate stack is arranged for the passage of the outlet of the second cavity mixed with air. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Zu- und Abläufe zu bzw. von den Kavitäten in Sammelkanäle aus bzw. einmünden, b) die Sammelkanäle die Platten des Plattenstapels durchdringen sowie c) die Platten im Übergang zu den jeweiligen benachbarten Platten nicht nur über um die Kavitäten und/oder Zu- und Ableitungen, sondern auch durch die Sammelkanäle dichtend umlaufende Schweißnähte mit den jeweiligen benachbarten Patten oder Membranen verbunden sind, d) wobei die Schweißnähte zwischen zwei benachbarten Übergängen versetzt und nicht kreuzend zueinander angeordnet sind.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that a) the inlets and outlets to or from the cavities in collecting channels or open, b) the collecting channels penetrate the plates of the plate stack and c) the plates in transition to the respective adjacent plates not only connected to the respective adjacent flaps or membranes around the cavities and / or inlet and outlet lines, but also through the collecting ducts sealingly surrounding welds, d) wherein the welds between two adjacent junctions offset and not crossing each other , Membranreformer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zu- und/oder Ablauf aus einer Kavität ein einer ersten Platte in einen Sammelkanal durch einen Durchbruch einer zweiten Platte sowie weiterhin durch eine rillenförmige Vertiefung in einer dritten Platte zum Sammelkanal hin erfolgt.Membrane reformer after Claim 17 , characterized in that at least one inlet and / or outlet from a cavity of a first plate in a collecting channel by a breakthrough of a second plate and further by a groove-shaped recess in a third plate to the collecting channel out. Membranreformer nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkanäle geradlinig und orthogonal zu den Platten den Plattenstapel durchdringen.Membrane reformer after Claim 17 or 18 , characterized in that the collecting ducts penetrate the plate stack in a straight line and orthogonal to the plates. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran zwischen 3 und 20µm dick ist.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane is between 3 and 20μm thick. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässigkeit der Membran für Wasserstoff selektiv ist.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the permeability of the membrane for hydrogen is selective. Membranreformer nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus Palladium oder einer Palladiumlegierung besteht oder Palladium oder eine Palladiumlegierung enthält.Membrane reformer after Claim 21 , characterized in that the membrane consists of palladium or a palladium alloy or contains palladium or a palladium alloy. Membranreformer nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran durch einen Walz- oder einen Sputterprozess hergestellt ist.Membrane reformer after Claim 21 or 22 , characterized in that the membrane is made by a rolling or a sputtering process. Membranreformer nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Folien porös ist und die Membran über einen Sputterprozess direkt auf die Folie aufgesputtert oder chemisch abgeschieden ist.Membrane reformer according to one of Claims 21 to 23 , characterized in that one of the films is porous and the membrane is sputtered on a sputtering process directly on the film or chemically deposited. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder zwei poröse oder durchbrochene Folien aus einem Metall sind und zwischen 30 und 200µm dick sind.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the one or two porous or perforated films are made of a metal and are between 30 and 200μm thick. Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitäten im Plattenstapel übereinander angeordnet sind, sich jeweils in einer Platte rechteckig erstrecken sowie die Zu- und Abläufe schlitzförmig sind und jeweils einen überwiegenden Anteil einer Seite einer rechteckigen Kavität überspannen.Membrane reformer according to one of the preceding claims, characterized in that the cavities are arranged one above the other in the plate stack, each extending rectangularly in a plate and the inlets and outlets are slot-shaped and each span a major portion of one side of a rectangular cavity. Membranreformersystem, umfassend einen Plattenstapel mit mindestens zwei im Plattenstapel übereinander angeordneten Membranreformer nach einem der vorgenannten Ansprüche.Membrane reformer system comprising a plate stack with at least two stacked in the plate stack membrane reformer according to one of the preceding claims.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1669323A1 (en) 2004-12-08 2006-06-14 Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Reactor and method for the production of hydrogen
US7922781B2 (en) 2001-03-02 2011-04-12 Chellappa Anand S Hydrogen generation apparatus and method for using same
EP2578532A1 (en) 2005-04-18 2013-04-10 Intelligent Energy, Inc. Compact devices for generating pure hydrogen

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