DE60009210T2 - Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff durch eine Dampfreformierungsreaktion mittels eines Kohlenwasserstoffs oder eines sauerstoffbeinhaltenden Kohlenwasserstoffs als Rohmaterial.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein herkömmlicher Apparat zum Erzeugen von Wasserstoff mit Gebrauch eines Reformers (Reformierers, Rückbilders) des Typs Wasserstofftrennung ist beispielsweise vorgeschlagen in JP-A-4-325402 . Darin befindet sich der Vorschlag ein Apparat zum Erzeugen von Wasserstoff für eine Brennstoffzelle mit einem Reformer des Typs Wasserstofftrennung, aus dem Wasserstoff durch Druckminderungsmittel abgezogen wird. Das Konzept des Aufbaus dieses Geräts ist in 9 veranschaulicht.
  • Wie in 9 gezeigt wird, sind eine Wasserstoff-Trennmembran 02 und ein Katalysator 08 in einem Reformer 01 des Typs Wasserstofftrennung vorhanden. Ein Gas 06 als ein Rohstoff (nachfolgend als ein Rohmaterialgas bezeichnet) und Dampf 07 werden in den Reformer 01 des Typs Wasserstofftrennung gespeist, worin eine Reformieraktion stattfindet. Durch die Reformierreaktion gebildeter Wasserstoff wird durch die Trennmembran 02 abgetrennt. Auf einer wasserstoffpermeablen Seite 03, wo der abgetrennte Wasserstoff durchwandert, ist eine druckmindernde Vorrichtung 04 vorhanden, um den hochreinen Wasserstoff 05 zu gewinnen.
  • Mit dem Reformer 01 des Typs Wasserstofftrennung wird das Rohmaterial-Gas 06, das einen Kohlenwasserstoff oder einen sauerstoffbeinhaltenden Kohlenwasserstoff wie z.B. Methan oder Methanol enthält, eingeführt und auf dem Katalysator 08 durch eine dampfreformierende Reaktion und eine CO-Verschiebereaktion reformiert, um hauptsächlich Wasserstoff und Kohlendioxid zu bilden. Der Wasserstoff wird selektiv zum Gewinnen durch die Wasserstoff-Trennmembran 02 getrennt, die in den Katalysator eingebaut ist. Als wasserstoffabtrennende Membran 02 wird ein nicht poröser Dünnfilm mit einer so kleinen Dicke wie etwa mehrere μm bis 50 μm verwendet, der einen wasserstoffdurchlässigen Metallfilm aus Pd oder Pd-Legierung umfasst, wie in JP-A-6-321503 gezeigt ist. Als Katalysator 08 wird ein solcher bevorzugt, der ein Metall der Gruppe VIII (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd oder Pt) enthält, und besonders bevorzugt wird ein Katalysator auf der Grundlage von Ni, Ru oder Rh oder ein Katalysator der NiO enthält.
  • Eine perspektivische Schnittansicht der Struktur eines typischen Reformers des Typs Wasserstofftrennung ist in 7 gezeigt, und eine Querschnittsansicht der Struktur ist in 8 zu sehen. Wie in diesen Zeichnungen dargestellt ist, hat ein Reformer 10 des Typs Wasserstofftrennung einen Außenzylinder 14 mit einem geschlossenen Boden 12 und einem Zwischenzylinder 16, und einem Innenzylinder 18 , in dieser Reihenfolge im Innern des Außenzylinders 14 angeordnet. Der Außenzylinder 14, der Zwischenzylinder 16, und der Innenzylinder 18 sind aufrecht geformt. Bei einem oberen Teil eines zweiten ringförmigen Abstandsabschnitts 26 zwischen dem Zwischenzylinder 16 und dem Innenzylinder 18 ist ein vorläufig reformierender Abschnitt 25 vorhanden. Unter dem vorläufig reformierenden Abschnitt 25 ist eine Mehrzahl wasserstoffpermeabler Rohre 34, die einen Metallfilm selektiv durchlässig für Wasserstoff haben, konzentrisch mit dem zweiten ringförmigen Raumabschnitt 26 angeordnet.
  • Ein Brenner 46 verbrennt ein Brennstoffgas, das durch ein Brennstoffgasrohr 48 eingeführt worden ist, mit Luft, die durch ein Lufteinlaßrohr 50 aufgenommen worden ist, um die notwendige thermische Energie für eine dampfreformierende Reaktion zum zweiten ringförmigen Raumteil 26 zu liefern, das mit einem reformierenden Katalysator gefüllt ist, wodurch der Katalysator auf einer vorher festgelegten Temperatur hält. Das Brennstoffgas durchströmt einen hohlen Innenrohrabschnitt 22, einen Raum zwischen dem Boden 12 des Außenzylinders 14 und einen ringförmigen Bodenabschnitt 24, sowie einen ersten ringförmigen Raumabschnitt 20, und strömt nach außen durch einen Brenngasauslaß 52. Während dieser Bewegung heizt das Brenngas eine Schicht des Katalysators auf, der in den zweiten ringförmigen Raumteil 26 gefüllt ist.
  • Ein Prozeßspeise-Gas, das eine Gasmischung von Dampf und einem Rohmaterialgas, zusammengesetzt aus einem Kohlenwasserstoff oder einem Sauerstoff beinhaltenden Kohlenwasserstoff wie z.B. Methan oder Methanol enthält, wird durch einen Speisegaseinlaß 54 eingeführt, der an einem oberen Teil des zweiten ringförmigen Raumabschnitts 26 vorhanden ist. Das Prozeßspeisegas wird teilweise in Wasserstoff im vorläufigen Reformierabschnitt 25 umgewandelt, und in die Katalysatorschicht eingeströmt, der in den zweiten ringförmigen Raumabschnitt 26 eingefüllt ist, wobei das Prozeßspeisegas in Wasserstoff bei einer hohen Temperatur umgewandelt wird. Der resultierende Wasserstoff wird selektiv abgetrennt und von den wasserstoffdurchlässigen Rohren 34 aufgesammelt, durch einen dritten Raumabschnitt 33 geführt, und durch einen Wasserstoffauslaß 56 oberhalb des dritten Raumabschnitts 33 zum Ausströmen gebracht. Das nicht zur Reaktion gebrachte Rohmaterialgas und die resultierenden Gase CO und CO2, die durch die Katalysatorschicht geführt wurden, fließen durch ein Gasablaßrohr 60, das eine Öffnung an einem unteren Teil des zweiten ringförmigen Raumabschnitts 26 hat, und strömen aus dem System durch einen Gasauslaß 62 hinaus.
  • Mit dem vorstehenden herkömmlichen Apparat wird der resultierende Wasserstoff aus dem Reformer 10 des Typs Wasserstoffabtrenner durch eine Druckminderungsvorrichtung abgezogen. Wie gut bekannt ist, gibt eine Wasserstoffabtrennungs-Membran eine nötige Menge Wasserstoff mit hohem Wirkungsgrad entsprechend ab, mit einem kleinen Membranbereich, falls der Druck der wasserstoffpermeablen Seite minimiert wird. Somit ist eine hochwirksame Druckreduziervorrichtung erforderlich geworden. Eine Vakuumpumpe o. dgl. kann als eine Druckminderungsvorrichtung ins Auge gefasst werden. Jedoch hat eine solche rotierende Vorrichtung die Schwierigkeit ein leichtes Gas, wie es Wasserstoff ist, effizient abzugeben, und braucht deswegen eine hohe Leistung. Ferner schlägt die zuvor angezogene JP-A-4-325402 keinen konkreten Apparateaufbau einschließlich eines druckmindernden Geräts vor, und kann keinen brauchbaren Apparat verwirklichen.
  • In der WO-A-9819960 , den Patent Abstracts von Japan Vol. 012 Nr. 160 und im Patent Abstract von Japan, Vol. 015 Nr. 428 ist eine Kombination von Reformer, Membrantrennung und Wasserstoffspeicherung offenbart. In der EP-A-0615949 ist der Gebrauch eines Reformers mit in-situ-Trennung des erzeugten Wasserstoffs beschrieben.
  • Bei diesem Stand der Technik gibt es keine Möglichkeit den Wasserstoffspeicher kontinuierlich zu beladen und zu entladen.
  • Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Wasserstoff herstellende Vorrichtung zu beschaffen, worin die Wasserstoffspeicherung kontinuierlich aufgeladen/entladen werden kann. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 4 veranschaulicht.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen klarer, worin:
  • 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist;
  • 3 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist;
  • 4 eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist;
  • 5 eine schematische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung ist;
  • 6 eine Darstellung der Änderungen im Druck von Niedrigtemperatur-hochreinem Wasserstoff während der Wasserstoffokklusion ist;
  • 7 eine perspektivische Schnittansicht eines Apparats zum Herstellen von Wasserstoff ist;
  • 8 eine schematische Querschnittsansicht des Apparats zum Herstellen von Wasserstoff, der in 7 gezeigt ist; und
  • 9 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Apparats zum Erzeugen von Wasserstoff.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail anhand der begleitenden Zeichnungen erläutert, was keineswegs die Erfindung beschränkt.
  • [Erstes Ausführungsbeispiel]
  • Die 1 ist eine schematische Ansicht eines Geräteaufbaus zum Implementieren der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff gemäß der vorliegenden Erfindung ein Apparat zum Herstellen von Wasserstoff durch eine dampfreformierende Reaktion, auf einem Katalysator, eines Kohlenwasserstoffs oder eines Sauerstoff beinhaltenden Kohlenwasserstoffs als Rohstoff, wobei der Apparat einen Reformer 100 vom Typ Wasserstofftrennung umfaßt, der Mittel zum Heizen des Katalysators hat, sowie eine Wasserstoff separierende Membran, die in eine Schicht des Katalysators zum selektiven Abtrennen von Wasserstoff eingebaut ist, auch einen Kühler 106. zum Kühlen von Hochtemperatur-Wasserstoff hoher Reinheit, der vom Reformer 100 erhalten wird, dazu Wasserstoff Auflade/Entlade-Mittel 108, die stromabwärts vom Kühler 106 angeordnet sind und sich aus einem Wasserstoffspeicherungsmaterial zusammensetzen.
  • Der Reformer 100 des Typs Wasserstoff-Separation (der nachfolgend als "Reformer" [Reformierer] bezeichnet wird), kann ein solcher mit einer Struktur sein wie in den 7 und 8 gezeigt, ist aber darauf nicht beschränkt. In der folgenden Beschreibung werden dieselben Bezugsziffern benutzt, wie im Gerät der 7 und 8 verwendet sind, und überlappende Erklärungen des Aufbaus des Geräts werden weggelassen.
  • Der Reformer 100 wird mit einem Rohmaterialgas 101 beschickt, das sich aus einem Kohlenwasserstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Kohlenwasserstoff wie z.B. Methan oder Methanol, sowie Dampf 102, zusammensetzt. Diese Stoffe werden hauptsächlich durch eine Dampf-Reformierreaktion rückgebildet, um ein Mischgas zu bilden, das sich in der Hauptsache aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid zusammensetzt. Wasserstoff in diesem Gas wird selektiv abgetrennt und aus dem Reformer 100 als Hochtemperatur-(400 bis 550°C)Wasserstoff 103 hoher Reinheit herausgezogen. Das Restgas nach der Abtrennung des Wasserstoffs wird aus dem Reformer 100 als ein Abgas 104 entfernt. Das Abgas 104 wird auf eine Verbrennungsseite des Reformers 100 gespeist, mit Brennluft 105 in einem Brenner des Reformers 100 gemischt (dem Brenner 46 des Reformers, gezeigt in 7), und dann der Verbrennung unterworfen.
  • Alternativ kann das Abgas 104 mit einem Anteil 101a des beschickten Rohstoffgases 101 vermischt und dann als Brennstoff benutzt werden.
  • Der Wasserstoff 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit, der aus dem Reformer 100 abgetrennt wurde, wird durch den Kühler 106 gekühlt, um Wasserstoff 107 niedriger Temperatur (30 bis 200°C) und hoher Reinheit zu werden. Dieser Wasserstoff 107 wird in dem Wasserstoff Lade/Entlade-Mittel 108 gespeichert, das sich aus einem Wasserstoff-Speicherungsmaterial zusammensetzt, und wird von dem Wasserstoff Lade/Entlademittel 108 als Hochdruck-Wasserstoff (2 atm oder höher) 109 ausgegeben. Der Wasserstoff 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit enthält Spurenmengen von Verunreinigungen, wie z.B. von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Deswegen wird der Wasserstoff 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit während des Ladens oder Entladens intermittierend zum Reformer 100 als Rein-Wasserstoff 110a für den Gebrauch als Teil des Brennstoffs geschickt. Wird der Wasserstoff 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit nicht zum Reformer 100 geschickt, wird er aus dem System als Wasserstoff niedriger Reinheit 110b ausgesondert.
  • Im Kühler 106 des vorliegenden ersten Ausführungsbeispiels wird ein Gasgemisch 111 des Rohmaterialgases 101 und des Dampfes 102 indirekt wärmegetauscht mit dem Wasserstoff 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit und dadurch vorgeheizt. Das vorgeheizte Gasgemisch 111 wird zum Reformer 100 geschickt.
  • Das Wasserstoff-Speicherungsmaterial des Wasserstoff-Lade/Entlademittels 108 zum Ausführen der Erfindung kann irgendein Material sein, ohne auf dasjenige im Ausführungsbeispiel beschriebene beschränkt zu sein, solange es selektiv Wasserstoff aus dem Mischgas, das Wasserstoff enthält, speichert, und den gespeicherten Wasserstoff beim Aufheizen freigibt. Als ein praktisches Wasserstoff-Speicherungsmaterial ist eine Wasserstoff speichernde Legierung bekannt. Beispiele dafür sind Legierungen von Metall seltener Erden mit Ni, wie z.B. LaNi5, Mischmetalllegierungen, Titan-Zirkonium-Legierungen, wie z.B. TiFe, Mg-Legierungen wie z.B. Mg2Ni, V-Legierungen und Calciumlegierungen wie z.B. CaNi5. In der Erfindung ist das Wasserstoffspeichermaterial nicht auf diese Legierungen beschränkt. Solche Speichermaterialien, die Wasserstoff speichern, beispielsweise solche, die sich aus einem Kohlenstoff-Nanorohr zusammensetzen, sind ebenfalls brauchbar.
  • Als Wärmeaustauscher des indirekten Typs für den Kühler 106 läßt sich ein gewöhnlicher Wärmetauscher des Typs Hülse und Rohr, oder ein gewöhnlicher Wärmetauscher des Plattentyps anwenden. Jede Ausführung eines Wärmetauschers, die das Kühlen ohne direkten Kontakt mit dem Wasserstoff 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit bewerkstelligen kann, läßt sich anwenden, ohne dass das Ausführungsbeispiel beschränkt wird.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Wasserstoff 103 hoher Temperatur (400 bis 550°C) und hoher Reinheit, der aus dem Reformer 100 separiert worden ist, einmal durch den Kühler 106, den indirekten Wärmetauscher, auf eine Temperatur von etwa 30 bis 200°C abgekühlt, womit sich Wasserstoff leicht im Wasserstoffspeichermaterial einspeichern läßt. Danach wird der abgekühlte Wasserstoff auf die Wasserstoff-Lade/Entlademittel 108, dem Wasserstoffspeichermaterial, gespeist. Als Ergebnis kann die Wasserstoffladerate und die Menge des geladenen Wasserstoffs erhöht werden. Auch kann Wasserstoff aus dem Reformer 100 bei einem niedrigeren Druck als dem atmosphärischen Druck abgezogen werden. Auf diese Weise kann der Membranbereich der Wasserstofftrennmembran des Reformers 100 verringert werden. Des weiteren kann eine erfolgreiche Leistung für das Herausziehen von Wasserstoff merklich im Vergleich mit der Leistung bei Benutzung einer Vakuumpumpe verringert werden.
  • Wenn Wasserstoff, der im Wasserstoffspeichermaterial geladen ist, entladen werden soll, wird die Temperatur des Wasserstoff-Lade/Entlademittels 108, des Wasserstoffspeichermaterials, auf eine passende Höhe gesetzt (z.B. etwa 80°C), wobei Wasserstoff, der bei hohem Druck freigegeben wird, erhalten werden kann. Auf diese Weise läßt sich eine Wasserstoff-Kompressionsleistung, die bei Benutzen eines Kompressors nötig ist, merklich beschneiden.
  • Außerdem kann die beachtliche Hitze des Wasserstoffs 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit, der durch den Reformer 100 reformiert wurde, zum Heizen des Rohmaterialgases und des Dampfes im Kühler 106 benutzt werden. Auf diese Weise läßt sich der Energiewirkungsgrad des ganzen Apparates erhöhen.
  • [Zweites Ausführungsbeispiel]
  • Die 2 ist eine schematische Ansicht eines Geräteaufbaus für ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Gasgemisch 111 des Rohmaterialgases 101 und des Dampfes 102 zum Kühler 106 für den Wärmeaustausch geschickt, um die beachtliche Wärme (Hitze) des Wasserstoffs 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit zu gebrauchen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird andererseits Verbrennungsluft 105 geliefert, wie in 2 gezeigt ist.
  • Als vorerwähnten Kühler 106 kann zum Beispiel ein Wärmetauscher des indirekten Typs verwendet werden. Im Falle von 2 findet ein Wärmeaustausch zwischen der Brennluft 105 und dem Wasserstoff 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit statt, um den Wasserstoff abzukühlen, und ihn zu einem Wasserstoff 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit zu machen. Aufgeheizte Brennluft 105a wird andererseits nach dem Erhitzen durch den Wärmeaustausch zu einem Brenner eines Reformers 100 (dem Brenner 46 des in 7 abgebildeten Reformers) gespeist.
  • In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird, wie oben angedeutet, die Brennluft 105 indirekt wärmegetauscht mit dem Wasserstoff 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit, und dadurch vorgewärmt. Die vorgeheizte Brennluft wird zum Reformer 100 geschickt, wobei der Energie-Wirkungsgrad der gesamten Vorrichtung erhöht werden kann.
  • [Drittes Ausführungsbeispiel]
  • Die 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird Luft oder Kühlwasser zu einem Kühler 106 als ein Fluid 120a niedriger Temperatur geführt, das wärmegetauscht wird mit Wasserstoff 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit, damit Wasserstoff 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit erhalten wird. Ein Fluid 120b niedriger Temperatur wird nach dem Wärmeaustausch aus dem System entladen, und als andere Heizquelle hergenommen.
  • [Viertes Ausführungsbeispiel]
  • Die 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel setzt sich ein Lade/Entlademittel aus zwei Mitgliedern zusammen, einem Wasserstoffspeichermaterial 108A und einem Wasserstoffspeichermaterial 108B. In der 4 ist das Wasserstoffspeichermaterial 108A als eine Wasserstoff-Ladeseite definiert, während ein Wasserstoffspeichermaterial 108B als eine Wasserstoff-Entladeseite definiert ist.
  • Im Wasserstoffspeichermaterial 108A auf der Wasserstoff-Ladeseite wird Wasserstoff 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit zum Strömen gebracht, und es wird Kühlwasser 121a beschickt, zum Kühlen des gesamten Wasserstoffspeichermaterials 108A. Durch diese Maßnahme wird Wasserstoff wirkungsvoll gespeichert und geladen. Auch wird Wasserstoff 110b niedriger Reinheit intermittierend ausgesondert, oder zu einem Reformer 100 als ausgesonderter Wasserstoff 110a geschickt.
  • Andererseits wird in dem Wasserstoffspeichermaterial 108B auf der Wasserstoffentladeseite der Wasserstoff 107 niedriger Temperatur nicht zum Strömen gebracht. Jedoch heizt separat eingespeistes Wasser 122a hoher Temperatur (50 bis 100°C) die ganze Legierung auf, um Wasserstoff freizubekommen, der in der Wasserstoffspeicherungslegierung gespeichert ist, und der Wasserstoff wird aus dem System als Wasserstoff 109 hohen Drucks abgegeben.
  • In dem Wasserstoffspeichermaterial 108A auf der Wasserstofflieferseite werden zu einem Zeitpunkt, wenn Wasserstoff auf einen Setzwert für die Lademenge im Wasserstoffspeichermaterial gespeichert wurde, die Lieferung des Wasserstoffs 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit, sowie die Lieferung des Kühlwassers 121a gestoppt. Stattdessen wird Wasser 122b hoher Temperatur eingeströmt, damit Wasserstoff 109 hohen Drucks freigemacht wird.
  • Zum gleichen Zeitpunkt werden im Wasserstoffspeichermaterial 108B auf der Wasserstofffreigabeseite die Lieferung des Hochtemperaturwassers 122a und die Freigabe des Hochdruckwasserstoffs 109 gestoppt. Mit eingeströmtem Kühlwasser 121b wird Wasserstoff 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit geliefert, damit Wasserstoff eingespeichert wird.
  • Mit dem abwechselnden Wiederholen der obigen Verfahrensschritte wird Hochdruckwasserstoff 109 abgegeben. Bei dieser Gelegenheit läßt sich Wasserstoff 110c niedriger Reinheit, der im Wasserstoffspeichermaterial 108B auf der Wasserstofflieferseite vorhanden ist, intermittierend entladen.
  • Als Hochtemperaturwasser 122a, 122b, das zum Auslösen von Wasserstoff eingespeist wird, ist es zulässig Verlustwärme des Kühlwassers 123, das zu einem Kühler 106 zum Kühlen von Wasserstoff 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit gespeist wurde, zu verwenden, damit die thermische Energie innerhalb der Vorrichtung effizient ausgenutzt wird.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Verlustwärme des Kühlwassers 123, die zum Kühlen des Wasserstoffs 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit benutzt wird, zum Heizen des Wasserstoffspeichermaterials 108B auf der Wasserstoffabgabeseite ausgenutzt, wodurch ein wirkungsvoller Gebrauch der Wärme erzielt wird.
  • [Fünftes Ausführungsbeispiel]
  • Die 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Druckregler 130 für Wasserstoff 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit zwischen einen Kühler 106 und Wasserstoff-Lade/Entlademittel 108 installiert. Als Druckregler 130 kann ein gewöhnliches Ventil hergenommen werden, und bevorzugt wird ein Ventil mit einem herabgesetzten Druckverlust. Wasserstoff 131 hoher Reinheit wird nach der Druckreglung zu dem Wasserstoff-Lade/Entlademittel 108 gespeist.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Druckregler 130 zwischen dem Wasserstoff-Lade/Entlademittel 108 und dem Kühler 106 installiert. Als ein Ergebnis wird eine Pufferzone zum Verhüten eines schnellen Druckabfalls auf der wasserstoffdurchlässigen Seite einer Wasserstoff-Trennmembran im Innern eines Reformers 100 gebildet. Infolgedessen läßt sich die Haltbarkeit der Wasserstoff-Trennmembran verbessern. Des weiteren kann ein schneller Temperaturanstieg des Wasserstoff-Lade/Entlademittels 108 in Verbindung mit seiner Wasserstoffbeladung verhindert werden. Der Thermalschock auf das Wasserstoff-Lade/Entlademittel 108 kann bedämpft werden. Ferner lassen sich Änderungen über die Zeit in der Menge der Wasserstofferzeugung aus der Vorrichtung zum Herstellen von Wasserstoff minimieren und ausgleichen. Nach allem kann eine gut ausgeglichene Produktion durchgeführt werden.
  • [Beispiele]
  • Die vorliegende Erfindung wird in weiteren Einzelheiten bezugnehmend auf Beispiele, welche die Erfindung nicht einschränken, beschrieben.
  • Beispiel 1
  • Ein erstes Beispiel der Erfindung wird auf der Grundlage der Geräteanordnung, wie sie in 3 gezeigt ist, erklärt. Ein Reformer 100 des Typs Wasserstoffabtrennung besaß die in den 7 und 8 gezeigte Struktur, wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen. Ein Wärmetauscher, ein Kühler 106, war vom Typ Plattenrippen und verwendete Kühlwasser als ein Niedrigtemperatur-Fluid 120a zum Kühlen von Wasserstoff 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit. Ein Wasserstoffspeichermaterial eines Wasserstoff-Lade/Entlademittels 108 setzte sich aus zwei Mitgliedern einer Wasserstoffspeicherlegierung von LaNi5 zusammen.
  • Wasserstoff wurde unter den folgenden konkreten Bedingungen in Übereinstimmung mit dem in 3 gezeigten Fluß erzeugt.
  • (1) Reformer (100) des Typs Wasserstofftrennung
    • {1} Hauptzusammensetzung Der Katalysator des Reformers 100 war ein NiO-Katalysator in Partikelform, und die Wasserstofftrennmembran war aus einer Pd-Legierung angefertigt. Das Membrangebiet betrug 0,68 m2.
    • {2} Betriebsbedingungen Die Reaktionstemperatur des Reformers stand bei 550°C, und der Reaktionsdruck bei 6 atm. Methan wurde als das Rohmaterialgas benutzt. Der Reformer wurde mit der Fließrate des Rohstoffgases von 1,5 m3 N/h und dem Dampf-Kohle-Verhältnis von 3 gefahren.
  • (2) Kühler (106)
  • Der Wärmetauscher, der Kühler 106, war vom Typ Plattenrippen und verwendete Kühlwasser als ein Kühlmittel. Die Einlaßtemperatur des Kühlwassers betrug 25°C, und die Auslaßtemperatur 80°C. Die Einlaßtemperatur des Wasserstoffs 103 hoher Temperatur und hoher Reinheit, der zum Kühler 106 geschickt wurde, war 450°C, und die Auslaßtemperatur des Wasserstoffs niedriger Temperatur und hoher Reinheit nach dem Wärmeaustausch stand auf 40°C.
  • (3) Wasserstoff-Lade/Entlademittel (108)
  • Das Wasserstoffspeicherungsmaterial, das Wasserstoff-Lade/Entlademittel 108, setzte sich aus zwei Mitgliedern einer LaNi5-Legierung zusammen. Die Einlaßtemperatur des Kühlwassers während der Okklusion durch die Wasserstoffspeicherlegierung betrug 30°C, während die Einlaßtemperatur des Kühlwassers während der Freimachung des Wasserstoffs auf 80°C stand. Die okkludierende Kapazität der wasserstoffspeichernden Legierung war 4 m3 N/Mitglied.
  • (4) Menge der Wasserstoffherstellung
  • Die Menge der Wasserstofferzeugung durch die Anwendung der wasserstoffspeichernden Legierung wie im vorliegenden Beispiel war 3,0 m3 N/h. Hingegen betrug die Menge der Wasserstofferzeugung ohne die Anwendung der wasserstoffspeichernden Legierung im vorliegenden Beispiel etwa die Hälfte, d.h. 1,5 m3 N/h.
  • (5) Elektrische Leistung für die Lieferung von Wasserstoff
  • Im vorliegenden Beispiel betrug die elektrische Leistung, die für die Abgabe von 3,0 m3 N/h Wasserstoff bei 6 atm durch die wasserstoffspeichernde Legierung ungefähr 0,05 kW. Hingegen lag die elektrische Leistung, die für die Kompression von 3,0 m3 N/h Wasserstoff von 1 atm auf 6 atm durch einen Kompressor erforderlich war, bei etwa 0,9 kW.
  • Beispiel 2
  • Ein zweites Beispiel der Erfindung wird basierend auf der Geräteanordnung, die in 3 gezeigt ist, erläutert
  • (1) Reformer (100) des Typs Wasserstoffabtrennung
  • Die Konstitution und die Arbeitsbedingungen waren dieselben wie im Beispiel 1.
  • (2) Kühler (106)
  • Es wurden gleiche Konstitution und Arbeitsbedingungen wie im Beispiel 1 angesetzt, außer dass die Auslaßtemperatur des Wasserstoffs 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit im Kühler 106 den Wert 80°C aufwies.
  • (3) Wasserstoffspeicherlegierung
  • Es wurden gleiche Konstitution und Arbeitsbedingungen wie im Beispiel 1 angesetzt.
  • (4) Menge der Wasserstofferzeugung
  • Als die Auslaßtemperatur des Wasserstoffs hoher Reinheit 40°C wie im Beispiel 1 war, betrug die Menge der Wasserstoffproduktion 3,0 m3 N/h. Als andererseits die Auslaßtemperatur des Wasserstoffs hoher Reinheit 80°C war, betrug die Menge der Wasserstoffproduktion 2,0 m3 N/h.
  • Beispiel 3
  • Ein drittes Beispiel der Erfindung basierend auf der Geräteanordnung, wie sie in 5 gezeigt ist, wird erläutert. Ein Reformer 100 des Typs Wasserstoffabtrennung, ein Kühler 106, und ein Wasserstoff-Lade/Entlademittel 108 besaßen dieselben Konstitutionen wie im Beispiel 1. Ein Druckregler 130 weist ein Druckregelventil auf, und mildert einen schnellen Druckabfall beim Start der Wasserstoff-Okklusion durch das Wasserstoff-Lade/Entlademittel 108 ab. Auf diese Weise zähmt der Druckregler 130 eine schnelle Druckänderung des Wasserstoffs 107 niedriger Temperatur und hoher Reinheit, der aus dem Kühler 106 strömt.
  • Wasserstoff wurde unter den folgenden konkreten Bedingungen erzeugt:
    Die Konstitutionen und Arbeitsbedingungen des Reformers 100 vom Typ Wasserstoffabtrennung, des Kühlers 106 und des Wasserstoff-Lade/Entlademittels 108 waren dieselben wie im Beispiel 1.
  • Die 6 zeigt Änderungen im Druck des Wasserstoffs niedriger Temperatur und hoher Reinheit während der Wasserstoff-Okklusion. Die Druckregelung resultiert in der Milderung eines schnellen Druckabfalls, der zu Beginn der Okklusion auftritt.
  • Die Menge der Wasserstofferzeugung betrug 3,5 m3 N/h, als der Druckregler 130 installiert war. Hingegen betrug die Menge der Wasserstofferzeugung 3,0 m3 N/h, als der Druckregler unbenutzt blieb.

Claims (4)

  1. Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff durch eine Dampfreformierungsreaktion auf einem Katalysator eines Kohlenwasserstoffs oder eines sauerstoffbeinhaltenden Kohlenwasserstoffs als Rohmaterial, welches folgendes aufweist: einen Reformer vom Wasserstoffseparierungstyp, der eine Einrichtung zum Erwärmen des Katalysators und eine Wasserstoffseparationsmembran aufweist, die in einer Schicht des Katalysators zum selektiven Separieren des Wasserstoffs eingebaut ist; eine Kühleinrichtung zum Kühlen von hochtemperaturhochreinem Wasserstoff, der von dem Reformer erhalten wird; und eine Wasserstoffauflade-/Entladeeinrichtung, die stromabwärts von der Kühleinrichtung angeordnet ist, und die aus einem Wasserstoffspeichermaterial zusammengesetzt ist, wobei: die Kühleinrichtung zum Kühlen des hochtemperaturhochreinen Wasserstoff einen indirekten Wärmetauscher aufweist; wobei die Wasserstoffauflade-/Entladeeinrichtung, die aus dem Wasserstoffspeichermaterial aufgebaut ist, zumindest zwei Mitglieder einer Wasserstoffspeicherlegierung aufweist, die eine Erwärmungs-/Kühlungseinrichtung beinhaltet; wobei ein Fluid zum Kühlen des hochtemperaturhochreinen Wasserstoffs über den indirekten Wärmetauscher Wasser ist; und wobei das heiße Wasser, das durch Wärmeaustausch, der durch den Wärmetauscher ausgeführt wird, aufgeheizt ist, zum Erhitzen einer Wasserstoffliefereinrichtung in der Wasserstoffauflade-/Entladeeinrichtung verwendet wird, die aus dem Wasserstoffspeichermaterial aufgebaut ist.
  2. Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff nach Patentanspruch 1, wobei: ein Fluid zum Kühlen des hochtemperaturhochreinen Wasserstoffs über den indirekten Wärmetauscher ein Rohmaterialgas und/oder Verbrennungsluft ist, um in den Wasserstofftypreformer zugeführt zu werden.
  3. Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei: ein Fluid zum Kühlen des hochtemperaturhochreinen Wasserstoffs über den indirekten Wärmetauscher Luft und/oder Kühlwasser ist.
  4. Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff nach irgendeinem der Patentansprüche 1, 2, 3, wobei: eine Druckregulierungseinheit zwischen der Kühleinrichtung zum Kühlen des hochtemperaturhochreinen Wasserstoffs und der Wasserstoffauflade-/Entladeeinrichtung angeordnet ist, die stromabwärts von der Kühleinrichtung angeordnet ist und aus dem Wasserstoffspeichermaterial aufgebaut ist, um den Druck des hochreinen Wasserstoffs, der zu der Wasserstoffauflade-/Entladeeinrichtung zugeführt wird, zu regulieren
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO317382B1 (no) 2001-02-16 2004-10-18 Norsk Hydro As Metode for a utfore en katalytisk eller ikke-katalytisk prosess
US20020114984A1 (en) * 2001-02-21 2002-08-22 Edlund David J. Fuel cell system with stored hydrogen
US7867300B2 (en) 2001-03-02 2011-01-11 Intelligent Energy, Inc. Ammonia-based hydrogen generation apparatus and method for using same
JP4267325B2 (ja) 2001-03-02 2009-05-27 インテリジェント・エネルギー・インコーポレーテッド アンモニアベース水素発生装置および同装置の使用方法
US7922781B2 (en) 2001-03-02 2011-04-12 Chellappa Anand S Hydrogen generation apparatus and method for using same
JP2002338204A (ja) * 2001-05-22 2002-11-27 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 高純度水素製造設備
US6890672B2 (en) 2001-06-26 2005-05-10 Idatech, Llc Fuel processor feedstock delivery system
US20030192251A1 (en) * 2002-04-12 2003-10-16 Edlund David J. Steam reforming fuel processor
US20030223926A1 (en) * 2002-04-14 2003-12-04 Edlund David J. Steam reforming fuel processor, burner assembly, and methods of operating the same
US8172913B2 (en) 2002-04-23 2012-05-08 Vencill Thomas R Array of planar membrane modules for producing hydrogen
US7115148B2 (en) 2002-05-14 2006-10-03 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Respresented By The Minister Of Defence Of Her Majesty's Canadian Government Compact methanol steam reformer with integrated hydrogen separation
US7416583B2 (en) * 2003-10-17 2008-08-26 General Electric Company Appliance having a container including a nanostructured material for hydrogen storage
KR100560488B1 (ko) * 2004-01-28 2006-03-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템
JP4714023B2 (ja) * 2004-01-30 2011-06-29 出光興産株式会社 改質器
JP4899294B2 (ja) * 2004-06-10 2012-03-21 株式会社日立製作所 水素燃料製造システム，水素燃料製造方法および水素燃料製造プログラム
EP1669323B1 (de) * 2004-12-08 2017-07-05 Karlsruher Institut für Technologie Reaktor und Methode zur Herstellung von Wasserstoff
US7637971B2 (en) * 2005-06-29 2009-12-29 Hsu Yang Wang Hydrogen fuel supply system
US7569511B2 (en) * 2006-05-05 2009-08-04 Basf Catalysts Llc Catalyst composition for alcohol steam reforming
DE102007038760B3 (de) * 2007-08-16 2009-01-02 Dge Dr.-Ing. Günther Engineering Gmbh Verfahren und Anlage zur Herstellung von Synthesegas aus Biogas
WO2012030350A1 (en) * 2010-09-03 2012-03-08 Azur Anergy Llc Reformation and hydrogen purification system

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1572796A (en) * 1975-12-31 1980-08-06 Johnson Matthey Co Ltd Storage of hydrogen gas
JPS62279264A (ja) * 1986-05-27 1987-12-04 Mazda Motor Corp エンジンの改質燃料供給装置
JPH07115841B2 (ja) * 1987-06-29 1995-12-13 日本酸素株式会社 メタノ−ルの水蒸気改質法
JPH03179672A (ja) * 1989-09-01 1991-08-05 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池の燃料ガス供給装置
JPH03201370A (ja) 1989-12-27 1991-09-03 Sekiyu Sangyo Katsuseika Center 燃料電池発電プロセスの改良法
JPH04325402A (ja) 1991-04-25 1992-11-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池用水素製造方法及び装置並びに供給方法
US5527632A (en) * 1992-07-01 1996-06-18 Rolls-Royce And Associates Limited Hydrocarbon fuelled fuel cell power system
GB9225188D0 (en) * 1992-12-02 1993-01-20 Rolls Royce & Ass Combined reformer and shift reactor
DE69420604T2 (de) * 1993-03-16 2000-05-25 Tokyo Gas Co Ltd Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff
JP3197108B2 (ja) 1993-05-18 2001-08-13 東京瓦斯株式会社 水素製造装置
WO1997035805A1 (en) * 1996-03-28 1997-10-02 Saes Pure Gas, Inc. Method and apparatus for purifying hydrogen gas
US6306354B1 (en) * 1996-05-17 2001-10-23 International Fuel Cells, Llc Shift converter
US5769909A (en) * 1996-05-31 1998-06-23 International Fuel Cells Corp. Method and apparatus for desulfurizing fuel gas
JP4000608B2 (ja) * 1996-11-07 2007-10-31 トヨタ自動車株式会社 水素製造充填装置および電気自動車
US6011073A (en) * 1997-10-10 2000-01-04 Syntroleum Corporation System and method for converting light hydrocarbons to heavier hydrocarbons with separation of water into oxygen and hydrogen
US5938800A (en) * 1997-11-13 1999-08-17 Mcdermott Technology, Inc. Compact multi-fuel steam reformer
US6348278B1 (en) * 1998-06-09 2002-02-19 Mobil Oil Corporation Method and system for supplying hydrogen for use in fuel cells

Also Published As

Publication number Publication date
US6802876B1 (en) 2004-10-12
DE60009210D1 (de) 2004-04-29
CA2310928C (en) 2005-11-29
CA2310928A1 (en) 2000-12-09
US20050013754A1 (en) 2005-01-20
DK1061039T3 (da) 2004-08-02
EP1061039B1 (de) 2004-03-24
EP1061039A1 (de) 2000-12-20
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