KR102448840B1 - 수소 정제 장치 - Google Patents

수소 정제 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102448840B1
KR102448840B1 KR1020207022167A KR20207022167A KR102448840B1 KR 102448840 B1 KR102448840 B1 KR 102448840B1 KR 1020207022167 A KR1020207022167 A KR 1020207022167A KR 20207022167 A KR20207022167 A KR 20207022167A KR 102448840 B1 KR102448840 B1 KR 102448840B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
stream
microscreen
membrane
assembly
Prior art date
Application number
KR1020207022167A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200104388A (ko
Inventor
데이비드 제이. 에드룬드
코지 호시
로버트 토드 스터드베이커
로버트 제이콥 스터드베이커
Original Assignee
엘리먼트 1 코프.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/862,474 external-priority patent/US10717040B2/en
Application filed by 엘리먼트 1 코프. filed Critical 엘리먼트 1 코프.
Priority to KR1020227033348A priority Critical patent/KR102566860B1/ko
Publication of KR20200104388A publication Critical patent/KR20200104388A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102448840B1 publication Critical patent/KR102448840B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C01B3/503—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by the membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B01D63/0822—Plate-and-frame devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/323—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C01B3/503—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by the membrane
    • C01B3/505—Membranes containing palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D2053/221—Devices
    • B01D2053/222—Devices with plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/16—Hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/02—Specific tightening or locking mechanisms
    • B01D2313/025—Specific membrane holders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14—Specific spacers
    • B01D2313/146—Specific spacers on the permeate side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/23—Specific membrane protectors, e.g. sleeves or screens
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
    • C01B2203/043—Regenerative adsorption process in two or more beds, one for adsorption, the other for regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/0445—Selective methanation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/048—Composition of the impurity the impurity being an organic compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1223—Methanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1229—Ethanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1247—Higher hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

수소 정제 장치 및 그 구성요소가 개시된다. 일부 실시예에서, 장치는 제1 단부 프레임과 제2 단부 프레임 사이에 배치되고 그에 고정되는 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인, 및 복수의 유체 통로를 형성하는 복수의 개구를 갖는 비-다공성 평면형 시트를 포함하는 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물을 포함할 수 있다. 평면형 시트는, 투과측에 대한 지지를 제공하도록 구성된 일반적으로 대향된 평면형 표면들을 포함할 수 있다. 복수의 유체 통로가 대향 표면들 사이에서 연장될 수 있다. 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인이 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩될 수 있다. 일부 실시예에서, 장치는, 개방 영역의 적어도 상당한 부분에 걸쳐지고 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체를 지지하도록 구성되는, 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물을 갖는 투과 프레임을 포함할 수 있다.

Description

수소 정제 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은, 2012년 8월 30일자로 출원되고 명칭이 "Hydrogen Generation Assemblies"인 미국 특허출원 제13/600,096호의 부분-계속 출원인, 2013년 3월 14일자로 출원되고 명칭이 "Hydrogen Generation Assemblies and Hydrogen Purification Devices"인 미국 특허출원 제13/829,766호로서 현재 미국 특허 제9,187,324호로 허여된 미국 특허출원의 부분-계속 출원인, 2018년 1월 4일자로 출원되고 명칭이 "Hydrogen Purification Devices"인 미국 특허출원 제15/862,474호에 대한 우선권을 주장한다. 전술한 출원의 전체 개시 내용은 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함된다.
수소 생성 조립체는, 하나 이상의 공급 원료를, 주 성분으로서 수소 가스를 포함하는 생성물 스트림으로 변환하는 조립체이다. 공급 원료는 탄소-함유 공급 원료를 포함할 수 있고, 일부 실시예에서, 물을 또한 포함할 수 있다. 공급 원료는 공급 원료 전달 시스템으로부터 수소 생성 조립체의 수소-생산 영역에 전달되고, 전형적으로 공급 원료는 압력 하에서 그리고 상승된 온도로 전달된다. 수소-생산 영역은 온도 조절 조립체, 예를 들어 가열 조립체 또는 냉각 조립체와 종종 연관되고, 그러한 온도 조절 조립체는, 수소-생산 영역을 수소 가스를 효율적으로 생산하기 위한 적합한 온도 범위 내에서 유지하기 위해서 하나 이상의 연료 스트림을 소비한다. 수소 생성 조립체는 임의의 적합한 메커니즘(들), 예를 들어 증기 개질, 자열적 개질(autothermal reforming), 열분해, 및/또는 촉매적 부분 산화를 통해서 수소 가스를 생성할 수 있다.
그러나, 생성된 또는 생산된 수소 가스는 불순물을 가질 수 있다. 그러한 가스는, 수소 가스 및 다른 가스를 포함하는 혼합 가스 스트림으로 지칭될 수 있다. 혼합 가스 스트림을 이용하기에 앞서서, 혼합 가스 스트림은 반드시 정제되어야 하고, 예를 들어 다른 가스의 적어도 일부를 제거하여야 한다. 그에 따라, 수소 생성 조립체는 혼합 가스 스트림의 수소 순도를 높이기 위한 수소 정제 장치를 포함할 수 있다. 수소 정제 장치는, 혼합 가스 스트림을 생성물 스트림 및 부산물 스트림으로 분리하기 위한 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인을 포함할 수 있다. 생성물 스트림은 더 높은 농도의 수소 가스 및/또는 낮은 농도의 혼합 가스 스트림으로부터의 하나 이상의 다른 가스를 포함한다. 하나 이상의 수소-선택적 멤브레인을 이용한 수소 정제는, 하나 이상의 수소-선택적 멤브레인이 압력 용기 내에 수용되는, 압력 구동형 분리 프로세스이다. 혼합 가스 스트림은 멤브레인(들)의 혼합 가스 표면과 접촉되고, 생성물 스트림은, 멤브레인(들)을 투과한 혼합 가스 스트림의 적어도 일부로부터 형성된다. 규정된 유입 및 배출 포트 또는 도관을 통하는 것을 제외하고, 가스가 압력 용기에 진입 또는 진출하는 것을 방지하기 위해서, 압력 용기가 전형적으로 밀봉된다.
생성물 스트림은 다양한 용도에서 이용될 수 있다. 하나의 그러한 용도는, 전기화학적 연료 전지에서와 같은, 에너지 생산이다. 전기화학적 연료 전지는, 연료 및 산화제를 전기, 반응 생성물, 및 열로 변환하는 장치이다. 예를 들어, 연료 전지는 수소 및 산소를 물 및 전기로 변환할 수 있다. 그러한 연료 전지에서, 수소는 연료이고, 산소는 산화제이며, 물은 반응 생성물이다. 연료 전지 적층체는 복수의 연료 전지를 포함하고, 수소 생성 조립체와 함께 이용되어 에너지 생산 조립체를 제공할 수 있다.
수소 생성 조립체, 수소 프로세싱 조립체, 및/또는 그러한 조립체의 구성요소가 미국 특허 제5,861,137호; 제6,319,306호; 제6,494,937호; 제6,562,111호; 제7,063,047호; 제7,306,868호; 제7,470,293호; 제7,601,302호; 제7,632,322호; 제8,961,627; 및 미국 특허출원 공개 제2006/0090397호; 제2006/0272212호; 제2007/0266631호; 제2007/0274904호; 제2008/0085434호; 제2008/0138678호; 제2008/0230039호; 및 제2010/0064887호에서 설명되어 있다. 전술한 특허 및 특허출원 공개의 전체 개시 내용은 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함된다.
일부 실시예가 수소 정제 장치를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 수소 정제 장치는, 수소 가스 및 다른 가스를 포함하는 혼합 가스 스트림을 수용하도록 구성된 유입 포트를 포함하는 제1 및 제2 단부 프레임을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 단부 프레임은, 혼합 가스 스트림보다, 높은 농도의 수소 가스 및 낮은 농도의 다른 가스 중 적어도 하나를 포함하는 투과 스트림을 수용하도록 구성된 배출 포트, 및 다른 가스의 적어도 상당한 부분을 포함하는 부산물 스트림을 수용하도록 구성된 부산물 포트를 부가적으로 포함할 수 있다. 수소 정제 장치는, 부가적으로, 제1 단부 프레임과 제2 단부 프레임 사이에 배치되고 그에 고정되는 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체를 포함한다. 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체는, 공급측 및 투과측을 갖는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인을 포함한다. 투과 스트림의 적어도 일부는, 공급측으로부터 투과측으로 통과하는 혼합 가스 스트림의 일부로부터 형성되고, 공급측에 남아 있는 혼합 가스 스트림의 나머지 부분은 부산물 스트림의 적어도 일부를 형성한다.
적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체는, 부가적으로, 복수의 유체 통로를 형성하는 복수의 개구를 갖는 비-다공성 평면형 시트를 포함하는 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물을 포함한다. 평면형 시트는, 투과측에 대한 지지를 제공하도록 구성된 일반적으로 대향된 평면형 표면들을 포함한다. 복수의 유체 통로가 대향 표면들 사이에서 연장된다. 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인이 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩된다. 수소 정제 장치는, 제1 단부 프레임 및 제2 단부 프레임과 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체 사이에 배치되고 제1 및 제2 단부 프레임에 고정된 복수의 프레임을 더 포함한다. 복수의 프레임의 각각의 프레임은 개방 영역을 형성하는 둘레 쉘(perimeter shell)을 포함한다.
일부 실시예에서, 수소 정제 장치는, 수소 가스 및 다른 가스를 포함하는 혼합 가스 스트림을 수용하도록 구성된 유입 포트를 포함하는 제1 및 제2 단부 프레임을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 단부 프레임은, 혼합 가스 스트림보다, 높은 농도의 수소 가스 및 낮은 농도의 다른 가스 중 적어도 하나를 포함하는 투과 스트림을 수용하도록 구성된 배출 포트, 및 다른 가스의 적어도 상당한 부분을 포함하는 부산물 스트림을 수용하도록 구성된 부산물 포트를 부가적으로 포함할 수 있다. 수소 정제 장치는, 부가적으로, 제1 단부 프레임과 제2 단부 프레임 사이에 배치되고 그에 고정되는 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체를 포함한다. 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체는, 공급측 및 투과측을 갖는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인을 포함한다. 투과 스트림의 적어도 일부는, 공급측으로부터 투과측으로 통과하는 혼합 가스 스트림의 일부로부터 형성되고, 공급측에 남아 있는 혼합 가스 스트림의 나머지 부분은 부산물 스트림의 적어도 일부를 형성한다. 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체는, 부가적으로, 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물을 포함하고, 마이크로스크린 구조물은 투과측에 대한 지지를 제공하도록 구성된 일반적으로 대향되는 평면형 표면들, 및 대향되는 표면들 사이에서 연장되는 복수의 유체 통로를 포함한다. 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인이 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩된다.
수소 정제 장치는, 제1 단부 프레임 및 제2 단부 프레임과 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체 사이에 배치되고 제1 및 제2 단부 프레임에 고정된 복수의 프레임을 더 포함한다. 복수의 프레임은 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체와 제2 단부 프레임 사이에 배치된 적어도 하나의 투과 프레임을 포함한다. 적어도 하나의 투과 프레임은 둘레 쉘 및 배출 도관을 포함하고, 배출 도관은 둘레 쉘 상에 형성되고 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인으로부터 투과 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 구성된다. 적어도 하나의 투과 프레임은, 부가적으로, 둘레 쉘에 의해서 둘러싸인 개방 영역, 및 개방 영역의 적어도 상당한 부분에 걸쳐지고 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체를 지지하도록 구성된 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물을 포함한다. 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물은 천공부를 갖지 않는다.
일부 실시예가 호일-마이크로스크린 조립체를 제공할 수 있다. 호일-마이크로스크린 조립체는, 공급측 및 투과측을 갖는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인은 혼합 가스 스트림을 수용하도록, 공급측으로부터 투과측으로 통과하는 혼합 가스 스트림의 일부로부터 투과 스트림을 형성하도록, 그리고 공급측에 남아 있는 혼합 가스 스트림의 나머지 부분으로부터 부산물 스트림을 형성하도록 구성될 수 있다. 호일-마이크로스크린 조립체는, 부가적으로, 복수의 유체 통로를 형성하는 복수의 개구를 갖는 비-다공성 평면형 시트를 포함하는 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물을 포함할 수 있다. 평면형 시트는, 투과측에 대한 지지를 제공하도록 구성된 일반적으로 대향된 평면형 표면들을 포함할 수 있다. 복수의 유체 통로가 대향 표면들 사이에서 연장될 수 있다. 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인의 투과측이 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩될 수 있다.
도 1은 수소 생성 조립체의 예의 개략도이다.
도 2는 수소 생성 조립체의 다른 예의 개략도이다.
도 3은 도 1의 수소 생성 조립체의 수소 정제 장치의 개략도이다.
도 4는 도 3의 수소 정제 장치의 예의 분해 등각도이다.
도 5는 도 4의 수소 정제 장치의 호일-마이크로스크린 조립체의 예의 상면도이다.
도 6은 도 5의 호일-마이크로스크린 조립체의 마이크로스크린 구조물의 예의 상면도이다.
도 7은 개구의 다른 예를 갖는 도 6의 마이크로스크린 구조물의 부분도이다.
도 8은 개구의 또 다른 예를 갖는 도 6의 마이크로스크린 구조물의 부분도이다.
도 9는 개구의 추가적인 예를 갖는 도 6의 마이크로스크린 구조물의 부분도이다.
도 10은 도 4의 수소 정제 장치의 호일-마이크로스크린 조립체의 다른 예의 상면도이다.
도 11은 도 10의 호일-마이크로스크린 조립체의 마이크로스크린 구조물의 예의 상면도이다.
도 12는 도 4의 수소 정제 장치의 호일-마이크로스크린 조립체의 다른 예의 상면도이다.
도 13은 도 4의 수소 정제 장치의 호일-마이크로스크린 조립체의 추가적인 예의 상면도이다.
도 14는, 호일-마이크로스크린 조립체와 투과 프레임 사이에 가스켓 프레임이 없이 도시된, 도 4의 수소 정제 장치의 투과 프레임, 호일-마이크로스크린 조립체, 가스켓 프레임, 및 공급 프레임의 예의 부분 단면도이다.
도 15는, 투과 프레임의 둘레 쉘의 예 및 투과 프레임의 멤브레인 지지 구조물을 도시하는, 도 4의 수소 정제 장치의 상면도이다.
도 16은 도 4의 수소 정제 장치의 투과 프레임의 둘레 쉘의 다른 예의 부분 단면도이다.
도 17은 도 4의 수소 정제 장치의 투과 프레임의 멤브레인 지지 구조물의 멤브레인 지지 판의 예의 등각도이다.
도 18은 도 4의 수소 정제 장치의 투과 프레임의 멤브레인 지지 구조물의 멤브레인 지지 판의 다른 예의 등각도이다.
도 19는 도 4의 수소 정제 장치의 멤브레인 지지 구조물의 다른 예의 단면도이다.
도 20은 도 3의 수소 정제 장치의 다른 예의 분해 등각도이다.
도 1은 수소 생성 조립체(20)의 예를 도시한다. 달리 구체적으로 배제되지 않는 한, 수소 생성 조립체(20)는 본 개시 내용에서 설명된 다른 수소 생성 조립체의 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 수소 생성 조립체는 생성물 수소 스트림(21)을 생성하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수소 생성 조립체는 공급 원료 전달 시스템(22) 및 연료 프로세싱 조립체(24)를 포함할 수 있다. 공급 원료 전달 시스템은 적어도 하나의 공급 스트림(26)을 연료 프로세싱 조립체에 선택적으로 전달하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 공급 원료 전달 시스템(22)은, 부가적으로, 적어도 하나의 연료 스트림(28)을 연료 프로세싱 조립체(24)의 버너 또는 다른 가열 조립체에 선택적으로 전달하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 공급 스트림(26) 및 연료 스트림(28)이 연료 프로세싱 조립체의 다른 부분들에 전달되는 동일 스트림일 수 있다. 공급 원료 전달 시스템은 임의의 적합한 전달 메커니즘, 예를 들어 유체 스트림을 추진시키기 위한 양 변위(positive displacement) 또는 다른 적합한 펌프 또는 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 공급 원료 전달 시스템은, 펌프 및/또는 다른 전기 동력형 유체-전달 메커니즘의 이용을 필요로 하지 않으면서, 공급 스트림(들)(26) 및/또는 연료 스트림(들)(28)을 전달하도록 구성될 수 있다. 수소 생성 조립체(20)와 함께 이용될 수 있는 적합한 공급 원료 전달 시스템의 예가 미국 특허 제7,470,293호 및 제7,601,302호, 그리고 미국 특허출원 공개 제2006/0090397호에서 설명된 공급 원료 전달 시스템을 포함한다. 전술한 특허 및 특허출원의 전체 개시 내용은 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함된다.
공급 스트림(26)은, 생성물 수소 스트림(21)을 생산하기 위한 반응물로서 이용될 수 있는 하나 이상의 유체를 포함할 수 있는 적어도 하나의 수소-생산 유체(30)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수소-생산 유체는, 적어도 하나의 탄화수소 및/또는 알코올과 같은, 탄소-함유 공급 원료를 포함할 수 있다. 적합한 탄화수소의 예는 메탄, 프로판, 천연 가스, 디젤, 등유, 가솔린 등을 포함한다. 적합한 알코올의 예는 메탄올, 에탄올, 폴리올(예를 들어, 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜) 등을 포함한다. 또한, 수소-생산 유체(30)는, 예를 들어 연료 프로세싱 조립체가 증기 개질 및/또는 자열적 개질을 통해서 생성물 수소 스트림을 생성할 때, 물을 포함할 수 있다. 연료 프로세싱 조립체(24)가 열분해 또는 촉매적 부분 산화를 통해서 생성물 수소 스트림을 생성할 때, 공급 스트림(26)은 물을 포함하지 않는다.
일부 실시예에서, 공급 원료 전달 시스템(22)은, 물 및 (메탄올 및/또는 다른 수용성 알코올과 같이) 물과 섞일 수 있는 탄소-함유 공급 원료의 혼합물을 포함하는, 수소-생산 유체(30)를 전달하도록 구성될 수 있다. 그러한 유체 스트림 내의 물 대 탄소-함유 공급 원료의 비율은 하나 이상의 인자, 예를 들어 사용되는 특정 탄소-함유 공급 원료, 사용자 선호, 연료 프로세싱 조립체의 설계, 생성물 수소 스트림을 생성하기 위해서 연료 프로세싱 조립체에 의해서 이용되는 메커니즘(들) 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 물 대 탄소의 몰비가 약 1:1 내지 3:1일 수 있다. 또한, 물 및 메탄올의 혼합물이 1:1의 몰비 또는 약 1:1의 몰비(37 중량% 물, 63 중량% 메탄올)로 전달될 수 있는 한편, 탄화수소 또는 다른 알코올의 혼합물은 1:1 초과의 물-대-탄소 몰비로 전달될 수 있다.
연료 프로세싱 조립체(24)가 개질을 통해서 생성물 수소 스트림(21)을 생성할 때, 공급 스트림(26)은, 예를 들어, 약 25 내지 75 부피%의 메탄올 또는 에탄올(또는 다른 적합한 물-혼화성 탄소-함유 공급 원료) 및 약 25 내지 75 부피%의 물을 포함할 수 있다. 적어도 메탄올 및 물을 상당히 포함하는 공급 스트림에서, 그러한 스트림은 약 50 내지 75 부피%의 메탄올 및 약 25 내지 50 부피%의 물을 포함할 수 있다. 에탄올 또는 다른 물-혼화성 알코올을 포함하는 스트림이 약 25 내지 60 부피%의 알코올 및 약 40 내지 75 부피%의 물을 포함할 수 있다. 증기 개질 또는 자열적 개질을 이용하는 수소 생성 조립체(20)를 위한 공급 스트림의 예는 69 부피%의 메탄올 및 31 부피%의 물을 포함한다.
비록 공급 원료 전달 시스템(22)이 단일 공급 스트림(26)을 전달하도록 구성된 것으로 도시되었지만, 공급 원료 전달 시스템은 둘 이상의 공급 스트림(26)을 전달하도록 구성될 수 있다. 이러한 스트림은 동일한 또는 상이한 공급 원료를 포함할 수 있고, 상이한 조성들, 적어도 하나의 공통된 성분, 공통되지 않는 성분들, 또는 동일한 조성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 공급 스트림은 제1 성분, 예를 들어 탄소-함유 공급 원료를 포함할 수 있고, 제2 공급 스트림은 물과 같은 제2 성분을 포함할 수 있다. 또한, 비록 공급 원료 전달 시스템(22)이, 일부 실시예에서, 단일 연료 스트림(28)을 전달하도록 구성될 수 있지만, 공급 원료 전달 시스템이 둘 이상의 연료 스트림을 전달하도록 구성될 수 있다. 연료 스트림들이 상이한 조성들, 적어도 하나의 공통된 성분, 공통되지 않는 성분들, 또는 동일한 조성을 가질 수 있다. 또한, 공급 스트림 및 연료 스트림은 상이한 위상(phase)에서 공급 원료 전달 시스템으로부터 방출될 수 있다. 예를 들어, 스트림들 중 하나가 액체 스트림일 수 있는 반면, 다른 스트림은 가스 스트림이다. 일부 실시예에서, 양 스트림이 액체 스트림일 수 있는 반면, 다른 실시예에서 양 스트림이 가스 스트림일 수 있다. 또한, 비록 수소 생성 조립체(20)가 단일 공급 원료 전달 시스템(22)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 수소 생성 조립체가 둘 이상의 공급 원료 전달 시스템(22)을 포함할 수 있다.
연료 프로세싱 조립체(24)는, 임의의 적합한 수소-생산 메커니즘(들)을 통해서 수소 가스를 포함하는 배출 스트림(34)을 생산하도록 구성된 수소-생산 영역(32)을 포함할 수 있다. 배출 스트림은 적어도 주 성분으로서 수소 가스를 포함할 수 있고, 부가적인 기체 성분(들)을 포함할 수 있다. 그에 따라, 배출 스트림(34)은, 주 성분으로서 수소 가스를 포함하나 다른 가스도 포함하는, "혼합 가스 스트림"으로 지칭될 수 있다.
수소-생산 영역(32)은 임의의 적합한 촉매-함유 베드 또는 영역을 포함할 수 있다. 수소-생산 메커니즘이 증기 개질일 때, 수소-생산 영역은, 탄소-함유 공급 원료 및 물을 포함하는 공급 스트림(들)(26)으로부터의 배출 스트림(들)(34)의 생산을 촉진하기 위한 적합한 증기 개질 촉매(36)를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 연료 프로세싱 조립체(24)는 "증기 개질기"로 지칭될 수 있고, 수소-생산 영역(32)은 "개질 영역"으로 지칭될 수 있으며, 배출 스트림(34)은 "개질물 스트림"으로 지칭될 수 있다. 개질물 스트림 내에 존재할 수 있는 다른 가스에는 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 증기, 및/또는 미반응 탄소-함유 공급 원료가 포함될 수 있다.
수소-생산 메커니즘이 자열적 개질일 때, 수소-생산 영역(32)은, 공기의 존재 하에서 물 및 탄소-함유 공급 원료를 포함하는 공급 스트림(들)(26)으로부터의 배출 스트림(들)(34)의 생산을 촉진하기 위한 적합한 자열적 개질 촉매를 포함할 수 있다. 또한, 연료 프로세싱 조립체(24)는, 공기 스트림(들)을 수소-생산 영역에 전달하도록 구성된 공기 전달 조립체(38)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 연료 프로세싱 조립체(24)는, 배출(또는 혼합 가스) 스트림(34)으로부터 적어도 하나의 수소-부화(rich) 스트림(42)을 생산하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있는, 정제(또는 분리) 영역(40)을 포함할 수 있다. 수소-부화 스트림(42)은 배출 스트림(34)보다 높은 수소 농도 및/또는 해당 배출 스트림 내에 존재하였던 하나 이상의 다른 가스(또는 불순물)의 낮아진 농도를 포함할 수 있다. 생성물 수소 스트림(21)은 수소-부화 스트림(42)의 적어도 일부를 포함한다. 따라서, 생성물 수소 스트림(21) 및 수소-부화 스트림(42)이 동일한 스트림일 수 있고 동일한 조성 및 유량을 가질 수 있다. 대안적으로, 수소-부화 스트림(42) 내의 정제된 수소 가스의 일부가 추후의 이용을 위해서 예를 들어 적합한 수소 저장 조립체 내에서 저장될 수 있고 및/또는 연료 프로세싱 조립체에 의해서 소비될 수 있다. 정제 영역(40)은 또한 "수소 정제 장치" 또는 "수소 프로세싱 조립체"로서 지칭될 수 있다.
일부 실시예에서, 정제 영역(40)은, 수소 가스를 포함하지 않거나 약간의 수소 가스를 포함할 수 있는, 적어도 하나의 부산물 스트림(44)을 생산할 수 있다. 부산물 스트림은 배기될 수 있고, 버너 조립체 및/또는 다른 연소 공급원으로 전달될 수 있고, 가열된 유체 스트림으로서 사용될 수 있고, 추후의 이용을 위해서 저장될 수 있고, 및/또는 달리 이용, 저장 및/또는 폐기될 수 있다. 또한, 정제 영역(40)은 배출 스트림(34)의 전달에 응답하여 부산물 스트림을 연속적인 스트림으로서 방출할 수 있거나, 예를 들어 배치식(batch) 프로세스에서 또는 배출 스트림의 부산물 부분이 정제 영역 내에서 적어도 일시적으로 유지될 때, 그러한 스트림을 간헐적으로 방출할 수 있다.
연료 프로세싱 조립체(24)는, 연료 프로세싱 조립체용 가열 조립체를 위한 연료 스트림(또는 공급 원료 스트림)으로서 이용하기에 적합한 충분한 양의 수소 가스를 포함하는 하나 이상의 부산물 스트림을 생산하도록 구성된 하나 이상의 정제 영역을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 부산물 스트림은, 가열 조립체가 수소-생산 영역을 희망 동작 온도에서 또는 선택된 온도 범위 내에서 유지할 수 있게 하는 충분한 연료 값 또는 수소 함량을 가질 수 있다. 예를 들어, 부산물 스트림은 수소 가스, 예를 들어 10 내지 30 부피%의 수소 가스, 15 내지 25 부피%의 수소 가스, 20 내지 30 부피%의 수소 가스, 적어도 10 또는 15 부피%의 수소 가스, 적어도 20 부피%의 수소 가스 등을 포함할 수 있다.
정제 영역(40)은, 배출 스트림(21)의 적어도 하나의 성분의 농도를 부화(및/또는 증가)시키도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 대부분의 적용예에서, 수소-부화 스트림(42)은 배출 스트림(또는 혼합 가스 스트림)(34)보다 높은 수소 농도를 가질 것이다. 수소-부화 스트림은 또한 배출 스트림(34) 내에 존재하였던 하나 이상의 비-수소 성분의 낮아진 농도를 가질 수 있고, 그러한 수소-부화 스트림의 수소 농도는 배출 스트림보다 높거나, 동일하거나, 낮다. 예를 들어, 통상적인 연료 전지 시스템에서, 일산화탄소가 심지어 몇 ppm으로 존재하는 경우에도, 그러한 일산화탄소는 연료 전지 적층체를 손상시킬 수 있는 반면, 배출 스트림(34) 내에 존재할 수 있는 다른 비-수소 성분, 예를 들어 물은, 훨씬 더 높은 농도로 존재하는 경우에도, 적층체를 손상시키지 않을 것이다. 그에 따라, 그러한 적용예에서, 정제 영역은 전체적인 수소 농도를 높이지 않을 수 있고, 생성물 수소 스트림의 바람직한 적용예에 유해한 또는 잠재적으로 유해한 하나 이상의 비-수소 성분의 농도를 낮출 것이다.
정제 영역(40)을 위한 적합한 장치의 예에는 하나 이상의 수소-선택적 멤브레인(46), 화학적 일산화탄소 제거 조립체(48), 및/또는 압력 순환 흡착(PSA) 시스템(50)이 포함된다. 정제 영역(40)은 하나 초과의 유형의 정제 장치를 포함할 수 있고, 그러한 장치들은 동일하거나 상이한 구조를 가질 수 있고 및/또는 동일하거나 상이한 메커니즘(들)에 의해서 동작될 수 있다. 연료 프로세싱 조립체(24)는, 예를 들어 하나 이상의 생성물 수소 스트림(들), 수소-부화 스트림(들), 및/또는 부산물 스트림(들)과 연관된, 적어도 하나의 제한적인 오리피스 및/또는 다른 유동 제한부를 정제 영역(들)의 하류에 포함할 수 있다.
수소-선택적 멤브레인(46)은 수소 가스에 대해서 투과적이나, 배출 스트림(34)의 다른 성분에 대해서는 적어도 실질적으로(또는 완전히) 불투과적이다. 멤브레인(46)은, 정제 영역(40)이 동작되는 동작 환경 및 매개변수에서 사용하기에 적합한 임의의 수소-투과성 재료로 형성될 수 있다. 멤브레인(46)에 적합한 재료의 예에는 팔라듐 및 팔라듐 합금, 그리고 특히 그러한 금속 및 금속 합금의 얇은 필름이 포함된다. 팔라듐 합금, 특히 35 중량% 내지 45 중량%의 구리를 갖는 팔라듐이 특히 효율적인 것으로 입증되었다. 약 40 중량%의 구리를 포함하는 팔라듐-구리 합금이 특히 효율적인 것으로 입증되었지만, 다른 상대적인 농도 및 성분이 사용될 수 있다. 3개의 다른 특히 효율적인 합금으로서, 2 중량% 내지 20 중량%의 금을 갖는 팔라듐, 특히 5 중량%의 금을 갖는 팔라듐; 3 중량% 내지 10 중량% 인듐 더하기 0 중량% 내지 10 중량%의 루테늄을 갖는 팔라듐, 특히 6 중량%의 인듐 더하기 0.5 중량%의 루테늄을 갖는 팔라듐; 그리고 20 중량% 내지 30 중량%의 은을 갖는 팔라듐이 있다. 팔라듐 및 팔라듐 합금이 사용될 때, 수소-선택적 멤브레인(46)이 종종 "호일"로 지칭될 수 있다. 수소-투과적 금속 호일의 전형적인 두께는 25 미크론(마이크로미터) 미만, 바람직하게 15 미크론 이하, 그리고 가장 바람직하게 5 내지 12 미크론이다. 호일은, 110 mm x 270 mm와 같은, 임의의 적합한 치수일 수 있다.
화학적 일산화탄소 제거 조립체(48)는, 배출 스트림(34)의 일산화탄소 및/또는 다른 바람직하지 못한 성분을 화학적으로 반응시켜 잠재적으로 유해하지 않은 다른 조성물을 형성하는 장치이다. 화학적 일산화탄소 제거 조립체의 예에는, 물 및 일산화탄소로부터 수소 가스 및 이산화탄소를 생산하도록 구성된 물-가스 전환 반응기, 일산화탄소 및 (일반적으로 공기로부터의) 산소를 이산화탄소로 변환하도록 구성된 부분 산화 반응기, 및 일산화탄소 및 수소를 메탄 및 물로 변환하도록 구성된 메탄화 반응기가 포함된다. 연료 프로세싱 조립체(24)는 하나 초과의 유형 및/또는 수의 화학적 제거 조립체(48)를 포함할 수 있다.
압력 순환 흡착(PSA)은, 특정 가스가 적절한 온도 및 압력 조건 하에서 다른 가스보다 더 강력하게 흡착 재료 상으로 흡착되는 원리를 기초로 하는, 기체 불순물이 배출 스트림(34)으로부터 제거되는 화학적 프로세스이다. 전형적으로, 비-수소 불순물이 흡착되고 배출 스트림(34)으로부터 제거된다. 불순물 가스의 흡착은 상승된 압력에서 발생된다. 압력이 감소될 때, 불순물은 흡착 재료로부터 탈착되고, 그에 따라 흡착 재료를 재생한다. 전형적으로, PSA는 주기적인 프로세스이고, (배치식과 반대되는) 연속적인 동작을 위해서 적어도 2개의 베드를 필요로 한다. 흡착 베드에서 이용될 수 있는 적합한 흡착 재료의 예로서 활성 탄소 및 제올라이트가 있다. PSA 시스템(50)은, 배출 스트림의 정제와 동시에 부산물 또는 제거된 성분이 가스 스트림으로서 정제 영역으로부터 직접적으로 배기되지 않는 정제 영역(40)에서 사용하기 위한 장치의 예를 제공한다. 그 대신, 흡착 재료가 재생되거나 정제 영역으로부터 달리 제거될 때, 이러한 부산물 성분이 제거된다.
도 1에서, 정제 영역(40)이 연료 프로세싱 조립체(24) 내에 도시되어 있다. 대안적으로, 도 1에서 쇄선으로 개략적으로 도시된 바와 같이, 정제 영역이 연료 프로세싱 조립체의 하류에 분리되어 위치될 수 있다. 정제 영역(40)은 또한 연료 프로세싱 조립체의 내의 그리고 그 외부의 부분을 포함할 수 있다.
연료 프로세싱 조립체(24)는 또한 가열 조립체(52) 형태의 온도 조절 조립체를 포함할 수 있다. 가열 조립체는, 전형적으로 공기의 존재 하에서 연소될 때, 적어도 하나의 가열 연료 스트림(28)으로부터 적어도 하나의 가열된 배기 스트림(또는 연소 스트림)(54)을 생산하도록 구성될 수 있다. 가열된 배기 스트림(54)이, 가열 수소-생산 영역(32)으로서, 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 가열 조립체(52)는 가열된 배기 스트림을 생성하도록 구성된 임의의 적합한 구조물, 예를 들어 연료가 공기와 함께 연소되어 가열된 배기 스트림을 생산하는, 버너 또는 연소 촉매를 포함할 수 있다. 가열 조립체는, 연료의 연소를 점화하도록 구성된 점화기 또는 점화 공급원(58)을 포함할 수 있다. 적합한 점화 공급원의 예에는 하나 이상의 스파크 플러그, 방전 플러그, 연소 촉매, 파일럿 라이트(pilot light), 압전 점화기, 스파크 점화기, 고온 표면 점화기 등이 포함된다.
일부 실시예에서, 가열 조립체(52)는 버너 조립체(60)를 포함할 수 있고, 연소-기반의 또는 연소-구동형 가열 조립체로서 지칭될 수 있다. 연소-기반의 가열 조립체에서, 가열 조립체(52)는 적어도 하나의 연료 스트림(28)을 수용하도록 그리고 공기의 존재 하에서 연료 스트림을 연소시켜 고온 연소 스트림(54)을 제공하도록 구성될 수 있고, 그러한 고온 연소 스트림은 적어도 연료 프로세싱 조립체의 수소-생산 영역을 가열하기 위해서 이용될 수 있다. 공기가 다양한 메커니즘을 통해서 가열 조립체에 전달될 수 있다. 예를 들어, 공기 스트림(62)이, 도 1에 도시된 바와 같이, 분리된 스트림으로서 가열 조립체에 전달될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 공기 스트림(62)은 가열 조립체(52)를 위한 연료 스트림들(28) 중 적어도 하나와 함께 가열 조립체로 전달될 수 있고, 및/또는 가열 조립체가 이용되는 환경으로부터 인출될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 연소 스트림(54)은 가열 조립체와 함께 이용되는 연료 프로세싱 조립체 및/또는 연료 전지 시스템의 다른 부분을 가열하기 위해서 이용될 수 있다. 또한, 다른 구성 및 유형의 가열 조립체(52)가 이용될 수 있다. 예를 들어, 가열 조립체(52)는, 저항 가열 요소와 같은 적어도 하나의 가열 요소를 이용하여 열을 생성하는 것에 의해서, 적어도 연료 프로세싱 조립체(24)의 수소-생산 영역(32)을 가열하도록 구성된 전기 동력형 가열 조립체일 수 있다. 그러한 실시예에서, 가열 조립체(52)는 수소-생산 영역을 적합한 수소-생산 온도로 가열하기 위해서 연소 가능 연료 스트림을 수용 및 연소시키지 않을 수 있다. 가열 조립체의 예가, 전체 개시 내용이 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함되는, 미국 특허 제7,632,322호에 개시되어 있다.
가열 조립체(52)는 수소-생산 영역 및/또는 (이하에서 더 설명되는 바와 같은) 분리 영역을 갖는 공통 쉘 또는 하우징 내에 수용될 수 있다. 가열 조립체는 수소-생산 영역(32)에 대해서 분리 배치될 수 있으나, 그러한 영역과 열적 및/또는 유체적으로 연통되어 적어도 수소-생산 영역의 희망 가열을 제공할 수 있다. 가열 조립체(52)는 공통 쉘 내에 부분적으로 또는 전체적으로 위치될 수 있고, 및/또는 가열 조립체의 적어도 일부(또는 전부)가 그러한 쉘의 외부에 위치될 수 있다. 가열 조립체가 쉘의 외부에 위치될 때, 버너 조립체(60)로부터의 고온 연소 가스가 적합한 열 전달 도관을 통해서 쉘 내의 하나 이상의 구성요소에 전달될 수 있다.
가열 조립체는 또한 공급 원료 전달 시스템(22), 공급 원료 공급 스트림, 수소-생산 영역(32), 정제(또는 분리) 영역(40), 또는 그러한 시스템, 스트림, 및 영역의 임의의 적합한 조합을 가열하도록 구성될 수 있다. 공급 원료 공급 스트림의 가열은, 액체 반응물 스트림 또는 수소-생산 영역 내에서 수소 가스를 생산하기 위해서 사용되는 수소-생산 유체의 성분을 증발시키는 것을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 연료 프로세싱 조립체(24)가 증발 영역(64)을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 가열 조립체는 또한, 수소 생성 조립체의 다른 구성요소를 가열하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가열된 배기 스트림은, 공급 스트림(26) 및 연료 스트림(28)의 적어도 일부를 형성하는 가열 연료 및/또는 수소-생산 유체를 포함하는 압력 용기 및/또는 다른 캐니스터를 가열하도록 구성될 수 있다.
가열 조립체(52)는 수소-생산 영역(32) 내에서 임의의 적합한 온도를 달성 및/또는 유지할 수 있다. 증기 개질기는 통상적으로 200 ℃ 내지 900 ℃ 범위의 온도에서 동작된다. 그러나, 이러한 범위를 벗어난 온도도 이러한 개시 내용의 범위 내에 포함된다. 탄소-함유 공급 원료가 메탄올일 때, 증기 개질 반응은 전형적으로 약 200 내지 500 ℃의 온도 범위에서 동작할 것이다. 그러한 범위의 예시적인 하위 세트는 350 내지 450 ℃, 375 내지 425 ℃, 그리고 375 내지 400 ℃를 포함한다. 탄소-함유 공급 원료가 탄화수소, 에탄올, 또는 다른 알코올일 때, 약 400 내지 900 ℃의 온도 범위가 증기 개질 반응을 위해서 전형적으로 사용될 것이다. 그러한 범위의 예시적인 하위 세트는 750 내지 850 ℃, 725 내지 825 ℃, 650 내지 750 ℃, 700 내지 800 ℃, 700 내지 900 ℃, 500 내지 800 ℃, 400 내지 600 ℃, 및 600 내지 800 ℃를 포함한다. 수소-생산 영역(32)은 2개 이상의 구역 또는 부분을 포함할 수 있고, 그 각각은 동일한 또는 상이한 온도에서 동작될 수 있다. 예를 들어, 수소-생산 유체가 탄화수소를 포함할 때, 수소-생산 영역(32)은 2개의 상이한 수소-생산 부분 또는 영역을 포함할 수 있고, 그 하나가 다른 하나보다 더 낮은 온도에서 동작하여 예비-개질 영역을 제공할 수 있다. 그러한 실시예에서, 연료 프로세싱 조립체는 또한 둘 이상의 수소-생산 영역을 포함하는 것으로 언급될 수 있다.
연료 스트림(28)은, 희망 열 배출을 제공하기 위해서 가열 조립체(52)에 의해서 소비되기에 적합한 임의의 연소 가능 액체(들) 및/또는 가스(들)을 포함할 수 있다. 일부 연료 스트림은, 가열 조립체(52)에 의해서 전달 및 연소될 때, 가스일 수 있는 반면, 다른 연료 스트림은 액체 스트림으로서 가열 조립체에 전달될 수 있다. 연료 스트림(28)을 위한 적합한 가열 연료의 예에는 탄소-함유 공급 원료, 예를 들어 메탄올, 메탄, 에탄, 에탄올, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄 등이 포함된다. 부가적인 예는 저분자량의 응축 가능한 연료, 예를 들어 액화 석유 가스, 암모니아, 경량 아민, 디메틸 에테르, 및 저분자량 탄화수소를 포함한다. 또 다른 예는 수소 및 일산화탄소를 포함한다. (증기 개질과 같은 흡열성 프로세스 대신, 발열성 수소-생성 프로세스 - 예를 들어, 부분 산화 - 가 이용될 때 사용될 수 있는 것과 같이) 가열 조립체 대신 냉각 조립체 형태의 온도 조절 조립체를 포함하는 수소 생성 조립체(20)의 실시예에서, 공급 원료 전달 시스템은 연료 또는 냉각제 스트림을 조립체에 공급하도록 구성될 수 있다. 임의의 적합한 연료 또는 냉각제 유체가 이용될 수 있다.
연료 프로세싱 조립체(24)는 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 수소-생산 영역(32)이 내부에 수용되는 쉘 또는 하우징(66)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 증발 영역(64) 및/또는 정제 영역(40)이 또한 쉘 내에 포함될 수 있다. 쉘(66)은 증기 개질기 또는 다른 연료 프로세싱 메커니즘의 구성요소가 유닛(unit)으로 이동되게 할 수 있다. 쉘은 또한, 보호 외장을 제공하는 것에 의해서, 연료 프로세싱 조립체의 구성요소를 손상으로부터 보호할 수 있고, 및/또는 구성요소들이 유닛으로서 가열될 수 있음에 따라 연료 프로세싱 조립체의 가열 수요를 감소시킬 수 있다. 쉘(66)은 절연 재료(68), 예를 들어 중실형(solid) 절연 재료, 브랭킷 절연 재료, 및/또는 공기-충진형 공동을 포함할 수 있다. 절연 재료는 쉘의 내부에, 쉘의 외부에, 또는 그 모두에 위치될 수 있다. 절연 재료가 쉘의 외부에 있을 때, 연료 프로세싱 조립체(24)는, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 절연체 외측에서 외부 커버 또는 자켓(70)을 더 포함할 수 있다. 연료 프로세싱 조립체는, 연료 프로세싱 조립체의 부가적인 구성요소, 예를 들어 공급 원료 전달 시스템(22) 및/또는 다른 구성요소를 포함하는 다른 쉘을 포함할 수 있다.
연료 프로세싱 조립체(24)의 하나 이상의 구성요소가 쉘을 넘어서 연장될 수 있거나 쉘의 외부에 위치될 수 있다. 예를 들어, 정제 영역(40)은 쉘(66)의 외측에, 예를 들어 쉘로부터 이격되어 위치될 수 있으나, 적합한 유체-전달 도관에 의해서 유체 연통될 수 있다. 다른 예로서, 수소-생산 영역(32)의 일부(예를 들어, 하나 이상의 개질 촉매 베드의 일부)가, 도 1에서 대안적인 쉘 구성을 나타내는 쇄선으로 개략적으로 표시된 바와 같이, 쉘을 넘어서 연장될 수 있다. 적합한 수소 생성 조립체 및 그 구성요소의 예가, 전체 개시 내용이 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함되는, 미국 특허 제5,861,137호; 제5,997,594호; 및 제6,221,117호에 개시되어 있다.
수소 생성 조립체(20)의 다른 예가 도 2에 도시되어 있고, 72에서 전반적으로 표시되어 있다. 달리 구체적으로 배제되지 않는 한, 수소 생성 조립체(72)는 수소 생성 조립체(20)의 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 수소 생성 조립체(72)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 공급 원료 전달 시스템(74), 증발 영역(76), 수소-생산 영역(78), 및 가열 조립체(80)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수소 생성 조립체(20)는 또한 정제 영역(82)을 포함할 수 있다.
공급 원료 전달 시스템은, 하나 이상의 공급 스트림 및/또는 연료 스트림을 수소 생성 조립체의 하나 이상의 다른 구성요소에 전달하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공급 원료 전달 시스템은 공급 원료 탱크(또는 컨테이너)(84) 및 펌프(86)를 포함할 수 있다. 공급 원료 탱크는 임의의 적합한 수소-생산 유체(88), 예를 들어 물 및 탄소-함유 공급 원료(예를 들어, 메탄올/물 혼합물)을 포함할 수 있다. 펌프(86)는 수소-생산 유체를 증발 영역(76) 및/또는 수소-생산 영역(78)에 전달하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 가질 수 있고, 그러한 수소-생산 유체는, 물 및 탄소-함유 공급 원료를 포함하는 적어도 하나의 액체-함유 공급 스트림(90)의 형태일 수 있다.
증발 영역(76)은, 액체-함유 공급 스트림(90)과 같은, 액체-함유 공급 스트림의 적어도 일부를 수용 및 증발시키도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 증발 영역(76)은, 액체-함유 공급 스트림(90)을 적어도 부분적으로 하나 이상의 증기 공급 스트림(94)으로 변환시키도록 구성된 증발기(92)를 포함할 수 있다. 증기 공급 스트림은, 일부 실시예에서, 액체를 포함할 수 있다. 적합한 증발기의 예는, 코일형 스테인레스 강 관과 같은, 코일형 관 증발기이다.
수소-생산 영역(78)은, 주 성분으로서의 수소 가스 및 다른 가스를 포함하는 하나 이상의 배출 스트림(96)을 생산하기 위해서, 증기 공급 스트림(들)(94)과 같은 하나 이상의 공급 스트림을 증발 영역으로부터 수용하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 수소-생산 영역은 임의의 적합한 메커니즘(들)을 통해서 배출 스트림을 생산할 수 있다. 예를 들어, 수소-생산 영역(78)은 증기 개질 반응을 통해서 배출 스트림(들)(96)을 생성할 수 있다. 그러한 예에서, 수소-생산 영역(78)은, 증기 개질 반응을 돕도록 및/또는 촉진시키도록 구성된 개질 촉매(98)를 갖는 증기 개질 영역(97)을 포함할 수 있다. 수소-생산 영역(78)이 증기 개질 반응을 통해서 배출 스트림(들)(96)을 생성할 때, 수소 생성 조립체(72)는 "증기 개질 수소 생성 조립체"로 지칭될 수 있고, 배출 스트림(96)은 "개질물 스트림"으로 지칭될 수 있다.
가열 조립체(80)는, 수소 생성 조립체(72)의 하나 이상의 다른 구성요소를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열된 배기 스트림(99)을 생산하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열 조립체는 증발 영역을 임의의 적합한 온도(들), 예를 들어 적어도 최소 증발 온도 또는 액체-함유 공급 스트림의 적어도 일부가 증발되어 증기 공급 스트림을 형성하는 온도로 가열할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 가열 조립체(80)는 수소-생산 영역을 임의의 적합한 온도(들), 예를 들어 적어도 최소 수소-생산 온도 또는 증기 공급 스트림의 적어도 일부가 반응하여 배출 스트림을 형성하기 위한 수소 가스를 생산하는 온도로 가열할 수 있다. 가열 조립체는 수소 생성 조립체의 하나 이상의 구성요소, 예를 들어 증발 영역 및/또는 수소-생산 영역과 열적으로 연통될 수 있다.
가열 조립체는, 도 2에 도시된 바와 같이, 버너 조립체(100), 적어도 하나의 공기 송풍기(102), 및 점화기 조립체(104)를 포함할 수 있다. 버너 조립체는 적어도 하나의 공기 스트림(106) 및 적어도 하나의 연료 스트림(108)을 수용하도록, 그리고 연소 영역(110) 내에서 적어도 하나의 연료 스트림을 연소시켜 가열된 배기 스트림(99)을 생산하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 연료 스트림은 공급 원료 전달 시스템(74) 및/또는 정제 영역(82)에 의해서 제공될 수 있다. 연소 영역은 수소 생성 조립체의 외장 내에 수용될 수 있다. 공기 송풍기(102)는, 공기 스트림(들)(106)을 생성하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 점화기 조립체(104)는 연료 스트림(들)(108)을 점화하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다.
정제 영역(82)은 적어도 하나의 수소-부화 스트림(112)을 생산하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있고, 그러한 수소-부화 스트림은 배출 스트림(96)보다 높은 수소 농도 및/또는 해당 배출 스트림 내에 존재하였던 하나 이상의 다른 가스(또는 불순물)의 낮아진 농도를 포함할 수 있다. 정제 영역은 적어도 하나의 부산물 스트림 또는 연료 스트림(108)을 생산할 수 있고, 그러한 부산물 스트림 또는 연료 스트림은, 도 2에 도시된 바와 같이, 버너 조립체(100)로 전달될 수 있고 그러한 조립체를 위한 연료 스트림으로서 사용될 수 있다. 정제 영역(82)은 유동 제한 오리피스(111), 필터 조립체(114), 멤브레인 조립체(116), 및 메탄화 반응기 조립체(118)를 포함할 수 있다. 필터 조립체(예를 들어, 하나 이상의 고온 가스 필터)는, 수소 정제 멤브레인 조립체에 앞서서, 불순물을 배출 스트림(96)으로부터 제거하도록 구성될 수 있다.
멤브레인 조립체(116)는 수소 가스 및 다른 가스를 포함하는 배출 또는 혼합된 가스 스트림(들)(96)을 수용하도록, 그리고 혼합 가스 스트림보다 높은 농도의 수소 가스 및/또는 낮은 농도의 다른 가스를 포함하는 투과 또는 수소-부화 스트림(들)(112)을 생성하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 멤브레인 조립체(116)는, 평면형 또는 관형인 수소-투과성(또는 수소-선택적인) 멤브레인을 포함할 수 있고, 하나 초과의 수소-투과성 멤브레인이 멤브레인 조립체(116) 내로 통합될 수 있다. 투과 스트림(들)이 임의의 적합한 용도, 예를 들어 하나 이상의 연료 전지를 위해서 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 멤브레인 조립체는, 적어도 상당한 부분의 다른 가스를 포함하는 부산물 또는 연료 스트림(108)을 생성할 수 있다. 메탄화 반응기 조립체(118)는, 일산화탄소 및 수소를 메탄 및 물로 변환시키도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 비록 정제 영역(82)이 유동 제한 오리피스(111), 필터 조립체(114), 멤브레인 조립체(116), 및 메탄화 반응기 조립체(118)를 포함하는 것으로 도시되었지만, 정제 영역은 그러한 모든 조립체보다 적은 조립체를 가질 수 있고, 및/또는 대안적으로 또는 부가적으로, 배출 스트림(96)을 정제하도록 구성된 하나 이상의 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정제 영역(82)이 멤브레인 조립체(116)만을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 수소 생성 조립체(72)는, 해당 조립체의 하나 이상의 다른 구성요소를 적어도 부분적으로 포함할 수 있는 쉘 또는 하우징(120)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 쉘(120)이, 도 2에 도시된 바와 같이, 증발 영역(76), 수소-생산 영역(78), 가열 조립체(80), 및/또는 정제 영역(82)을 적어도 부분적으로 수용할 수 있다. 쉘(120)은, 가열 조립체(80)에 의해서 생산된 적어도 하나의 연소 배기 스트림(124)을 방출하도록 구성된 하나 이상의 배기 포트(122)를 포함할 수 있다.
수소 생성 조립체(72)는, 일부 실시예에서, 수소 생성 조립체(72)의 동작을 제어하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있는 제어 시스템(126)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 조립체(126)는 제어 조립체(128), 적어도 하나의 밸브(130), 적어도 하나의 압력 릴리프 밸브(132), 및 하나 이상의 온도 측정 장치(134)를 포함할 수 있다. 제어 조립체(128)는, 하나 이상의 열전쌍 및/또는 다른 적합한 장치를 포함할 수 있는 온도 측정 장치(134)를 통해서, 수소-생산 영역 및/또는 정제 영역 내의 온도를 검출할 수 있다. 검출된 온도를 기초로, 제어 조립체 및/또는 제어 시스템의 조작자가, 밸브(들)(130) 및 펌프(들)(86)를 통해서, 증발 영역(76) 및/또는 수소-생산 영역(78)에 대한 공급 스트림(90)의 전달을 조정할 수 있다. 밸브(들)(130)가 솔레노이드 밸브 및/또는 임의의 적합한 밸브(들)를 포함할 수 있다. 압력 릴리프 밸브(들)(132)는, 시스템 내의 과다 압력이 방출되게 보장하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 수소 생성 조립체(72)는 열 교환 조립체(136)를 포함할 수 있고, 그러한 열 교환 조립체는 수소 생성 조립체의 하나의 부분으로부터 다른 부분으로 열을 전달하도록 구성된 하나 이상의 열 교환기(138)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 교환 조립체(136)가 수소-부화 스트림(112)으로부터 공급 스트림(90)으로 열을 전달하여, 증발 영역(76) 내로 진입하기 전에 공급 스트림의 온도를 높일 수 있고 수소-부화 스트림(112)을 냉각할 수 있다.
도 1의 수소 생성 조립체(20)의 정제 영역(40)(또는 수소 정제 장치)의 예가 도 3의 144에서 전반적으로 표시되어 있다. 달리 구체적으로 배제되지 않는 한, 수소 정제 장치는 본 개시 내용에서 설명된 다른 정제 영역의 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 수소 정제 장치(40)는 수소-분리 영역(146) 및 외장(148)을 포함할 수 있다. 외장은, 내부 둘레(152)를 갖는 내부 부피(150)를 형성할 수 있다. 외장(148)은, 함께 커플링되어, 형성된 유입 및 배출 포트를 포함할 수 있는 밀봉된 압력 용기 형태의 본체(149)를 형성하는 제1 부분(154) 및 제2 부분(156)을 적어도 포함할 수 있다. 그러한 포트는 유체 경로를 형성할 수 있고, 그러한 경로에 의해서 가스 및 다른 유체가 외장의 내부 부피 내로 전달되고 그로부터 제거된다.
제1 및 제2 부분(154 및 156)은 임의의 적합한 유지 메커니즘 또는 구조물(158)을 이용하여 함께 커플링될 수 있다. 적합한 유지 구조물의 예는 용접부 및/또는 볼트를 포함한다. 제1 부분과 제2 부분 사이에서 유밀 계면(fluid-tight interface)을 제공하기 위해서 사용될 수 있는 밀봉부의 예가 가스켓 및/또는 용접부를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 외장 내의 수소-분리 영역을 형성하는 여러 구성요소 및/또는 수소 생성 조립체 내로 통합될 수 있는 다른 구성요소에 적어도 미리 결정된 양의 압축이 인가되도록, 제1 및 제2 부분(154 및 156)이 함께 고정될 수 있다. 인가된 압축은, 여러 구성요소가 외장 내의 적절한 위치에서 유지되게 보장할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 수소-분리 영역을 형성하는 여러 구성요소 및/또는 다른 구성요소에 인가된 압축은, 수소-분리 영역을 형성하는 여러 구성요소들, 여러 다른 구성요소들 사이에서, 및/또는 수소-분리 영역을 형성하는 구성요소들과 다른 구성요소들 사이에서 유밀 계면을 제공할 수 있다.
외장(148)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 혼합 가스 영역(160) 및 투과 영역(162)을 포함할 수 있다. 혼합 가스 영역 및 투과 영역은 수소-분리 영역(146)에 의해서 분리될 수 있다. 적어도 하나의 유입 포트(164)가 제공될 수 있고, 그러한 유입 포트를 통해서 유체 스트림(166)이 외장에 전달된다. 유체 스트림(166)은, 혼합 가스 영역(160)에 전달되는 수소 가스(170) 및 다른 가스(172)를 포함하는 혼합 가스 스트림(168)일 수 있다. 수소 가스는 혼합 가스 스트림의 주 성분일 수 있다. 혼합 가스 영역 내의 가스가 투과 영역에 진입하기 위해서 수소-분리 영역을 반드시 통과하도록, 수소-분리 영역(146)이 혼합 가스 영역(160)과 투과 영역(162) 사이에서 연장될 수 있다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 예를 들어, 가스가 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인을 통과할 것이 요구될 수 있다. 투과 영역 및 혼합 가스 영역은 외장 내에서 임의의 적합한 상대적인 크기를 가질 수 있다.
외장(148)은 또한 적어도 하나의 생산물 배출 포트(174)를 포함할 수 있고, 생산물 배출 포트를 통해서 투과 스트림(176)이 수용될 수 있고 투과 영역(162)으로부터 제거될 수 있다. 투과 스트림은 혼합 가스 스트림보다 높은 농도의 수소 가스 및 낮은 농도의 다른 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 투과 스트림(176)은, 일부 실시예에서, 투과 영역과 유체 연통되는 스윕 가스 포트(sweep gas port)(180)를 통해서 스윕 가스 스트림(178)으로서 전달될 수 있는 것과 같은, 캐리어 가스 성분 또는 스윕 가스 성분을 적어도 초기에 포함할 수 있다. 외장은 또한 적어도 하나의 부산물 배출 포트(182)를 포함할 수 있고, 그러한 포트를 통해서, 상당한 부분의 다른 가스(172) 및 (혼합 가스 스트림에 비해서) 낮아진 농도의 수소 가스(170) 중 적어도 하나를 포함하는 부산물 스트림(184)이 혼합 가스 영역으로부터 제거된다.
수소-분리 영역(146)은, 혼합 가스 스트림(168)과 접촉되도록 배향된 제1 또는 혼합 가스 표면(188) 및 일반적으로 표면(188)에 대향되는 제2 또는 투과 표면(190)을 갖는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인(186)을 포함할 수 있다. 혼합 가스 스트림(168)은, 하나 이상의 수소-선택적 멤브레인의 혼합 가스 표면과 접촉되도록, 외장의 혼합 가스 영역에 전달될 수 있다. 투과 스트림(176)은, 수소-분리 영역을 통해서 투과 영역(162)으로 전달되는 혼합 가스 스트림의 적어도 일부로부터 형성될 수 있다. 부산물 스트림(184)은, 수소-분리 영역을 통과하지 않는 혼합 가스 스트림의 적어도 일부로부터 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 부산물 스트림(184)은 혼합 가스 스트림 내에 존재하는 수소 가스의 일부를 포함할 수 있다. 수소-분리 영역은 다른 가스의 적어도 일부를 포획하거나 달리 유지하도록 또한 구성될 수 있고, 이어서 그러한 다른 가스의 적어도 일부는, 분리 영역이 교체, 재생, 또는 달리 재충진될(recharged) 때, 부산물 스트림으로서 제거될 수 있다.
도 3에서, 스트림(166, 176, 178, 및/또는 184)은, 수소 정제 장치(144) 내로 또는 그 외부로 유동하는 하나 초과의 실제적인 스트림을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수소 정제 장치는 복수의 혼합 가스 스트림(168), 수소-분리 영역(146)과 접촉되기 전에 둘 이상의 스트림으로 분할되는 단일 혼합 가스 스트림(168), 내부 부피(150) 내로 전달되는 단일 스트림 등을 수용할 수 있다. 따라서, 외장(148)은 하나 초과의 유입 포트(164), 생산물 배출 포트(174), 스윕 가스 포트(180), 및/또는 부산물 배출 포트(182)를 포함할 수 있다.
수소-선택적 멤브레인은, 수소 정제 장치가 동작되는 동작 환경 및 매개변수에서 사용하기에 적합한 임의의 수소-투과성 재료로 형성될 수 있다. 수소 정제 장치의 예가, 전체 개시 내용이 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함되는, 미국 특허 제5,997,594호 및 제6,537,352호에 개시되어 있다. 일부 실시예에서, 수소-선택적 멤브레인은 팔라듐 및 팔라듐 합금 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 팔라듐 합금의 예는 구리, 은, 및/또는 금과 팔라듐의 합금을 포함한다. 다양한 멤브레인, 멤브레인 구성, 및 멤브레인 및 멤브레인 구성을 제조하기 위한 방법의 예가, 전체 개시 내용이 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함되는, 미국 특허 제6,152,995호; 제6,221,117호; 제6,319,306호; 및 제6,537,352호에 개시되어 있다.
일부 실시예에서, 복수의 이격된 수소-선택적 멤브레인들(186)을 수소-분리 영역 내에서 이용하여, 수소-분리 조립체(192)의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 복수의 멤브레인은, 존재할 때, 하나 이상의 멤브레인 조립체(194)를 함께 형성할 수 있다. 그러한 실시예에서, 수소-분리 조립체는 일반적으로 제1 부분(154)으로부터 제2 부분(156)까지 연장될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 부분은 수소-분리 조립체를 효과적으로 압축할 수 있다. 일부 실시예에서, 외장(148)은, 부가적으로 또는 대안적으로, 본체 부분의 대향 측면들에 커플링된 단부 판(또는 단부 프레임)을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 단부 판은 수소-분리 조립체(그리고, 외장 내에 수용될 수 있는 다른 구성요소)를 대향되는 단부 판의 쌍 사이에서 효과적으로 압축할 수 있다.
하나 이상의 수소-선택적 멤브레인을 이용하는 수소 정제는 전형적으로 압력-구동형 분리 프로세스이고, 그러한 프로세스에서 혼합 가스 스트림은 수소-분리 영역의 투과 영역 내의 가스보다 높은 압력으로 멤브레인의 혼합 가스 표면과 접촉되게 전달된다. 수소-분리 영역은, 일부 실시예에서, 혼합 가스 스트림을 투과 스트림 및 부산물 스트림으로 분리하기 위해서 수소-분리 영역이 이용될 때, 임의의 적합한 메커니즘을 통해서 상승된 온도로 가열될 수 있다. 팔라듐 및 팔라듐 합금 멤브레인을 이용하는 수소 정제에 적합한 동작 온도의 예는 적어도 275 ℃의 온도, 적어도 325 ℃의 온도, 적어도 350 ℃의 온도, 275 내지 500 ℃ 범위의 온도, 275 내지 375 ℃ 범위의 온도, 300 내지 450 ℃ 범위의 온도, 350 내지 450 ℃ 범위의 온도 등을 포함한다.
수소 정제 장치(144)의 예가 도 4의 196에서 전반적으로 표시되어 있다. 달리 구체적으로 배제되지 않는 한, 수소 정제 장치(196)는 본 개시 내용에서 설명된 다른 수소 정제 장치 및/또는 정제 영역의 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 수소 정제 장치(196)는, 제1 단부 판 또는 단부 프레임(200) 및 제2 단부 판 또는 단부 프레임(202)을 포함할 수 있는, 쉘 또는 외장(198)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 단부 판은 함께 고정 및/또는 압축되어 밀봉된 압력 용기를 형성하도록 구성될 수 있고, 밀봉된 압력 용기는, 수소-분리 영역이 내부에서 지지되는 내측부 격실(204)을 갖는다. 제1 및 제2 단부 판은, 수소 정제 장치(144)와 유사하게, 유입 포트, 배출 포트, 스윕 가스 포트, 및 부산물 포트(미도시)를 포함할 수 있다.
수소 정제 장치(196)는 또한, 제1 단부 판과 제2 단부 판 사이에 배치되는 및/또는 그에 고정되는 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체(205)를 포함할 수 있다. 호일-마이크로스크린 조립체는, 도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인(206) 및 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물(208)을 포함할 수 있다. 수소-선택적 멤브레인은 혼합 가스 스트림의 적어도 일부를 유입 포트로부터 수용하도록 그리고 혼합 가스 스트림을 투과 스트림의 적어도 일부 및 부산물 스트림의 적어도 일부로 분리하도록 구성될 수 있다. 수소-선택적 멤브레인(206)은 공급측(210) 및 투과측(212)을 포함할 수 있다. 투과 스트림의 적어도 일부는, 공급측으로부터 투과측으로 통과하는 혼합 가스 스트림의 일부로부터 형성되고, 공급측에 남아 있는 혼합 가스 스트림의 나머지 부분은 부산물 스트림의 적어도 일부를 형성한다.
수소-선택적 멤브레인의 하나 이상이 마이크로스크린 구조물(208)에 야금학적으로 본딩될 수 있다. 예를 들어, 수소-선택적 멤브레인(들)의 투과측이 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩될 수 있다. 일부 실시예에서, 수소-선택적 멤브레인(206)의 하나 이상(및/또는 그러한 멤브레인(들)의 투과측)이 마이크로스크린 구조물에 확산 본딩되어, 멤브레인(들)과 마이크로스크린 구조물 사이에서 고체-상태 확산 본드를 형성할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(들)의 투과측 및 마이크로스크린 구조물을 서로 접촉되게 하고 상승된 온도 및/또는 상승된 압력에 노출되게 하여, 시간 경과 시에 멤브레인(들)의 표면과 마이크로스크린 구조물이 스스로 점재되게(intersperse) 할 수 있다.
일부 실시예에서, 마이크로스크린 구조물은, 확산 본딩을 돕는 얇은 금속의 층 또는 중간 본딩 층으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 고체-상태 확산 본딩에 적합한, 그러나 (1) 700 ℃ 이하에서 용융되어 액체 상이 되지 않는 그리고 (2) 수소-선택적 멤브레인(들) 내로의 확산 시에 700 ℃ 이하에서 저-융점 합금을 형성하지 않는, 니켈, 구리, 은, 금, 또는 다른 금속의 얇은 코팅. 얇은 금속 층은, 수소-선택적 멤브레인과 접촉될 마이크로스크린 구조물의 표면 상으로의 중간 본딩 층의 얇은 코팅의 적합한 침착 프로세스(예를 들어, 전기화학적 도금, 증착, 스퍼터링 등)를 통해서, 마이크로스크린 구조물에 도포될 수 있다. 다른 실시예에서, 수소-선택적 멤브레인(들)은 적어도 하나의 멤브레인 프레임(미도시)에 고정될 수 있고, 이는 이어서 제1 및 제2 단부 프레임에 고정될 수 있다.
마이크로스크린 구조물(208)은 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인을 지지하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로스크린 구조물은, 도 6에 도시된 바와 같이, 투과측(212)에 대한 지지를 제공하도록 구성된 일반적으로 대향되는 표면들(214 및 215)을 갖는 비-다공성 평면형 시트(213), 및 투과 스트림이 마이크로스크린 구조물을 통해서 유동할 수 있게 하는 대향된 표면들 사이에서 연장되는 복수의 유체 통로(217)를 형성하는 복수의 개구(216)를 포함할 수 있다. 개구는 전기화학적 에칭, 레이저 드릴링, 및 다른 기계적 형성 프로세스, 예를 들어 스탬핑 또는 다이 컷팅을 통해서 비-다공성 평면형 시트 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 개구의 (길이방향) 축 또는 유체 통로의 길이방향 축이 비-다공성 평면형 시트의 평면에 수직이 되도록, 하나 이상의 개구(또는 모든 개구)가 비-다공성 평면형 시트 상에 형성될 수 있다. 비-다공성 평면형 시트는 임의의 적합한 두께, 예를 들어 100 미크론 내지 약 200 미크론 사이의 두께일 수 있다.
일부 실시예에서, 마이크로스크린 구조물(208)은, 복수의 개구를 포함하는 하나 이상의 천공된 지역(또는 부분)(218), 및 복수의 개구를 포함하지 않는(또는 갖지 않는) 하나 이상의 비-천공 지역(또는 부분)(219)을 포함할 수 있다. 비록 몇 개의 개구(216)가 도 6에 도시되어 있지만, 개구(216)는 천공된 부분(들)에서만 그의 전체 길이 및 폭에 걸쳐 분포된다. 천공된 지역(들)은 하나 이상의 다른 천공된 지역으로부터 구분되거나 그로부터 이격될 수 있다. 비-천공 지역(들)(219)은, 천공된 지역(들) 중 하나 이상의 주위에 프레임을 형성하는 둘레 지역(또는 부분)(220), 및/또는 천공된 지역의 둘 이상의 구분된 부분들을 분리하거나 형성하는 하나 이상의 경계 지역(또는 부분)(221)을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 각각의 천공된 부분이, 복수의 개구를 갖지 않는 적어도 하나의 경계 부분에 의해서, 다른 인접한 구분된 천공 부분들로부터 이격될 수 있다.
개구(216)는 임의의 적합한 패턴(들), 형상(들), 및/또는 크기(들)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 개구는, 압력 부하 하에서 과다한 편향을 방지하기 위해서 마이크로스크린 구조물의 충분히 큰 강성도를 유지하면서, 합쳐진 개구 면적을 최대화하는 하나 이상의 패턴으로 형성될 수 있다. 개구(216)는 도 6에 도시된 바와 같이 원(원형)일 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 길다란 원형일 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 타원형일 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이 육각형일 수 있고, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 팔각형, 및/또는 다른 적합한 형상(들)일 수 있다. 일부 실시예에서, 천공 지역(들) 내의 개구(216)는 하나의 일정한 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 천공 지역(들) 내의 개구(216)는 둘 이상의 상이한 형상의 임의의 적합한 조합일 수 있다. 개구는 임의의 적합한 크기(들)일 수 있다. 예를 들어, 개구가 원형일 때, 직경은 약 0.003 인치 내지 약 0.020 인치의 범위일 수 있다. 또한, 개구가 타원형일 때, 타원형의 둥근 단부의 반경이 0.001 인치 내지 약 0.010 인치의 범위일 수 있고, 타원형의 길이는 반경의 10배 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 천공 지역(들) 내의 개구는 하나의 일정한 크기를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 천공 지역(들) 내의 개구(216)는 둘 이상의 상이한 크기의 임의의 적합한 조합을 가질 수 있다.
비-다공성 평면형 시트는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비-다공성 평면형 시트는 스테인레스 강을 포함할 수 있다. 스테인레스 강은 300-계열 스테인레스 강(예를 들어, 스테인레스 강 303(알루미늄 첨가), 스테인레스 강 304, 등), 400-계열 스테인레스 강, 17-7PH, 14-8 PH, 및/또는 15-7 PH를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스테인레스 강은 약 0.6 중량% 내지 약 3.0 중량%의 알루미늄을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 비-다공성 평면형 시트는 탄소 강, 구리 또는 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 니켈, 니켈-구리 합금, 및/또는 은, 니켈, 및/또는 구리가 도금된 기본 금속을 포함할 수 있다. 기본 금속은 탄소 강 또는 전술한 스테인레스 강 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
수소-선택적 멤브레인이 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩될 때 수소-선택적 멤브레인의 둘레 부분(222)이 마이크로스크린 구조물의 하나 이상의 비-천공 지역(219)과 접촉되도록, 수소-선택적 멤브레인(206)이 마이크로스크린 구조물의 천공된 지역 또는 부분보다 큰 크기일 수 있다. 일부 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 수소-선택적 멤브레인이 하나의 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩될 수 있다. 다른 실시예에서, 둘 이상의 수소-선택적 멤브레인(206)이 하나의 마이크로스크린 구조물(208)에 야금학적으로 본딩될 수 있다. 예를 들어, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10개 이상의 수소-선택적 멤브레인(206)이 하나의 마이크로스크린 구조물(208)에 야금학적으로 본딩될 수 있다. 도 10은 하나의 마이크로스크린 구조물(208)에 야금학적으로 본딩된 6개의 수소-선택적 멤브레인(206)을 갖는 예시적인 호일-마이크로스크린 조립체(205)를 도시한다. 도 12는 하나의 마이크로스크린 구조물(208)에 야금학적으로 본딩된 2개의 수소-선택적 멤브레인(206)을 갖는 예시적인 호일-마이크로스크린 조립체(205)를 도시하는 한편, 도 13은 하나의 마이크로스크린 구조물(208)에 야금학적으로 본딩된 4개의 수소-선택적 멤브레인(206)을 갖는 예시적인 호일-마이크로스크린 조립체(205)를 도시한다.
둘 이상의 수소-선택적 멤브레인(206)이 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩될 때, 마이크로스크린 구조물은, 하나 이상의 비-천공 지역(219)에 의해서 분리된, 둘 이상의 구분된 천공 지역(218)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 천공 지역(218)은 다른 천공 지역(218)과 동일한 크기일 수 있다. 예를 들어, 도 11은, 대략적으로 동일한 크기의 6개의 구분된 천공 지역(218)을 도시한다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 천공 지역(218)이 다른 천공 지역(218)보다 작은 및/또는 큰 크기일 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 수소-선택적 멤브레인(206)이 각각의 천공 지역에 야금학적으로 본딩될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 수소-선택적 멤브레인이 둘 이상의 구분된 천공 지역(218)에 야금학적으로 본딩될 수 있다. 멤브레인이 하나 이상의 천공 지역(218)에 야금학적으로 본딩될 때 멤브레인의 둘레 부분(222)이 하나 이상의 비-천공 지역(219)과 접촉되도록, 수소-선택적 멤브레인(들)(206)의 크기가 결정될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 투과 프레임의 개방 영역 내에 수용되도록(예를 들어, 전체적으로 수용되도록) 및/또는 개방 영역 내에서 멤브레인 지지 구조물에 의해서 지지되도록, 마이크로스크린 구조물(208)의 크기가 결정될 수 있다. 다시 말해서, 마이크로스크린 구조물 및 투과 프레임이 제1 및 제2 단부 프레임에 대해서 고정되거나 압축될 때, 마이크로스크린 구조물은 투과 프레임의 둘레 쉘과 접촉되지 않는 크기를 가질 수 있다. 대안적으로, 마이크로스크린 구조물이 비-다공성 둘레 벽 부분 또는 프레임(미도시), 예를 들어 투과 프레임의 둘레 쉘에 의해서 지지될 수 있고 및/또는 그에 고정될 수 있다. 마이크로스크린 구조물이 비-다공성 둘레 벽 부분에 고정될 때, 마이크로스크린 구조물은 "다공성 중앙 지역 부분"으로 지칭될 수 있다. 다른 마이크로스크린 구조물의 예가, 전체 개시 내용이 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함되는, 미국 특허출원 공개 제2010/0064887호에 개시되어 있다.
수소 정제 장치(196)는 또한, 제1 및/또는 제2 단부 프레임 사이에 배치되고 그에 고정되는 복수의 판 또는 프레임(224)을 포함할 수 있다. 프레임은 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있고, 및/또는 임의의 적합한 형상(들), 예를 들어 정사각형, 직사각형, 또는 원형일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 프레임(224)은 둘레 쉘(226) 및 적어도 하나의 제1 지지 부재(228)를 포함할 수 있다. 둘레 쉘은 개방 영역(230) 및 프레임 평면(232)을 형성할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 둘레 쉘(226)은 제1 및 제2의 대향된 측면들(234 및 236), 그리고 제3 및 제4의 대향된 측면들(238 및 240)을 포함할 수 있다.
제1 지지 부재(228)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 호일-마이크로스크린 조립체(205)의 제1 부분(242)을 지지하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 프레임의 제1 지지 부재들은, 수소-선택적 멤브레인의 제1 부분(242)을 지지하기 위해서 제1 지지 평면(244) 내에서 서로(또는 복수의 프레임 중의 다른 프레임의 다른 제1 지지 부재와) 공통-평면적일 수 있다. 다시 말해서, 복수의 프레임 중의 각각의 프레임의 제1 지지 부재가 복수의 프레임 중의 다른 프레임의 제1 지지 부재와 거울 대칭적(mirror)일 수 있다. 제1 지지 부재는 프레임 평면(232)에 대한 임의의 적합한 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 지지 평면(244)은 프레임 평면에 수직일 수 있다. 대안적으로, 제1 멤브레인 지지 평면은 프레임 평면(232)과 교차할 수 있으나 그에 수직은 아닐 수 있다.
일부 실시예에서, 프레임(224)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 호일-마이크로스크린 조립체(205)의 제2 부분(250) 및/또는 제3 부분(252)을 지지하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있는, 제2 지지 부재(246) 및/또는 제3 지지 부재(248)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 프레임의 제2 지지 부재들은 호일-마이크로스크린 조립체의 제2 부분(250)을 지지하기 위해서 제2 지지 평면(254) 내에서 서로(또는 복수의 프레임 중의 다른 제2 지지 부재와) 공통-평면적일 수 있다. 또한, 복수의 프레임의 제3 지지 부재는 호일-마이크로스크린 조립체의 제3 부분(252)을 지지하기 위해서 제3 지지 평면(256) 내에서 서로(또는 복수의 프레임 중의 다른 제3 지지 부재와) 공통-평면적일 수 있다. 다시 말해서, 복수의 프레임 중의 각각의 프레임의 제2 지지 부재가 복수의 프레임 중의 다른 프레임의 제2 지지 부재와 거울 대칭적일 수 있는 한편, 복수의 프레임 중의 각각의 프레임의 제3 지지 부재는 복수의 프레임 중의 다른 프레임의 제3 지지 부재와 거울 대칭적일 수 있다. 제2 및/또는 제3 지지 평면은 프레임 평면(232)에 대한 임의의 적합한 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 지지 평면(254) 및/또는 제3 지지 평면(256)은 프레임 평면에 수직일 수 있다. 대안적으로, 제2 및/또는 제3 지지 평면은 프레임 평면(232)과 교차할 수 있으나 그에 수직은 아닐 수 있다.
제2 지지 부재(246) 및/또는 제3 지지 부재(248)가 제1 지지 부재(228)에 대해서 임의의 적합한 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 지지 부재(228)는 둘레 쉘(226)의 제3 측면(238)으로부터 개방 영역(230) 내로 연장될 수 있고; 제2 지지 부재(246)는 둘레 쉘의 (제3 측면에 대향되는) 제4 측면(240)으로부터 개방 영역 내로 연장될 수 있고; 제3 지지 부재(248)는 제3 측면으로부터 개방 영역 내로 연장될 수 있다. 대안적으로, 제1, 제2, 및/또는 제3 지지 부재가 둘레 쉘의 동일한 측면으로부터, 예를 들어 제1, 제2, 제3, 또는 제4 측면으로부터 개방 영역 내로 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1, 제2, 및/또는 제3 지지 부재가 둘레 쉘의 제1 측면 및/또는 (제1 측면에 대향되는) 제2 측면으로부터 개방 영역 내로 연장될 수 있다.
제1, 제2, 및/또는 제3 지지 부재는, 예를 들어, 둘레 쉘에 부착된 및/또는 둘레 쉘과 함께 형성된 하나 이상의 돌출부 또는 핑거(258) 형태일 수 있다. 돌출부는 임의의 적합한 방향(들)으로 둘레 쉘로부터 연장될 수 있다. 돌출부는 둘레 쉘의 전체 두께에 걸쳐질 수 있거나, 해당 쉘의 전체 두께 미만일 수 있다. 프레임(224) 중의 각각의 프레임의 돌출부가 호일-마이크로스크린 조립체에 대항하여 압축될 수 있고, 그에 의해서 그러한 조립체를 제 위치에서 록킹(locking)할 수 있다. 다시 말해서, 단부 프레임의 연장부(들)가 제1 및 제2 멤브레인 지지 평면 내에서 적층되는 것에 의해서, 프레임(224)의 돌출부가 호일-마이크로스크린 조립체를 지지할 수 있다. 일부 실시예에서, 돌출부(들)(258)는, 프레임(224)을 제1 및/또는 제2 단부 프레임에 고정하기 위해서 적어도 하나의 체결부(미도시)를 수용하도록 구성된 하나 이상의 수용부 또는 개구(미도시)를 포함할 수 있다.
프레임(224)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 공급 프레임(260), 적어도 하나의 투과 프레임(262), 및 복수의 가스켓 또는 가스켓 프레임(264)을 포함할 수 있다. 공급 프레임(260)은 제1 및 제2 단부 프레임 중 하나와 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체(205) 사이에, 또는 2개의 호일-마이크로스크린 조립체들(205) 사이에 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 공급 프레임은 공급 프레임 둘레 쉘(266), 공급 프레임 유입 도관(268), 공급 프레임 배출 도관(270), 공급 프레임 개방 영역(272), 적어도 하나의 제1 공급 프레임 지지 부재(274)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 공급 프레임은 제2 공급 프레임 지지 부재(276) 및/또는 제3 공급 프레임 지지 부재(278)을 포함할 수 있다.
공급 프레임 둘레 쉘(266)은 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 공급 프레임 둘레 쉘은 제1 섹션 또는 제1 둘레 쉘(280) 및 제2 섹션 또는 제2 둘레 쉘(282)을 포함할 수 있다. 도 14의 구성요소가 설명을 위해서 과장되어 있고 그러한 구성요소의 상대적인 치수들을 반영하지 않았을 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 제1 및 제2 섹션은 둘레 쉘의 제1 및 제2의 절반체일 수 있거나, 해당 둘레 쉘의 임의의 적합한 부분들일 수 있다. 또한, 제1 및/또는 제2 섹션은, 서로 오프셋되는 것과 같이, 서로에 대한 임의의 적합한 관계를 갖는 채널들 또는 홈들(미도시)을 포함할 수 있다. 제1 섹션(280) 및 제2 섹션(282)이 임의의 적합한 방법(들)을 통해서 결합되어 그러한 섹션들 사이에서 기밀 밀봉을 형성할 수 있다. 예를 들어, 공급 프레임 가스켓(284)이 그러한 섹션들 사이에서 이용될 수 있다. 대안적으로, 미국 특허출원 공개 제 2013/0011301호에서 설명된 바와 같이, 제1 및 제2 섹션이 함께 브레이징될 수 있거나 층 형성 금속(들)을 이용하여 제1 및 제2 섹션을 결합할 수 있다. 전술한 공개의 전체 개시 내용은 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함된다.
또한, 공급 프레임 둘레 쉘(266)은, 수소 정제 장치(196)의 다른 구성요소를 지지하도록 구성된 임의의 적합한 치수를 포함할 수 있다. 예를 들어, 투과 프레임(들)(262)의 둘레 쉘 및 그러한 프레임(들)의 멤브레인 지지 구조물(들)(286)을 복수의 공급 프레임 지지 평면(288)을 따라서 지지하도록, 공급 프레임 둘레 쉘의 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 둘레 쉘(266)은, 둘레 쉘의 적어도 일부(294)가 멤브레인 지지 구조물(286)의 일부(296)를 지지하도록 투과 프레임(262)의 둘레 쉘의 폭(292)보다 넓은 폭(290)을 가질 수 있다. 다시 말해서, 공급 프레임 둘레 쉘은 멤브레인 지지 구조물을 제 위치에서 록킹할 수 있고, 그러한 지지 구조물을 위한 정지부로서의 역할을 할 수 있다. 공급 프레임 지지 평면은 공급 프레임 평면(300)에 대한 임의의 적합한 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 공급 프레임 지지 평면은 공급 프레임 평면에 수직일 수 있다. 대안적으로, 공급 프레임 지지 평면은 공급 프레임 평면(300)과 교차할 수 있으나 그에 수직은 아닐 수 있다.
공급 프레임 유입 도관이 공급 프레임 둘레 쉘 상에 형성될 수 있고, 및/또는 유입 포트로부터 혼합 가스 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 구성될 수 있다. 공급 프레임 배출 도관(270)은 공급 프레임 둘레 쉘 상에 형성될 수 있고, 및/또는 수소-선택적 멤브레인(206)의 공급측(210)에 남아 있는 혼합 가스 스트림의 남은 부분을 수용하도록 구성될 수 있다. 공급 프레임 개방 영역(272)은 공급 프레임 유입 도관과 공급 프레임 배출 도관 사이에 배치될 수 있다. 공급 프레임 둘레 쉘(266)은, 유입 도관 및 배출 도관을 공급 프레임 개방 영역과 유체적으로 연결하는 복수의 홈 또는 채널(미도시)을 포함할 수 있다. 채널은 임의의 적합한 방법(들)을 통해서 둘레 쉘 상에 형성될 수 있고, 및/또는 임의의 적합한 배향(들), 예를 들어 공급 프레임 개방 영역(260) 내의 혼합을 유도할 수 있는 각도를 이루는 배향을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1, 제2, 및/또는 제3 공급 프레임 지지 부재는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인의 제1, 제2, 및/또는 제3 부분을 지지하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있고, 및/또는 다른 프레임의 제1, 제2, 및/또는 제3 지지 부재의 거울 대칭일 수 있다. 또한, 제1, 제2, 및/또는 제3 공급 프레임 지지 부재는, 혼합 가스 스트림이 유입 도관과 배출 도관 사이의 공급 프레임 개방 영역을 가로질러 유동할 때, 혼합 가스 스트림의 적어도 일부의 유동 방향을 변화시키도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 제1 및/또는 제2 공급 프레임 지지 부재는 또한 공급 프레임 개방 영역 내의 난류 또는 혼합을 촉진하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및/또는 제2 공급 프레임 지지 부재가 없는 상태에서, 유입 도관과 배출 도관 사이에서 공급 프레임 개방 영역을 가로지르는 혼합 가스 스트림의 적어도 일부의 유동이 적어도 제1 방향(미도시)으로 이동할 수 있다. 제1 및/또는 제2 공급 프레임 멤브레인 지지 구조물은 혼합 가스 스트림의 적어도 일부의 유동을 적어도 제1 방향으로부터, 제1 방향과 상이한, 적어도 제2 방향(미도시)으로 변화시키도록 구성될 수 있다.
제1, 제2, 및/또는 제3 공급 프레임 지지 부재는, 예를 들어, 공급 프레임 둘레 쉘에 부착된 및/또는 공급 프레임 둘레 쉘과 함께 형성된 적어도 하나의 공급 프레임 돌출부 또는 핑거(302) 형태일 수 있다. 공급 프레임 돌출부(들)는 임의의 적합한 방향(들)으로 둘레 쉘로부터 연장될 수 있다. 예를 들어, 공급 프레임 돌출부(들)는, 혼합 가스 스트림의 적어도 일부가 유입 도관으로부터 공급 프레임 개방 영역을 향해서 유동하는 방향에 전반적으로 수직인(미리 결정된 전반적으로 평행한) 방향으로, 공급 프레임 둘레 쉘로부터 연장될 수 있다. 예를 들어, 유입 도관으로부터 공급 프레임 개방 영역을 향하는 혼합 가스 스트림의 유동이 전반적으로 수평 방향인 경우에, 공급 프레임 돌출부(들)는 전반적으로 수직 방향 및/또는 수평 방향으로 공급 프레임 둘레 쉘로부터 연장될 수 있다.
적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체가 제1 및 제2 단부 프레임 중 하나와 투과 프레임 사이에, 또는 2개의 호일-마이크로스크린 조립체들 사이에 배치되도록, 투과 프레임(262)이 위치될 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 투과 프레임은 투과 프레임 둘레 쉘(304), 투과 프레임 배출 도관(306), 투과 프레임 개방 영역(308), 및 멤브레인 지지 구조물(286)을 포함할 수 있다.
투과 프레임 둘레 쉘은 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 투과 프레임 둘레 쉘은 제1 섹션 또는 제1 둘레 쉘(310) 및 제2 섹션 또는 제2 둘레 쉘(312)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 섹션은 둘레 쉘의 제1 및 제2의 절반체일 수 있거나, 해당 둘레 쉘의 임의의 적합한 부분들일 수 있다. 또한, 제1 및/또는 제2 섹션은, 서로 오프셋되는 것과 같이, 서로에 대한 임의의 적합한 관계를 갖는 채널들 또는 홈들(미도시)을 포함할 수 있다. 제1 섹션(310) 및 제2 섹션(312)이 임의의 적합한 방법(들)을 통해서 결합되어 그러한 섹션들 사이에서 기밀 밀봉을 형성할 수 있다. 예를 들어, 투과 프레임 가스켓(314)이 그러한 섹션들 사이에서 이용될 수 있다. 도 14에 도시되고 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 투과 프레임(262)이 제1 및 제2 단부 프레임에 고정될 때, 투과 프레임 둘레 쉘의 두께(316)가 멤브레인 지지 구조물의 두께(318)에 합치되거나 실질적으로 합치되도록(동일하거나 실질적으로 동일하도록), 투과 프레임 가스켓이 구성될 수 있다.
대안적으로, 미국 특허출원 공개 제 2013/0011301호에서 설명된 바와 같이, 제1 및 제2 섹션이 함께 브레이징될 수 있거나 층 형성 금속(들)을 이용하여 제1 및 제2 섹션을 결합할 수 있다. 전술한 공개의 전체 개시 내용은 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함된다.
일부 실시예에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 투과 프레임 둘레 쉘(304)은 제1 섹션(320), 제2 섹션(322), 및 제1 섹션과 제2 섹션 사이에 배치된 제3 섹션(324)을 포함할 수 있다. 그러한 섹션은 둘레 쉘의 제1, 제2, 및 제3 섹션일 수 있거나, 해당 둘레 쉘의 임의의 적합한 부분들일 수 있다. 또한, 제1, 제2, 및/또는 제3 섹션은, 서로 오프셋되는 것과 같이, 서로에 대한 임의의 적합한 관계를 갖는 채널들 또는 홈들(미도시)을 포함할 수 있다. 도 16의 구성요소가 설명을 위해서 과장되어 있고 그러한 구성요소의 상대적인 치수들을 반영하지 않았을 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
제1 섹션(320), 제2 섹션(322), 및 제3 섹션(324)이 임의의 적합한 방법(들)을 통해서 결합되어 그러한 섹션들 사이에서 기밀 밀봉을 형성할 수 있다. 예를 들어, 투과 프레임 가스켓(326)이 그러한 섹션들 사이에서 이용될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 투과 프레임(262)이 제1 및 제2 단부 프레임에 고정될 때, 투과 프레임 둘레 쉘의 두께(316)가 멤브레인 지지 구조물의 두께(318)에 합치되거나 실질적으로 합치되도록(동일하거나 실질적으로 동일하도록), 투과 프레임 가스켓이 구성될 수 있다. 대안적으로, 미국 특허출원 공개 제 2013/0011301호에서 설명된 바와 같이, 제1, 제2, 및/또는 제3 섹션이 함께 브레이징될 수 있거나 층 형성 금속(들)을 이용하여 제1, 제2, 및/또는 제3 섹션을 결합할 수 있다. 전술한 공개의 전체 개시 내용은 모든 목적을 위해서 본원에서 참조로 포함된다.
배출 도관(306)이 투과 프레임 둘레 쉘(282) 상에 형성될 수 있고, 및/또는 멤브레인 지지 구조물(286), 투과 프레임 개방 영역(308), 및/또는 수소-선택적 멤브레인(들)로부터 투과 스트림을 수용하도록 구성될 수 있다. 둘레 쉘(282)은, 배출 도관(284)을 투과 프레임 개방 영역 및/또는 멤브레인 지지 구조물과 유체적으로 연결하는 복수의 홈 또는 채널(미도시)을 포함할 수 있다. 채널은 임의의 적합한 방법(들)을 통해서 둘레 쉘(282) 상에 형성될 수 있고, 및/또는 임의의 적합한 배향(들), 예를 들어 각도를 이루는 배향을 가질 수 있다.
멤브레인 지지 구조물(286)은, 호일-마이크로스크린 조립체의 제1, 제2, 제3, 및/또는 다른 부분과 같은, 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체를 지지하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 멤브레인 지지 구조물은, 다른 프레임 중 하나 이상과 유사한, 제1, 제2, 및/또는 제3 지지 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 멤브레인 지지 구조물(288)은, 도 14에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 멤브레인 지지 판(328)을 포함할 수 있다. 멤브레인 지지 판(들)은 개방 영역의 임의의 적합한 부분(들), 예를 들어 개방 영역의 적어도 상당한 부분에 걸쳐질 수 있다. 또한, 멤브레인 지지 판(들)은 중실형, 편평형, 또는 평면형일 수 있고, 천공부 또는 홀을 갖지 않을 수 있고(또는 천공부 또는 홀이 없을 수 있고), 범프 및/또는 돌출부를 갖지 않을 수 있고(또는 범프 및/또는 돌출부가 없을 수 있고), 및/또는 압축 불가능할 수 있다(또는 실질적으로 압축 불가능할 수 있다). 또한, 멤브레인 지지 판(들)이 투과 프레임 둘레 쉘에 부착되지 않을 수 있다(또는 부착부를 갖지 않을 수 있다). 다시 말해서, 공급 프레임이 제1 및 제2 단부 판에 고정될 때, 공급 프레임만이 멤브레인 지지 구조물을 투과 프레임 둘레 쉘의 개방 영역 내의 제 위치에 록킹할 수 있다. 또한, 멤브레인 지지 판(들)이 임의의 적합한 재료(들), 예를 들어 스테인레스 강으로 제조될 수 있다.
멤브레인 지지 판(들)(328)은, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 면(또는 표면)(330) 및 제2의 대향 면(또는 대향 표면)(332)을 포함할 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 멤브레인 지지 판(들)의 2개의 면 중 어느 하나 또는 모두가 임의의 또는 모든 홈, 범프, 돌출부 등을 포함하지 않거나 갖지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 멤브레인 지지 판(들)(328)의 2개의 면 중 어느 하나 또는 모두가, 투과 스트림을 위한 하나 이상의 유동 경로를 제공하는 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있는, 도 18에 도시된 바와 같은, 복수의 미세 홈(334)을 포함할 수 있다. 멤브레인 지지 판(들)(328)이 표면 미세 홈을 포함할 때, 그러한 판은 "표면-홈형 판(들)"으로 지칭될 수 있다. 미세 홈들은, 서로 평행한 것과 같은, 임의의 적합한 배향(들)을 가질 수 있다. 또한, 미세 홈(334)은, 도 18에 도시된 바와 같이, 멤브레인 지지 판의 제1 연부(336)로부터 제2의 대향 연부(338)까지(또는 제3 연부로부터 제4 대향 연부까지) 연장될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 미세 홈이, 제1 연부와 제2 연부 사이에서 그러나 제1 연부 및 제2 연부는 포함하지 않으면서, 제1 연부로부터 제2 연부 전까지, 제2 연부로부터 제1 연부 전까지 등으로 연장될 수 있다. 또한, 미세 홈(334)이 제1 면 상에만, 제2 면 상에만, 또는 제1 및 제2 면 모두 상에 있을 수 있다. 또한, 미세 홈은 (도 18에 도시된 바와 같이) 멤브레인 지지 판의 전체 길이 또는 폭을 따라서 포함될 수 있거나, 길이 또는 폭의 25%, 50%, 또는 75%와 같이, 그러한 길이 또는 폭의 임의의 적합한 부분(들)을 따라서 있을 수 있다.
미세 홈(334)은 임의의 적합한 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 미세 홈은 0.005 인치 내지 0.020 인치(또는 바람직하게 0.010 내지 0.012 인치)의 폭, 그리고 0.003 내지 0.020 인치(또는 바람직하게 0.008 내지 0.012 인치)의 깊이를 가질 수 있다. 미세 홈들은 임의의 적합한 거리(들), 예를 들어 0.003 내지 0.020 인치(또는 바람직하게 0.003 내지 0.007 인치)로 이격될 수 있다. 미세 홈은 임의의 적합한 방법(들), 예를 들어 화학적 에칭, 가공 및/또는 기타에 의해서 제조될 수 있다.
일부 실시예에서, 멤브레인 지지 구조물(286)은, 도 14에 도시된 바와 같이, (어느 하나 또는 모든 면이 미세 홈(334)을 갖는) 대향 면들을 갖는 하나의 지지 판(339)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 도 14의 쇄선으로 도시된 바와 같이, 멤브레인 지지 구조물이 제1 멤브레인 지지 판(340) 및 제2 멤브레인 지지 판(342)을 포함할 수 있다. 제1 멤브레인 지지 판은 제1 면(344) 및 제2 대향 면(346)을 포함할 수 있다. 제2 멤브레인 지지 판(342)은 제1 면(348) 및 제2 대향 면(349)을 포함할 수 있다. 제1 및/또는 제2 멤브레인 지지 판의 제1 면이 미세 홈(334)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 또한, 제1 및 제2 멤브레인 지지 판들의 제2 면들이 서로를 향해서 대면될 수 있다. 다시 말해서, 제1 멤브레인 지지 판의 제2 면이 제2 멤브레인 지지 판의 제2 면과 대면되도록, 및/또는 그 반대가 되도록, 제1 및 제2 멤브레인 지지 판이 멤브레인 지지 구조물 내에서 적층될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 멤브레인 지지 판의 제2 면이 제2 멤브레인 지지 판의 제2 면과 접촉할 수 있다.
일부 실시예에서, 멤브레인 지지 구조물은, 도 19에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 멤브레인 지지 판들 사이에 배치될 수 있는 제3 멤브레인 지지 판(350)을 포함할 수 있다. 도 19의 구성요소가 설명을 위해서 과장되어 있고 그러한 구성요소의 상대적인 치수들을 반영하지 않았을 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 멤브레인 지지 구조물은, 제3 멤브레인 지지 판이 제1 및/또는 제2 멤브레인 지지 판의 제2 면들과 접촉하도록 적층된 제1, 제2, 및 제3 멤브레인 지지 판을 포함할 수 있다. 제3 멤브레인 지지 판이 제1 및 제2 멤브레인 지지 판들 사이에 배치될 때, 제3 멤브레인 지지 판은 종종 "중심 판"으로 지칭될 수 있다. 제3 멤브레인 지지 판은 그 면 중 어느 하나 또는 모두에서 미세 홈을 갖지 않을 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 멤브레인 지지 판은 임의의 적합한 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 멤브레인 지지 판이 0.060 인치일 수 있는 반면, 제3 멤브레인 지지 판은 0.105 인치일 수 있다.
전술한 바와 같이, 투과 프레임이 제1 및 제2 단부 프레임에 고정되고 및/또는 그에 대해서 압축될 때, 투과 프레임의 두께가 멤브레인 지지 구조물의 두께와 합치되도록, 투과 프레임 가스켓(314 및/또는 326)이 구성될 수 있다. 그러한 가스켓은, 멤브레인 지지 구조물의 두께보다 두꺼운, 압축 전 두께를 제공할 수 있다. 15 내지 50%의 압축 한계를 갖는 투과 프레임 가스켓(들)을 위해서 가요성 그라파이트 가스켓이 이용될 때, 투과 프레임 가스켓(들)은, 그러한 압축 한계 내에서 희망하는 최종 두께를 초래하는 압축 전 두께를 가질 수 있다. 투과 프레임이 그러한 가스켓을 포함할 때, 투과 프레임은 "자가-조정 투과 프레임"으로 종종 지칭될 수 있다. 자가-조정 투과 프레임이 (예를 들어, 1000 내지 2000 psi 압축 하에서) 공급 프레임을 통한 압축에 의해서 조립 중에 압축되어 공급 프레임과 수소-선택적 멤브레인 사이에 기밀 밀봉을 형성하는 경우에, 공급 프레임이, 일반적으로 압축 불가능한 구성요소의 그룹 또는 적층체를 함께 형성할 수 있는, 수소-선택적 멤브레인(들), 마이크로스크린 구조물, 및 멤브레인 지지 구조물과 접촉될 때, 투과 프레임에 대한 공급 프레임의 압축력이 제한될 수 있다.
예로서, 멤브레인 지지 구조물이 0.257 인치의 두께를 갖는 경우에, 투과 프레임은 이상적으로 정확하게 또는 대략적으로 0.257 인치인 두께를 가질 수 있다. 투과 프레임 둘레 쉘이, 예를 들어, 각각 0.120 인치 두께의 2개의 섹션을 포함할 때, 투과 프레임 가스켓은 압축 후에 0.017 인치가 되도록 구성되어야 한다. 예를 들어, 압축 전에 두께가 0.030 인치인 투과 프레임 가스켓이 압축 후에 그 압축 한계 내에서 0.017 인치까지 압축될 수 있고, 이는, 멤브레인 지지 구조물 두께와 합치되는 투과 프레임 두께를 생성할 수 있다. 비록 멤브레인 지지 구조물(286)이 멤브레인 지지 판(328)을 포함하는 것으로 도시되었지만, 멤브레인 지지 구조물은 와이어 메시 및/또는 천공된 금속 시트(들)(미도시)를 포함할 수 있다.
프레임(224)은 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 가스켓 또는 가스켓 프레임(264)을 포함할 수 있다. 가스켓 프레임은 다른 프레임들 사이에서, 예를 들어 제1 및 제2 단부 판(200 및 202)과 공급 프레임(260) 사이에서, 공급 프레임(260)과 호일-마이크로스크린 조립체(205) 사이에서, 호일-마이크로스크린 조립체와 투과 프레임(262) 사이에서 유밀 계면을 제공하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 가스켓 프레임(264)을 위한 적합한 가스켓의 예로서 가요성 그라파이트 가스켓이 있다. 적합한 가스켓 재료의 다른 예는 Flexitallic LP(텍사스, 디어 파크)가 판매하는 THERMICULITE® 866이다. 비록 프레임(224)이 2개의 공급 프레임(260) 및 하나의 투과 프레임(262)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 그러한 프레임은 임의의 적합한 수의 공급 프레임 및 투과 프레임을 포함할 수 있다. 또한, 비록 수소 정제 장치(196)가 2개의 수소-선택적 멤브레인(206)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 그러한 장치는 임의의 적합한 수의 그러한 멤브레인을 포함할 수 있다.
비록 프레임(224)의 하나 이상이, 수직 방향만으로 또는 수평 방향만으로 연장되는 돌출부를 포함하는 것으로 도시되었지만, 프레임은, 부가적으로 또는 대안적으로, 수평, 수직, 및/또는 다른 적합한 방향, 예를 들어 대각선 방향 등으로 연장되는 돌출부를 포함할 수 있다. 또한, 비록 하나 이상의 프레임(224)이 3개의 돌출부를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 프레임이 1, 2, 4, 5개 이상의 돌출부를 포함할 수 있다. 또한, 비록 하나 이상의 프레임(224)이, 제1, 제2, 및/또는 제3 지지 평면 내에서 공통-평면적인 돌출부들을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 프레임은, 부가적으로 또는 대안적으로, 제4, 제5 또는 그 초과의 지지 평면 내에서 공통-평면적인 돌출부들을 포함할 수 있다.
수소 정제 장치(144)의 다른 예가 도 20의 396에서 전반적으로 표시되어 있다. 달리 구체적으로 배제되지 않는 한, 수소 정제 장치(396)는 본 개시 내용에서 설명된 다른 수소 정제 장치 및/또는 정제 영역의 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다.
수소 정제 장치(396)는 수소 정제 장치(196)와 많은 측면에서 유사하나, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 상이한-형상의 프레임을 갖고, 지지 부재를 갖지 않으며, 상이한 크기의 호일-마이크로스크린 조립체를 갖고, 적은 수의 가스켓 프레임을 갖는다. 수소 정제 장치(396)의 구성요소 또는 부품은 수소 정제 장치(196)의 구성요소 또는 부품에 상응하고, "1XX" 대신 "3XX" 그리고 "2XX" 대신 "4XX"의 일반적인 형태를 갖는 도 20의 유사한 참조 번호로 표시된다. 따라서, 특징부(398, 400, 402, 404, 405, 406, 408, 424, 426, 434, 436, 438, 440, 460, 462, 464 등)은 수소 정제 장치(196) 내의 그 각각의 대응 부분 즉, 특징부(198, 200, 202, 204, 205, 206, 208, 224, 226, 234, 236, 238, 240, 260, 262, 264 등)와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
수소 정제 장치(396)는, 제1 단부 판 또는 단부 프레임(400) 및 제2 단부 판 또는 단부 프레임(402)을 포함할 수 있는, 쉘 또는 외장(398)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 단부 판은 함께 고정 및/또는 압축되어 밀봉된 압력 용기를 형성하도록 구성될 수 있고, 밀봉된 압력 용기는, 수소-분리 영역이 내부에서 지지되는 내측부 격실(404)을 갖는다.
수소 정제 장치(396)는 또한, 제1 단부 판과 제2 단부 판 사이에 배치되는 및/또는 그에 고정되는 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체(405)를 포함할 수 있다. 호일-마이크로스크린 조립체는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인(406) 및 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물(408)을 포함할 수 있다. 수소-선택적 멤브레인의 하나 이상이 마이크로스크린 구조물(408)에 야금학적으로 본딩될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 수소-선택적 멤브레인(406)이 마이크로스크린 구조물에 확산 본딩되어, 멤브레인(들)과 마이크로스크린 구조물 사이에서 고체-상태 확산 본드를 형성할 수 있다. 호일-마이크로스크린 조립체(405)는 투과 프레임의 개방 영역에 피팅(fit)되는 크기를 갖고, 그에 따라 호일-마이크로스크린 조립체(205)와 비교할 때 또는 그에 비해서 더 작은 길이 및 폭을 갖는다.
수소 정제 장치(396)는 또한, 제1 및/또는 제2 단부 프레임 사이에 배치되고 그에 고정되는 복수의 판 또는 프레임(424)을 포함할 수 있다. 프레임(424)은 둘레 쉘(426)을 포함할 수 있다. 둘레 쉘은 개방 영역(430)을 형성할 수 있다. 또한, 둘레 쉘(426)은 제1 및 제2의 대향된 측면들(434 및 436), 그리고 제3 및 제4의 대향된 측면들(438 및 440)을 포함할 수 있다. 수소 정제 장치(196)의 프레임(224)과 달리, 프레임(424)은 어떠한 지지 부재도 포함하지 않는다.
프레임(424)은 적어도 하나의 공급 프레임(460), 적어도 하나의 투과 프레임(462), 및 복수의 가스켓 또는 가스켓 프레임(464)을 포함할 수 있다. 공급 프레임(460)은 제1 및 제2 단부 프레임 중 하나와 적어도 호일-마이크로스크린 조립체(405) 사이에, 또는 2개의 호일-마이크로스크린 조립체들(405) 사이에 배치될 수 있다. 공급 프레임은, 공급 프레임 둘레 쉘, 공급 프레임 유입 도관, 공급 프레임 배출 도관, 및/또는 공급 프레임 개방 영역과 같은, 공급 프레임(260)과 적어도 실질적으로 유사한 구성요소를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체가 제1 및 제2 단부 프레임 중 하나와 투과 프레임 사이에, 또는 2개의 호일-마이크로스크린 조립체들 사이에 배치되도록, 투과 프레임(462)이 위치될 수 있다. 투과 프레임은, 투과 프레임 둘레 쉘, 투과 프레임 배출 도관, 투과 프레임 개방 영역, 및/또는 멤브레인 지지 구조물과 같은, 투과 프레임(262)과 적어도 실질적으로 유사한 구성요소를 포함할 수 있다.
프레임(424)은 또한 가스켓 또는 가스켓 프레임(464)을 포함할 수 있다. 가스켓 프레임은 다른 프레임들 사이에서, 예를 들어 제1 및 제2 단부 판(400 및 402)과 공급 프레임(460) 사이에서, 및/또는 공급 프레임(460)과 호일-마이크로스크린 조립체(405) 사이에서 유밀 계면을 제공하도록 구성된 임의의 적합한 구조물을 포함할 수 있다. 수소 정제 장치(196)와 달리, 수소 정제 장치(396)는 호일-마이크로스크린 조립체와 투과 프레임(462) 사이에서 가스켓 프레임(464)을 포함하지 않는다. 수소 정제 장치(196)와 유사하게, 공급 프레임 및 가스켓 프레임의 폭이 투과 프레임의 폭보다 넓고(또는 공급 프레임 및 가스켓 프레임의 개방 영역이 투과 프레임의 개방 영역보다 작고), 그에 따라 여분의 폭이 호일-마이크로스크린 조립체의 연부를 덮어 공급측으로부터 투과측으로의 또는 투과측으로부터 공급측으로의 누출을 제거하거나 최소화한다(예를 들어, 공급 프레임 및 가스켓 프레임의 여분의 폭이 호일-마이크로스크린 조립체의 연부를 어떻게 덮는지를 도시하는 도 14를 참조한다). 일부 실시예에서, 여분의 폭은 호일-마이크로스크린 조립체의 마이크로스크린 구조물의 둘레(비-천공) 부분의 폭에 상응한다.
본 개시 내용의 수소 정제 장치 및/또는 그 구성요소(예를 들어, 호일-마이크로스크린 조립체)가 이하 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
o 수소 가스 및 다른 가스를 포함하는 혼합 가스 스트림을 수용하도록 구성된 유입 포트를 포함하는 제1 및 제2 단부 프레임.
o 혼합 가스 스트림보다 높은 농도의 수소 가스 및 낮은 농도의 다른 가스 중 적어도 하나를 포함하는 투과 스트림을 수용하도록 구성된 배출 포트를 포함하는 제1 및 제2 단부 프레임.
o 적어도 상당한 부분의 다른 가스를 포함하는 부산물 스트림을 수용하도록 구성된 부산물 포트를 포함하는 제1 및 제2 단부 프레임.
o 제1 단부 프레임과 제2 단부 프레임 사이에 배치되는 그에 고정되는 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체.
o 제1 단부 프레임과 제2 단부 프레임 사이에 배치되고 그에 고정되는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인.
o 공급측 및 투과측을 갖는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인으로서, 투과 스트림의 적어도 일부가, 공급측으로부터 투과측으로 통과하는 혼합 가스 스트림의 일부로부터 형성되고, 공급측에 남아 있는 혼합 가스 스트림의 잔류 부분이 부산물 스트림의 적어도 일부를 형성하는, 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인.
o 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩된 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인.
o 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩된 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인의 투과측.
o 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 확산 본딩된 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인.
o 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 확산 본딩된 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인의 투과측.
o 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인과 적어도 하나의 투과 프레임 사이에 배치된 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물.
o 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인을 지지하도록 구성된 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물.
o 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물은 투과측에 대한 지지를 제공하도록 구성된 일반적으로 대향된 표면들을 포함함.
o 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물은 대향된 표면들 사이에서 연장되는 복수의 유체 통로를 포함함.
o 적어도 하나의 투과 프레임의 둘레 쉘과 접촉하지 않는 크기의 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물.
o 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물 및 적어도 하나의 투과 프레임이 제1 및 제2 단부 프레임에 고정될 때, 둘레 쉘과 접촉되지 않는 크기의 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물.
o 복수의 유체 통로를 형성하는 복수의 개구를 갖는 비-다공성 평면형 시트를 포함하는 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물.
o 투과측에 대한 지지를 제공하도록 구성된 일반적으로 대향된 평면형 표면들을 포함하는 비-다공성 평면형 시트.
o 개구를 갖지 않는 적어도 하나의 둘레 부분을 포함하는 비-다공성 평면형 시트.
o 개구를 갖는 둘 이상의 구분된 부분을 포함하는 비-다공성 평면형 시트.
o 복수의 유체 통로를 형성하는 복수의 개구를 갖는 비-다공성 금속 시트를 포함하는 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물.
o 비-다공성 시트의 개구가, 평면에 수직인 축을 포함하는, 평면을 형성하는 비-다공성 금속 시트.
o 비-다공성 시트의 개구는 원형임.
o 비-다공성 시트의 개구는 길다란 원형임.
o 비-다공성 시트의 개구는 타원형임.
o 비-다공성 시트의 개구는 육각형임.
o 스테인레스 강을 포함하는 비-다공성 금속 시트.
o 300-계열 스테인레스 강을 포함하는 비-다공성 금속 시트.
o 400-계열 스테인레스 강을 포함하는 비-다공성 금속 시트.
o 약 0.6 중량% 내지 약 3.0 중량%의 알루미늄을 갖는 스테인레스 강을 포함하는 비-다공성 금속 시트.
o 하나 이상의 니켈 합금을 포함하는 비-다공성 금속 시트.
o 도금된 니켈 표면을 갖는 하나 이상의 니켈 합금을 포함하는 비-다공성 금속 시트.
o 구리를 갖는 하나 이상의 니켈 합금을 포함하는 비-다공성 금속 시트.
o 개구를 갖지 않는 적어도 하나의 경계 부분에 의해서, 인접하는 구분된 부분들로부터 이격되는 하나 이상의 구분된 부분.
o 상이한 수소-선택적 멤브레인이 구분된 부분에 야금학적으로 본딩됨.
o 수소-선택적 멤브레인의 둘레 부분이, 개구를 포함하지 않는 비-다공성 평면형 시트의 하나 이상의 부분과 접촉하도록, 수소-선택적 멤브레인은 구분된 부분보다 큰 크기임.
o 제1 및 제2 단부 프레임과 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인 사이에 배치되고 제1 및 제2 단부 프레임에 고정되는 복수의 프레임.
o 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인과 제2 단부 프레임 사이에 배치된 적어도 하나의 투과 프레임을 포함하는 복수의 프레임.
o 둘레 쉘을 포함하는 적어도 하나의 투과 프레임.
o 둘레 쉘 상에 형성되고 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인으로부터 투과 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 배출 도관을 포함하는 적어도 하나의 투과 프레임.
o 둘레 쉘에 의해서 둘러싸인 개방 영역을 포함하는 적어도 하나의 투과 프레임.
o 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물을 포함하는 적어도 하나의 투과 프레임.
o 개방 영역의 적어도 상당한 부분에 걸쳐지는 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물.
o 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인을 지지하도록 구성된 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물.
o 제1 면 및 제1 면에 대향되는 제2 면을 포함하는 하나의 멤브레인 지지 판을 포함하는 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물.
o 제1 및/또는 제2 면은, 투과 스트림의 적어도 일부를 위한 유동 채널을 제공하도록 구성된 복수의 미세 홈을 가짐.
o 제1 및/또는 제2 면이 미세 홈을 갖지 않음.
o 제1 및 제2 멤브레인 지지 판을 포함하는 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물.
o 제1 및 제2 멤브레인 지지 판은 천공부를 갖지 않음.
o 투과 스트림의 적어도 일부를 위한 유동 채널을 제공하도록 구성된 복수의 미세 홈을 갖는 제1 면을 갖는 제1 및 제2 멤브레인 지지 판.
o 제1 면에 대향되는 제2 면을 갖는 제1 및 제2 멤브레인 지지 판.
o 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물 내에 적층된 제1 및 제2 멤브레인 지지 판.
o 제1 멤브레인 지지 판의 제2 면이 제2 멤브레인 지지 판의 제2 면에 대면되도록, 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물 내에 적층된 제1 및 제2 멤브레인 지지 판.
o 압축 가능하지 않은 제1 및 제2 멤브레인 지지 판.
o 편평한 제1 및 제2 멤브레인 지지 판.
o 제1 단부 프레임과 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인 사이에 배치된 적어도 하나의 공급 프레임.
o 둘레 쉘을 포함하는 적어도 하나의 공급 프레임.
o 적어도 하나의 공급 프레임의 둘레 쉘 상에 형성된 유입 도관을 포함하는 적어도 하나의 공급 프레임.
o 혼합 가스 스트림의 적어도 일부를 유입 포트로부터 수용하도록 구성된 유입 도관을 포함하는 적어도 하나의 공급 프레임.
o 적어도 하나의 공급 프레임의 둘레 쉘 상에 형성된 배출 도관을 포함하는 적어도 하나의 공급 프레임.
o 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인의 공급측에 남아 있는 혼합 가스 스트림의 적어도 일부의 남은 부분을 수용하도록 구성된 배출 도관을 포함하는 적어도 하나의 공급 프레임.
o 공급 프레임의 둘레 쉘에 의해서 둘러싸이고 유입 도관과 배출 도관 사이에 배치되는 공급 프레임 개방 영역을 포함하는 적어도 하나의 공급 프레임.
o 적어도 하나의 공급 프레임의 둘레 쉘이 적어도 하나의 투과 프레임의 둘레 쉘 및 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물의 일부를 지지하도록 하는 크기를 갖는 적어도 하나의 공급 프레임의 둘레 쉘.
o 복수의 프레임 중의 각각의 프레임의 프레임 평면에 수직인 복수의 지지 평면을 따라서, 적어도 하나의 공급 프레임의 둘레 쉘이 적어도 하나의 투과 프레임의 둘레 쉘 및 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물의 일부를 지지하도록 하는 크기를 갖는 적어도 하나의 공급 프레임의 둘레 쉘.
o 제3 멤브레인 지지 판을 포함하는 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물.
o 제1 및 제2 멤브레인 지지 판 사이에 배치된 제3 멤브레인 지지 판.
o 비-압축 가능 제3 멤브레인 지지 판.
o 편평한 제3 멤브레인 지지 판.
o 천공부를 갖지 않는 제3 멤브레인 지지 판.
o 미세 홈을 갖지 않는 제3 멤브레인 지지 판.
o 제1 및 제2 둘레 쉘을 포함하는 투과 프레임의 둘레 쉘.
o 제1 및 제2 둘레 쉘 사이에 배치된 가스켓을 포함하는 투과 프레임의 둘레 쉘.
o 투과 프레임 둘레 쉘의 두께가 멤브레인 지지 구조물의 두께에 합치되도록 구성된 가스켓.
o 투과 프레임이 제1 및 제2 단부 프레임에 고정될 때, 투과 프레임 둘레 쉘의 두께가 멤브레인 지지 구조물의 두께에 합치되도록 구성된 가스켓.
o 제1, 제2, 및 제3 둘레 쉘을 포함하는 투과 프레임 둘레 쉘.
o 제1 및 제2 둘레 쉘 사이에 배치된 제1 가스켓을 포함하는 투과 프레임 둘레 쉘.
o 제2 및 제3 둘레 쉘 사이에 배치된 제2 가스켓을 포함하는 투과 프레임 둘레 쉘.
o 투과 프레임 둘레 쉘의 두께가 멤브레인 지지 구조물의 두께에 합치되도록 구성된 제1 및 제2 가스켓.
o 투과 프레임이 제1 및 제2 단부 프레임에 고정될 때, 투과 프레임 둘레 쉘의 두께가 멤브레인 지지 구조물의 두께에 합치되도록 구성된 제1 및 제2 가스켓.
o 제1 및 제2의 대향된 연부들을 각각 갖는 제1 및 제2 멤브레인 지지 판.
o 제1 연부로부터 제2 연부까지 연장되는 복수의 미세 홈.
o 복수의 평행한 미세 홈.
수소 정제 장치 및 그러한 장치의 구성요소를 포함하는 본 개시 내용은, 수소 가스가 정제되고, 생산되고, 및/또는 이용되는 연료-프로세싱 및 다른 산업에 적용될 수 있다.
전술한 개시 내용은 독립적인 설비를 갖춘 다수의 다른 발명을 포함한다. 이러한 발명의 각각이 그 바람직한 형태로 개시되었지만, 본원에서 개시되고 도시된 그 구체적인 실시예는, 수많은 변경이 이루어질 수 있기 때문에, 제한적인 의미로 간주되지 않아야 한다. 본 발명의 청구 대상은 본원에서 개시된 여러 요소, 특징, 기능 및/또는 성질의 모든 신규한 그리고 자명하지 않은 조합 및 하위 조합을 포함한다. 유사하게, 임의의 청구항에서 부정관사("a") 또는 "제1" 요소 또는 그와 균등한 것이 기재된 경우에, 그러한 청구항은, 둘 이상의 그러한 요소를 필요로 하지 않고 그리고 배제하지 않고, 하나 이상의 그러한 요소의 통합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
특징, 기능, 요소 및/또는 성질의 다양한 조합 및 하위 조합으로 구현된 본 발명은 관련 출원에서 새로운 청구항을 제공함으로써 청구될 수 있다. 그러한 새로운 청구항은, 그들이 다른 발명에 관한 것이든지 또는 동일한 발명에 관한 것이든지 간에, 원래의 청구항과 다른 더 넓은, 더 좁은 또는 동일한 범위이든지 간에, 본 개시 내용의 본 발명의 청구 대상 내에 포함되는 것으로 간주된다.

Claims (27)

  1. 수소 정제 장치이며:
    제1 및 제2 단부 프레임으로서:
    수소 가스 및 다른 가스를 포함하는 혼합 가스 스트림을 수용하도록 구성된 유입 포트;
    상기 혼합 가스 스트림보다, 높은 농도의 수소 가스 및 낮은 농도의 다른 가스 중 적어도 하나를 포함하는 투과 스트림을 수용하도록 구성된 배출 포트;
    상기 다른 가스의 적어도 상당한 부분을 포함하는 부산물 스트림을 수용하도록 구성된 부산물 포트를 포함하는, 제1 및 제2 단부 프레임;
    제1 단부 프레임과 제2 단부 프레임 사이에 배치되고 그에 고정되는 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체로서, 상기 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체는:
    공급측 및 투과측을 갖는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인으로서, 상기 투과 스트림의 적어도 일부는, 공급측으로부터 투과측으로 통과하는 상기 혼합 가스 스트림의 일부로부터 형성되고, 상기 공급측에 남아 있는 상기 혼합 가스 스트림의 나머지 부분은 상기 부산물 스트림의 적어도 일부를 형성하는, 수소-선택적 멤브레인, 및
    복수의 유체 통로를 형성하는 복수의 개구를 갖는 비-다공성 평면형 시트를 포함하는 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물로서, 상기 평면형 시트는, 상기 투과측에 대한 지지를 제공하도록 구성된 일반적으로 대향된 평면형 표면들을 포함하고, 상기 복수의 유체 통로는 상기 대향 표면들 사이에서 연장되고, 상기 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인은 상기 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩되는, 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물을 포함하는, 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체; 그리고
    제1 및 제2 단부 프레임과 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체 사이에 배치되고 제1 및 제2 단부 프레임에 고정된 복수의 프레임으로서, 상기 복수의 프레임의 각각의 프레임은 개방 영역을 형성하는 둘레 쉘을 포함하는, 복수의 프레임을 포함하고,
    적어도 상기 평면형 시트의 둘레 부분이 복수의 개구를 갖지 않도록, 상기 복수의 개구가 상기 비-다공성 평면형 시트 상에 배치되고,
    상기 비-다공성 평면형 시트는 상기 복수의 개구를 갖는 둘 이상의 구분된 부분을 포함하는, 수소 정제 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 둘 이상의 구분된 부분의 각각의 구분된 부분은, 복수의 개구를 갖지 않는 적어도 하나의 경계 부분에 의해서, 상기 둘 이상의 구분된 부분 중의 인접한 구분된 부분들로부터 이격되는, 수소 정제 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인은 둘 이상의 수소-선택적 멤브레인을 포함하고, 상기 둘 이상의 수소-선택적 멤브레인 중의 상이한 수소-선택적 멤브레인이 상기 둘 이상의 구분된 부분의 각각의 구분된 부분에 야금학적으로 본딩되는, 수소 정제 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수소-선택적 멤브레인의 둘레 부분이, 복수의 개구를 포함하지 않는 상기 비-다공성 평면형 시트의 하나 이상의 부분과 접촉되도록, 상기 둘 이상의 수소-선택적 멤브레인의 각각의 수소-선택적 멤브레인은 상응하는 구분된 부분보다 큰 크기를 갖는, 수소 정제 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인이 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 확산 본딩되는, 수소 정제 장치.
  8. 수소 정제 장치이며:
    제1 및 제2 단부 프레임으로서:
    수소 가스 및 다른 가스를 포함하는 혼합 가스 스트림을 수용하도록 구성된 유입 포트;
    혼합 가스 스트림보다, 높은 농도의 수소 가스 및 낮은 농도의 다른 가스 중 적어도 하나를 포함하는 투과 스트림을 수용하도록 구성된 배출 포트;
    다른 가스의 적어도 상당한 부분을 포함하는 부산물 스트림을 수용하도록 구성된 부산물 포트를 포함하는, 제1 및 제2 단부 프레임;
    제1 단부 프레임과 제2 단부 프레임 사이에 배치되고 그에 고정되는 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체로서, 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체는:
    공급측 및 투과측을 갖는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인으로서, 상기 투과 스트림의 적어도 일부는, 공급측으로부터 투과측으로 통과하는 상기 혼합 가스 스트림의 일부로부터 형성되고, 상기 공급측에 남아 있는 상기 혼합 가스 스트림의 나머지 부분은 상기 부산물 스트림의 적어도 일부를 형성하는, 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인, 및
    복수의 유체 통로를 형성하는 복수의 개구를 갖는 비-다공성 금속 시트를 포함하는 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물로서, 상기 금속 시트는 상기 투과측에 대한 지지를 제공하도록 구성된 일반적으로 대향된 평면형 표면들을 포함하고, 상기 복수의 유체 통로는 상기 대향 표면들 사이에서 연장되고, 상기 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인이 상기 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩되는, 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물을 포함하는, 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체; 및
    제1 및 제2 단부 프레임과 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체 사이에 배치되고 제1 및 제2 단부 프레임에 고정된 복수의 프레임으로서, 상기 복수의 프레임은 상기 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체와 상기 제2 단부 프레임 사이에 배치된 적어도 하나의 투과 프레임을 포함하고, 상기 적어도 하나의 투과 프레임은:
    둘레 쉘,
    상기 둘레 쉘 상에 형성되고 상기 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인으로부터 상기 투과 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 구성되는 배출 도관,
    상기 둘레 쉘에 의해서 둘러싸인 개방 영역, 및
    상기 개방 영역의 적어도 상당한 부분에 걸쳐지고 상기 적어도 하나의 호일-마이크로스크린 조립체를 지지하도록 구성되는 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물로서, 상기 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물은 천공부를 갖지 않는, 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물을 포함하는, 복수의 프레임을 포함하고,
    적어도 상기 금속 시트의 둘레 부분이 복수의 개구를 갖지 않도록, 상기 복수의 개구가 상기 비-다공성 금속 시트 상에 배치되고,
    상기 비-다공성 금속 시트는 상기 복수의 개구를 갖는 둘 이상의 구분된 부분을 포함하는, 수소 정제 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물은, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향되는 제2 면을 포함하는 하나의 멤브레인 지지 판을 포함하는, 수소 정제 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 면 및 제2 면은, 상기 투과 스트림의 적어도 일부를 위한 유동 채널을 제공하도록 구성된 복수의 미세 홈을 갖는, 수소 정제 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 면 및 제2 면이 미세 홈을 갖지 않는, 수소 정제 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물은, 상기 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물 내에 적층된 제1 및 제2 멤브레인 지지 판을 포함하는, 수소 정제 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 멤브레인 지지 판의 각각은 천공부를 갖지 않고, 제1 면 및 상기 제1 면에 대향되는 제2 면을 포함하며, 상기 제1 및 제2 멤브레인 지지 판은, 제1 멤브레인 지지 판의 제2 면이 상기 제2 멤브레인 지지 판의 제2 면에 대면되도록, 적어도 하나의 멤브레인 지지 구조물 내에 적층되는, 수소 정제 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 멤브레인 판의 각각의 제1 면은, 상기 투과 스트림의 적어도 일부를 위한 유동 채널을 제공하도록 구성된 복수의 미세 홈을 갖는, 수소 정제 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 멤브레인 판의 각각의 제1 면이 미세 홈을 갖지 않는, 수소 정제 장치.
  16. 삭제
  17. 제8항에 있어서,
    상기 비-다공성 금속 시트가 평면을 형성하고, 상기 복수의 개구의 각각은 상기 평면에 수직인 축을 포함하는, 수소 정제 장치.
  18. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 개구 중 하나 이상의 개구가 타원형인, 수소 정제 장치.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 비-다공성 금속 시트가 스테인레스 강을 포함하는, 수소 정제 장치.
  20. 제8항에 있어서,
    상기 비-다공성 금속 시트가 하나 이상의 니켈 합금을 포함하는, 수소 정제 장치.
  21. 수소 정제 장치용 호일-마이크로스크린 조립체이며:
    공급측 및 투과측을 갖는 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인으로서, 상기 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인은 혼합 가스 스트림을 수용하도록, 공급측으로부터 투과측으로 통과하는 상기 혼합 가스 스트림의 일부로부터 투과 스트림을 형성하도록, 그리고 공급측에 남아 있는 상기 혼합 가스 스트림의 나머지 부분으로부터 부산물 스트림을 형성하도록 구성되는, 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인; 및
    복수의 유체 통로를 형성하는 복수의 개구를 갖는 비-다공성 평면형 시트를 포함하는 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물로서, 상기 평면형 시트는, 상기 투과측에 대한 지지를 제공하도록 구성된 일반적으로 대향된 평면형 표면들을 포함하고, 상기 복수의 유체 통로는 상기 대향 표면들 사이에서 연장되고, 상기 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인의 투과측이 상기 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 야금학적으로 본딩되는, 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물을 포함하고,
    적어도 상기 평면형 시트의 둘레 부분이 복수의 개구를 갖지 않도록, 상기 복수의 개구가 상기 비-다공성 평면형 시트 상에 배치되고,
    상기 비-다공성 평면형 시트는 상기 복수의 개구를 갖는 둘 이상의 구분된 부분을 포함하는, 호일-마이크로스크린 조립체.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제21항에 있어서,
    상기 둘 이상의 구분된 부분의 각각의 구분된 부분은, 복수의 개구를 갖지 않는 적어도 하나의 경계 부분에 의해서, 상기 둘 이상의 구분된 부분 중의 인접한 구분된 부분들로부터 이격되는, 호일-마이크로스크린 조립체.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인은 둘 이상의 수소-선택적 멤브레인을 포함하고, 상기 둘 이상의 수소-선택적 멤브레인 중의 상이한 수소-선택적 멤브레인이 상기 둘 이상의 구분된 부분의 각각의 구분된 부분에 야금학적으로 본딩되는, 호일-마이크로스크린 조립체.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 수소-선택적 멤브레인의 둘레 부분이, 복수의 개구를 포함하지 않는 상기 비-다공성 평면형 시트의 하나 이상의 부분과 접촉되도록, 상기 둘 이상의 수소-선택적 멤브레인의 각각의 수소-선택적 멤브레인이 상응하는 구분된 부분보다 큰 크기를 갖는, 호일-마이크로스크린 조립체.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수소-선택적 멤브레인이 적어도 하나의 마이크로스크린 구조물에 확산 본딩되는, 호일-마이크로스크린 조립체.
KR1020207022167A 2018-01-04 2019-01-03 수소 정제 장치 KR102448840B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020227033348A KR102566860B1 (ko) 2018-01-04 2019-01-03 수소 정제 장치

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/862,474 US10717040B2 (en) 2012-08-30 2018-01-04 Hydrogen purification devices
US15/862,474 2018-01-04
PCT/US2019/012192 WO2019136156A1 (en) 2018-01-04 2019-01-03 Hydrogen purification devices

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227033348A Division KR102566860B1 (ko) 2018-01-04 2019-01-03 수소 정제 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200104388A KR20200104388A (ko) 2020-09-03
KR102448840B1 true KR102448840B1 (ko) 2022-09-30

Family

ID=67143973

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227033348A KR102566860B1 (ko) 2018-01-04 2019-01-03 수소 정제 장치
KR1020207022167A KR102448840B1 (ko) 2018-01-04 2019-01-03 수소 정제 장치

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227033348A KR102566860B1 (ko) 2018-01-04 2019-01-03 수소 정제 장치

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP3735312A4 (ko)
JP (3) JP7039710B2 (ko)
KR (2) KR102566860B1 (ko)
CN (2) CN115445400A (ko)
TW (2) TWI700246B (ko)
WO (1) WO2019136156A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10717040B2 (en) 2012-08-30 2020-07-21 Element 1 Corp. Hydrogen purification devices
US9187324B2 (en) 2012-08-30 2015-11-17 Element 1 Corp. Hydrogen generation assemblies and hydrogen purification devices
US11738305B2 (en) 2012-08-30 2023-08-29 Element 1 Corp Hydrogen purification devices
CN116390800A (zh) * 2020-08-27 2023-07-04 埃利门特第一公司 氢纯化装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080041454A1 (en) 2006-08-17 2008-02-21 Fike Corporation Spring steel high overpressure vent structure
JP2008253984A (ja) 2007-03-09 2008-10-23 Nissan Motor Co Ltd 水素分離装置
US20100064887A1 (en) * 2008-09-16 2010-03-18 Protonex Technology Corporation Membrane support module for permeate separation in a fuel cell
JP2016516655A (ja) * 2013-03-14 2016-06-09 エレメント・ワン・コーポレーション 水素生成アセンブリおよび水素精製装置
US20170043300A1 (en) 2013-03-13 2017-02-16 Lockheed Martin Corporation Nanoporous membranes and methods for making the same

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69528652D1 (de) * 1994-06-22 2002-11-28 Fls Miljoe As Valby Vorrichtung zur massenübertragung
US5861137A (en) 1996-10-30 1999-01-19 Edlund; David J. Steam reformer with internal hydrogen purification
US5997594A (en) 1996-10-30 1999-12-07 Northwest Power Systems, Llc Steam reformer with internal hydrogen purification
US6537352B2 (en) 1996-10-30 2003-03-25 Idatech, Llc Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same
US6494937B1 (en) 2001-09-27 2002-12-17 Idatech, Llc Hydrogen purification devices, components and fuel processing systems containing the same
US6319306B1 (en) 2000-03-23 2001-11-20 Idatech, Llc Hydrogen-selective metal membrane modules and method of forming the same
US6221117B1 (en) 1996-10-30 2001-04-24 Idatech, Llc Hydrogen producing fuel processing system
US6152995A (en) 1999-03-22 2000-11-28 Idatech Llc Hydrogen-permeable metal membrane and method for producing the same
US6986931B2 (en) * 2000-10-02 2006-01-17 S.C. Johnson & Son, Inc. Disposable cutting sheet
US7022395B2 (en) * 2000-10-02 2006-04-04 S.C. Johnson Home Storage, Inc. Disposable cutting sheet
US8172913B2 (en) * 2002-04-23 2012-05-08 Vencill Thomas R Array of planar membrane modules for producing hydrogen
DE10230342C1 (de) * 2002-07-05 2003-10-30 Daimler Chrysler Ag Membranmodul zur Wasserstoffabtrennung
US7063047B2 (en) 2003-09-16 2006-06-20 Modine Manufacturing Company Fuel vaporizer for a reformer type fuel cell system
US7306868B2 (en) 2003-10-02 2007-12-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Integrated fuel cell stack and catalytic combustor apparatus, assembly, and method of use
JPWO2006011619A1 (ja) * 2004-07-26 2008-05-01 日本碍子株式会社 分離装置及びメンブレンリアクタ
US7470293B2 (en) 2004-10-29 2008-12-30 Idatech, Llc Feedstock delivery systems, fuel processing systems, and hydrogen generation assemblies including the same
EP1820232B1 (en) 2004-10-31 2014-05-14 Dcns Sa Hydrogen generation and energy production assemblies
US7632322B2 (en) 2005-06-07 2009-12-15 Idatech, Llc Hydrogen-producing fuel processing assemblies, heating assemblies, and methods of operating the same
US7601302B2 (en) 2005-09-16 2009-10-13 Idatech, Llc Self-regulating feedstock delivery systems and hydrogen-generating fuel processing assemblies and fuel cell systems incorporating the same
US7972420B2 (en) 2006-05-22 2011-07-05 Idatech, Llc Hydrogen-processing assemblies and hydrogen-producing systems and fuel cell systems including the same
US7939051B2 (en) 2006-05-23 2011-05-10 Idatech, Llc Hydrogen-producing fuel processing assemblies, heating assemblies, and methods of operating the same
US20080138678A1 (en) 2006-12-12 2008-06-12 Hill Charles R Hydrogen-processing assemblies and hydrogen-producing systems and fuel cell systems including the same
US20080230039A1 (en) 2007-03-22 2008-09-25 Weiss Amanda M Continuous liquid fuel vaporizer
DE202007008841U1 (de) * 2007-05-23 2008-06-26 BLüCHER GMBH Plattenförmiger Aufbau mit adsorptiven Eigenschaften
JP5434075B2 (ja) * 2007-12-26 2014-03-05 日産自動車株式会社 膜反応器
WO2009097247A1 (en) * 2008-01-29 2009-08-06 California Institute Of Technology Method and apparatus for microfiltration to perform cell separation
US8961627B2 (en) * 2011-07-07 2015-02-24 David J Edlund Hydrogen generation assemblies and hydrogen purification devices
US20140065020A1 (en) * 2012-08-30 2014-03-06 David J. Edlund Hydrogen generation assemblies
US9187324B2 (en) * 2012-08-30 2015-11-17 Element 1 Corp. Hydrogen generation assemblies and hydrogen purification devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080041454A1 (en) 2006-08-17 2008-02-21 Fike Corporation Spring steel high overpressure vent structure
JP2008253984A (ja) 2007-03-09 2008-10-23 Nissan Motor Co Ltd 水素分離装置
US20100064887A1 (en) * 2008-09-16 2010-03-18 Protonex Technology Corporation Membrane support module for permeate separation in a fuel cell
US20170043300A1 (en) 2013-03-13 2017-02-16 Lockheed Martin Corporation Nanoporous membranes and methods for making the same
JP2016516655A (ja) * 2013-03-14 2016-06-09 エレメント・ワン・コーポレーション 水素生成アセンブリおよび水素精製装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019136156A1 (en) 2019-07-11
JP7297961B2 (ja) 2023-06-26
CN115445400A (zh) 2022-12-09
JP2023115066A (ja) 2023-08-18
JP7039710B2 (ja) 2022-03-22
EP3735312A1 (en) 2020-11-11
KR20220139405A (ko) 2022-10-14
CN111542383B (zh) 2022-10-04
TWI700246B (zh) 2020-08-01
TW201932403A (zh) 2019-08-16
TWI724933B (zh) 2021-04-11
EP3735312A4 (en) 2021-10-20
JP2021509657A (ja) 2021-04-01
JP2022066480A (ja) 2022-04-28
CN111542383A (zh) 2020-08-14
TW202045437A (zh) 2020-12-16
KR20200104388A (ko) 2020-09-03
KR102566860B1 (ko) 2023-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11364473B2 (en) Hydrogen generation assemblies and hydrogen purification devices
US11141692B2 (en) Hydrogen generation assemblies and hydrogen purification devices
KR102448840B1 (ko) 수소 정제 장치
EP2969132B1 (en) Hydrogen generation assemblies and hydrogen purification devices
US11590449B2 (en) Hydrogen purification devices
US11738305B2 (en) Hydrogen purification devices
AU2021333791B2 (en) Hydrogen purification devices
TW202218980A (zh) 氫氣淨化裝置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant