SE523260C2 - System för generering av vätgasbränsle till en bränslecell - Google Patents

Description

l5 525 260 2. bränslecellen minskat i storlek medan kringsystem, som t.ex. systemet för bränslegenereringen, inte har utvecklats lika snabbt.

Refonneringen av primärbränslet till vätgas sker genom flera olika kemiska reaktioner, delvis beroende pä typ av primärbränsle. Processen kan också vara uppbyggd på lite olika sätt.

Generellt resulterar refonneringen i att kolväten huvudsakligen omvandlas till vätgas (H2), kolmonoxid (CO) och koldioxid (C02).

Vid reformeringen blandas kolvätefóreningar, luft och vatten (H20) i en reaktionskamrnare med reformerkatalysator varvid kolväteföreningania genom ångreformering och/eller partiell oxidation vid förhöjd temperatur i huvudsak omvandlas till vätgas och CO. Vissa kolväten som t.ex. metanol kan, beroende på t.ex. temperatur, i detta fall bilda huvudsakligen vätgas och C02. Under denna bränslereformering sker också en annan viktig reaktion, den så kallade WGS-reaktionen (water gas shifi reaction): HgÛ + CÛ CÛ; + H2 (l) Som indikerat i reaktion 1 är WGS-reaktionen en så kallad jämviktsreaktion vilket betyder att reaktionen också går åt vänster. Huruvida nettoreaktionen går åt höger eller vänster beror på driflsbetingelser, som t.ex. temperatur, och koncentrationema på de ingående ämnena.

Exempelvis kommer nettoreaktionen gå åt höger om vatten eller CO tillförs till en reaktionsblandning i Likaså om C02 eller vätgas bortßrs från reaktionsblandningen.

I detta sammanhang är det i princip önskvärt att driva reaktionen så långt åt höger som möjligt för att bilda största möjliga mängd vätgas, men andra parametrar som t.ex. reaktionshastighet måste också beaktas. Vid de relativt höga temperaturer som är lämpliga fór ängreformering och partiell oxidation är järnvikten fór reaktion 1 förskjuten åt vänster, alltså mot bildning av vatten och CO. För att öka bildningen av vätgas, och för att minska mängden CO som normalt icke är önskad i en bränslecell, innefattar konventionella system nonnalt ett andra refomieringssteg där man, efter kylning av den processgas som bildats i det första steget, låter WGS-reaktionen förlöpa vid en lägre temperatur så att jämvikten förskjuts åt höger.

Efier reformeringen (inklusive ett andra WGS-steg) innehåller den bildade gasblandningen i konventionella reformeringsprocesser typiskt ca 2% CO. Derma koncentration måste dock minskas till åtminstone under ca 0,l% eftersom CO deaktiverar bränslecellens katalysator, 523 260 3 varför nonnalt ett extra steg för rening av vätgasbränslet från CO, ofta kallat CO clean-up, är nödvändigt.

Den dominerande orsaken till varför ett reningssteg för separation av CO från flödet av vätgasbränsle är nödvändig är att WGS-reaktionen (reaktion l) är begränsad av sin jämvikt.

Temperaturen är här en viktig parameter så tillvida att en ökning i ternperattir leder till en ökad reaktionshastighet, men också till en förskjutning av jämvikten åt vänster så att mindre vätgas produceras. Om man, för att öka utbytet av vätgas, låter reaktionen förlöpa vid en lägre temperatur krävs en så stor refonneringsanordning att den inte lämpar sig för mobila applikationer. Vid den temperatur som krävs för att få en tillräckligt hög reaktionshastighet i ett mindre, mobilt system är bildningen av vätgas långt ifi-ån fullsfindig, och därmed blir koncentration av CO inte försumbart liten.

Traditionellt har koncentrationen av CO i reningssteget minskats genom så kallad selektiv oxidation av CO. En nackdel med derma metod är att selektiviteten inte har kunnats få högre än att ca. 5% av vätgasen också har oxiderats. Med andra ord förbrukas ca. 5% av bränslet redan innan det nått bñnslecellen. Dessutom kräver derma metod en komplicerad temperaturreglering för att inte en ärmu större mängd vätgas skall förbrukas.

Som ett alternativ till selektiv oxidation för att rena bränslet föreslås i t.ex. EP 1065741 användningen av membran som uppvisar en selektiv permeabilitet (genomsläpplighet) för vätgas (väte). I denna separationsteknik utnyttjas normalt det faktum att vätgasmolekyler och väteatomer är mindre än andra änmen. Generellt uppvisar dock dylika vätgasmembran en relativt låg permeabilitet vilket medför att de ger upphov till ett stort tryckfall som kräver en betydande mängd energi för att övervinnas. Alternativt krävs en stor mernbranarea vilket ger upphov till ett relativt kostsamt, tungt och utryrnmeskrävande system.

Från WO99/06l38 är det känt att använda ett icke-poröst COz-selektivt membran, uppbyggt av en polymer och ett ammoniumhalidsalt, för att avskilj a C02 från en gasblandning i syfte att rena vätgasen och/eller driva reaktion 1 längre åt höger. Förutom i ett speciellt fall med metanol som primärbränsle, är de föreslagna systemen på konventionellt sett uppdelade på flera processteg där ett steg för omvandlingen av primärbränsle till bl.a. CO och vätgas följs av ett speciellt steg avsett för WGS-reaktionen. Membranet föreslås ingå i WGS-steget eller utgöra ett ytterligare steg i systemet. Samtliga föreslagna system innefattar dessutom ett 523 260 4 avslutande metaniseringssteg där vätgasen renas genom att kvarvarande CO och C02 omvandlas till metan och vatten under förbrukande av vätgas.

För att öka möjligheterna till kommersialisering för bränsleceller är ytterligare förbättringar och effektiviseringar av bränslegenereringssystemen mycket önskvärda.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN; Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett system för bränslegenerering till en bränslecell som i förhållande till känd teknik ger en mer effektiv bränslegenerering, samt ger ett mindre, enklare och tåligare systern. Detta syfte uppnås medelst ett systern vars särdrag framgår av efterföljande patentkrav 1. I de beroende patentlcraven beskrivs firdelaktiga vidareutvecklingar och varianter av uppfinningen. En bärande grundtanke för uppfinningen är det fördelaktiga användandet av keramiska mernbran.

Uppfinningen utgör ett system för generering av vätgasbränsle till en bränslecell, innefattande en anordning för genomförandet av en refonneringsprocess som omvandlar primärbränsle till vätgas, vilken refonneringsproeess innefattar ett membran som uppvisar en selektiv permeabilitet för C02, varvid mernbranet väsentligen är uppbyggt av keramiskt material.

Uppfinningen kärmetecknas av att mernbranet uppvisar en rnikroporös struktur. En stor fördel med keramiska membran är dess temperatur- och kernikalietålighet vilket möjliggör att de kan appliceras även i utsatta positioner i systemet, men ändå fimgera problemfritt under lång tid.

Keramiska membran kan också fås att uppvisa en hög selektivitet för avsedd(a) gaskomponent(er). Dessutom lämpar sig keramiska membran väl för att beläggas med katalysatormaterial vilket gör det möjligt att skapa en stor partialtrycksdiffereris över membranet för den gaskomponent man vill avskilja genom att gaskomponenten bildas eller förbrukas vid katalysatormaterialet nära membranytan. Med en ökad partialtrycksdiffereris fås en än mer effektiv transport genom mernbranet. Att bortföra bildad C02 ur systemet är fördelaktigt både i refonneringsprocessen för drivning av WGS-reaktionen mot ökad bildning av vätgas, och i ett senare skede i bränslegenereringen för ökad anrikning av vätgas. Ett keramiskt mernbran kan således användas vid högre temperaturer än andra typer av membran för att driva WGS-reaktionen mot ökad bildning av vätgas. Därigenom är det möjligt att kombinera en ökad reaktionshastighet, som den höga temperaturen ger upphov till, med en ökad verkningsgrad, som bortßrseln av C02 via drivning av WGS-reaktionen ger upphov till. i 525 260 I en första föredragen utföringsform av uppfinningen är membranets primärsida vänd mot en första kammare, vilken första kammare är avsedd som reaktionskammare för åtminstone en del av reformeringsprocessen. Denna del av refonneringsprocessen kan exempelvis innefatta WGS-realrtionen. Företrädesvis är den första kammaren avsedd som reaktionskammare för en reformeringsprocess innefattande omvandling av primärbränsle till b1.a. vätgas och CO/COZ.

Denna omvandling sker huvudsakligen genom ångrefonnering och/eller partiell oxidation vid en såpass hög temperatur att jämvikten i WGS-reaktionen är kraftigt förskjuten åt vänster.

Genom att vända det temperaturtåliga mernbranets primärsida mot en dylik reaktionskamrnare kan C02 bortñras vilket medför att WGS-reaktionen kan drivas mot ökad produktion av vätgas trots att ternperaturer är mycket hög. Detta arrangemang medför att omvandling av primärbränsle och WGS-reaktionen kan ske i samma reaktionskammare vilket gör det möjligt att undvika den konventionella lösningen med ett efierßljande reformeringssteg där man låter WGS-reaktionen förlöpa vid en lägre temperatur. En ytterligare fördel med detta arrangemang är att hela reformeringsprocessen ßrlöper vid en högre temperatur än konventionellt, vilket medför att reaktionshastigheterna ökar. Detta betyder i sin tur att uppehållstiden i reformeringssteget kan minskas varvid systemet kan göras mindre och lättare.

I en andra föredragen utföringsfonn av uppfinningen är membranets primärsida åtminstone delvis belagt med ett lager av reforrnerkatalysator. Härigenom kommer C02 huvudsakligen att bildas vid membranets yta vilket ger en mer effektiv borttransport av C02 genom membranet.

Genom andra lämpliga utformningar av systemet och god styrning av systernparametrar som massflöden, temperatur, tryck och uppehållstid ger föreliggande uppfinningen en mycket effektiv bildning av vätgas och en mycket låg koncentration av CO i flödet av vätgasbräiisle till en bränslecell. Därigenom uppnås en god effektivitet i bränslegenereringen samt ett minskat behov av ett reningssteg för att separera CO från flödet av vâtgasbränsle till brânslecellen. Med optimal styming av systemet ger uppfinningen till och med möjlighet att helt eliminera detta reningssteg. Detta förenklar systemet avsevärt jämfört med känd teknik.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER: Uppfinningen kommer nedan att beskrivas ytterligare under hänvisning till följande figur där: Figur 1 schematiskt visar en första fördelaktig utföringsform av uppfinningen, och Figur 2 schematiskt visar en andra fördelaktig utföringsforrn av uppfinningen. 2 3 2 6 0 6 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORM(ER): Med uttrycket system för generering av vätgasbränsle till en bränslecell avses i huvudsak reformeringsprocessen av primärbränsle till bl.a. vätgas samt eventuella processteg för rening av den i refonneringsprocessen bildade vätgasen. Även andra processer/anordningar kan ingå i systemet. Uttrycket reformering innefattar omvandlingen av primärbränsle till bl.a. vätgas och CO/COz, och den så kallade WGS-reaktionen. Med uttrycket primärbränsle avses kolvätebaserade ämnen som t.ex. metanol, etanol, bensin, diesel, flygfotogen, biogas eller naturgas, och blandningar därav.

Med ett membrans primärsida avses den sida som är vänd mot den gasblanding varur någon eller några gaskomponenter skall separeras. Med ett membrans sektmdärsida avses den motsatta sidan, d.v.s. den sida varigenom gaskomponenter som släppts igenom membranet kommer ut.

Med uttrycket att ett membran uppvisar en selektiv permeabilitet för en viss gaskomponent, t.ex. CO eller C02, avses att membranet uppvisar en större benägenhet att släppa igenom just derma gaskomponent jämßrt med övriga gaskomponenter av intresse i gasblandningen. Detta hindrar inte att membranet kan släppa igenom en liten fraktion av någon annan gaskomponent som utgör en stor del av gasblandningen, t.ex. vätgas, eller att membranet kan släppa igenom en stor fiaktion av ytterligare någon annan gaskomponent som utgör en liten del av gasblandningen. Den selektiva permeabiliteten kan också avse en viss grupp av gaskomponenter, t.ex. CO och C02.

I Figur 1 visas schematiskt en första fördelaktig utföringsform av uppfinningen. Ett första inkommande flöde 1, innehållande en blandning av vatten och primärbränsle, leds via en värmeväxlare 5 och en värmare 7 in till en ßrsta kammare 8a i en reformererlliet 8. Mellan värmeväxlaren 5 och värmaren 7 tillförs ett lufiflöde 6 till det första inkommande flödet l. Ett keramiskt membran 10 som uppvisar en selektiv permeabilitet för C02 avdelar reformereiiheten 8 på den första kammaren 8a och en andra kammare 8b. Membranet 10 är på den sida som är vänd mot den första kammaren 8a, d.v.s. membranets 10 primärsida, belagt med ett lager av reformerkatalysator 9. I ett ßrsta utgående flöde 2 leds reaktionsprodukter, huvudsakligen vätgas och vatten, ut från den första kammaren 8a via värmeväxlaren 5. För att utnyttja värmen i detta första utgående flöde 2 värmeväxlas det mot det första (kalla) 523 260 7 inkommande flödet 1 i vårmeväxlaren 5. Det första utgående flödet 2 kan sedan ledas vidare för ytterligare behandling eller direkt till en (ej visad) bränslecell.

I den första kammaren 8a, i synnerhet vid reformerkatalysatom 9, sker en mängd kemiska reaktioner varav de viktigaste är omvandling av kolväteföreningar genom ångreformering och/eller partiell oxidation till vätgas, CO och C02, samt den så kallade WGS-reaktionen (reaktion 1). Genom att membranet 10 är selektivt penneabelt för C02 kommer C02 att transporteras genom membranet 10 från den första kammaren 8a till den andra kammaren 8b.

Denna transport har som effekt att koncentrationen av C02 i den första kammaren 8a minskar, alternativt hålls konstant eller åtminstone hindras att öka i den omfattning som skulle vara fallet i avsaknad av mernbranet 10, vilket i sin tur har som effekt att WGS-reaktionen kan drivas längre åt höger, d.v.s mot ökad bildning av vätgas och minskad bildning av CO.

Genom att refonnerkatalysatorn är 9 anbringad på membranet 10 kommer C02 huvudsakligen bildas i omedelbar närhet till membranet 10, vilket gynnar borttransporten av C02.

Naturligtvis är det även möjligt att belägga även andra ytor i den första kammaren 8a med reformerkatalysator.

Refonnerkatalysatorn 9 katalyserar företrädesvis både WGS-reaktionen och omvandlingen av kolväteföreningarna. Företrädesvis innehåller reforrnerkatalysatorn Ni och/eller ädelmetaller som Pt, Rh och Pd.

Ett andra inkommande flöde 3 innehållande en blandning av luft och vatten leds via värmeväxlaren 5 in till reformerenhetens 8 andra kammare 8b. Detta andra inkommande flöde 3 fungerar som skölj gas och för med sig den C02 som transporterats från den första kammaren 8a till den andra kammaren 8b ut ur reformerenheten 8 och bildar ett andra utgående flöde 4, huvudsakligen innehållande luft, vatten och C02, som via värmeväxlaren 5 exempelvis kan ledas vidare till ett (ej visat) avgasrör.

För att ta till vara största möjliga mängd värme och för att minimera tenniska påfrestningar på det membranet 10 är det andra inkommande flödet 3 anordnat att värmeväxlas mot det andra utgående flödet 4. Vidare är de två till reformerenheten 8 inkommande flödena 1, 3 och de två till reformerenheten 8 utgående flödena 2, 4 anordnade så att de strömmar motströms längs membranet 10. Genom derma motströmskonstruktion uppnås en stor partialtrycksskillnad för CO; över membranet 10 längs hela dess längd, och genom att C02 dessutom huvudsakligen 525 260 8 bildas i omedelbar närhet till membranet 10 i den första kammaren Sa, uppnås största möjliga partialtrycksskillnad för C02 över mernbranet 10 vilket leder till största möjliga transport av C02 genom membranet 10. WGS-reaktionen kan därför drivas mycket långt åt höger, d.v.s mot väsentligen fullständig bildning av vätgas och mycket liten mängd bildad CO.

Värmaren 7 är främst avsedd för att ge energibidrag vid uppstart av systemet. När reaktionerna kommit igång ger framför allt den partiella oxidationen tillräcklig värme till systemet.

Det andra inkommande flödet 3 håller samma vattenhalt som gasblandningen i den första kammaren Sa för att minska transporten av vatten över membranet 10. En dylik transport skulle kunna leda till medryckning av andra komponenter.

Värmeväxlingen är anordnad motströms för att uppnå högsta effektivitet.

Att luftflödet 6, avsett för den värmealstrande partiella oxidationen, tillförs det första inkommande flödet 1 separat förbättrar möjligheterna till optimal styrning av systemet.

Genom att membranet 10 är tillverkat i ett keramiskt material tål det höga temperaturer vilket gör det möjligt att placera membranet 10 i en reaktionskarrrrnare där reformeringsprocessen körs vid höga temperaturer vilket ger höga reaktionshastigheter. Genom att mernbranet 10 möjliggör en selektiv bortförsel av C02 kan WGS-reaktionen drivas långt åt höger trots att temperaturen är hög. Ett ytterligare processteg för WGS-reaktionen är således ej nödvändigt.

Med ytterligare fördelaktiga arrangemang som att belägga membranytan med katalysator och anordna flödena motströms kan WGS-reaktionen drivas ytterligare åt höger. Med god styming av systempararnetrar som massflöden, temperatur, tryck och uppehållstid ger derma utföringsform av uppfinningen en mycket effektiv bildning av vätgas och en mycket låg koncentration av CO i flödet av vätgasbränsle till en bränslecell. Därigenom minskar behovet av ett reningssteg ß: att separera CO från flödet av vätgasbränsle till bränslecellen. Med optimal styming av systemet ger uppfinningen till och med möjlighet att helt eliminera detta reningssteg. Vidare medför de höga reaktionshastighetema i reformerenheten 8 att uppehållstiden i reformerenheten 8 kan göras kort varvid enheten kan göras liten och lätt. 523 260 “l Företrädesvís uppvisar membranet 10 en mycket hög permeabilitet för CO; och en mycket låg permeabilitet för övriga gaskomponenter som t.ex. vätgas och CO.

I en andra utföringsfonn av uppfinningen används ett keramiskt membran som uppvisar en selektiv permeabilitet för CO för att rena ett flöde av vätgasbränsle. Figur 2 visar schematiskt denna andra utföringsform av uppfinningen. I en första kanal 21 strömmar ett flöde av en gasblandning (vätgasbränsle) varur CO skall separeras. Gasblandningen kontaktas med ett andra keramiskt mernbran 22 som uppvisar en selektiv permeabilitet för CO, varvid CO transporteras genom membranet 22. På det andra membranets 22 sekundärsida 25 är ett lager av oxidationskatalysator 23 anbringat och i en andra kanal 24 vid det andra membranets 22 sekundärsida 25 strömmar ett flöde av en syreinnehållande skölj gas, t.ex. luft. Då CO når det andra membranets 22 sekundärsida 25 kommer en oxidation av CO till C02 ske på grund av närvaron av oxidationskatalysatom 23 och syret i skölj gasen i den andra kanalen 24. Denna oxidation ger upphov till en mycket låg koncentration (lågt partialtryck) av CO vid det andra membranets 22 sekundärsida 25, d.v.s. oxidationen ger upphov till en stor koncentrationsgradient för CO över membranet 22. Nämnda koncentrationsgradient ökar transporten av CO genom det andra membranet 22, vilken transport därför kan vara betydande utan att kräva ett högt tryckfall över membranet 22.

För att ytterligare öka koncentrationsgradienten för CO över membranet 22 är flödena i kanalerna 21, 24 motriktade så att en motströmskonstruktion erhålls. Härigenom kan en användbar koncentrationsgradient av CO över membranet 22 erhållas över hela membranets 22 längd även om inte all CO omedelbart oxideras vid katalysatorn.

Oxidationskatalysatom innehåller lämpligen en ädelmetall som t.ex. Pt.

Företrädesvis tillvaratas den värme som bildas vid oxidationsprocessen och tillßrs till reforrneringsprocessen.

Denna andra utföringsform av uppfinningen är enkel, tålig, funktionssäker, lätt och kräver inte stort utrymme. Utföringsfonnen lämpar sig väl för de flesta typer av system för bränslegenerering och kan ersätta t.ex. processer/anordningar för selektiv oxidation eller vätgaspermeabla membran i konventionella system. Givetvis kan nänmda andra membran 22 utgöra det enda membranet i systemet. 525 260 lo Den andra utföringsfonnen av uppfinningen lämpar sig också väl för att kombineras med den första utföringsfonnen, t.ex. i syfie att ytterligare rena bränsleflödet till bränslecellen, eller för att få en bränslekvalitetssäkring. I ett sådant fall kan gasblandningen i den första kanalen 21 t.ex. utgöras av det andra utgående flödet 2 enligt figur 1. Skölj gasen som strömmar i den andra kanalen 24 kan utgöras av ett separat flöde, altemativt kan nämnda skölj gas utgöras av det andra inkommande flödet 3 enligt figur 1. I ett sådant fall kan reningssteget för separation av CO företrädesvis inrymmas i värmeväxlaren 5 enligt figur 1. På så sätt tillvaratas den värme som bildas vid CO-oxidation samtidigt som systemet kan göras mycket kompakt.

Koncentrationen av C02 i det andra inkommande flödet 3 kommer då att öka något, vilket i sin tur kan påverka transporten av C02 genom det första membranet 10, men så länge koncentrationen av CO hålls låg i det andra utgående flödet 2 är denna påverkan liten.

Företrädesvis uppvisar det andra membranet 22 även en selektiv permeabilitet för C02. Derma gas är inte skadlig ñr bränslecellen men späder ut vätgasen och kräver utrymme. Genom att separera även C02 kan bränsleflödet anrikas ytterligare på vätgas vilket medför att bränslecellen kan använda en större del av vätgasen innan partialtrycket blir för lågt.

F öreträdesvis uppvisar membranet 22 mycket hög permeabilitet för CO och C02 och en mycket låg permeabilitet för vätgas.

Var membran 10, 22 är uppbyggt av keramiskt material och uppvisar lämpligen en mikroporös struktur där porema huvudsakligen har en diameter av mindre än 20 Å (Ångström). Företrädesvis är membranet tillverkat av ett zeolit- eller zeolitliknande material som generellt uppvisar god tålighet mot värme, kemikalier och slitage, och som lämpar sig väl för att beläggas med ett katalysatormaterial. Exempel på lämpliga zeolit- och zeolitliknande material är ZSM-5 och silicalite-l. Zeoliter finns i en mängd olika typer och men utgörs generellt av ett poröst, kristallint material uppbyggt av kiseloxider (Si0x) där en del Si kan vara utbytt mot aluminium (Al). I ett zeolitliknande material kan Si eller Al vara utbytt mot t.ex. P eller B. Utbytet av t.ex. Si mot Al ger upphov till laddningsvakanser vilket kräver motjoner av någon sort som kan varieras. Porstorleken är ca. 3-10 Å vilket ungefär motsvarar storleken på gasmolekyler. En gasmolekyl som adsorberats i en por hindrar följaktligen transport av andra gasmolekyler genom samma por. 2 3 2 6 O l l Mekanismen fór ökad transport av kolmonoxid och/eller koldioxid i förhållande till vätgas är baserad på att öka koncentrationen av CO/CO; och blockera vätgasens rörligheti membranet.

Hög koncentration av CO/CO; kan fås genom att välja mernbran med hög añinitet ßr CO/CO; och/eller modifiera membranet så att CO/CO; kan adsorbera på väggarna i membranets porer. Denna modifiering kan göras genom byta in joner eller adsorbera molekyler som har stor afiinitet till CO/COZ. Genom att CO är polärt och C02 kan polariseras kan dessa bindas elektrostatiskt till inbytta joner. Den elektronegativa syreatomen kan också bilda vätebindningar till adsorberade joner eller molekyler. Vätgas är en liten opolär molekyl som har låg affinitet till dessa adsorberade joner eller molekyler.

En blockering av vätgasens transport kan åstadkommas om membranet har mycket små porer (< ca 10-20 Å) och är stabilt, d.v.s. inte sväller vid adsorption. Genom att CO och C02 har stor affinitet till mernbranet och de inbytta jonema eller molekylema kan de passera utan att repulseras.

Vid modifiering av zeoliter för bildning av ett COz-selektivt membran är alkali- och jordartsmetaller som t.ex. Na, Ba och Ca lämpliga. Vid modifiering av zeoliter för bildning av ett CO-selektivt membran är övergängsmetaller som t.ex. Pt, Cu, Fe, Cr och Co lämpliga.

Företrädesvis är en bärare inrättad att stödja membranen 10, 22 i figur 1 och 2. En lämplig bärare är t.ex. en porös oL-AIZO; som har tillräckligt stor porstorlek för att inte påverka separationsprocessen.

Uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsexemplen, utan en rad modifieringar är tänkbara inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Exempelvis kan COz-selektiva mernbran anordnas placeras på andra ställen i systemet eftersom borttransport av C02 från flödet av vätgasbränsle ökar andelen vätgas i det flöde som når bränslecellen. Flera dylika membran kan alltså användas.

Ett armat exempel är att katalysatonnaterial placeras även på andra platser än på membranet.

Den första utföringsformen av uppfinningen (figur 1) kan anordnas på alternativa sätt. T.ex. kan lufiflödet 6 ledas direkt in till den första kammaren 8a, och värmaren 7 kan anordnas på 523 260 ll olika sätt som t.ex. inuti refonnerenheten 8. Dessutom kan naturligtvis flera värmare användas på olika platser i systemet och värmaren/värmama kan vara av olika typ som t.ex. elektrisk eller kemisk (genom t.ex. förbränning av primärbränsle). Vidare år det möjligt att använda flera membran och flera refonnerenheter. Dessa enheter kan vara seriellt eller parallellt anordnade.

Claims (18)

523 260 .. n u u. a : _..-.' . n. nu: .: . . _ _ _" ._ u a. a . o v u u n n a .u u: - 0 u. n - u n 1 1 o. u o oo . .' - u u v u u uu r f v o u . [ß y n a a n .a u: .o raol II PATENTKRAV:

1. System för generering av vätgasbränsle till en bränslecell, innefattande en anordning för genomförandet av en reformeringsprocess som omvandlar primärbränsle till vätgas, vilken refonneringsprocess innefattar ett mernbran (10) som uppvisar en selektiv permeabilitet för C02, varvid membranet (10) väsentligen är uppbyggt av keramiskt material, kännetecknat av att membranet (10) uppvisar en mikroporös struktur.

2. System enligt krav 1, kännetecknat av att membranets (10) primärsida är vänd mot en första kammare (8a), vilken första kammare (8a) är avsedd som reaktionskammare för åtminstone en del av reformeringsprocessen.

3. System enligt krav 2, kännetecknat av att den första kammaren (8a) är avsedd som reaktionskammare för en reformeringsprocess innefattande omvandling av primärbränsle till bl.a. vätgas och CO/COZ.

4. System enligt krav 2 eller 3, kännetecknat av att membranets (10) primärsida åtminstone delvis är belagt med ett lager av reformerkatalysator (9).

5. System enligt krav 3 eller 4, kännetecknat av att systemet är inrättat att till den första kammaren (8a) huvudsakligen tillföra primärbränsle, vatten och lufi, och att tillförseln av luft är separat anordnad så att andelen luft i den första kammaren (8a) kan varieras.

6. System enligt något av krav 2 till 5, 523 260 /H kännetecknat av att membranets (1 O) sekundärsida är vänd mot en andra kammare (8b), genom vilken andra kammare ett flöde av skölj gas, företrädesvis lufi, är anordnat att strömma.

7. System enligt krav 6, kännetecknat av att skölj gasen har en vattenhalt som ungefärli gen motsvarar vattenhalten i den första kammaren (8a).

8. System enligt krav 6 eller 7, kännetecknat av att flödet av skölj gas är anordnat att strömma längs membranet (10) i en väsentligen motsatt riktning relativt en huvudsaklig strömningsriktning i den första kammaren (8a).

9. System enligt något av krav 2 till 8, kännetecknat av att systemet innefattar åtminstone en värmeväxlare (5) inrättad att överföra vänne mellan åtminstone ett, från en kammare (8a, Sb) utgående, flöde (2, 4) och åtminstone ett, till en kammare (8a, 8b) inkommande, flöde (1, 3).

10. System enligt något av krav 2 till 9, kännetecknat av att systemet innefattar ett andra membran (22) som uppvisar en selektiv permeabilitet för CO, vilket andra membran (22) är inrättat att separera CO från ett från reforrneringsprocessanordningen utgående flöde av vätgasbränsle (2).

11. System enligt krav 10, kännetecknat av att det andra membranet (22) väsentligen är uppbyggt av keramiskt material.

12. System enligt krav 10 eller 11, kännetecknat av 523 260 u. l . n u n: »nu u 'o II *H0 ' ° ' II I I .. 9. g I I lb I i I l . I s .e n. n. u v I u z. _' 'z _ n. n - v e. . f. p a . . _ ._ . u v - u o ~. » v v _ b I I 5 n ga III Il UI I I. att det andra membranets (22) primärsida är vänd mot en första kanal (21), genom vilken första kanal flödet av vätgasbränsle (2) är anordnat att strömma, och att det andra membranets (22) sekundärsida (25) åtminstone delvis är belagt med ett lager av oxidationskatalysator (23).

13. System enligt krav 12, kännetecknat av att det andra membranets (22) sekundärsida (25) är vänd mot en andra kanal (24), genom vilken andra kanal (24) ett flöde av en syreinnehållande skölj gas, företrädesvis luft, är anordnat att strömma i en riktning väsentligen motsatt en huvudsaklig strömningsriktning i den första kanalen (21).

14. System enligt krav6 och 13, kännetecknat av att gasflödet i den andra kanalen (24) utgörs av ett till den andra kammaren (8b) inkommande flöde (3).

15. System enligt något av krav 10 till 14, kännetecknat av att det andra membranet (22) även uppvisar en selektiv perrneabilitet för C02.

16. System enligt något av krav 10 till 15, kännetecknat av att det andra membranet (22) uppvisar en mikroporös struktur.

17. System enligt krav 1 eller 16, kännetecknat av att åtminstone något av det första och/eller det andra membranet (10, 22) uppvisar en zeolit- eller zeolitliknande struktur.

18. System enligt något av ovanstående krav, kännetecknat av att systemet är inrättat i en mobil applikation.