TWI818331B - 用於在原位增加氫分離膜的氫滲透率的系統和方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種產氫燃料處理系統及相關方法。該系統包括：產氫區，其經組態以自原料流產生混合氣體流；氫分離膜模組，其具有至少一個氫選擇性隔膜且經組態以將該混合氣體流分離成產物氫氣流及副產物流；及氧化劑輸送系統，其經組態以在原位將含氧化劑流輸送至該氫分離膜模組以增加該氫選擇性膜之氫滲透率。該方法包括在產氫方案中操作產氫燃料處理系統，及隨後在恢復方案中操作該產氫燃料處理系統，其中含氧化劑流在原位經輸送至該氫分離膜模組以將該至少一個氫選擇性膜曝露於該含氧化劑流以增加該至少一個氫選擇性膜之該氫滲透率。

Description

用於在原位增加氫分離膜的氫滲透率的系統和方法
本發明係關於用於在原位增加氫分離(separation)膜模組之氫滲透率的系統及方法。
產氫燃料處理系統為自含碳原料產生產物氫氣流之系統。氫氣可經儲存或用作用於諸如燃料電池堆疊及類似者之各種能量產生裝置的燃料。產氫燃料處理系統典型地包括可利用各種反應將含碳原料轉換為含有作為多數組分之氫氣之混合氣體流的產氫區。蒸汽重整器為產氫區之實例，該產氫區利用蒸汽重組催化劑以使諸如烴或醇之含碳原料流與水反應以產生混合氣體流。許多產氫燃料處理系統包括經組態以將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流之氫分離膜模組。
氫分離膜模組包括對氫氣可滲透但對其他氣體不可滲透之一或多個氫選擇性膜，使得氫選擇性膜可藉由選擇性地准許氫氣藉由膜滲透來將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流。產氫燃料處理系統產生產物氫氣流之效率及速率可至少部分地藉由氫分離膜模組之氫滲透率判定。通常，諸如在製造或操作期間將氫分離膜模組曝露於降低氫分離膜模組之氫滲透率之各種使氫滲透率降低的因素。習知地，自產氫燃料處理系統移除或卸載氫分離膜模組，以處 理或以其他方式解決滲透率降低因素或替換該等膜。此維護可為勞力密集、昂貴的，且可需要專家進行現場維護或甚至運送至少該氫分離膜模組以用於在專用設施處進行維護。因此，系統及方法需要在原位增加氫分離膜模組之氫滲透率，諸如在氫分離膜模組可操作地安裝在產氫燃料處理系統中時。
本發明係針對用於在產氫燃料處理系統中在原位增加氫分離膜模組之氫滲透率之產氫燃料處理系統及方法。產氫燃料處理系統包括產氫區及氫分離膜模組，該產氫區產生包括作為多數組分之氫氣之混合氣體流。氫選擇性膜模組包括至少一個氫選擇性膜且經組態以接收混合氣體流之至少一部分且將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流。產氫燃料處理系統亦包括氧化劑輸送系統，其經組態以在原位將含氧化劑流選擇性地輸送至氫分離膜模組且將至少一個氫選擇性膜之至少一部分選擇性地曝露於含氧化劑流以增大至少一個氫選擇性膜之氫滲透率。氧化劑輸送系統可經組態以將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組，同時氫分離膜模組可操作地安裝在產氫燃料處理系統內。
方法包括在產氫方案中操作產氫燃料處理系統，且方法進一步包括隨後在恢復區中操作氫產生燃料處理系統。產氫方案包括將原料流供應至產氫區，產生含有作為多數組分之氫氣之混合氣體流，及將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流。恢復方案包括在原位將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組且將氫分離膜模組之至少一個氫選擇性膜之至少一部分選擇性地曝露於含氧化劑流以增大至少一個氫選擇性膜之氫滲透率。
10:產氫燃料處理系統
12:產氫及消耗系統
14:產物氫氣流
15:氧氣
16:原料流
17:水
18:含碳原料
19:產氫區
20:混合氣體流
21:燃料入口埠
22:原料輸送系統
23:蒸汽重組催化劑
30:混合氣體流過濾器
32:精製區
40:燃料電池堆疊
41:電力輸出
42:燃料電池系統
43:氫消耗總成
44:燃料電池
46:能量消耗裝置
48:共同端板
50:能量儲存裝置
52:主要電源
54:主要電源電輸出
56:備用電力系統
58:備用電源
60:補充電源
62:副產物流管道
64:混合氣體管道
66:產物氫氣流管道
68:副產物流
70:圍阻結構
78:緩衝槽
80:氫分離膜模組
81:混合氣體流入口
82:滲透面
83:混合氣體面
84:氫選擇性膜
85:副產物流出口
86:產物氫氣區
88:混合氣體區
90:氫儲存裝置
91:加熱總成
92:燃燒器總成
93:電加熱總成
96:隔離裝置
100:控制器
102:狀態信號
104:控制信號
110:感測器
150:氧隔離裝置
160:流體處置器
200:氧化劑輸送系統
210:進氣口
212:含氧化劑流
214:氧化劑
216:含氧化劑流管道
218:氧化劑流入口
220:氧化劑儲存裝置
500:方法
505:在產氫方案中操作
510:將原料流供應至產氫區
515:產生混合氣體流及輸送混合氣體流
520:分離混合氣體流
525:偵測操作參數及判定是否超過臨限值
527:繼續在產氫方案中操作
530:轉變為恢復方案
535:啟動氧化劑輸送系統
540:暫停產氫方案
545:在恢復方案中操作燃料處理系統
550:將含氧化劑流輸送至膜模組
555:將膜曝露於含氧化劑流
560:轉變為恢復方案
[圖1]為根據本發明之產氫燃料處理系統及產氫及消耗總成之實例之示意性表示。
[圖2]為說明圖1之產氫燃料處理系統之實例之一部分的示意性表示。
[圖3]為根據本發明之示意性地說明用於在產氫燃料處理系統中在原位增加氫分離膜模組之氫滲透率之方法之實例的流程圖。
圖1至3提供根據本發明之具有氧化劑輸送系統200、產氫及消耗總成12之產氫燃料處理系統10及用於在產氫燃料處理系統中在原位增加氫分離膜模組之氫滲透率之方法500的實例。在圖1至3中之每一者中，服務類似或至少實質上類似目的之元件用相同編號標記，且此等元件可不參考圖1至3中之每一者在本文中詳細論述。類似地，在圖1至3中之每一者中可不標記所有元件，但可出於一致性在本文中使用與該等元件相關聯之參考編號。本文中參考圖1至3中之一或多者論述的元件、組件及/或特徵可包括於圖1至3中之任一者中及/或與圖1至3中之任一者一起使用而不脫離本發明之範圍。一般而言，很可能包括於一特定具體實例中之元件以實線說明，而視情況選用之元件以虛線說明。然而，以實線顯示之元件可能不為必需的，且在一些具體實例中，在不脫離本發明之範圍的情況下可省略。
圖1說明根據本發明之產氫燃料處理系統10之實例。產氫燃料處理系統10亦在本文中可稱為燃料處理系統10且可形成產氫及消耗總成12之一部分。產氫及消耗總成12可包括氫消耗總成43，諸如包括一或多個燃料電池堆疊40之燃料電池系統42。產氫燃料處理系統10視情況可與能量消耗裝置46通信，以便提供電輸出以滿足來自能量消耗裝置之外加負載。
如所展示，燃料處理系統10包括產氫區19，其經組態以接收一或 多個原料流16且自其產生包括氫氣及其他氣體之混合氣體流20。一或多個饋料流包括至少含碳原料18，且可包括水17及/或氧氣15。特定而言，燃料處理系統10可包括原料輸送系統22，其經組態以諸如藉由利用一或多個泵、壓縮機或含碳原料及/或水之加壓源將一或多個原料流供應至產氫區19。混合氣體流20含有作為多數組分之氫氣且含有其他氣體，諸如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、未反應含碳原料18及蒸汽。藉由「多數組分」，其意謂氫氣以比其他氣體中之任一者更大的濃度或量存在於混合氣體流中。作為實例，混合氣體流20可包括至少50重量%、至少60重量%及/或至少70重量%氫氣。在本發明之範圍內，原料流另外或替代地可相對於其組分被提及，諸如包括含碳原料流18、水流17及/或氧氣流15。
燃料處理系統10亦包括氫分離膜模組80，其經組態以接收混合氣體流20且將混合氣體流20分離為產物氫氣流14及副產物流68。產物氫氣流14含有比混合氣體流更大之氫氣濃度且含有比混合氣體流更低之其他氣體總濃度。產物氫氣流14可含有純的或至少實質上純的氫氣。如本文中所使用，至少實質上純的氫氣可大於90%純、大於95%純、大於99%純、大於99.5%純及/或大於99.9%純。相比之下，副產物流68含有比混合氣體流更大之其他氣體總濃度。副產物流可含有氫氣，但其含有比混合氣體流更低之氫氣濃度。
氫分離膜模組80包括至少一個氫選擇性膜84，且氫選擇性膜84經組態以將氫分離膜模組80隔開為混合氣體區88及滲透區86。在氫分離膜模組中，混合氣體流20接納於混合氣體區88內，且氫選擇性膜84經組態以准許混合氣體流20內所含有之氫氣擴散通過氫選擇性膜84至滲透區86以藉此將混合氣體流20分離為副產物流68及產物氫氣流14。換言之，副產物流68可描述為並不擴散通過氫選擇性膜84之混合氣體流20之部分，且產物氫氣流14可描述為擴散通過氫選擇性膜84之混合氣體流20之部分。氫分離膜模組80亦在本文中可稱為膜模組80及/或分離總成80。
燃料處理系統10亦包括經組態以在原位將含氧化劑流212選擇性地輸送至氫分離膜模組80之氧化劑輸送系統200。更具體而言，氧化劑輸送系統200經組態以將氫選擇性膜84之至少一部分選擇性地曝露於含氧化劑流212以改進氫選擇性膜84之氫滲透率。如本文所論述，當氧化劑輸送系統200將含氧化劑流212傳遞至氫分離膜模組80時，「原位」可指可操作地安裝在產氫燃料處理系統10內或在產氫燃料處理系統10內可操作地互連之氫分離膜模組80。換言之，氧化劑輸送系統200可描述為經組態以將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80而不自燃料處理系統10移除、斷開連接及/或卸載氫分離膜模組80。如本文中更詳細地論述，增加氫選擇性膜84之氫滲透率亦可描述為恢復、增加及/或增強氫選擇性膜84及/或氫分離膜模組80之氫滲透率。氧化劑輸送系統200因此可描述為經組態以提高氫分離膜模組80將氫自混合氣體區88選擇性地傳輸至滲透區86同時將混合氣體流20內所含有之其他氣體(亦即，副產物流68之氣體)保留在混合氣體區88內的能力。
如圖1中所展示，副產物流68視情況可供應至加熱總成91，其可包括可包括一或多個燃燒器之燃燒器總成92。加熱總成91可經組態以加熱燃料處理系統10之至少一部分，諸如產氫區19及/或氫分離膜模組80。舉例而言，加熱總成91可經組態以將燃料處理系統之部分加熱至適合之操作溫度或操作溫度範圍以用於產生氫氣、純化氫氣等。加熱總成91亦可經組態以在燃料處理系統10內加熱各種流。作為一實例，加熱總成91可包括汽化區或汽化器，其經組態以汽化原料流16之任何液體部分，使得原料流16可在進入產氫區19時、之後或之前處於汽化狀態。在一些實例中，加熱總成91另外或替代地可包括電熱器，該電熱器經組態以在其中產氫區並不用以產生氫氣之時段期間將燃料處理系統之部分維持在操作溫度或小於操作溫度但大於環境溫度之「激發(primed)」或「緩衝」溫度下。適合之操作(亦即，產氫及/或氫純化)、激發及/或緩衝溫度範圍之實例 及對應產氫燃料電池系統及其組件在揭示於美國專利第號7,659,019中之後，該美國專利之完全揭示內容特此以引用的方式併入。
產物氫氣流14可用於任何所要目的，以便在燃料電池堆疊40中產生電輸出。此可視情況包括儲存產物氫氣流14以供稍後使用，諸如藉由將產物氫氣流14之至少一部分儲存在氫儲存裝置90中，典型地在壓縮待儲存之產物氫氣流14之部分之後，及/或將產物氫氣流14供應至氫消耗總成43，諸如至燃料電池系統42。氫儲存裝置90可包括經組態以儲存或以其他方式含有產物氫氣流14之一部分的任何適合之結構。氫儲存裝置90之實例包括任何適合之貯槽、壓力箱及/或氫化物儲存床。
如所提及，產氫燃料處理系統10可包括於產氫及消耗總成12之產氫部分中或限定該產氫部分。如圖1中所展示，產氫及消耗總成12亦可包括經組態以自燃料處理系統10接收產物氫氣流14且消耗或以其他方式利用產物氫氣流14之氫消耗總成43。作為一實例，氫消耗總成43可包括經組態以自產物氫氣流14產生電力輸出41之燃料電池系統42。在本發明之範圍內，產氫燃料處理系統10可包括任何適合之電力管理裝置，諸如DC/DC轉換器、整流器及類似者，以便整流、增加或減小電力輸出41之電壓，或以其他方式管理或轉換電力輸出41。
來自燃料電池系統42之電力輸出41可經儲存以供稍後使用，諸如藉由能量儲存裝置50之使用，及/或用以滿足由能量消耗裝置46所施加之電負載。能量儲存裝置50可包括經調適以儲存來自燃料電池系統42之電輸出之至少一部分的任何適合之結構。根據本發明之能量儲存裝置50之實例包括任何適合之電池、電容器、超電容器、超級電容器及/或飛輪。
在本發明之範圍內，能量消耗裝置46視情況可與亦可向產氫燃料電池系統提供主要電力之主要電源52電通信。當能量消耗裝置46與主要電源電通信時，產氫及消耗總成12可操作為經調適以當主要電源52不能滿足外加負載 之至少一部分時滿足由能量消耗裝置46施加之負載的輔助及/或備用電力系統56。主要電源52包括經調適以供應主要電源電輸出54以滿足來自能量消耗裝置46之外加負載的任何適合之結構。主要電源之實例包括公用電網(electrical utility grid)、水力電源、太陽能電源、風力電源、另一燃料電池系統及/或能量儲存裝置或系統。一些主要電源可包括與諸如水力電源、太陽能電源及/或風力電源之另一電源組合之能量儲存裝置或系統。
不能滿足外加負載之至少一部分的主要電源之實例包括不能滿足整個外加負載之主要電源，諸如當外加負載之量值大於可自主要電源獲得之電輸出的量值時。在此等條件下，產氫及消耗總成12可補充來自主要電源之電輸出且亦可稱作補充電源60。不能滿足外加負載之至少一部分的主要電源之另一實例包括不能滿足外加負載中之任一者的主要電源，諸如當不存在或僅存在來自主要電源之最小電輸出時。在此等條件下，產氫及消耗總成12可提供用於能量消耗裝置46之備用電力且亦可稱作備用電源58。不能滿足外加負載之至少一部分的主要電源之又另一實例包括來自主要電源之電輸出的穩定性低於臨限穩定性位準。在此等條件下，產氫及消耗總成12可向能量消耗裝置46提供電力中的一些或全部且可稱作補充電源60及/或備用電源58。
繼續參考圖1，原料流16可經由任何適合之機構輸送至產氫燃料處理系統10之產氫區19。雖然在圖1中之實線中展示單一原料流16，但在本發明之範圍內，可使用超過一個原料流16且此等流可含有相同或不同原料。當原料流16含有諸如含碳原料18及水17之兩個或更多個組分時，可在相同或不同原料流中輸送組分。舉例而言，當燃料處理系統10經調適以自含碳原料及水產生氫氣時，且視情況(至少直至兩個流汽化或以其他方式為氣態的為止)，當其彼此不可混溶時，典型地在單獨流中輸送此等組分，諸如在圖1中由指向不同原料流之參考標號17及18展示。當含碳原料18可與水混溶時，含碳原料18可與原料流16之 水組分一起輸送，諸如在圖1中由指向相同原料流16之參考標號17及18展示。舉例而言，當產氫區19接收含有水及諸如甲醇之水溶性醇之原料流時，此等組分可作為單一流經預混合及輸送。當產氫區19接收氣態原料流時，氣態原料流可與液體原料流中之一或多者一起或作為單獨原料流輸送至產氫區19，諸如圖1中所展示。
在圖1中，原料流16展示為藉由原料輸送系統22輸送至產氫區19，該原料輸送系統22示意性地表示用於將原料流16選擇性地輸送至產氫區19的任何適合之機構、裝置或其組合。舉例而言，原料輸送系統22可包括經調適以輸送來自一或多個供應之原料流16之組分的一或多個泵。另外或替代地，原料輸送系統22可包括經調適以調節來自加壓供應之原料流16之組分之流動的閥總成。此供應可定位於燃料處理系統10之外部，或其可含於燃料處理系統10內或鄰近燃料處理系統10。當原料流16在超過一個流中輸送至產氫區19時，該等流可由相同或單獨原料輸送系統22輸送。原料輸送系統之實例揭示於美國專利第7,601,302號、第6,375,906號、第7,135,048號及第6,890,672號中及美國專利申請案公開案第2009/0155642號及第2019/0273275號中，該等專利之全部揭示內容特此以引用的方式併入。
產氫區19可利用任何適合之方法或機構自原料流16產生氫氣且可含於經加熱圍阻結構70內或外部。產氫區19可藉以自原料流16產生氫氣的適合之機構之實例包括蒸汽重整、自熱重整及部分氧化重整。在一些實例中，產氫區19包括經組態以自含有含碳原料流18及水流17之原料流16產生氫氣的一或多個重組催化劑23。適合之含碳原料18之實例包括至少一個烴或醇。適合之烴之實例包括甲烷、丙烷、天然氣、柴油、煤油、汽油及類似者。適合之醇之實例包括甲醇、乙醇、各種丙醇及多元醇，諸如乙二醇及丙二醇。用於自原料流16產生氫氣的其他適合之機構包括氨分解、水電解及水-氣體變換反應。適合之產氫區及 /或機構之說明性、非排他性實例揭示於美國專利第6,221,117號、第5,997,594號、第5,861,137號中及美國專利申請案公開案第2001/0045061號、第2003/0192251號及第2003/0223926號中，該等專利之全部揭示內容特此以引用的方式併入。
蒸汽重整為可在產氫區19中採用之產氫機構之實例，其中原料流16包含水17及含碳原料18。在蒸汽重整方法中，產氫區19含有適合之蒸汽重組催化劑23，如在圖1中以虛線所指示。在此類實例中，產氫燃料處理系統可稱作蒸汽重整器，且產氫區19可稱作重整區，且混合氣體流20可稱作重組物流。作為更具體實例，產氫區19可採用甲醇蒸汽重整反應，及/或可稱作甲醇重整區，且可包括經組態以自甲醇及水產生含有作為多數組分之氫之混合氣體流20的甲醇蒸汽重組催化劑23。
當產氫區19包括重組催化劑23時，重組催化劑23可為非發火性的，使得重組催化劑23可曝露於空氣或氧氣或與空氣或氧氣接觸而不燃燒及/或經去活。適合之蒸汽重組催化劑之實例揭示於美國專利第7,128,769號中，該美國專利之全部揭示內容特此以引用的方式併入。可用於產氫區19的非發火性重組催化劑之額外實例包括由Clariant以商標名KMA出售之重組催化劑及/或含有負載於鋁酸鈣上之氧化鋅的重組催化劑。
蒸汽重整器典型地在200℃(攝氏度)及900℃之範圍內之溫度下及在50psi(磅/平方吋)及300psi之範圍內之壓力下操作，但超出此範圍之溫度和壓力仍在本發明之範圍內。當含碳原料18為甲醇時，產氫蒸汽重整反應或產氫區19將典型地在大致200至500℃之產氫溫度範圍內操作。此範圍之說明性子集包括275至375℃、300至400℃、350至450℃、375至425℃及375至400℃。當含碳原料為烴、乙醇或類似醇時，大致400至900℃之產氫溫度範圍將典型地用於蒸汽重整反應，或由產氫區19使用。此範圍之說明性子集包括750至850℃、725至825℃、650至750℃、700至800℃、700至900℃、500至800℃、400至600℃及600至 800℃。在本發明之範圍內，產氫區19可包括兩個或更多個分區或部分，其中每一者可在相同或不同溫度下操作。舉例而言，當含碳原料18包括液體烴時，在一些具體實例中，可能需要包括兩個不同產氫部分，其中一個在比另一個更低之溫度下操作以提供預重整區。在此類具體實例中，燃料處理系統10可替代地描述為包括兩個或更多個產氫區19。
產氫燃料處理系統10亦可包括定位於產氫區19下游及氫分離膜模組80上游之混合氣體過濾器30，使得當混合氣體流20自產氫區19轉移至氫分離膜模組80時，混合氣體流20穿過混合氣體過濾器30。混合氣體過濾器30可經組態以過濾混合氣體流20以移除或降低所選雜質之濃度，該所選雜質可含於混合氣體流20內，且可對氫分離膜模組80之操作有害。舉例而言，混合氣體過濾器30可經組態以移除當混合氣體流20自產氫區19釋放時可存在於混合氣體流20中的顆粒、溶膠、煙灰及/或灰燼中之一或多者。
如本文所論述，氫分離膜模組80經組態以將混合氣體流20分離為產物氫氣流14及副產物流68。氫分離膜模組80包括經組態以將混合氣體流20分離為產物氫氣流14及副產物流68之至少一個氫選擇性膜84。可與根據本發明之產氫燃料處理系統10一起使用及/或包括於產氫燃料處理系統10中的氫分離膜模組80以及其組件及/或其操作方法之實例經描述於美國專利第6,569,227號、第6,723,156號及第10,476,093號中及PCT專利申請案公開案第WO 2016/178849號中，該等專利之全部揭示內容特此以引用的方式併入。
氫選擇性膜84將氫分離膜模組80隔開、劃分或分隔為混合氣體區88及滲透區86。混合氣體流20接納於混合氣體區88內，且含於混合氣體流20內之氫氣擴散通過氫選擇性膜84至滲透區86，其中該氫氣自氫分離膜模組80作為產物氫氣流14移除。當分離總成接納由蒸汽重整器或利用重整反應產生混合氣體流之其他產氫區19產生之混合氣體流20時，混合氣體區88可稱作重組物區。
氫選擇性膜84由能夠使氫氣擴散通過之任何適合之材料形成，同時限制含於混合氣體流20內的其他材料之擴散。根據本發明之氫選擇性膜84之實例包括由鈀、鈀合金、含有銅之鈀合金、含有銀之鈀合金及含有金之鈀合金中之一或多者構成的膜，以及由實質上純金屬或摻合金屬構成之其他金屬膜。含有鈀及銅之合金的適合之氫選擇性膜組合物之實例包括具有15至45重量%銅之合金，包括具有15至25重量%銅、35至45重量%銅、20重量%(或大致20重量%)銅或40重量%(或大致40重量%)銅之合金。適合之氫選擇性膜、膜組合物及含有其之分離總成的實例揭示於美國專利第6,537,352號及第10,476,093號中及美國專利申請案公開案第2008/0210088號中，該等專利之全部揭示內容特此以引用的方式併入。
每一氫選擇性膜84可描述為具有混合氣體面83及相對滲透面82，其中混合氣體面83定位於氫分離膜模組80之混合氣體區88中或面向混合氣體區88，且其中滲透面82定位於氫分離膜模組80之滲透區86中或面向滲透區86。換言之，混合氣體面83可描述為接觸混合氣體流20的氫選擇性膜84之部分，且滲透面82可描述為接觸產物氫氣流14的氫選擇性膜84之部分。
每一氫選擇性膜84亦可構造成具有可在混合氣體面83與滲透面82之間量測的任何適合之厚度。特定而言，通過氫選擇性膜之氫氣之擴散率及/或氫選擇性膜84之氫滲透率可與氫選擇性膜之厚度或氫氣必須擴散通過氫選擇性膜之距離成正比。因此，可能需要減小每一氫選擇性膜之厚度及/或利用極薄之氫選擇性膜，其中許多習知氫選擇性膜總體上具有15至25微米之厚度。作為實例，每一氫選擇性膜84可具有至多25微米、至多20微米、至多15微米、至多12微米、至多10微米、至多8微米、至多5微米、至少3微米、至少6微米、至少8微米、至少10微米及/或至少12微米之厚度。
在一些實例中，氫分離膜模組80包含複數個氫選擇性膜84。當氫 分離膜模組80包含複數個氫選擇性膜84時，氫選擇性膜84可以膜對配置。每一膜對包括第一氫選擇性膜及第二氫選擇性膜，其中第一及第二氫選擇性膜經配置有其彼此面向之滲透面及其間形成之滲透區86的一部分。氫分離膜模組80可包括複數個膜對，諸如以堆疊配置之複數個膜對，其中膜對藉由適合之支撐結構、墊圈及類似者彼此鄰近安置或定位。
當氫分離膜模組80接納混合氣體流20且將混合氣體流20分離為產物氫氣流14及副產物流68時，氫分離膜模組80可描述為在產氫方案中操作。當在產氫方案中操作時，氫分離膜模組80可維持在氫分離溫度下，該氫分離溫度可為氫分離膜模組80在其下最佳化以用於將混合氣體流20分離為產物氫氣流14及副產物流68之溫度或溫度範圍。特定而言，氫選擇性膜84之氫滲透率可隨著溫度增加高達某一溫度或溫度範圍，且超過此範圍之溫度可對氫選擇性膜84及/或氫分離膜模組80之操作有害。氫分離溫度可為熱緩衝溫度或溫度範圍。氫分離溫度之實例包括至少100℃之溫度，包括大於175℃、200℃、250℃、275℃、300℃、350℃、400℃及450℃之溫度，以及在100至500℃之範圍內的溫度，包括在100至450℃、150至425℃、200至400℃、225至350℃、275至450℃、100至275℃、140至240℃、350至450℃及300至500℃之範圍內的溫度，但超出此等範圍之溫度亦在本發明之範圍內。作為一具體實例，對於含有鈀及大致35至45%銅之合金的氫選擇性膜，適合之氫分離溫度可包括在300至450℃之範圍內的溫度。
在一些實例中，產氫燃料處理系統10包含精製區32，其自氫分離膜模組80接收產物氫氣流14且經組態以進一步純化、移除、減少可存在於產物氫氣流14內之所選雜質及/或與該等所選雜質化學反應。可用於精製區32內之裝置之實例包括水變換反應器，及將一氧化碳轉換為二氧化碳之其他裝置，以及將一氧化碳及氫轉換為甲烷及水之甲烷化催化劑。舉例而言，當產物氫氣流14預期用於包括質子交換膜(PEM)的燃料電池系統42中時或在產物氫氣流14包括超過一 氧化碳或二氧化碳之經判定濃度而將損壞另一裝置時，精製區32可包括至少一個甲烷化催化劑床。
如圖1中所展示，產氫燃料處理系統10可包括緩衝槽78，其經組態以自氫分離膜模組80或視情況選用之精製區32接收產物氫氣流14，且諸如在產物氫氣流14供應至氫消耗總成43之前儲存產物氫氣流14之體積。緩衝槽78可提高經提供至氫消耗總成43之產物氫氣流14之壓力的穩定性及/或可降低供應至諸如燃料電池堆疊40之氫消耗總成43之產物氫氣流14之壓力的壓力變化之潛能。
當產氫燃料處理系統10包括於產氫及消耗總成12中時，由燃料處理系統10產生之產物氫氣流14可輸送至燃料電池系統42之燃料電池堆疊40。燃料電池堆疊為自諸如氫氣之質子源及諸如氧氣之氧化劑產生電位的裝置。因此，燃料電池堆疊40可經組態以接收產物氫氣流14之至少一部分及(或含有)氧氣之流(其典型地作為空氣流輸送)，且自其產生電流。此示意性地說明於圖1中，其中空氣(或含氧)流指示於49處，燃料電池堆疊指示於40處，且由燃料電池堆疊產生之電流或電力輸出示意性地說明於41處。燃料電池堆疊40含有至少一個及典型地多個燃料電池44，其經調適以自氧化劑及輸送至其之產物氫氣流14之部分產生電流。燃料電池典型地一起接合在共同端板48之間，其含有流體輸送/移除管道，但並不是所有具體實例都需要這個構造。適合之燃料電池44之實例包括質子交換膜(PEM)燃料電池、高溫質子交換膜燃料電池、低溫質子交換膜燃料電池、聚苯并咪唑(BPI)膜燃料電池、鹼性燃料電池及磷酸燃料電池，但其他類型之燃料電池亦在本發明之範圍內。
由燃料電池堆疊40產生之電流或電力輸出41可用於滿足至少一個相關聯能量消耗裝置46之能量需求或外加負載。能量消耗裝置46之實例包括工具、燈或照明總成、電氣設備(諸如家用或其他電氣設備)、家庭或其他住宅、 辦公室或其他商業機構、電腦、傳信或通信設備、電信設備、醫學設備等。類似地，燃料電池堆疊40可用於滿足燃料電池系統42之電力要求，其可稱作燃料電池系統之電廠輔助設施(balance-of-plant)電力要求。能量消耗裝置46示意性地說明於圖1中且意欲表示一或多個裝置或裝置之集合，其經調適以自燃料電池系統42汲取電流或將電負載施加至燃料電池系統42。
繼續參考圖1，並不擴散通過氫選擇性膜84之混合氣體流20之部分可包括含於混合氣體流20內之雜質(其他氣體)，以及其中所含有的氫氣之一部分，且可作為副產物流68自氫分離膜模組80釋放。副產物流68可以任何適合方式處理，包括釋放至產氫燃料處理系統10外部之環境，在釋放之前化學處理及/或反應，作為燃料流供應至燃燒器總成92，用作用於另一化學方法之反應物流，及/或儲存以供稍後使用。
如圖1中所展示，燃料處理系統10可包括經組態以將副產物流68自氫分離膜模組80引導至燃料處理系統10之另一部分(諸如燃燒器總成92及/或燃料處理系統10外部)的副產物流管道62。一或多個氧隔離裝置150可定位於可經組態以降低氧氣及/或其他污染物/組合物經由副產物流管道62擴散至氫分離膜模組80中之潛能的副產物流管道62上，諸如在燃料處理系統10在關方案(off regime)或激發方案中操作時，其在本文中更詳細地論述。氧隔離裝置150之實例可包括經調適以阻礙氧氣至氫分離膜模組80之流動的任何適合之結構且可包括經組態以吸附(sorb)氧氣的任何適合之閥及/或吸附劑材料或吸附劑媒體。用於至少氧氣的適合之吸附劑之實例包括鈰及/或鈰化合物、低溫變換催化劑及含有銅及鋅氧化物之催化劑及化合物。
產氫燃料處理系統10可包括限定內部隔室之經加熱圍阻結構70，該內部隔室可含有氫分離膜模組80、加熱總成91、產氫區19及/或原料輸送系統22之一部分，以及與以上組件相關聯的任何適合之閥、管道及/或管路。亦在本 發明之範圍內，經加熱圍阻結構70可包括額外系統組件。含於經加熱圍阻結構70內之任何組件可維持在實質上相同溫度下，或可維持在不同溫度下。此可以任何適合方式實現，諸如藉由使用含於經加熱圍阻結構70內之用於各種組件之單獨加熱總成91、特定組件與加熱總成之距離、用以引導及/或控制來自加熱總成之熱流之諸如擋板、支撐件、分隔件及/或類似者的內部結構及/或使用各自具有維持在單獨溫度及/或溫度範圍下之內部隔室的複數個經加熱圍阻結構。亦在本發明之範圍內，經加熱圍阻結構70可包括絕緣材料，其可減小經加熱圍阻結構70之內部隔室與環境之間的熱傳遞之速率及/或控制含於內部隔室內之組件當中的熱流。
加熱總成91可利用任何適合之結構將熱量供應至經加熱圍阻結構70之內部隔室、至其中所含有之組件及/或至燃料處理系統10之各種組件。此可包括燃燒器總成92及/或電加熱總成93。當加熱總成91包括燃燒器總成92時，用於燃燒器總成92之燃料可由任何適合之來源提供。用於燃燒器總成92的燃料之實例包括如本文中更詳細地論述之副產物流68、產物氫氣流14、混合氣體流20、原料流16、含碳原料18或任何其他適合之可燃燃料源。用於電加熱總成93的電能源之實例包括由能量儲存裝置50、燃料電池堆疊40及/或主要電源52供應之能量。
如圖1中所展示，產氫燃料處理系統10包括經組態以將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80之氧化劑輸送系統200。更具體而言，氧化劑輸送系統200經組態以將氫選擇性膜84之至少一部分選擇性地曝露於含氧化劑流212以增加氫選擇性膜84之氫滲透率。如本文所論述，氧化劑輸送系統200亦可描述為經組態以改進、恢復及/或復原氫分離膜模組80之氫滲透率。
產氫燃料處理系統10可經組態以利用所要流速及/或在特定流速範圍內產生產物氫氣流14。舉例而言，氫消耗總成43及/或燃料電池系統42可需 要利用至少臨限最小流動速率輸送產物氫氣流14，因此需要燃料處理系統10利用至少此最小流動速率供應產物氫氣流14。在其他因素當中，產物氫氣流14之流動速率可受氫分離膜模組80之氫滲透率及/或氫選擇性膜84之氫滲透率影響，藉由氫分離膜模組80之氫滲透率及/或氫選擇性膜84之氫滲透率判定，或回應於氫分離膜模組80之氫滲透率及/或氫選擇性膜84之氫滲透率。另外，氫選擇性膜84之氫滲透率可判定產物氫氣流14之流動速率。出於此考慮，產氫燃料處理系統10可經組態以用於氫分離膜模組80及/或氫選擇性膜84，以利用所要氫滲透率或在所要氫滲透率範圍內操作，及/或產氫燃料處理系統10可經組態用於氫選擇性膜84以維持所要氫滲透率，使得產物氫氣流14利用所要流動速率及/或在所要流速範圍內而產生。
氫分離膜模組80可接觸、曝露於或經歷滲透率降低因素，其可降低、減低或不利地影響氫分離膜模組80之氫滲透率、氫選擇性膜84之氫滲透率及/或氫選擇性膜84之氫滲透率，諸如至低於所要氫滲透率、氫滲透率或其範圍。一些滲透率降低因素可在氫分離膜模組80之製造期間或由於氫分離膜模組80之製造及/或在燃料處理系統10之操作之前而存在，且一些滲透率降低因素僅可存在於燃料處理系統10之操作期間，及/或僅可由燃料處理系統10之操作產生。換言之，一些滲透率降低因素僅可存在於產氫方案中之氫分離膜模組80之操作期間及/或僅可由該操作產生。如本文中更詳細地論述，滲透率降低因素可以各種方式，諸如藉由膜毒化、非理想微結構改變及活性表面積減小來降低氫滲透率或氫滲透率。
作為實例，滲透率降低因素可包括接觸氫選擇性膜84、可與氫選擇性膜84化學反應或以其他方式實體地與氫選擇性膜84相互作用之降低滲透率之污染物或組合物。作為實例，降低滲透率之污染物可包括實體鍵結污染物、化學鍵結污染物、化學反應污染物及間隙污染物中之一或多者。此等降低滲透率之 污染物或組合物在與氫選擇性膜84相互作用之前通常將為氣體，但其可採取其他形式，諸如可降低氫選擇性膜84之氫滲透率的氯化鈉或其他鹽。舉例而言，降低滲透率之污染物可包括吸附至氫選擇性膜84之化學物質，諸如一氧化碳及/或硫化氫。如本文中所使用，術語「吸附(sorb)」意謂藉由任何方法，包括吸附、吸收、化學鍵結或其組合等等來鍵結及/或保留組合物、污染物或其他物質。因此，如本文中所使用之術語「解吸附」意謂經吸附物質之解鍵結或釋放。作為另一實例，降低滲透率之污染物可包括化學物質，其已與氫選擇性膜84反應以形成具有已降低或減弱氫滲透率的膜之組合物或該膜之區。舉例而言，諸如碳化鈀(PdxCy)或碳沉積之金屬碳化物形成可發生於氫選擇性膜84之表面上及/或氫選擇性膜84內，其可例如由存在於混合氣體流20中之一氧化碳在氫選擇性膜84上之催化分解引起。
滲透率降低因素亦可包括降低滲透率之微結構改變，其可出現在氫選擇性膜84中且可在產氫方案中由氫分離膜模組80之繼續操作引起。舉例而言，在產氫方案中在氫分離膜模組80之操作期間氫選擇性膜84繼續曝露於氫通量及/或高溫可使得氫選擇性膜84內之合金組分(alloy components)遷移及/或分離(desegregate)以形成具有較低氫滲透率之非理想相。如本文所論述，「高溫」可包括超過環境溫度之任何溫度，例如至少50℃及/或至少100℃，且可包括本文中描述及/或併入之產氫及/或氫分離溫度。
由滲透率降低因素引起的氫滲透率或氫滲透率之降低可藉由將氫選擇性膜84之至少一部分曝露於含氧化劑流212之氧化環境而為可逆、可處理或可修復的。換言之，氧化劑輸送系統200可將含氧化劑流212選擇性地輸送至氫分離膜模組80以處理、逆轉或恢復由此等滲透率降低因素中之任一者及/或其組合引起的滲透率或滲透率之降低。再換言之，氧化劑輸送系統200可描述為經組態以減輕滲透率降低因素中之至少一些或全部。特定而言，氧化劑輸送系統200 可經組態以移除或減輕在燃料處理系統10之操作之前存在的滲透率降低因素。另外或替代地，氧化劑輸送系統200可經組態以移除或減輕僅在燃料處理系統10之操作及/或在產氫方案中在氫分離膜模組80之操作期間存在的滲透率降低因素或由燃料處理系統10之操作及/或在產氫方案中在氫分離膜模組80之操作引起的滲透率降低因素。
作為實例，由氧化劑輸送系統200供應之含氧化劑流212可經組態以自氫選擇性膜84移除化學鍵結污染物、實體鍵結污染物、化學反應污染物及間隙污染物中之一或多者。作為更具體實例，含氧化劑流212可經組態以選擇性地解吸附吸附至氫選擇性膜84之諸如硫化氫及/或一氧化碳的降低滲透率之污染物。更具體而言，含氧化劑流212可選擇性地氧化所吸附降低滲透率之污染物以解吸附降低滲透率之污染物。作為另一實例，含氧化劑流212可選擇性地氧化存在於氫選擇性膜84之表面上或在氫選擇性膜84內的碳沉積或金屬碳化物以釋放、解吸附或移除此等降低滲透率之污染物
含氧化劑流212亦可經組態以有助於氫選擇性膜84之微結構改變，其增加其氫滲透率或氫滲透率及/或處理、移除或逆轉可已在產氫方案中在氫分離膜模組80之操作期間出現的氫選擇性膜84之降低滲透率之微結構改變。作為一實例，含氧化劑流212可經組態以有助於氫選擇性膜84之表面粗糙化以增大氫選擇性膜84之活性表面積，諸如以增加氫選擇性膜84之氫滲透率。作為另一實例，含氧化劑流212可經組態以有助於理想化合金分離(alloy segregation)及/或逆轉降低滲透率之合金分離及/或遷移以改進氫選擇性膜84之氫滲透率。
更一般而言，氧化劑輸送系統200及/或含氧化劑流212可描述為經組態以藉由增加氫選擇性膜84之表面面積(諸如藉由移除表面吸附污染物)、藉由有助於表面粗糙化及/或藉由有助於滲透率增加的微結構改變來增加氫分離膜模組80之氫滲透率。另外或替代地，氧化劑輸送系統200及/或含氧化劑流212 可描述為經組態以藉由化學「清洗」氫選擇性膜84，諸如藉由氧化、解吸附及/或移除降低滲透率之污染物來增加氫分離膜模組80之氫滲透率。
含氧化劑流212包括可以任何適合之組合物、相及/或在任何適合之條件集下輸送至氫分離膜模組80的至少一個氧化劑214。氧化劑214之特定類型及含氧化劑流212之組合物可基於諸如以下之因素而選擇：含氧化劑流212在其下輸送至及/或曝露於氫選擇性膜84之條件，氫選擇性膜84之特定類型，及/或正處理之滲透率降低因素之類型。作為實例，氧化劑214可包括氧氣及/或同素異形體及/或其激發狀態中之一或多者，諸如臭氧及/或單態氧、過氧化物及/或過氧化氫。含氧化劑流212亦可包括載體流體，諸如氣體，其可用以分散及/或稀釋氧化劑214及/或可用以將至少一個氧化劑輸送至氫分離膜模組80，諸如在所要濃度或分壓下。作為實例，含氧化劑流212可包括含有氧化劑214之氣態混合物及/或作為溶膠分散在載體氣體中之氧化劑214。另外或替代地，含氧化劑流212可至少實質上或完全地由氧化劑214構成。
在一些實例中，含氧化劑流212包含空氣及/或包含氣體之大氣成分，其中氧化劑214為氧氣。更具體而言，氣體之大氣成分可包括大致21%氧氣及非氧化氣體，該等非氧化氣體包括大致78%氮氣、0至5%水蒸氣及更小量之其他非氧化氣體。取決於含氧化劑流212在其下輸送至及/或曝露於氫選擇性膜84之條件，以及氫選擇性膜84之特定類型，及/或正處理的滲透率降低因素之類型，含氧化劑流212相對於大氣成分為富集氧氣可為合乎需要的或含氧化劑流相對於大氣成分為耗盡氧氣可為合乎需要的。舉例而言，氧化劑輸送系統200可經組態以輸送含氧化劑流，該含氧化劑流藉由用諸如二氧化碳之一或多個非氧化氣體、來自燃燒器總成92之燃燒氣體及/或氮氣以稀釋空氣而相對於大氣成分為耗盡氧氣。作為另一實例，氧化劑輸送系統200可經組態以輸送含氧化劑流，該含氧化劑流藉由向空氣添加氧氣而相對於大氣成分為富集氧氣。
氧化劑輸送系統200可輸送來自任何適合之來源或原料之氧化劑214及/或含氧化劑流212。如圖1中所展示，氧化劑輸送系統200可包括一或多個氧化劑儲存裝置220，諸如一或多個槽及/或一或多個壓力槽，其經組態以儲存氧化劑214及/或含氧化劑流212之組合物。作為一實例，氧化劑儲存裝置220可儲存可用作含氧化劑流212之至少一部分的壓縮空氣。另外或替代地，氧化劑儲存裝置220可儲存可用作含氧化劑流212之至少一部分的壓縮氧氣。作為另一實例，氧化劑輸送系統200可包括進氣口210，其可由氧化劑輸送系統200用於提供空氣，諸如自燃料處理系統10及/或經加熱圍阻結構70外部，以用作含氧化劑流212之至少一部分。
繼續參考圖1，氧化劑輸送系統200可經組態以將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80之任何適合部分。特定而言，氧化劑輸送系統200可經組態以將含氧化劑氣體流212供應至氫分離膜模組80之混合氣體區88。換言之，氧化劑輸送系統200可經組態以將氫選擇性膜84之混合氣體面83選擇性地曝露於含氧化劑流212。當氫分離膜模組80包含複數個氫選擇性膜84時，氧化劑輸送系統200可經組態以將氫選擇性膜84中的至少一些及/或全部選擇性地曝露於含氧化劑流212。
氧化劑輸送系統200可經組態從而以任何適合方式將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80。作為實例，氧化劑輸送系統200可包括氧化劑輸送系統200可利用來將含氧化劑流212供應或引導至氫分離膜模組80之一或多個含氧化劑流管道216及/或一或多個氧化劑流入口218。氧化劑流入口218可包括任何適合之裝置，諸如閥或三通閥，其可准許氧化劑輸送系統200選擇性地輸送含氧化劑流212及選擇性地中止含氧化劑流212之輸送。氧化劑輸送系統200可經組態以將含氧化劑流212直接輸送至氫分離膜模組80。另外或替代地，氧化劑輸送系統200可經由將產氫燃料處理系統10之其他組件可操作地互連至氫分離膜模組80 之一或多個管道、閥及/或管路將含氧化劑流212輸送或引導至氫分離膜模組80。
舉例而言，氧化劑輸送系統200可經組態以諸如經由定位在其上之一或多個氧化劑流入口218將含氧化劑流212直接輸送至氫分離膜模組80之混合氣體區88。另外或替代地，氧化劑輸送系統200可包括與氫分離膜模組80之混合氣體流入口81互連或相關聯之氧化劑流入口218。含氧化劑流212可經由氧化劑流入口218供應至混合氣體區88。作為另一實例，氧化劑輸送系統200可包括與副產物流出口85互連或相關聯之氧化劑流入口218，含氧化劑流212可經由該副產物流出口85輸送至混合氣體區88。
氧化劑輸送系統200可經組態以經由任何適合之路徑藉由產氫燃料處理系統10來輸送含氧化劑流212。特定而言，氧化劑輸送系統200可經組態以將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80及/或藉由氫分離膜模組80在上游方向及下游方向中之任一者或兩者上使含氧化劑流212流動。在本發明中，下游方向可指與燃料處理系統10中之產氫流動之方向一致的方向，諸如流動方向及/或自一個組件通向另一組件之方向。舉例而言，氫分離膜模組80可描述為產氫區19之下游，且產物氫氣流14及副產物流68中之任一者可描述為氫分離膜模組80之下游。因此，在本發明中，上游方向可指與燃料處理系統10中之產氫流動之方向相對的方向，且下游方向可指在燃料處理系統10中之產氫流動之方向上的方向。
如圖1中所展示，氧化劑流入口218可與燃料處理系統10之任何適合部分互連，使得氧化劑輸送系統200可藉由其引入、饋送或輸送含氧化劑流212。如圖1中所展示，氧化劑輸送系統200可包括氧化劑流入口218，其定位在產氫區19上游且可與產氫區19之燃料入口埠21互連。以此方式，氧化劑輸送系統200可藉由產氫區19、混合氣體流管道64及視情況選用之混合氣體過濾器30將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80之混合氣體流入口81。此類組態有利地可准許氧化劑輸送系統200之至少一部分定位於經加熱圍阻結構70之外部，使得現有 或現場操作的燃料處理系統10可在製造後或在現場進行修改以包括及/或利用氧化劑輸送系統200。在一些此類實例中，產氫區19可利用或包括非發火性之重組催化劑23，使得含氧化劑流212在重組催化劑23上方流動將不損壞重組催化劑或產氫區。
另外或替代地，氧化劑輸送系統200可包括定位於產氫區19下游之一或多個氧化劑流入口218。作為一實例，氧化劑輸送系統200可包括沿著混合氣體流管道64定位(諸如混合氣體過濾器30上游)之氧化劑流入口218。以此方式，混合氣體過濾器30可用以在含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80之前過濾含氧化劑流212。尤其當含氧化劑流212包括空氣時，此類組態可為有利的。作為又另一實例，氧化劑輸送系統200可包括沿著副產物流管道62定位(諸如氧隔離裝置150上游)之氧化劑流入口218。在此類組態中，氧化劑輸送系統200可經組態以藉由氫分離膜模組80在上游方向上流動含氧化劑流212。在此類組態中，氧化劑輸送系統200及/或氧化劑流入口218可經組態以使氧隔離裝置150與含氧化劑流212隔離。氧化劑輸送系統200亦可利用任何適合之出口在含氧化劑流212已流經氫分離膜模組80之後從燃料處理系統10排放或排出含氧化劑流212。作為實例，當含氧化劑流212向下游方向流動時，氧化劑輸送系統200可利用燃燒器總成92作為出口，及/或當含氧化劑流212向上游方向流動時，氧化劑輸送系統200可利用定位於氫分離膜模組80上游之三通閥。
氧化劑輸送系統200可經組態以經由任何適合之機構將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80。更具體而言，氧化劑輸送系統200可經組態以將含氧化劑流212主動地輸送至氫分離膜模組80，及/或氧化劑輸送系統200可經組態以將含氧化劑流212被動地輸送至氫分離膜模組80。如圖1中所展示，氧化劑輸送系統200可包括流體處置器160，其經組態以將含氧化劑流212主動地流動、吹送及/或泵送至及/或穿過氫分離膜模組80(諸如其混合氣體區88)。適合之流體處置 器160之實例包括一或多個風扇、一或多個吹風機、一或多個壓縮機及/或一或多個泵。當包括時，流體處置器160可沿著燃料處理系統10定位在任何適合之區，諸如沿著本文中論述的管道及/或入口或在該等管道及/或入口內及/或沿著氫分離膜模組80或在氫分離膜模組80內。另外或替代地，氧化劑輸送系統200可經組態以利用氫分離膜模組80內之溫度循環將含氧化劑流212被動地流動至及/或穿過氫分離膜模組80(諸如其混合氣體區88)。
氧化劑輸送系統200可經組態以在氧化劑供應時間之預定持續時間內將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80，該氧化劑供應時間可基於諸如以下之各種因素而選擇：氫分離膜模組80內之氫選擇性膜84的數目或類型、當輸送含氧化劑流212時氫分離膜模組80之溫度及/或本文中更詳細地論述的燃料處理系統10之各種操作參數。作為實例，當氧化劑輸送系統200主動地輸送含氧化劑流212時，氧化劑供應時間可包括至少10分鐘、至少20分鐘、至少30分鐘、至少40分鐘、至少60分鐘、至多120分鐘、至多180分鐘、至多240分鐘中之至少一者及/或在60至120分鐘之範圍內。當氧化劑輸送系統200被動地輸送含氧化劑流212時，氧化劑供應時間可包括至少60分鐘、至少120分鐘、至少180分鐘、至少240分鐘、至少480分鐘、至少720分鐘、至少1,440分鐘、至少2,160分鐘、至少2,880分鐘、至多720分鐘、至多1,440分鐘、至多2,160分鐘、至多2,880分鐘、至多3,600分鐘及/或至多4,320分鐘。氧化劑輸送系統200亦可經組態以利用預定含氧化劑流流動速率及/或利用預定含氧化劑流壓力將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80。作為實例，當氧化劑輸送系統200主動地輸送含氧化劑流212時，含氧化劑流流動速率可包括至少0.1標準公升每分鐘(SLPM)、至少0.5SLPM、至少1SLPM、至少1.5SLPM、至少1.8SLPM、至少2SLPM、至多3SLPM、至多5SLPM中之至少一者及/或在0.5至3SLPM之範圍內及/或在1.5至2SLPM之範圍內。作為更多實例，當氧化劑輸送系統200被動地輸送含氧化劑流212時，含氧化劑流流動 速率可包括0.0001SLPM、至少0.001SLPM、至少0.01SLPM、至少0.1SLPM、至少0.5SLPM及/或至多1SLPM中之至少一者。作為實例，含氧化劑流壓力可小於、大於或等於燃料處理系統10周圍之大氣壓力。
如圖1中所展示且本文中所論述，根據本發明之產氫燃料處理系統10可包括經組態以控制產氫燃料處理系統10之至少一部分之操作的控制器100。作為一實例，且如圖1中之虛線所展示，控制器100可經組態以接收指示產氫燃料處理系統10之各種組件之操作狀態的狀態信號102，且控制器100可產生控制信號104以至少部分地基於狀態信號之值、控制器內部之計算及/或控制方案而控制產氫燃料處理系統10之各種組件的操作。圖3之流程圖中示意性地表示及本文中參考圖3論述的方法500提供控制器100可用於控制產氫燃料處理系統10之各種組件的控制方案之實例。此控制可藉由使用者、藉由電子控制器之使用或藉由兩者的組合手動地實施。控制器可包括用以實施及提供經熱緩衝產氫燃料處理系統之所要監測及/或控制的任何適合之類型及數目之裝置或機構。
作為實例，適合之控制器可呈類比或數位電路以及適當電子指令之形式，該等適當電子指令可儲存於磁性媒體或諸如唯讀記憶體(ROM)、可程式化唯讀記憶體(PROM)或可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)之可程式化記憶體上，且可整合至產氫燃料處理系統10之一或多個系統或總成中或為單獨、獨立的計算裝置。控制器可經調適或以其他方式經程式化或經設計以在系統(包括其各種組件)之複數個操作方案中控制產氫燃料處理系統10之操作。根據本發明之控制器100之實例描述於美國專利第6,383,670號、第6,495,277號、第6,811,908號、第6,835,481號、第6,979,507號、第7,208,241號及第7,390,587號中以及美國專利申請案公開案第2005/0266284號、第2005/0266285號、第2006/0024540號、第2006/0134473號及第2008/0176118號中，該等專利之全部揭示內容特此以引用的方式併入。
如本文中更詳細地論述，控制器100可至少部分地基於產氫燃料處理系統10之各種組件之狀態及/或控制器內部的計算而控制產氫燃料處理系統10之至少一部分及/或產氫及消耗總成12之操作。狀態信號102之實例可包括接收狀態信號之控制器100，該等狀態信號指示產氫燃料處理系統10之各種組件的操作狀態，以及組件之溫度及/或其中所含有之流的溫度、壓力、濃度、流動速率及/或濕度。更具體實例包括接收狀態信號102之控制器100，該等狀態信號102指示氫選擇性膜之氫滲透率、燃料電池堆疊之水合作用位準、燃料電池堆疊之電阻抗、燃料電池堆疊電流、氫分離膜模組80內之壓力、經加熱圍阻結構70內的組件之溫度及/或主要電力系統52滿足由能量消耗裝置46施加之電負載的能力。
可由控制器100控制的產氫燃料處理系統10之部分之實例包括任何閥、流體處置器、泵、壓縮器、流動調節裝置、溫度調節裝置、電能調節裝置、壓力調節裝置及類似者。更具體實例包括：諸如藉由控制包括於原料輸送系統22中之各種泵、壓縮機、閥及/或質量流控制器之操作來控制原料流16之流動速率的控制器100；諸如藉由控制電能至電加熱總成93之供應及/或可燃燃料及/或氧化劑至燃燒器總成92之流動速率來控制經加熱圍阻結構70及/或燃料處理系統10之各種組件之溫度的控制器100；控制產氫區19、氫分離膜模組80、氧化劑輸送系統200及/或燃料電池堆疊40之溫度的控制器100；諸如藉由控制氧化劑流入口及/或流體處置器160以控制含氧化劑流212至氫分離膜模組80之流動來控制氧化劑輸送系統200的控制器100；藉由能量消耗裝置46控制電力輸出41之消耗的控制器100；控制含於產氫燃料處理系統10內之一或多種材料之濃度的控制器100；控制混合氣體流20、產物氫氣流14、含氧化劑流212及/或副產物流68之流動速率的控制器100；控制氫分離膜模組80內之壓力的控制器100；及/或控制各種組件之操作及/或操作狀態的控制器100，該等各種組件包含產氫燃料處理系統10，諸如原料輸送系統22、產氫區19、氫分離膜模組80及/或燃料電池堆疊40。
根據本發明之產氫燃料處理系統10及/或產氫及消耗總成12可包括複數個操作方案(亦即，經組態及/或經控制以在複數個操作方案下或在複數個操作方案中操作)。操作(operational或operating)方案之實例為「產氫」方案，其中燃料處理系統正自一或多個原料流產生產物氫氣流。如上文所論述，在產氫方案中，原料輸送系統正將一或多個原料流供應至產氫區，產氫區正產生混合氣體流，且氫分離膜模組正將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流。
操作(operational或operating)方案之額外實例包括：「關」方案，其中燃料處理系統可為未經加熱且並不接收原料流或不產生混合氣體流；「激發」(及/或「空閒」)方案，其中燃料處理系統可維持在升高、經熱緩衝的溫度下但並不接收原料流及/或不產生混合氣體流；及「恢復」方案，其中燃料處理系統10經組態以增加氫分離膜模組80之氫滲透率。在恢復方案中，氧化劑輸送系統200在原位將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80。
在恢復方案中及在產氫方案中，產氫燃料處理系統10之一或多個組件可不同地經操作，可不同地操作，及/或在不同條件下操作。舉例而言，在恢復方案中，原料輸送系統22可中止將原料流16輸送至產氫區19，產氫區19可中止將混合氣體流20產生及輸送至氫分離膜模組80，且氫分離膜模組80可中止將混合氣體流20分離為產物氫氣流14及副產物流68。類似地，氧化劑輸送系統200可暫停及/或可中止在產氫方案中將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80。
另外，燃料處理系統10之各種組件可在產氫方案及恢復方案中維持在不同溫度下。特定而言，每一組件可具有經最佳化或以其他方式選擇用於在恢復方案中操作之恢復溫度，且每一組件可具有經最佳化或以其他方式選擇用於恢復方案之產氫溫度，諸如本文中論述的溫度。特定而言，加熱總成91可在恢復方案中將一或多個組件維持在各自的恢復溫度下，且加熱總成91可在產氫方案中將一或多個組件維持在各自的產氫溫度下。替代地，燃料處理系統10之一或 多個組件在恢復方案期間可不經加熱及/或可維持在環境溫度下。
作為一實例，加熱總成91可經組態以當燃料處理系統10在恢復方案中時將氫分離膜模組80維持在預定膜模組恢復溫度下。作為實例，膜模組恢復溫度可包括至少200℃、至少300℃、至少375℃、至少400℃、至多425℃及/或至多500℃中之至少一者，及/或在375℃至425℃之範圍內。另外或替代地，加熱總成91可經組態以藉由溫度範圍以週期性方式循環膜模組恢復溫度，諸如在以上範圍中之任一者之間或在以上範圍中之任一者之內，其可有助於藉由氧化劑輸送系統200將含氧化劑流212被動輸送至氫分離膜模組80。作為另一實例，加熱總成91可經組態以在恢復方案中將氧化劑輸送系統200之至少一部分維持在預定氧化劑輸送系統恢復溫度下，使得氧化劑輸送系統200可在預定氧化劑流溫度下將含氧化劑流212輸送至氫分離膜模組80。作為實例，氧化劑輸送系統恢復溫度及/或氧化劑流溫度可包括至少200℃、至少300℃、至少375℃、至少400℃、至多425℃及/或至多500℃中之至少一者，及/或在375℃至425℃之範圍內。
如本文中更詳細地論述，燃料處理系統10可經組態以在產氫方案與恢復方案之間選擇性地轉變。在一些實例中，燃料處理系統10自產氫方案轉變為恢復方案，及/或基於常規維護循環而在恢復方案中簡單地啟動或操作。舉例而言，在燃料處理系統10已在產氫時間之預定持續時間中在產氫方案中操作之後，燃料處理系統10可在恢復方案中操作，或轉變為恢復方案。作為實例，產氫時間之預定持續時間可為至少50小時、至少100小時、至少500小時、至少1000小時、至少2000小時、至多5000小時及/或至多10,000小時。另外或替代地，當氫分離膜模組80之氫滲透率小於或減小至低於預選定目標氫滲透率之預選定臨限分數時，燃料處理系統10可經組態以自產氫方案轉變為恢復方案。預選定目標氫滲透率之預選定臨限分數之實例包括至少40%、至少50%、至少70%、至少75%、至少80%、至少85%、至多80%、至多90%、至多95%、至多99%及/或至多99.5%。 舉例而言，燃料處理系統10可包含經組態以偵測燃料處理系統10之各種組件之複數個操作參數的複數個感測器，且燃料處理系統10可經組態以基於來自複數個感測器之輸入而在產氫方案與恢復方案之間選擇性地轉變。在本發明中，可參考各種預選定目標值，諸如預選定目標氫滲透率。如本文中所論述，預選定目標值可為、可基於及/或可包括特定最佳化系統值、理想系統值、所要系統值及/或最大或最小臨限系統值。預選定目標值可儲存於控制器中及/或可由任何適合之一方(諸如製造商及/或系統運營商)選擇、指定及/或建立。
現轉向圖2，其中說明展示參考圖1說明及在本文中論述之產氫燃料處理系統10之至少一部分之實例以及可包括於燃料處理系統10中或與燃料處理系統10一起使用之各種感測器110之實例的示意性表示。感測器110可包括於燃料處理系統10之任何適合之組件中及/或與燃料處理系統10之任何適合之組件相關聯及/或在燃料處理系統10內之任何適合之位置且感測器110可經組態以偵測其一或多個操作參數，諸如在產氫方案中在燃料處理系統10之操作期間及/或在恢復方案中在燃料處理系統10之操作期間。感測器110可與控制器100通信且可經組態以傳輸、查詢包括與至少一個操作參數相關之資訊的狀態信號102或以其他方式將該等狀態信號102轉發至控制器100。
如圖2中所展示，燃料處理系統10可包括感測器110，其與相對於原料流16、產氫區19、混合氣體流20、氫分離膜模組80、產物氫氣流14、緩衝槽78、副產物流68、氧化劑輸送系統200、含氧化劑流212及/或加熱總成91之操作參數相關聯及/或經組態以偵測該等操作參數。每一感測器110可經組態以偵測各個組分及/或流之任何適合之操作參數，其中操作參數之實例包括壓力、溫度、流動速率、體積、持續時間、電壓、電流、電力輸出、功耗、分壓(例如，氫氣之分壓)及/或濃度。如所提及，感測器110可經組態以當燃料處理系統10在產氫方案中操作時及/或當燃料處理系統10在恢復方案中操作時偵測操作參數。當燃 料處理系統10在產氫方案中操作時，單獨或組合的操作參數中之一或多者可相關於或回應於氫分離膜模組80之氫滲透率。如本文中所提及，此等操作參數可稱作滲透率回應性操作參數。滲透率回應性操作參數可對應於氫分離膜模組80之氫滲透率之改變而改變，使得一或多個感測器110可經組態以偵測氫分離膜模組80及/或氫選擇性膜84之氫滲透率的增加或降低。
如圖1中所展示，控制器100亦可與感測器110通信，該感測器110與自燃料處理系統10接收氫之產氫及消耗總成12之一或多個組件相關聯，且此等感測器110亦可經組態以直接地或間接地偵測氫分離膜模組80及/或氫選擇性膜84之氫滲透率的增加或降低。作為一實例，諸如燃料電池堆疊電流計之感測器110可與燃料電池堆疊40相關聯且經組態以偵測由燃料電池堆疊40產生之電流。
燃料處理系統10可經組態以回應於超過預定臨限值之至少一個滲透率回應性操作參數而自產氫方案選擇性地轉變為恢復方案。換言之，燃料處理系統10可經組態以當一或多個感測器110偵測到氫分離膜模組80之氫滲透率已減小至低於預定氫滲透率臨限值時自產氫方案選擇性地轉變為恢復方案。特定而言，控制器100可經組態以接收對應於滲透率回應性操作參數之狀態信號102，將滲透率回應性操作參數與預定臨限值進行比較，且回應於至少一個滲透率回應性操作參數超過對應預定臨限值而產生將燃料處理系統10自產氫方案轉變為恢復方案之對燃料處理系統10及/或產氫及消耗總成12之各種組件的一或多個控制信號104。如本文中所使用，預定臨限值另外或替代地可稱作預定操作臨限值、操作臨限值、臨限值、預定設定點、操作設定點及/或設定點。滲透率回應性操作參數之實例包括產氫區之產氫區溫度、產氫區19之重整器溫度、產氫區19之加熱總成溫度、緩衝槽78之壓力、產物氫氣流14之流動速率、產物氫氣流14之壓力、副產物流68之壓力、副產物流68之流動速率、一或多個原料流16之壓力及/或由燃料電池堆疊40產生之電流。對應感測器110之實例包括一或多個產氫區 溫度感測器、產物氫氣流流動速率感測器、產物氫氣流壓力感測器、緩衝槽壓力感測器、副產物流流動速率感測器、原料流壓力感測器及/或燃料電池堆疊電流計。
作為更特定實例，在燃料處理系統10在產氫方案中之操作期間，燃燒器總成92可將產氫區19加熱至最佳產氫溫度以用於使在產氫區19內之含碳原料18之反應(例如，蒸汽重整)所產生的氫最大化。如圖2中所展示，氫分離膜模組80將由此反應產生之混合氣體流20分離為產物氫氣流14及副產物流68，且副產物流68可輸送至在其中燃燒之燃燒器總成92。因此，藉由燃燒器總成92輸送至產氫區19之熱量及因此產氫區19之至少一部分的溫度可回應於輸送至燃燒器總成92之副產物流68的量。氫分離膜模組80之氫滲透率可影響或至少部分地判定混合氣體流20中作為副產物流68而離開氫分離膜模組80的比例。更具體而言，當氫分離膜模組80之氫滲透率降低時，更大比例之副產物流68可輸送至燃燒器總成92，其可引起產氫區19之溫度升高。因此，產氫區19之溫度(諸如加熱總成溫度及/或重整器溫度)可用作滲透率回應性操作參數。特定而言，燃料處理系統10可經組態以當產氫區19之產氫區溫度已超過產氫區臨限溫度(諸如大於產氫區臨限溫度及/或超出可接受產氫區臨限溫度範圍)時，自產氫方案選擇性地轉變為恢復方案。作為實例，產氫區溫度可由一或多個重整器溫度感測器及加熱總成溫度感測器中之至少一者偵測。作為實例，產氫區臨限溫度可包括至少450℃、至少475℃、至少500℃、至少550℃、至少575℃、至多550℃、至多600℃、至多650℃及/或至多700℃中之至少一者。
作為更多實例，產物氫氣流14之流動速率及/或緩衝槽78之壓力可對應地隨著氫分離膜模組80之氫滲透率之降低而減小。出於此考慮，燃料處理系統10可經組態以回應於產物氫氣流之壓力及/或緩衝槽之壓力小於預定臨限產物氫壓力及/或產物氫氣流之流動速率小於預選定目標產物氫氣流速率之預選定 臨限分數而自產氫方案選擇性地轉變為恢復方案。作為又另一實例，原料流16之壓力可隨著氫分離膜模組80之降低氫滲透率而增加，且燃料處理系統10可經組態以回應於原料流16之壓力諸如藉由大於預定原料流臨限壓力及/或超出預定原料流臨限壓力範圍而超過預定原料流臨限壓力而自產氫方案選擇性地轉變為恢復方案。
作為又另一實例，由燃料電池堆疊40產生之電流可對應地隨著產物氫氣流14之流動速率減小而減小。因此，由燃料電池堆疊40產生之電流可對應地隨著氫分離膜模組80之氫滲透率降低而減小，且燃料處理系統10可經組態以當由燃料電池堆疊40產生之電流小於預定臨限燃料電池堆疊電流時自產氫方案選擇性地轉變為恢復方案。
取決於滲透率回應性操作參數，若參數之值(亦即，量值)大於對應上臨限值、小於對應下臨限值或超出對應臨限值範圍(亦即，不在對應臨限值範圍內)，則對應滲透率回應性操作參數可描述為超過、超出及/或未能符合預定臨限值。作為一實例，當氫滲透率降至低於此臨限值時，則超過預定氫滲透率臨限值。作為另一實例，當產氫區溫度大於上臨限值(指示溫度過高)時及/或當溫度低於下臨限值(指示溫度過低)時，則超過產氫區臨限溫度。當滲透率回應性操作參數之值尚未超過其對應預定臨限值時，參數可描述為符合臨限值及/或在可接受值或值範圍下或在可接受值或值範圍內。
圖3示意性地表示用於在產氫燃料處理系統內在原位增加氫分離膜模組之氫滲透率的方法500之實例。在圖3中，在虛線方塊中說明一些步驟，指示此類步驟可為可選的或可對應於方法500之視情況選用之版本。亦即，並非所有方法500均需要包括在實線方塊中說明之步驟。圖3之方法及步驟不為限制性的，且如自本文中之論述所理解，其他方法及步驟在本發明之範圍內，包括具有大於或少於所說明之步驟的數目的方法。方法500之每一步驟或部分可利用產氫 燃料處理系統10、產氫及消耗總成12及/或本文中參考圖1至2說明及論述之其部分來執行。同樣地，本文中參考圖3及方法500論述之產氫燃料處理系統、產氫及消耗總成及/或其部分的特徵、功能、結構、組態、特性、屬性、變體、選項等可包括於根據圖1及2之產氫燃料處理系統10及/或產氫及消耗總成12中或以其他方式與產氫燃料處理系統10及/或產氫及消耗總成12一起使用。
如本文所論述，方法500另外或替代地在本文中可稱為用於在產氫燃料處理系統內在原位改進、恢復及/或增強氫分離膜模組之氫滲透率及/或氫滲透率的方法。如圖3中所展示，方法500包括在505處在產氫方案中操作燃料處理系統，及隨後在545處在恢復方案中操作燃料處理系統。
在505處在產氫方案中操作燃料處理系統可包括在510處將原料流供應至產氫區，在515處藉由產氫區自原料流產生混合氣體流及將混合氣體流輸送至氫分離膜模組，及在520處藉由氫分離膜模組將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流。在505處在產氫方案中操作燃料處理系統可視情況包括在燃料處理系統內偵測一或多個操作參數及判定至少一個操作參數是否已超過各個預定臨限值525。方法500可包括在527處當操作參數尚未超過各個預定臨限值時在產氫方案中繼續操作。
方法500亦包括在530處當已超過至少一個預定臨限值時使燃料處理系統自產氫方案轉變為恢復方案。在530處將燃料處理系統轉變為恢復方案可包括在535處暫停產氫方案及/或在540處啟動氧化劑輸送系統。在545處在恢復方案中操作產氫燃料處理系統包括在550處藉由氧化劑輸送系統將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組，及在555處將氫分離膜模組之一或多個氫選擇性膜曝露於含氧化劑流。方法500進一步可包括在560處使燃料處理系統自恢復方案轉變回至產氫方案。
在505處在產氫方案中操作產氫燃料處理系統包括利用產氫燃料 處理系統自原料流產生產物氫氣流。在505處在產氫方案中操作燃料處理系統亦可包括將產物氫氣流供應至諸如燃料電池堆疊之氫消耗總成。如本文所論述，燃料處理系統可包括經加熱圍阻結構，其包括可含有燃料處理系統之各種組件的內部隔室。出於此考慮，在505處在產氫方案中操作燃料處理系統亦可包括將經加熱圍阻結構之內部隔室之溫度維持在經加熱圍阻結構產氫溫度下，該經加熱圍阻結構產氫溫度可為至少200℃、至少250℃、至少300℃、至少350℃、至少375℃、至少400℃、至少425℃、至少450℃、至多500℃、至多600℃及/或在200℃至600℃之範圍內及/或在375℃至425℃之範圍內。特定而言，將經加熱圍阻結構之內部隔室維持在經加熱圍阻結構產氫溫度下可包括將其中所含有的燃料處理系統之各種組件維持在經加熱圍阻結構產氫溫度或一或多個更高溫度下。
如圖3中所展示，在505處在產氫方案中操作燃料處理系統包括在510處藉由原料輸送系統將至少一個原料流供應至產氫區。在510處供應原料可包括將諸如本文中論述之含碳原料中之一或多者的含碳原料供應至產氫區。在510處將原料流供應至產氫區可包括利用控制器藉由控制包括於原料輸送系統中之各種閥、泵、壓縮機及/或質量流控制器來控制原料流至產氫區之流動速率。另外或替代地，在510處供應原料流亦可包括取決於用於產氫區以產生混合氣體流之反應而將諸如水及/或氧氣之額外原料流供應至產氫區。
在505處在產氫方案中操作燃料處理系統進一步包括在515處藉由產氫區產生含有作為多數組分之氫氣的混合氣體流及將混合氣體流輸送至氫分離膜模組。在515處產生及輸送混合氣體流可包括藉由利用本文中更詳細地論述之反應及/或重組催化劑中之任一者以自原料流產生混合氣體流來在產氫區內使原料流視情況與額外原料流反應。在515處產生及輸送混合氣體流亦可包括用諸如燃燒器總成之加熱總成將產氫區加熱至產氫區產氫溫度(諸如本文中所論述)及/或將混合氣體流加壓。
繼續參考圖3，在505處在產氫方案中操作進一步包括在520處藉由氫分離膜模組將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流。在520處分離可包括利用本文中更詳細地論述之氫分離膜模組中之任一者來分離混合氣體流。在520處分離混合氣體流可包括在氫分離膜模組之混合氣體區中接收混合氣體流及准許含於混合氣體流內之氫氣擴散通過一或多個氫選擇性膜至氫分離膜模組之滲透區。在520處分離混合氣體流亦可包括將副產物流輸送至燃燒器總成及/或將氫分離膜模組維持在氫分離溫度下，其實例揭示於本文中。
在505處在產氫方案中操作燃料處理系統可包括在525處在燃料處理系統內偵測一或多個操作參數及判定至少一個操作參數是否已超過預定臨限值。當包括時，525處之偵測及判定可利用方法500內之任何適合之順序或時序及/或利用505處之產氫方案中的操作來執行。作為實例，525處之偵測及判定可實質上與產氫方案中之操作之任何其他步驟同時及/或在產氫方案中之操作之任何其他步驟之後執行。另外或替代地，525處之偵測及判定可在530處轉變為恢復方案之前及/或在545處之恢復方案中的操作之前執行。
作為一實例，在525處偵測及判定可包括偵測燃料處理系統已在產氫方案中操作的產氫時間之總量及判定產氫時間之總量是否已超過預定產氫時間臨限值。更具體而言，產氫時間之總量可包括連續持續時間或可包括複數個時間增量，該複數個時間增量一起總計為總產氫時間且可在關方案中及/或在激發方案中由燃料處理系統之操作之時段分離。作為實例，產氫時間臨限值可包括至少50小時、至少100小時、至少500小時、至少1000小時、至少2000小時、至多5000小時及/或至多10,000小時中之至少一者。
在525處偵測及判定另外或替代地可包括偵測氫分離膜模組之氫滲透率及判定氫滲透率是否為至少預定氫滲透率臨限值。換言之，在525處偵測及判定可包括判定氫滲透率是否為預選定目標氫滲透率之至少預選定臨限分 數，諸如本文中所論述。
更具體而言，在525處偵測及判定可包括在燃料處理系統內偵測一或多個滲透率回應性操作參數，諸如本文中更詳細地論述的滲透率回應性操作參數中之任一者，及判定至少一個滲透率回應性操作參數是否已超過相應臨限值。滲透率操作參數之實例包括產氫區之一或多個產氫溫度、緩衝槽之壓力、產物氫氣流之壓力及/或流動速率、燃料電池堆疊電流、原料流之壓力、副產物流之壓力及/或流動速率及/或原料流之流動速率。在525處偵測及判定亦可包括利用產氫燃料處理系統內及/或產氫及消耗總成12內的任何適合之感測器，諸如一或多個產氫區溫度感測器、緩衝槽壓力感測器、產物氫氣流流動速率感測器、產物氫氣流壓力感測器、副產物流壓力感測器、副產物流流動速率感測器、原料流流動速率感測器、原料流壓力感測器及/或燃料電池堆疊感測器。在525處偵測及判定亦可包括藉由諸如本文中更詳細地論述之控制器中之任一者的控制器，諸如藉由將操作參數與相應預定臨限值進行比較來判定操作參數中之任一者是否已超過相應預定臨限值。
產氫區溫度可包括產氫區之重整器之一或多個重整器溫度、加熱總成溫度及/或產氫區溫度。在525處偵測及判定可包括判定此等溫度中之至少一者是否已超過預定產氫區臨限溫度，該預定產氫區臨限溫度可包括預定重整器臨限溫度及/或預定反應器下臨限溫度。作為一實例，當原料流為甲醇時，預定產氫區溫度臨限值可包括至少450℃、至少475℃、至少500℃、至少550℃、至少560℃、至少570℃、至少575℃、至少580℃、至少600℃、至多625℃及/或至多650℃中之至少一者。作為另一實例，當含碳原料為烴、乙醇或類似醇時，預定產氫區溫度臨限值可包括至少700℃、至少750℃、至少800℃、至少825℃、至多850℃、至多900℃及/或至多950℃中之至少一者。
作為另一實例，在525處偵測及判定可包括偵測緩衝槽及/或產物 氫氣流之壓力及判定緩衝槽及/或產物氫氣流之壓力是否為預選定目標產物氫壓力之至少預選定臨限分數。作為實例，預選定目標產物氫壓力之預選定臨限分數可包括至少25%、至少50%、至少60%、至少70%、至少75%、至多80%、至多85%、至多90%、至多95%、至多99%及/或至多99.5%中之至少一者。
作為又另一實例，在525處偵測及判定可包括偵測產物氫氣流之產物氫氣流流動速率及判定產物氫氣流流動速率是否為預選定目標產物氫氣流流動速率之至少預選定臨限分數。作為實例，預選定目標產物氫氣流流動速率之預選定目標產物之預選定臨限分數可包括至少25%、至少50%、至少60%、至少70%、至少75%、至多80%、至多85%、至多90%、至多95%、至多99%及/或至多99.5%中之至少一者。
作為另一實例，在525處偵測及判定可包括偵測由燃料電池堆疊產生之燃料電池堆疊電流及判定燃料電池堆疊電流是否為預選定目標燃料電池堆疊電流之至少預選定臨限分數。作為實例，預選定目標燃料電池堆疊電流之預選定臨限分數可包括至少25%、至少50%、至少60%、至少70%、至少75%、至多80%、至多85%、至多90%、至多95%、至多99%及/或至多99.5%。
作為又另一實例，在525處偵測及判定可包括偵測原料流之原料流壓力及判定原料流壓力是否已超過預選定目標原料流壓力之預選定臨限分數。作為實例，預選定目標原料流壓力之預選定臨限分數可包括至少100%、至少102%、至少105%、至少110%、至少120%、至多130%、至多150%及/或至多200%中之至少一者。
繼續參考圖3，方法500可包括在527處當操作參數中之至少一者尚未超過相應預定臨限值時繼續在產氫方案中操作燃料處理系統。更具體而言，方法500可包括當在525處偵測及判定期間判定操作參數中之至少一者、中之至少一些及/或中之每一者尚未超過相應臨限值(亦即，在相應臨限值內)時在527 處繼續。作為更具體實例，方法500可包括當在525處偵測及判定包含判定產氫時間小於預定產氫時間臨限值、判定氫分離膜模組之氫滲透率大於理想氫滲透率之預選定臨限分數、判定產物氫氣流壓力為預選定目標產物氫氣流壓力之至少預選定臨限分數、判定產物氫氣流流動速率為理想產物氫氣流流動速率之至少預定臨限值、判定產氫區溫度中之一或多者小於產氫區臨限溫度及/或判定原料流壓力小於理想產物氫氣流壓力之臨限分數中的至少一者時繼續在產氫方案中操作。
當包括於方法500中時，在527處繼續可包括在510處繼續執行供應、在515處產生及輸送混合氣體流、在520處分離混合氣體流及在525處視情況偵測及判定。在527處繼續亦可包括繼續將產物氫氣流供應至氫消耗總成。當包括時，527處之繼續可利用方法500內之任何適合之順序或時序執行，諸如實質上與在525處偵測及判定同時，或在525處偵測及判定之後，在530處轉變為恢復方案之前，及/或在545處之恢復方案中的操作之前及/或在545處之恢復方案中的操作之後。
如圖3中所展示，方法500包括在530處當至少一個操作參數已超過相應預定臨限值時使產氫燃料處理系統自產氫方案轉變為恢復方案。在530處轉變亦在本文中可稱為準備該燃料處理系統以用於恢復方案。作為一實例，在530處轉變可包括將燃料處理系統之各種其他組件自相應產氫溫度加熱及/或冷卻為相應恢復溫度，諸如本文中更詳細地論述。加熱可利用加熱總成來執行，且冷卻可包括用加熱總成暫停加熱及准許對應組件被動地冷卻或利用一或多個吹風機主動地冷卻對應組件。作為更具體實例，在530處轉變可包括將氫分離膜模組自氫分離膜模組氫分離溫度加熱或冷卻為氫分離膜模組恢復溫度。作為另一實例，在530處轉變可包括將產氫區自產氫區產氫溫度冷卻為產氫區恢復溫度，以便在恢復方案中之操作期間避免損壞產氫區。作為又另一實例，在530處轉變 可包括將加熱圍阻體積自加熱圍阻體積產氫溫度加熱或冷卻為加熱圍阻體積恢復溫度。
在530處轉變可包括當在525處偵測及判定包含判定至少一個操作參數已超過相應預定臨限值時，將燃料處理系統自產氫方案轉變為恢復方案。更具體而言，當操作參數中之僅一者已超過相應臨限值時，或僅當操作參數中之超過一者已超過相應預定臨限值時，可執行在530處自產氫方案轉變為恢復方案。大體而言，當期望或有必要增加、改進及/或恢復氫分離膜模組之氫滲透率時，可執行530處之轉變。該轉變可作為常規或定期維護循環而執行及/或可回應於偵測到氫分離膜模組之氫滲透率之降低而執行。
作為一實例，當在525處偵測及判定包含判定產氫時間已超過預定產氫時間臨限值時，可執行530處之轉變。另外或替代地，當在525處偵測及判定包含判定氫分離膜模組之氫滲透率小於預選定目標氫滲透率之預選定臨限分數時，可執行530處之轉變，諸如本文中所論述。更具體而言，當在525處偵測及判定包含判定滲透率回應性操作參數中之一或多者已超過相應預定臨限值時，可執行530處之轉變。
作為更具體實例，當在525處偵測及判定包含判定產物氫氣流壓力小於預選定目標產物氫氣流壓力之預選定臨限分數、判定產物氫氣流流動速率小於理想產物氫氣流流動速率之預選定臨限分數、判定產氫區溫度中之一或多者大於產氫區臨限溫度、判定原料流壓力大於理想原料流壓力之預選定臨限分數及/或判定燃料電池堆疊電流小於預選定目標燃料電池電流之預選定臨限分數中之至少一者時，可執行530處之轉變，諸如本文中所論述。
當包括時，可以方法500內之任何適合之順序或時序執行530處之轉變。作為實例，在530處自產氫方案轉變為恢復方案可在505處之產氫方案中之操作之後執行。更具體而言，530處之轉變可在525處之偵測及判定之後及/或回 應於525處之偵測及判定而執行。530處之轉變亦可在545處之恢復方案中的操作之前及/或在560處自恢復方案轉變為產氫方案之前執行。
如圖3中所展示，自產氫方案轉變為恢復方案可包括在535處暫停產氫方案。在535處暫停產氫方案亦在本文中可稱為暫停產氫方案及/或中止產氫方案。在535處暫停產氫方案可包括在510處暫停或中止將原料流供應至產氫區，在515處暫停或中止產生混合氣體流及輸送混合氣體流，及/或在520處暫停或中止分離該混合氣體流。535處之暫停亦可包括停止將產物氫氣流供應至氫消耗總成，且可包括用氫儲存裝置將氫供應至氫消耗總成。
在535處暫停產氫方案可利用530處之轉變內的任何適合之順序或時序執行，諸如在545處之恢復方案中的操作之前及/或在540處啟動氧化劑輸送系統之前。
如圖3中所展示，當包括時，在530處自產氫方案轉變為恢復方案可包括在540處啟動氧化劑輸送系統。在540處啟動氧化劑輸送系統另外或替代地可稱作啟動該氧化劑輸送系統。540處之啟動可包括致動氧化劑輸送系統之各種致動器及/或將電力供應至氧化劑輸送系統之各種致動器，諸如可包括於氧化劑輸送系統中之氧化劑流入口、各種閥、流體處置器、一或多個泵、風扇及/或吹風機。540處之啟動可包括利用控制器執行致動。在540處啟動氧化劑輸送系統亦可包括用加熱總成將氧化劑輸送系統加熱至氧化劑輸送系統溫度。另外或替代地，540處之啟動可包括利用流體處置器對含氧化劑流加壓及/或利用流體處置器使空氣自進氣口流動至氧化劑輸送系統。在535處暫停產氫方案進一步可包括自燃料處理系統之至少一部分(諸如至少膜模組)吹掃或排出氫或含氫氣體。特定而言，535處之暫停可包括535處之暫停與545處之恢復方案中之操作之間的暫停以准許含於燃料處理系統之至少一部分內之氫自其排放，以便防止含氧化劑流及氫氣在燃料處理系統內之非所要接觸。
在540處啟動氧化劑輸送系統可利用方法500內之任何適合之順序或時序來執行，諸如在535處之暫停之後及/或在545處之恢復方案中的操作之前。
繼續參考圖2，方法500包括在恢復方案545中操作燃料處理系統。在545處在恢復方案中操作燃料處理系統可包括增加、恢復、增強及/或改進氫分離膜模組之氫滲透率。在545處在恢復方案中操作燃料處理系統另外或替代地可包括增加、恢復及/或改進氫分離膜模組之一或多個氫選擇性膜的氫滲透率及/或氫滲透率。
在545處在恢復方案中操作燃料處理系統可包括將燃料處理系統之一或多個組件維持在相應恢復溫度下。在一些實例中，將組件維持在相應恢復溫度下包含利用加熱總成及/或經加熱圍阻結構將各種組件維持在相應恢復溫度下。作為一實例，恢復方案中之操作可包括將氫分離膜模組維持在膜模組恢復溫度下。作為實例，膜模組恢復溫度可包括至少200℃、至少250℃、至少300℃、至少350℃、至少375℃、至少400℃、至少425℃、至少450℃、至多500℃、至多600℃中之至少，及/或在200℃至600℃之範圍內及/或在375℃至425℃之範圍內。作為另一實例，在恢復方案中操作可包括將產氫區維持在產氫區恢復溫度下，其可包括至少50℃、至少200℃、至少250℃、至少300℃、至少350℃、至少375℃、至少400℃、至少425℃、至少450℃、至多500℃、至多600℃中之至少一者，及/或在200℃至600℃之範圍內及/或在375℃至425℃之範圍內。作為又另一實例，在545處在恢復方案中操作可包括將氧化劑輸送系統維持在氧化劑輸送溫度下。作為實例，氧化劑輸送溫度可包括至少200℃、至少250℃、至少300℃、至少350℃、至少375℃、至少400℃、至少425℃、至少450℃、至多500℃、至多600℃中之至少一者，及/或在200℃至600℃之範圍內及/或在375℃至425℃之範圍內。作為又另一實例，在545處在恢復方案中操作可包括將經加熱圍阻結構之內部隔室 維持在經加熱圍阻結構恢復溫度下，其可包括至少200℃、至少250℃、至少300℃、至少350℃、至少375℃、至少400℃、至少425℃、至少450℃、至多500℃、至多600℃中之至少一者，及/或在200℃至600℃之範圍內及/或在375℃至425℃之範圍內。
在545處在恢復方案中操作燃料處理系統亦可包括在恢復方案中在恢復時間之預定持續時間內操作系統，其可包括在恢復時間之預定持續時間(其亦可稱作氧化劑供應時間之預定持續時間)內將含氧化劑流選擇性地輸送至氫分離膜模組，在恢復時間之預定持續時間內將氫分離膜模組曝露於含氧化劑流，及/或在恢復時間之預定持續時間內暫停產氫方案。作為實例，當在550處輸送含氧化劑流包括主動地輸送含氧化劑流時，恢復時間之預定持續時間可包括至少10分鐘、至少30分鐘、至少60分鐘、至少90分鐘、至多120分鐘、至多150分鐘、至多180分鐘、至多240分鐘中之至少一者，及/或在60分鐘至120分鐘之範圍內。當在550處輸送含氧化劑流包括被動地輸送含氧化劑流時，恢復時間之預定持續時間可包括至少60分鐘、至少120分鐘、至少240分鐘、至少480分鐘、至少720分鐘、至少1,440分鐘、至少2,160分鐘、至少2,880分鐘、至多720分鐘、至多1,440分鐘、至多2,160分鐘、至多2,880分鐘、至多3,600分鐘及/或至多4,320分鐘。
在545處在恢復方案中操作產氫燃料處理系統可利用方法500內之任何適合之順序或時序來執行。作為一實例，在545處在恢復方案中操作可在505處在產氫方案中操作之前及/或之後執行。另外或替代地，在545處在恢復方案中操作可在530處自產氫方案轉變為恢復方案之後及/或在560處自恢復方案轉變為產氫方案之前執行。
如圖3中所展示，在545處在恢復方案中操作包括在550處藉由氧化劑輸送系統在原位將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組。在550處輸送含氧化劑 流可包括輸送含氧化劑流而不使氫分離膜模組與燃料處理系統斷開連接或卸載。換言之，在550處輸送含氧化劑流可包括在氫選擇性膜可操作地安裝在燃料處理系統中時及/或在氫分離膜模組保持可操作地互連於燃料處理系統內時，將含氧化劑流輸送至膜模組。在550處輸送含氧化劑流可包括輸送含有任何適合之氧化劑的任何適合之含氧化劑流，諸如本文中更詳細地論述。作為一實例，在550處輸送含氧化劑流可包括輸送含氧化劑流，該含氧化劑流包含空氣、大氣氣體成分及/或包括作為氧化劑之氧氣的含氧化劑流。作為另一實例，在550處輸送含氧化劑流可包括藉由氧化劑輸送系統來汲取、流動或釋放來自進氣口及/或氧化劑儲存裝置之含氧化劑流。
在550處輸送含氧化劑流可包括將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組之混合氣體區。在550處輸送含氧化劑流可包括利用本文中更詳細地論述的管道、閥、含氧化劑流管道及/或氧化劑流入口中之任一者。作為實例，在550處輸送含氧化劑流可包括諸如經由沿著氫分離膜模組之混合氣體流入口及/或副產物流出口中之一或多者定位的一或多個氧化劑流入口及/或定位於氫分離膜模組之混合氣體流入口及/或副產物流出口中之一或多者上的一或多個氧化劑流入口來將含氧化劑流直接輸送至氫分離膜模組之混合氣體區。
另外或替代地，在550處輸送含氧化劑流可包括經由可定位於燃料處理系統中之別處的一或多個氧化劑入口將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組，諸如本文中更詳細地論述。作為一實例，在550處輸送含氧化劑流可包括經由在產氫區上游、沿著混合氣體流導管、沿著混合氣體流過濾器上游之混合氣體流導管、沿著副產物流導管及/或沿著氧隔離裝置上游之副產物流導管定位的氧化劑入口輸送含氧化劑流。鑒於以上，在550處輸送含氧化劑流可包括在上游方向及下游方向中之任一者或兩者上使含氧化劑流流動至膜模組且視情況藉由膜模組使含氧化劑流流動。在550處輸送含氧化劑流亦可包括在含氧化劑流已穿過 氫分離膜模組後藉由一或多個出口排出含氧化劑流。
在550處輸送含氧化劑流可包括主動地輸送含氧化劑流之氧化劑輸送系統及/或可包括被動地輸送含氧化劑流之氧化劑輸送系統。主動地輸送含氧化劑流之實例可包括利用氧化劑輸送系統之流體處置器將含氧化劑流流動、吹送及/或泵送至氫分離膜模組及視情況藉由氫分離膜模組來流動、吹送及/或泵送含氧化劑流，諸如本文中更詳細地論述。將含氧化劑流被動地輸送至氫分離膜模組之實例可包括諸如藉由利用加熱總成在本文中論述之膜模組恢復溫度範圍內循環氫分離膜模組之溫度以有助於含氧化劑流擴散至氫分離膜模組及/或藉由氫分離膜模組來擴散含氧化劑流。
在550處輸送含氧化劑流亦可包括在含氧化劑流流動速率下將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組。作為實例，當550處之輸送包含主動地輸送含氧化劑流時，含氧化劑流流動速率可包括至少0.5標準公升每分鐘(SLPM)、至少1SLPM、至少1.5SLPM、至多1.8SLPM、至多2SLPM、至多2.5SLPM及/或至多3SLPM中之至少一者。當550處之輸送包含被動地輸送含氧化劑流時，含氧化劑流流動速率可包括0.0001SLPM、至少0.001SLPM、至少0.01SLPM、至少0.1SLPM、至少0.5SLPM及/或至多1SLPM中之至少一者。在550處輸送含氧化劑流亦可包括將含氧化劑流維持在氧化劑流溫度下，其中氧化劑流溫度可與氧化劑輸送溫度及/或氫分離膜模組恢復溫度相同，或至少實質上與氧化劑輸送溫度及/或氫分離膜模組恢復溫度相同。將含氧化劑流維持在輸送溫度下可藉由將氧化劑輸送系統維持在氧化劑輸送溫度下及/或藉由將氫分離膜模組維持在氫分離膜模組恢復溫度下來執行。
繼續參考圖3，在545處在恢復方案中操作燃料處理系統亦包括將氫分離膜模組之至少一個氫選擇性膜之至少一部分選擇性地曝露於含氧化劑流。如本文所論述，氫分離膜模組可包括複數個氫選擇性膜。當氫分離膜模組包 括複數個膜模組時，555處之曝露可包括曝露至少一些氫選擇性膜的至少一部分及/或氫選擇性膜中之每一者的至少一部分。555處之曝露可包括將氫選擇性膜之混合氣體的面曝露於含氧化劑流。更具體而言，555處之曝露可包括在氫選擇性膜之混合氣體的面上方流動含氧化劑流。
在555處將氫分離膜曝露於含氧化劑流可包括移除或減少氫滲透率降低因素中之至少一些或全部，該等氫滲透率降低因素可存在於氫選擇性膜中之一或多者中或可影響氫選擇性膜中之一或多者。換言之，555處之曝露可包括針對滲透率降低因素處理氫選擇性膜。作為更具體實例，曝露可包括移除及/或選擇性地氧化可存在於氫選擇性膜上之降低滲透率之污染物，增大氫選擇性膜之活性表面積，誘發氫選擇性膜中之氫滲透率增加之表面粗糙度，及/或誘發氫選擇性膜中之滲透率增加微結構改變，諸如本文中更詳細地論述。
如圖3中所展示，方法500可包括在560處使產氫燃料處理系統自恢復方案轉變回至產氫方案。當包括於方法500中時，在560處自恢復方案轉變為產氫方案可利用方法500內之任何適合之順序或時序來執行。作為實例，560處之轉變可在545處之恢復方案中的操作之後及/或回應於燃料處理系統已在恢復時間之預定持續時間內在恢復方案中操作而執行。
560處之轉變可包括在545處在恢復方案中停止或暫停操作，其可包括在550處停止將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組及在555處停止曝露。當燃料處理系統包括氧隔離裝置時，560處之轉變可包括將氫供應至氧隔離裝置或用氫給予氧隔離裝置。將氫供應至氧隔離裝置可經執行以化學還原氧隔離裝置，移除在545處之恢復方案中之操作期間吸附於氧隔離裝置中的氧氣。將氫供應至氧隔離裝置可包括供應所儲存氫或可包括供應由產氫區產生之氫。
在560處將燃料處理系統自恢復方案轉變為產氫方案亦可包括啟動及/或恢復產氫方案。特定而言，560處之轉變可包括在510處啟動或恢復藉由 原料供應系統將原料流供應至產氫區，在515處啟動或恢復藉由產氫區產生混合氣體流及將混合氣體流輸送至氫分離膜模組，及/或在520處啟動或恢復藉由氫分離膜模組將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流。
在560處自恢復方案轉變為產氫方案亦可包括諸如藉由利用混合氣體流及/或副產物流來吹掃來自燃料處理系統及/或其一或多個管道、組件、閥等之含氧化劑流。自恢復方案轉變為產氫方案進一步可包括將燃料處理系統之一或多個組件自各自的恢復溫度加熱及/或冷卻至各自的產氫溫度，其可包括利用加熱總成及/或一或多個吹風機。作為更具體實例，560處之轉變可包括將產氫區自產氫區恢復溫度加熱至產氫區產氫溫度，將氫分離膜模組自膜模組恢復溫度加熱或冷卻至氫分離溫度，及/或將經加熱圍阻結構之內部隔室自經加熱圍阻結構恢復溫度加熱或冷卻至經加熱圍阻結構產氫溫度。
在本發明中，已在流程圖(flow diagram)或流程圖(flow chart)之上下文中論述及/或呈現若干說明性、非排他性實例，其中方法經展示及描述為一系列方塊或步驟。除非特定地闡述於隨附描述中，否則在本發明之範圍內，方塊之次序可不同於流程圖中所說明之次序，包括方塊(或步驟)中之兩者或更多者以不同次序及/或同時發生。亦在本發明之範圍內，方塊或步驟可實施為邏輯，其亦可描述為將方塊或步驟實施為邏輯。在一些應用中，方塊或步驟可表示待由功能上等效電路或其他邏輯裝置執行的表達及/或動作。所說明方塊可但不需要表示可執行指令，該等可執行指令使得電腦、處理器及/或其他邏輯裝置作出回應、執行動作、改變狀態、產生輸出或顯示及/或作出決策。
如本文中所使用，置放於第一實體與第二實體之間的術語「及/或」意謂以下中之一者：(1)第一實體、(2)第二實體及(3)第一實體及第二實體。用「及/或」列出的多個實體應以相同方式解釋，亦即，如此結合之實體中之「一或多者」。可視情況存在除了由「及/或」條項所具體地識別之實體以外 的其他實體，無論與具體地識別之彼等實體相關或不相關。因此，作為一非限制性實例，對「A及/或B」之參考，當結合諸如「包含」之開放式語言使用時可：在一個具體實例中，係指僅A(視情況包括除B以外的實體)；在另一具體實例中，係指僅B(視情況包括除A以外的實體)；在又另一具體實例中，係指A及B兩者(視情況包括其他實體)。此等實體可指元件、動作、結構、步驟、操作、值及類似者。
如本文中所使用，參考一或多個實體之清單之片語「至少一個」應理解為意謂選自實體之清單中之實體中之任何一或多者的至少一個實體，但不一定包括特定列於實體之清單內之每一個實體中之至少一者，且不排除實體之清單中之實體的任何組合。此定義亦允許可視情況存在除片語「至少一個」所指實體之清單內特定識別之實體以外的實體，無論與特定識別之彼等實體相關或不相關。因此，作為非限制性實例，「A及B中之至少一者」(或等效地「A或B中之至少一者」或等效地「A及/或B中之至少一者」)可在一個具體實例中指至少一個(視情況包括多於一個)A而不存在B(且視情況包括除B以外的實體)；在另一具體實例中，指至少一個(視情況包括多於一個)B而不存在A(且視情況包括除A以外的實體)；在又另一具體實例中，指至少一個(視情況包括多於一個)A及至少一個(視情況包括多於一個)B(且視情況包括其他實體)。換言之，片語「至少一個」、「一或多個」及「及/或」為在操作中作為連接詞及反意連接詞均可之開放式表述。舉例而言，表達「A、B及C中之至少一者」、「A、B或C中之至少一者」、「A、B及C中之一或多者」、「A、B或C中之一或多者」及「A、B及/或C」中之每一者可意謂僅A，僅B，僅C，A及B一起，A及C一起，B及C一起，A、B及C一起，且視情況以上中之任一者與至少一個其他實體組合。
在任何專利、專利申請案或其他參考以引用之方式併入本文中且(1)以不符合及/或(2)以其他方式不符合本發明之非併入部分或其他併入參 考中之任一者的方式定義術語的情況下，本發明之非併入部分應控制且其中之術語或併入之揭示內容應僅相對於定義術語及/或最初呈現併入之揭示內容的參考控制。
如本文中所使用之術語「經調適」及「經組態」意謂元件、組件或其他主題經設計及/或意欲執行給定功能。因此，術語「經調適」及「經組態」之使用不應解釋為意謂給定元件、組件或其他主題簡單地「能夠」執行給定功能，而是元件、組件及/或其他主題為了執行功能而具體地選擇、產生、實施、使用、經程式化及/或經設計。亦在本發明之範圍內，敍述為經調適以執行特定功能之元件、組件及/或其他所敍述主題可另外或替代地描述為經組態以執行彼功能，且反之亦然。
如本文所使用，片語「舉例而言」、片語「作為一實例」及/或簡言之術語「實例」當與參考根據本發明之一或多個組件、特徵、細節、結構、具體實例及/或方法一起使用時意欲傳達所描述之組件、特徵、細節、結構、具體實例及/或方法為根據本發明之組件、特徵、細節、結構、具體實例及/或方法之說明性、非排他性的實例。因此，所描述之組件、特徵、細節、結構、具體實例及/或方法並不意欲為限制性的、必需的或排他性/窮盡性的；且其他組件、特徵、細節、結構、具體實例及/或方法(包含結構上及/或功能上類似及/或等效之組件、特徵、細節、結構、具體實例及/或方法)亦在本發明之範圍內。
在以下所列舉段落中呈現根據本發明之系統及方法之實例。在本發明之範圍內，本文中所列舉之方法之個別步驟(包括在以下所列舉段落中)可另外或替代地稱為「用於」執行所敍述動作的「步驟」。
A1.一種產氫燃料處理系統，該系統包含：產氫區，其經組態以自原料流產生包括作為多數組分之氫之混合氣體流；氫分離膜模組，其包括至少一個氫選擇性膜且經組態以接收混合氣體流之 至少一部分且將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流；及氧化劑輸送系統，其經組態以在原位將含氧化劑流選擇性地輸送至氫分離膜模組且將至少一個氫選擇性膜之至少一部分選擇性地曝露於含氧化劑流以增加至少一個氫選擇性膜之氫滲透率。
A2.如段落A1之系統，其中至少一個氫選擇性膜將氫分離膜模組隔開成混合氣體區及滲透區，其中在混合氣體區內接收混合氣體流，其中至少一個氫選擇性膜經組態以准許混合氣體流內所含有之氫氣擴散通過至少一個氫選擇性膜至滲透區以將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流，且其中副產物流為並不擴散通過至少一個氫選擇性膜之混合氣體流之部分且產物氫氣流為擴散通過至少一個氫選擇性膜之混合氣體流之部分。
A3.如段落A3之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組之混合氣體區。
A4.如段落A2至A3中任一段之系統，其中至少一個氫選擇性膜包含混合氣體面及相對滲透面，其中混合氣體面定位於氫分離膜模組之混合氣體區中且滲透面定位於氫分離膜模組之滲透區中，且其中氧化劑輸送系統經組態以將至少一個氫選擇性膜之混合氣體面選擇性地曝露於含氧化劑流。
A5.如段落A1至A4中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統包含一或多個氧化劑流入口，氧化劑輸送系統經組態以藉由該一或多個氧化劑流入口使含氧化劑流流動至氫分離膜模組，其中一或多個氧化劑流入口定位於以下中之一或多者中：產氫區上游、產氫區下游、沿著混合氣體流管道、混合氣體流過濾器上游、沿著氫分離膜模組之混合氣體區、沿著副產物流管道、沿著氫分離膜模組之副產物流出口、沿著氫分離膜模組之混合氣體流入口及沿著副產物流管道定位的一或多個氧隔離裝置上游。
A6.如段落A1至A5中任一段之系統，其中氫分離膜模組包含複 數個氫選擇性膜，且其中氧化劑輸送系統經組態以將含氧化劑流輸送至複數個氫選擇性膜之至少一子集或各自將含氧化劑流輸送至複數個氫選擇性膜之每一氫選擇性膜。
A7.如段落A1至A6中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以在上游方向上及在下游方向上中之一或多者上使含氧化劑流流動。
A8.如段落A1至A7中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組，同時氫分離膜模組可操作地安裝在產氫燃料處理系統內。
A9.如段落A1至A8中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以在氧化劑供應時間之預定持續時間中將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組，且其中氧化劑供應時間之預定持續時間為至少10分鐘及至多240分鐘中之至少一者。
A10.如段落A9之系統，其中氧化劑供應時間之持續時間包括至少60分鐘及至多4,320分鐘中之至少一者。
A11.如段落A1至A10中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以利用預定含氧化劑流流動速率來輸送含氧化劑流。
A12.如段落A11之系統，其中含氧化劑流流動速率包括至少0.0001標準公升每分鐘及至多3標準公升每分鐘中之至少一者。
A13.如段落A1至A12中任一段之系統，其中含氧化劑流包括氧氣作為氧化劑。
A14.如段落A1至A13中任一段之系統，其中含氧化劑流包括大氣氣體成分。
A15.如段落A1至A14中任一段之系統，其中含氧化劑流相對於大氣氣體成分富集於氧氣中。
A16.如段落A1至A14中任一段之系統，其中含氧化劑流相對大氣氣體成分耗盡氧氣。
A17.如段落A1至A16中任一段之系統，其中產氫燃料處理系統經組態以在產氫方案中及在恢復方案中操作，其中產氫燃料處理系統經組態以在產氫方案中產生氫，且其中產氫燃料處理系統經組態以在恢復方案中增加氫分離膜模組之氫滲透率。
A18.如段落A17之系統，其進一步包含加熱總成，該加熱總成經組態以當系統在恢復方案中操作時將產氫燃料處理系統之一或多個組件維持在一或多個預定恢復方案溫度下。
A19.如段落A18之系統，其中加熱總成經組態以當產氫燃料處理系統在恢復方案中時將氫分離膜模組維持在預定膜模組恢復溫度下。
A20.如段落A19之系統，其中預定膜模組恢復溫度包括至少200℃及至多600℃中之至少一者。
A21.如段落A20之系統，其中預定膜模組恢復溫度包括至少375℃及至多425℃中之至少一者。
A22.如段落A18至A21中任一段之系統，其中加熱總成經組態以在恢復方案中將氧化劑輸送系統之至少一部分的溫度維持在預定氧化劑輸送系統恢復溫度下，使得氧化劑輸送系統在預定氧化劑流溫度範圍下將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組。
A23.如段落A22之系統，其中預定氧化劑輸送系統恢復溫度包括至少200℃及至多600℃中之至少一者。
A24.如段落A23之系統，其中預定氧化劑流溫度範圍包括至少375℃及至多425℃中之至少一者。
A25.如段落A1至A24中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統 經組態以將含氧化劑流主動地輸送至氫分離膜模組。
A26.如段落A25之系統，其中氧化劑輸送系統包含經組態以使含氧化劑流跨越氫分離膜模組之混合氣體區流動的氣體處置器。
A27.如段落A1至A26中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以將含氧化劑流被動地輸送至氫分離膜模組。
A28.如段落A27之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以利用氫分離膜模組內之溫度循環使含氧化劑流跨越氫分離膜模組之混合氣體區流動。
A29.如段落A1至A28中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以藉由自至少一個氫選擇性膜選擇性地移除降低滲透率之污染物來增加至少一個氫選擇性膜之氫滲透率。
A30.如段落A29之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以使降低滲透率之污染物與至少一個氫選擇性膜解吸附。
A31.如段落A29至A30中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以選擇性地氧化降低滲透率之污染物以自至少一個氫選擇性膜移除降低滲透率之污染物。
A32.如段落A29至A31中任一段之系統，其中降低滲透率之污染物包括化學鍵結污染物、實體鍵結污染物、化學反應污染物及間隙污染物中之一或多者，且其中氧化劑輸送系統經組態以移除化學鍵結污染物、實體鍵結污染物、化學反應污染物及間隙污染物中之至少一者。
A33.如段落A1至A32中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統經組態以藉由增加至少一個氫選擇性膜之活性表面積來增加至少一個氫選擇性膜之氫滲透率。
A34.如段落A1至A33中任一段之系統，其中氧化劑輸送系統 經組態以增加氫分離膜模組之氫滲透率。
A35.如段落A1至A34中任一段之系統，其中產氫燃料處理系統經組態以在產氫方案中及在恢復方案中操作，其中產氫燃料處理系統經組態以在產氫方案中產生氫，其中產氫燃料處理系統經組態以在恢復方案中增加氫分離膜模組之氫滲透率，其中產氫燃料處理系統經組態以在恢復方案與產氫方案之間選擇性地轉變。
A36.如段落A1至A35中任一段之系統，其中產氫燃料處理系統包含經組態以偵測產氫燃料處理系統內之複數個操作參數之複數個感測器。
A37.如段落A36之系統，其中複數個操作參數包含回應於氫分離膜模組之氫滲透率之降低而改變的至少一個滲透率回應性操作參數，且其中複數個感測器之至少一個感測器經組態以偵測滲透率回應性操作參數以偵測氫分離膜模組中之氫滲透率的降低。
A38.如段落A37之系統，當取決於段落A35時，其中系統經組態以當至少一個滲透率回應性操作參數已超過預定臨限值時自產氫方案選擇性地轉變為恢復方案。
A39.如段落A38之系統，其中至少一個滲透率回應性操作參數包括以下中之至少一者：i)產氫區之重整器溫度；ii)產氫區之加熱總成溫度；iii)產物氫氣流之流動速率；iv)緩衝槽之壓力；v)原料流之壓力；及vi)燃料電池堆疊之燃料電池堆疊電流，該燃料電池堆疊自膜模組接收產物氫氣流； 其中至少一個感測器包括以下中之至少一者：i)重整器溫度感測器，其經組態以偵測產氫區之重整器溫度；ii)加熱總成溫度感測器，其經組態以偵測產氫區之加熱總成溫度；iii)產物氫氣流流動速率感測器，其經組態以偵測產物氫氣流之流動速率；iv)緩衝槽壓力感測器，其經組態以偵測緩衝槽之壓力；v)原料流壓力感測器，其經組態以偵測原料流之壓力；及vi)燃料電池堆疊電流計，其經組態以偵測由燃料電池堆疊產生之燃料電池堆疊電流。
A40.如段落A1至A39中任一段之系統，其進一步包含與產氫燃料處理系統之至少一個感測器及一或多個致動器通信之控制器。
A41.如段落A40之系統，當取決於段落A38至A39中之任一段時，其中控制器經組態以回應於至少一個滲透率回應性操作參數超過預定臨限值而將產氫燃料處理系統自產氫方案選擇性地轉變為恢復方案。
A42.如段落A40至A41中任一段之系統，其中控制器經組態以執行如段落B1至B35中任一段之方法。
B1.一種在產氫燃料處理系統內在原位增加氫分離膜模組之氫滲透率的方法，該方法包含：在產氫方案中操作產氫燃料處理系統，其包含：藉由原料輸送系統將原料流供應至產氫區；藉由產氫區產生含有作為多數組分之氫氣之混合氣體流且將混合氣體流輸送至氫分離膜模組；藉由氫分離膜模組將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流；及在恢復方案中操作產氫燃料處理系統，其包含：藉由氧化劑輸送系統在原位將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組；及 將氫分離膜模組之至少一個氫選擇性膜之至少一部分選擇性地曝露於含氧化劑流。
B2.如段落B1之方法，其進一步包含：在產氫方案中之操作期間在產氫燃料處理系統內偵測一或多個操作參數，且判定一或多個操作參數之至少一個操作參數是否已超過相應預定臨限值。
B3.如段落B2之方法，其進一步包含當判定包含判定一或多個操作參數之操作參數是否已超過相應預定臨限值時，將產氫燃料處理系統自產氫方案轉變為恢復方案。
B4.如段落B3之方法，其中將產氫燃料處理系統自產氫方案轉變為恢復方案包含啟動氧化劑輸送系統。
B5.如段落B1至B4中任一段之方法，其中方法包含當每一操作參數在相應預定臨限值內時繼續在產氫方案下操作。
B6.如段落B2至B5中任一段之方法，其中一或多個操作參數中之至少一者為滲透率回應性操作參數。
B7.如段落B2至B6中任一段之方法，其中判定包含判定產氫區之產氫區溫度是否已通過預定產氫區臨限溫度，且其中轉變包含當產氫區溫度已超過預定產氫區臨限溫度時將產氫燃料處理系統自產氫方案轉變為恢復方案。
B8.如段落B7之方法，其中產氫區臨限溫度包括至少550℃及至多650℃中之至少一者。
B9.如段落B2至B8中任一段之方法，其中判定包含判定產物氫氣流之產物氫氣流壓力是否為預選定目標產物氫氣流壓力之至少預選定臨限分數，且其中轉變包含當產物氫氣流壓力小於預選定目標產物氫氣流壓力之預選定臨限分數時將產氫燃料處理系統自產氫方案轉變為恢復方案。
B10.如段落B9之方法，其中預選定目標產物氫氣流壓力之預 選定臨限分數包括至少25%、至少50%、至少60%、至少70%、至少75%、至多80%、至多85%、至多90%、至多95%、至多99%及/或至多99.5%中之至少一者。
B11.如段落B2至B10中任一段之方法，其中判定包含判定原料流之原料流壓力是否已超過預選定目標原料流壓力之預選定臨限分數，且其中轉變包含當原料流壓力已超過預選定目標原料流壓力之預選定臨限分數時將產氫燃料處理系統自產氫方案轉變為恢復方案。
B12.如段落B11之方法，其中預選定目標原料流壓力之預選定臨限分數包括至少100%、至少102%、至少105%、至少110%、至少120%、至多130%、至多150%及/或至多200%中之至少一者。
B13.如段落B2至B12中任一段之方法，其中判定包含判定氫分離膜模組之氫滲透率是否為預選定目標氫滲透率之至少預選定臨限分數，且其中轉變包含當氫分離膜模組之氫滲透率小於預選定目標氫滲透率之預選定臨限分數時將產氫燃料處理系統自產氫方案轉變為恢復方案。
B14.如段落B13之方法，其中預選定目標氫滲透率之預選定臨限分數包括至少25%、至少50%、至少60%、至少70%、至少75%、至少80%、至少85%、至多80%、至多85%、至多90%、至多95%、至多99%及/或至多99.5%中之至少一者。
B15.如段落B1至B14中任一段之方法，其中在恢復方案中操作產氫燃料處理系統包含增加至少一個氫選擇性膜之氫滲透率。
B16.如段落B1至B15中任一段之方法，其中在恢復方案中操作產氫燃料處理系統進一步包含將氫分離膜模組維持在膜恢復溫度下。
B17.如段落B16之方法，其中膜恢復溫度包括至少200℃及至多600℃中之至少一者。
B18.如段落B17之方法，其中膜恢復溫度包括至少375℃及至 多425℃中之至少一者。
B19.如段落B1至B18中任一段之方法，其中在恢復方案中操作產氫燃料處理系統進一步包含在選擇性地曝露期間將含氧化劑流維持在氧化劑流溫度下。
B20.如段落B19之方法，其中氧化劑流溫度包括至少200℃及至多600℃中之至少一者。
B21.如段落B20之方法，其中氧化劑流溫度包括至少375℃及至多425℃中之至少一者。
B22.如段落B1至B21中任一段之方法，其中輸送含氧化劑流包含在含氧化劑流流動速率下輸送含氧化劑流，其中含氧化劑流流動速率包括至少0.0001標準公升每分鐘及至多3標準公升每分鐘中之至少一者。
B23.如段落B1至B22中任一段之方法，其中在氫分離膜模組操作性地安裝在產氫燃料處理系統內時執行輸送含氧化劑流。
B24.如段落B1至B23中任一段之方法，其中在恢復時間之預定持續時間內執行在恢復方案中操作產氫燃料處理系統。
B25.如段落B24之方法，其中恢復時間之預定持續時間包括以下中之至少一者：至少60分鐘及至多2,880分鐘，及視情況選用之至少60分鐘及至多4,320分鐘。
B26.如段落B24至B25中任一段之方法，其中恢復時間之預定持續時間包括至少60分鐘及至多120分鐘中之至少一者。
B27.如段落B1至B26中任一段之方法，其中將產氫燃料處理系統自產氫方案轉變為恢復方案進一步包含暫停產氫方案。
B28.如段落B27之方法，其中暫停包含暫停將原料流供應至產氫區。
B29.如段落B27至B28中任一段之方法，其中暫停包含暫停產生該混合氣體流。
B30.如段落B1至B29中任一段之方法，其進一步包含將產氫燃料處理系統自恢復方案轉變為產氫方案。
B31.如段落B30之方法，其中將產氫燃料系統自恢復方案轉變為產氫方案包含恢復產氫方案。
B32.如段落B31之方法，其中恢復產氫方案包含：藉由原料輸送系統將原料流供應至產氫區；藉由產氫區產生含有作為多數組分之氫氣之混合氣體流且將混合氣體流輸送至氫分離膜模組；及藉由氫分離膜模組將混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流。
B33.如段落B30至B32中任一段之方法，其中將產氫燃料系統自恢復方案轉變為產氫方案包含暫停恢復方案。
B34.如段落B33之方法，其中暫停恢復方案包含：藉由氧化劑輸送系統停止將含氧化劑流輸送至氫分離膜模組；及停止將氫分離膜模組之至少一個氫選擇性膜之至少部分選擇性地曝露於含氧化劑流。
B35.如段落B1至B34中任一段之方法，其中產氫燃料處理系統包括如段落A1至A42中任一段之產氫燃料處理系統。
工業實用性
本文中所揭示之系統及方法適用於氫及能源產生行業，包括燃料電池行業。
在任何專利、專利申請案或其他參考以引用之方式併入本文中且(1)以不符合及/或(2)以其他方式不符合本發明之非併入部分或其他併入參 考中之任一者的方式定義術語的情況下，本發明之非併入部分應控制且其中之術語或併入之揭示內容應僅相對於定義術語及/或最初呈現併入之揭示內容的參考控制。
咸信，以上闡述之揭示內容涵蓋具有獨立效用之多個相異發明。雖然此等發明中之每一者已以較佳形式揭示，但其如本文中所揭示並說明的特定具體實例並不在限制性含義上考慮，此係由於大量變化為可能的。本發明之主題包括本文中所揭示之各種元件、特徵、功能及/或屬性之所有新穎及不明顯的組合及子組合。類似地，在申請專利範圍敍述「一」或「第一」元件或其等效物之情況下，此申請專利範圍應被理解為包括併入一或多個此類元件，既不要求亦不排除兩個或更多個此類元件。
咸信，以下申請專利範圍特別指出，某些組合及子組合係針對所揭示發明中之一者，且係新穎且非顯而易見的。可經由在此或相關申請案中修正當前申請專利範圍或呈現新的申請專利範圍來主張在特徵、功能、元件及/或屬性之其他組合及子組合中所體現之發明。此類經修正或新的申請專利範圍無論其係針對不同發明抑或針對相同發明，無論範圍不同於、寬於、窄於抑或等於初始申請專利範圍之範圍，都亦視為包括於本發明之發明之主題內。
500:方法
505:在產氫方案中操作
510:將原料流供應至產氫區
515:產生混合氣體流及輸送混合氣體流
520:分離混合氣體流
525:偵測操作參數及判定是否超過臨限值
527:繼續在產氫方案中操作
530:轉變為恢復方案
535:啟動氧化劑輸送系統
540:暫停產氫方案
545:在恢復方案中操作燃料處理系統
550:將含氧化劑流輸送至膜模組
555:將膜曝露於含氧化劑流
560:轉變為恢復方案

Claims (26)

  1. 一種產氫燃料處理系統，該系統包含：產氫區，其經組態以產生包括作為多數組分之氫氣之混合氣體流；氫分離膜模組，其包括至少一個氫選擇性膜且經組態以接收該混合氣體流之至少一部分且將該混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流；加熱總成，其經組態以將該氫分離膜模組維持在至少200℃的預定氫分離膜模組恢復溫度下；及氧化劑輸送系統，其經組態以在原位將含氧化劑流選擇性地輸送至該氫分離膜模組且將該至少一個氫選擇性膜之至少一部分選擇性地曝露於該含氧化劑流以增大該至少一個氫選擇性膜之氫滲透率；及其中該產氫燃料處理系統經組態以在恢復方案中操作，其中該加熱總成將該氫分離膜模組維持在預定氫分離膜模組恢復溫度下且該氧化劑輸送系統將該含氧化劑流輸送至該氫分離膜模組。
  2. 如請求項1之系統，其中該至少一個氫選擇性膜將該氫分離膜模組隔開成混合氣體區及滲透區，其中在該混合氣體區內接收該混合氣體流，其中該至少一個氫選擇性膜經組態以准許該混合氣體流內所含有之氫氣擴散通過該至少一個氫選擇性膜至該滲透區以將該混合氣體流分離為該產物氫氣流及該副產物流，其中該副產物流為並不擴散通過該至少一個氫選擇性膜之該混合氣體流之一部分且該產物氫氣流為擴散通過該至少一個氫選擇性膜之該混合氣體流之一部分，且其中該氧化劑輸送系統經組態以將該含氧化劑流輸送至該氫分離膜模組之該混合氣體區。
  3. 如請求項2之系統，其中該至少一個氫選擇性膜包含混合氣體面及相對滲透面，其中該混合氣體面定位於該氫分離膜模組之該混合氣體區中且該滲透面定位於該氫分離膜模組之該滲透區中，且其中該氧化劑輸送系統經組 態以將該至少一個氫選擇性膜之該混合氣體面選擇性地曝露於該含氧化劑流。
  4. 如請求項1之系統，其中該氧化劑輸送系統包含一或多個氧化劑流入口，該氧化劑輸送系統經組態以藉由該一或多個氧化劑流入口使該含氧化劑流流動至該氫分離膜模組，其中該一或多個氧化劑流入口包括定位於該產氫區上游之氧化劑流入口。
  5. 如請求項4之系統，其中該一或多個氧化劑流入口中之至少一者與該產氫區之燃料入口埠互連。
  6. 如請求項4之系統，其中該產氫區包括重組催化劑，且又其中該重組催化劑為非發火性者。
  7. 如請求項1之系統，其中該氧化劑輸送系統包含一或多個氧化劑流入口，該氧化劑輸送系統經組態以藉由該一或多個氧化劑流入口使該含氧化劑流流動至該氫分離膜模組，其中該一或多個氧化劑流入口包括定位於該產氫區下游之氧化劑流入口。
  8. 如請求項1之系統，其中該氧化劑輸送系統經組態以將該含氧化劑流輸送至該氫分離膜模組，同時該氫分離膜模組可操作地安裝在該產氫燃料處理系統內。
  9. 如請求項1之系統，其中該氧化劑輸送系統經組態以在氧化劑供應時間之預定持續時間中將該含氧化劑流輸送至該氫分離膜模組，且其中氧化劑供應時間之該預定持續時間為至少60分鐘及至多2,880分鐘。
  10. 如請求項1之系統，其中該氧化劑輸送系統經組態以利用預定含氧化劑流流動速率來輸送該含氧化劑流，且其中該預定含氧化劑流流動速率為至少0.0001標準公升每分鐘及至多3標準公升每分鐘。
  11. 如請求項1之系統，其中該含氧化劑流包括氧氣作為氧化劑。
  12. 如請求項1之系統，其中該產氫燃料處理系統經組態以在產氫 方案中及在該恢復方案中操作，其中該產氫燃料處理系統經組態以在該產氫方案中產生氫氣，且其中該產氫燃料處理系統經組態以在該恢復方案中增大該氫分離膜模組之氫滲透率，其中當該產氫燃料處理系統在該恢復方案中操作時，該加熱總成經組態以將該產氫燃料處理系統之一或多個組件維持在一或多個預定恢復溫度中。
  13. 如請求項12之系統，其中該加熱總成經組態以當該產氫燃料處理系統在該恢復方案中時將該氧化劑輸送系統之至少一部分維持在預定氧化劑輸送系統恢復溫度下，且其中該預定氧化劑輸送系統恢復溫度為至少200℃及至多600℃。
  14. 如請求項1之系統，其中該預定氫分離膜模組恢復溫度為至少375℃及至多425℃。
  15. 如請求項1之系統，其中該氧化劑輸送系統經組態以藉由自該至少一個氫選擇性膜選擇性地移除降低滲透率之污染物來增大該至少一個氫選擇性膜之該氫滲透率。
  16. 如請求項15之系統，其中該氧化劑輸送系統經組態以選擇性地氧化該降低滲透率之污染物以自該至少一個氫選擇性膜移除該降低滲透率之污染物。
  17. 如請求項1之系統，其中該氧化劑輸送系統經組態以藉由選擇性地增加該至少一個氫選擇性膜之表面粗糙度來增大該至少一個氫選擇性膜之該氫滲透率。
  18. 如請求項1之系統，其中該至少一個氫選擇性膜由鈀合金構成。
  19. 一種在產氫燃料處理系統內在原位增加氫分離膜模組之氫滲透率的方法，該方法包含：在產氫方案中操作該產氫燃料處理系統，其包含： 藉由原料輸送系統將原料流供應至產氫區；藉由該產氫區產生含有作為多數組分之氫氣之混合氣體流且將該混合氣體流輸送至該氫分離膜模組；藉由該氫分離膜模組將該混合氣體流分離為產物氫氣流及副產物流；及在恢復方案中操作該產氫燃料處理系統，其包含：藉由氧化劑輸送系統在原位將含氧化劑流輸送至該氫分離膜模組；將該氫分離膜模組之至少一個氫選擇性膜之至少一部分選擇性地曝露於該含氧化劑流；及將該氫分離膜模組維持在至少200℃的膜恢復溫度下。
  20. 如請求項19之方法，其進一步包含：在該產氫方案中之該操作期間在該產氫燃料處理系統內偵測一或多個操作參數，且判定該一或多個操作參數之至少一個操作參數是否已超過相應預定臨限值；及當該判定包含判定該一或多個操作參數之操作參數已超過該相應預定臨限值時，將該產氫燃料處理系統自該產氫方案轉變為該恢復方案。
  21. 如請求項20之方法，其中該方法包含當每一操作參數在該相應預定臨限值內時繼續在該產氫方案下操作。
  22. 如請求項20之方法，其中該一或多個操作參數中之至少一者為滲透率回應性操作參數。
  23. 如請求項20之方法，其中該判定包含判定該產氫區之產氫區溫度是否已超過預定產氫區臨限溫度，其中該轉變包含當該產氫區溫度已超過該預定產氫區臨限溫度時將該產氫燃料處理系統自該產氫方案轉變為該恢復方案，且其中該產氫區臨限溫度為至少550℃及至多650℃。
  24. 如請求項20之方法，其中該判定包含判定該氫分離膜模組之氫滲透率是否為預選定目標氫滲透率之至少一預選定臨限分數，且其中該轉變包含當該氫分離膜模組之該氫滲透率小於該預選定目標氫滲透率之該預選定臨限分數時將該產氫燃料處理系統自該產氫方案轉變為該恢復方案。
  25. 如請求項19之方法，其中該在該恢復方案中操作該產氫燃料處理系統包含增加該至少一個氫選擇性膜之氫滲透率。
  26. 如請求項19之方法，其中該至少一個氫選擇性膜由鈀合金構成。
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