[发明专利]用于制氢的超临界方法、反应器和系统

说明书

优先权要求

本申请要求于2006年4月7日提交的美国临时专利申请第 60/790,137号。

技术领域

本发明大体上涉及制氢，更具体的说，涉及一种利用超临界水和 烃源的制氢方法及相关的反应器和系统。

背景技术

氢是多种方法和多种技术所需的原料。这样的方法和技术的例子 包括氢化、合成氨和燃料电池。

水是可以由其获得氢的最普通的物质。然而，甲烷蒸汽重整(MSR) 仍然是经济学上可操作且商业上可行的仅有的由水制氢的现有技术。 MSR方法需要甲烷或者天然气源，该方法昂贵且复杂。对于MSR方 法，高温(例如800℃以上)时的温度控制和催化剂失活都是技术上的困 难领域。因此需要经济上可行的可以使用不同于MSR方法的工艺来 由水制氢的系统和方法。

经由燃料电池通过电化学来从氢提取能量是一种特别干净和有 效的能源提供方法。因此，积极开发用于各种应用的燃料电池。燃料 汽车(powering automobiles)就是这种应用的一个例子。在美国，政府对 车辆有害燃料最大允许排放量的要求迫使汽车生产者设计以不同于汽 油和柴油燃料的燃料运行的车辆或者考虑替代引擎如电动引擎。这导 致使用以纯氢运行的燃料电池的车辆设计。当纯氢经由汽车中的燃料 电池与氧混合时，产生水、热和电，并且从理想上来说没有排放对空 气或环境有害的其它化学物质。

另外，以氢运行的燃料电池系统可以是紧凑(compact)和轻质的 (lightweight)，并且没有主要的活动件。因为燃料电池没有活动件，在 理想条件下其可以实现极高的可靠性和尽可能少的停机时间。因此， 燃料电池也可用作遥远距离的场所中的能源，例如在宇宙飞船、遥远 地区的气象站、大型公园、效外地区中和在某些军队应用中。

电流燃料电池技术需要高纯度的氢来成功运行。政府已经指示， 燃料电池车辆依靠用于加燃料的固定式氢分配站，但是尚未建立用于 氢分配的基本设施。而且，在尝试开发用于其它汽车用途的车载制氢 系统的过程中已经遭遇了许多技术困难。因此，需要可以在汽车上车 载使用或在固定式设备中使用的简单、轻质和紧凑的制氢系统和方法。

附图说明

图1是说明本发明一个实施方式中的紧凑型反应器的内部构造的 示意图。

图2是说明图1的紧凑型反应器的部分外观的示意图。

图3是说明本发明第二实施方式中的紧凑型反应器和分离器的示 意图；

图4是说明本发明第三实施方式中的管式或者通道式反应器、内 腔(chamber)和分离器的示意图；

图5是说明对于不同停留时间来说每摩尔甲苯得到的氢摩尔数的 图表；

图6是说明温度对气态产物产率的影响的图表；

图7是说明根据本发明构造的制氢系统的流程图。

具体实施方式

在优选实施方式中，本发明使用了超临界方法和用于处理超临界 水与烃燃料的混合物以制氢的反应器。生成的氢的分离优选在反应器 中通过膜来完成，所述膜例如钯、钒、铜或其合金(合金是两种或更多 种元素的均匀混合物，所述两种或更多种元素中的至少一种为金属， 且所得材料具有金属特性)或聚合物。在本发明的另一种可选实施方式 中，分离可以通过独立于反应器的分离器装置来进行，该分离器装置 可以使用用于氢收集的膜或变压吸附(PSA)工艺。

本发明的反应器的一个实施方式的一部分的示意图在图1中的10 处大致标明。如图1所示，该反应器的特征在于多个反应通道12a-12d。 虽然在图1中图示了四个反应通道，但该反应器也可以具有更多或更 少个反应通道，甚至具有一个反应通道。各反应通道在一侧上被氢通 道14a和14b限制(bounded)，且在另一侧上被燃烧或加热流通道16a 和16b限制。每个反应通道与加热流通道被优选由金属构成的传热片 20a-20d分割，在所述传热片的反应侧涂有脱氢催化剂如镍、铂、钌、 铑、铜或其它贵金属或者它们的合金。每个反应通道与氢通道被包含 钯、钒或聚合物的膜22a-22d所分隔，所述膜22a-22d被固定在多孔支 撑板24a-24d的反应侧上。