[发明专利]用于氢气制备的方法以及其中使用的催化剂

说明书

本申请要求2008年12月23日提交的美国临时申请号61/140381的优先权，通过参考将其引入。

发明领域

本发明涉及通过蒸汽重整方法制备氢气。

发明背景

如专利文献中所反应的那样，以最小浪费的最有效方式发电是很多研究的焦点。例如，需要提高发电中的效率，分离和使用其它方法中的副产物二氧化碳(CO₂)和/或使CO₂产生量最小化。因此，已经尝试用氢气提高燃料效率而“增大”燃料的效率。此外，能够在使用纯氢气的燃料电池中发电。而燃料电池可以与汽车一起使用以降低(如果未消除)对石油基燃料的需要，这种应用需要对消费者方便的氢源(例如前庭(forecourt)应用)。用于燃料电池的氢气可以由例如部分氧化、自热重整和蒸汽重整形成。

部分氧化系统是基于燃烧的。通过高温热裂化反应，原料发生分解主要成为氢气和一氧化碳(CO)。自热重整是对催化部分氧化的变型，其中使用增大量的蒸汽以促进蒸汽重整并减少焦炭生成量。然而，部分氧化系统和自热重整都需要氧气，这降低了该部分氧化系统和自热重整用于前庭应用的能力。

烃基原料(例如甲烷和天然气)的蒸汽重整通常是用于生成大量氢气的最成本有效的方法。然而，天然气重整的经济性强烈受到天然气成本的影响。此外，由蒸汽甲烷重整(SMR)生成大量的二氧化碳，在环境中导致大的CO₂足迹(footprint)。

因此，开发由此使CO₂足迹最小化且可用于前庭应用的用于发电(和制氢)的方法是适宜的。

发明概述

本发明提供了用于制备氢气的方法，包括：将包括生物基原料和水的原料流引入重整器中并由热源为该重整器供热以将该重整器维持在重整器操作温度；将该原料流与位于该重整器内的蒸汽重整催化剂接触以生成包括氢气和一氧化碳的重整产物；从该重整器中回收该重整产物；将该重整产物与蒸汽在位于水煤气变换反应区域内的水煤气变换催化剂的存在下接触以生成包括氢气的水煤气变换产物流，其中该水煤气变换反应器以比该重整器操作温度更低的水煤气变换操作温度操作且该水煤气变换产物流包括比该重整产物中更大量的氢气；通过将该原料流与选自该重整产物、水煤气变换产物流或其组合的产物流进行换热接触而加热该原料流以在将该原料流引入该重整器中之前从该产物流中传热给该原料流。

附图简述

图1描绘了氢气制备方法的实施方案。

图2描绘了水煤气变换方法的实施方案。

图3描绘了氢气制备方法的实施方案。

发明详述

现在将提供详细描述。各后附权利要求限定了单独的发明，为了侵权判断的目的，认为其包括权利要求中给定的各种要素或限定的等价方式。根据上下文，下面所有对“本发明”的引用在一些情况中可以仅表示某些特别实施方案。在其它实施方案中可以认为对“本发明”的引用将表示在一个或多个(但不必须所有的)权利要求中限定的主题。现在将在下面更详细地描述各发明，包括特别实施方案、型式和实施例，但本发明并不限于这些实施方案、型式或实施例，包括其以使得在将本专利中的信息与可获得的信息和技术相结合时本领域普通技术人员能够制备和使用本发明。

下面显示本文中所用的各术语。就下面未定义的权利要求中所用的术语而言，应当给出有关领域中技术人员在申请时已印刷的出版物中和签发的专利中所反映的该术语的最宽的定义。此外，除非另外给出，本文中描述的所有化合物都可以是取代的或未取代的，化合物的列举包括其衍生物。

下面进一步描述各种范围。应当认识到除非另外指示，该端点意于是可互换的。此外，该范围内的任意点都预期在本文中公开的。

本发明的实施方案通常包括用于制备氢气的方法。该方法通常包括将蒸汽和原料与位于重整器内的蒸汽重整催化剂接触以生成富含氢气的重整产物。

一种或多种实施方案使用下文称作“生物基”的基于生物的原料。为了降低燃料成本(例如制备原料的成本)、使对环境的影响最小化(在原料的制备及其使用中)并提供可用于氢气制备的原料，使用生物基原料是适宜的。

该生物基原料可以包括例如醇、酸、酮、醚、酯、醛或其组合。该醇可以包括例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇或其组合。在一种或多种实施方案中，该醇是乙醇(在需要与烃源乙醇相区分时，其在本文中可称作生物基乙醇)。该酸例如可以包括乙酸。该酮例如可以包括丙酮。