[发明专利]集成的重整器和纯化器

说明书

本文描述的某些配置包括在组合重整器和纯化器的热集成组件中的重整器，该重整器可操作用于在催化重整反应中从富氢原料中释放氢，其中氢纯化器能够有效地除去和纯化氢气。本文还描述了使用组合的重整器/纯化器的方法。

技术领域

本文描述的某些配置涉及在组合重整器和纯化器的热集成组件中的重整器，重整器可操作用于在催化重整反应中从富氢原料中释放氢气，其中氢纯化器能够有效地除去和纯化氢气。本发明还公开了多腔重整组件，其可以例如包括用于供热的封闭腔燃烧器、催化剂床、甲烷化催化剂、备用加热器、点火源和氢可渗透膜纯化器。多腔重整组件还用作纯化器组件中的压缩板。

背景技术

氢可以通过许多不同的设备用作燃料源。氢通常从气体源或贮存器被引入到设备中。

发明内容

在一方面，组合的重整器和纯化器包括在一个实施例中被配置成形成多个腔的压缩构件，所述多个腔用于重整催化剂，用于利用单端腔的燃烧器或燃烧器气体，用于甲烷化催化剂，以及用于煮沸和预热进入的原料(燃料)，其中压缩构件与第二压缩构件组合在两个压缩构件之间压缩密封一个或多个氢可渗透膜。为进一步改善腔之间的传热，在某些配置中还设想提供由高导热材料制成的次级传热构件。在另一实施例中，金属块被配置成形成腔，所述腔用于重整催化剂，用于利用单端腔的燃烧器或燃烧器气体，用于甲烷化催化剂，用于煮沸和预热进入的原料(燃料)，以及用于一个或多个氢可渗透膜。在两个实施例中，热经由压缩构件或金属块在腔之间传递，从而形成紧凑的、热和机械集成的结构。本文所述的某些实施例提供了用于生产纯化氢的改进的设备，其可以例如在用于产生电力的燃料电池系统中消耗。通过利用用于燃烧器的封闭腔，该设备可以更紧凑和经济的方式制造。

在另一方面，提供了一种用于将富氢原料转化为纯化氢的组合的重整器和纯化器。在某些实施例中，组合的重整器和纯化器包括催化剂，其有效地从所述富氢原料释放氢并形成富氢混合气体的催化剂；纯化器，其有效地接收所形成的富氢混合气体，并且提取包含在其中的一部分氢作为纯化氢，留下贫氢残液；燃烧器或氧化催化反应器，其被配置成氧化所述贫氢残液或所述富氢原料以向所述催化剂床供热；并且其中纯化器进一步包括定位在两个压缩板之间的至少一个氢可渗透膜，并且所述压缩板中的至少一个包括组件，所述组件包括包含所述催化剂的至少一个腔，以及有效地将热从所述燃烧器或氧化催化反应器传递到包含所述催化剂的所述至少一个腔的至少一个腔。

在某些配置中，有效地将热从燃烧器或氧化催化反应器传递到包含催化剂的至少一个腔的至少一个腔包括所述燃烧器或氧化催化反应器的至少一部分，其中所述腔具有一个封闭端部。在其他配置中，所述压缩板或压缩板组件中的至少一个包括包含甲烷化催化剂的至少一个腔，并且所述纯化氢穿过包含所述甲烷化催化剂的至少一个腔，所述甲烷化催化剂有效地将一氧化碳转化为甲烷。在一些配置中，所述压缩板或压缩板组件中的至少一个具有邻近述膜的内表面和远离所述膜的外表面，并且所述压缩板或压缩板组件包括至少一个腔、内表面或外表面，以有效地在所述富氢原料被输送到所述催化剂床之前对其进行预热。在其他情况下，所述压缩板或压缩板组件中的至少一个包括邻近所述膜的内表面和远离所述膜的外表面，以及热耦合到邻近所述膜的所述内表面的基本上平面的散热构件。在某些示例中，所述基本上平面的散热构件的面内热导率超过75W/m-K或超过200W/m-K。

在一些实施例中，组合的重整器和纯化器包括火花或热源，火花或热源有效地引发提供给所述燃烧器或氧化催化反应器的燃料和氧化剂的氧化。在某些示例中，火花或热源至少部分地位于至少一个腔内，所述至少一个腔有效地将热从所述燃烧器或氧化催化反应器传递到包含所述催化剂的至少一个腔。

在其他实施例中，组合的重整器和纯化器包括至少一个微粒过滤器，所述微粒过滤器有效地将所述催化剂或氧化催化反应器保持在所述相应的腔内。在一些情况下，组合的重整器和纯化器包括至少一个微粒过滤器，所述微粒过滤器有效地将所述甲烷化催化剂保持在包含所述甲烷化催化剂的至少一个腔中。