[发明专利]电化学自动热重整器

说明书

发明背景

本发明涉及一种处理碳氢化合物类燃料以从中分离和供应氢的重整器，尤其是涉及电化学自动热重整器(EATR)的复合膜。

“重整器”是一种将碳氢化合物类燃料转化为氢的已知设备，碳氢化合物燃料在其中与空气以及水蒸气或者没有水蒸气混合，将混合物转变为氢、一氧化碳、二氧化碳、水及杂质。一个自动热重整器使用燃料、空气和水蒸汽。由于最知名的重整器对杂质的存在不利的敏感性，杂质(例如硫)通常在进入重整器之前一般都从燃料中除去。电化学自动热重整器结合了电化学氢分离的原理与自动热重整器的原理。电化学自动热重整器的目的在于实现由重整器的反应区中移除所产生的氢，以便通过由产品混合物的剩余物中分离或选择性提取氢组分使重整反应达到完全。

例如，在一个天然气或“甲烷”重整器，例如热自由重整器中的主要反应为：

    重整

    转移

 燃烧在自动热重整器中，放热的燃烧反应驱使吸热的重整反应进行。转移反应温和地放热。如果氢由自动热重整器的反应区中被抽取或移除，那么按照LeChatelier原理，重整和转移反应被驱向完全。因为转移转化器和选择性氧化器不需要是燃料处理器的下游，所以EATR中的燃料处理大为简化。

Marianowske等(U.S.4,810,485)教导了一种氢生成方法和设备，其中氢离子多孔的和分子气体非多孔的金属箔的一面与含有分子氢的混合气体相接触，分子氢是在氢产生区中通过化学反应生成的。在反应过程中，分子氢被解离并作为离子氢通过至氢被取出的金属箔的另一面，从而由氢产生区中将氢移除。前述′485号专利的概念被限制在用金属箔作为氢分离器。已经证明箔分离器难以达到实用。例如，它没有提供一种能以高效率操作合理长的时间的可靠结构。

本发明的目的和概要

因此，本发明的一个目的是克服现有技术的缺点和限制。

本发明的另一目的是提供适用于电化学自动热重整器的一种膜层。

本发明的再一目的是提供一种可靠而有效的电化学自动热重整器。

本发明的膜层为陶瓷和金属部件的复合材料。它需要一种形状为网状氧化铝单片的机械载体，较佳的孔密度为每英寸80个孔和平均孔大小为约250微米。整个单片是用贵重金属(例如铂)催化的，以增强部分氧化作用、转移及水蒸气重整过程。单片上形成一层理论孔径为2微米、厚度为约0.008”的氧化铝(Al₂O₃)陶瓷衬底层。衬底的适宜厚度为约0.005”至0.010”。氧化铝衬底上形成电化学电池——薄的固体氧化物层(例如氧化铈或氧化钨)，用以选择性地把质子氢和缔合电子由电化学自动热重整器的单片面输送至反应器为阳极面。这一层的功能是承载单片不能承载的薄的陶瓷电解槽。氧化物层的适宜厚度约为4至8微米，6微米的层给出满意的结果。

一层薄的、非连续的催化剂层，如铂，被沉淀在该电化学电池的两面上，用来促进该电化学电池阳极侧的分子氢解离成质子和电子，以及促进阴极侧的质子氢和缔合的电子重新结合为分子氢。该催化剂层可达约100的厚度，而约25的层提供令人满意的结果。

以上及其它目的、本发明的特征及优点将由以下参照附图阅读的描述而变得明显，图中相同的参考数字标明同样的组成部分。

附图的简要说明

图1为本发明的膜层的等比图。

图2为图1中所示膜层的放大图。

图3为使用图1的膜层的电化学自动热重整器。

优选实施方案的详细描述