氢气发生器及其应用制造技术

本发明专利技术是一种氢气发生器及其应用，该氢气发生器是由一第一介质所构成，包含：一重组区、一氧化区及一预热区。该重组区容置一重组触媒，以进行一产氢原料的蒸气重组反应产生氢气；且该氧化区用以进行放热氧化反应以提供一热源，且该氧化区内存在一第一氧化触媒。其中，该氧化区所提供的热源供应热能给该预热区及该重组区，以使该产氢原料先于该预热区预热后，接着于该重组区进行蒸气重组反应；且各该重组区、氧化区以及预热区之间存在该第一介质，且相隔一至少约０．５毫米的最短距离，该第一介质的热传导系数（Ｋ）为至少约６０Ｗ／ｍ－Ｋ。本发明专利技术氢气发生器所制得的含氢气混合气体的一氧化碳含量相当少，能直接应用于一般燃料用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种氢气发生器；具体说，是关于一种提供低一氧化碳含量的氢 气混合气体的氢气发生器及其应用。
技术介绍
高纯度氢气对于众多能源转换装置而言，是一重要的燃料来源。举例说，有 “绿色环保发电机”之称的燃料电池，即是利用高纯度的氢气作为燃料与氧气(或空气)反应，通过将化学能直接转化为电能而产生电力。现有常用于制造氢气的方法为蒸气重组反应(steam reforming reaction，SRR)， 其是于SRR触媒存在下，使蒸气与醇类(如甲醇、乙醇)或碳氢化合物(如甲烷、己烷) 反应，产生所欲的氢气混合气体。其中，由于SRR是一吸热反应，故必须提供一热源， 以满足反应所需的热。举例说，可于重组反应器中以氧化触媒催化一放热氧化反应，提 供重组反应所需的热。另一方面，供SRR用的重组触媒通常亦会催化水煤气转移反应(water gas shift reaction, WGSR)，即如下向右进行的放热反应CO + H2O *CO2 + H2因此，当重组反应器中触媒床的温度越高(即，触媒床中存在热区)，则越有利 于抑制WGSR(即，C0+H20 —C02+H2)进行，促使重组反应所生成的二氧化碳及氢气转 换成一氧化碳及水；相对地，在较低的温度下，则较有利于WGSR进行，进一步减少一 氧化碳浓度并增加氢气浓度。但如上述，SRR是一吸热反应，若重组反应器中触媒床的 温度过低(即，触媒床中存在冷区)，将降低SRR的速率及转化率。以甲醇蒸气重组反应为例，可在一例如铜锌触媒的重组触媒存在下，于约250°C 至300°C的温度中使甲醇与水蒸气反应，形成氢气、二氧化碳及少量一氧化碳。如前所 述，重组触媒通常亦会催化WGSR。若重组反应器本身的热传效能不佳，将使得重组反 应器在热源端的热能无法迅速传递至重组反应器整体，造成重组反应器在热源端附近形 成一温度过高的热区，且在远离热源端形成一温度过低的冷区。前述因热传效能不佳所 产生的冷/热区，将导致甲醇蒸气重组反应在冷区的反应速率与转化率偏低，而在热区 则因过高的温度而使重组反应所产生的氢气与二氧化碳反应转换成一氧化碳与水，降低 所生成的含氢气混合气体的商用价值。为避免上述情形发生，在设计触媒反应器时，重 组反应器的温度分布甚为重要，具优异热传效能的反应器，尤其是业界所深切期盼的。为提高重组反应器的热传导能力，目前均着眼于提高反应器中进行热交换的表 面积，包括，增加于重组反应器中提供热能的放热氧化反应的氧化触媒床表面积，以将 氧化反应产生的热能迅速传导至重组反应器的重组触媒床，及/或增加重组触媒床的表 面积，以快速吸收氧化反应所产生的热能等，藉此避免于反应器中形成冷/热区，影响 产物的氢气含量及/或品质。本申请专利技术人经不断研究后发现，单纯地增加触媒床的表面积，其改良效果有限，且过度增加表面积，甚至会产生不良效果。因此，本专利技术提供一种氢气发生装置， 其于一条件基础下增加重组反应器的表面积，并使用具有特定热传导系数的物质作为制 作重组反应器的材料，从而提供具极佳热传导能力的重组反应器，其在反应进行时具有 良好的温度分布，当其用于蒸气重组反应时，可提供极具商业价值的低一氧化碳含量的 氢气混合气体。
技术实现思路
本专利技术的一目的，在于提供一种氢气发生器及其应用，可在反应进行时具有良 好的温度分布，当其用于蒸气重组反应时，可提供极具商业价值的低一氧化碳含量的氢 气混合气体。根据本专利技术一方面提供一种氢气发生器，其实质上是由一第一介质所构成，包 含一重组区，容置一重组触媒，供一产氢原料进行蒸气重组反应以产生氢气；一氧化区，其中存在一第一氧化触媒，供进行放热氧化反应；以及一预热区，其中，该重组区、氧化区与预热区的安置，是使得于该氧化区进行的氧化反应 所产生的热供应该预热区及该重组区，以使该产氢原料先于该预热区预热，接着于该重 组区进行蒸气重组反应；且各该重组区、氧化区以及预热区之间存在该第一介质，且相 隔一至少约0.5毫米的最短距离，该第一介质的热传导系数(K)为至少约60W/m-K。根据本专利技术另一方面提供一种氢气发生装置，包含前述的氢气发生器；一热交换器；以及一一氧化碳去除器，供一氧化碳于其中氧化反应成二氧化碳；其中，该氢气发生器、热交换器与一氧化碳去除器的安置，是使该氢气发生器 的产物与进入该氢气发生器的产氢原料于该热交换器中进行热交换，以于该产氢原料进 入该氢气发生器的预热区之前，先初步加热该产氢原料；且该氢气发生器的产物于离开 该热交换器后，进入该一氧化碳去除器以去除所含的一氧化碳。本专利技术的有益技术效果是本专利技术的氢气发生器具有良好的热传效能，于进行 蒸气重组反应时温度分布极为均勻，氢气发生器内不会有冷区或热区的情形发生，因此 所制得的含氢气混合气体的一氧化碳含量相当少，能直接应用于一般燃料用途。且本发 明的氢气发生装置能提供一氧化碳低至5至Sppm的含氢燃料，能直接做为燃料电池的燃 料来源，极富经济价值。附图说明为让本专利技术的上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下面将配合附图对本 专利技术的较佳实施例进行详细说明，其中图1是本专利技术的氢气发生器的一实施态样的剖面图；图2是本专利技术的氢气发生器的另一实施态样的剖面图；图3是本专利技术的氢气发生器的再一实施态样的剖面图4是本专利技术的氢气发生器的再一实施态样的剖面图；图5是本专利技术的氢气发生装置的一实施态样的剖面图；图6是本专利技术的氢气发生装置制造含氢气混合气体时的氢气产率；图7是本专利技术的氢气发生装置的制造含氢气混合气体时，所测得含氢气混合气体中的一氧化碳含量；图8是将本专利技术的氢气发生装置所制得的重组气体及一般钢瓶气体用于燃料电池中时，所测得的电压-电流图的比较；以及图9是应用本专利技术的氢气发生装置所制得的重组气体的燃料电池的电池效能测试结果。具体实施例方式以下将具体地描述根据本专利技术的部分具体实施态样；但在不背离本专利技术的精神 下，本专利技术还可以多种不同形式的态样来实践，不应将本专利技术保护范围解释为限于说明 书所陈述的具体实施例。且为明确起见，附图中可能夸示各元件及区域的尺寸，而未按 照实际比例绘示。此外，下文所指“平行”并非仅限于绝对平行的情形，在不影响本发 明效能的前提下，亦可包括非绝对平行的情形。本专利技术的氢气发生器是实质上由一第一介质所构成，包含一重组区，容置一 重组触媒，供一产氢原料进行蒸气重组反应以产生氢气；一氧化区，其中存在一第一氧 化触媒，供进行放热氧化反应；以及一预热区。其中，该重组区、氧化区与预热区的安 置，是使得氧化区所进行氧化反应产生的热供应该预热区及重组区，以使产氢原料先于 预热区预热，接着于重组区进行蒸气重组反应，且重组区、氧化区以及预热区之间存在 第一介质。根据本领域通常知识者的一般认知，为避免重组区内的温度分布不均，造成在 进行重组反应时存在冷区及热区，影响蒸气重组反应的效能，在相同反应器尺寸下，应 尽可能将氧化区及其触媒床的表面积提高，以提高反应效能并使得氧化区内经氧化反应 所产生的热能得以较高的速度传递至重组区；同时亦应尽可能提高重组区及其触媒床的 表面积，以使得重组区能快速接收自氧化区所传递来的热量并提高重组反应效能，供重 组触媒及产氢原料进行蒸气重组反应，获致较佳的反应效能。为尽可能的增加表面积及反应效能，常用的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢气发生器，其实质上是由一第一介质所构成，包含：一重组区，容置一重组触媒，供一产氢原料进行蒸气重组反应以产生氢气；一氧化区，其中存在一第一氧化触媒，供进行放热氧化反应；以及一预热区，其中，该重组区、氧化区与预热区的安置，是使得于该氧化区进行氧化反应所产生的热供应该预热区及该重组区，以使该产氢原料先于该预热区预热，接着于该重组区进行蒸气重组反应；且各该重组区、氧化区以及预热区之间存在该第一介质，且相隔一至少约０．５毫米的最短距离，该第一介质的热传导系数（Ｋ）为至少约６０Ｗ／ｍ－Ｋ。

【技术特征摘要】
1.一种氢气发生器，其实质上是由一第一介质所构成，包含一重组区，容置一重组触媒，供一产氢原料进行蒸气重组反应以产生氢气；一氧化区，其中存在一第一氧化触媒，供进行放热氧化反应；以及一预热区，其中，该重组区、氧化区与预热区的安置，是使得于该氧化区进行氧化反应所产生 的热供应该预热区及该重组区，以使该产氢原料先于该预热区预热，接着于该重组区进 行蒸气重组反应；且各该重组区、氧化区以及预热区之间存在该第一介质，且相隔一至 少约0.5毫米的最短距离，该第一介质的热传导系数(K)为至少约60W/m-K。2.根据权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，该第一介质的热传导系数是至少 约 100W/m-K。3.根据权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，该第一介质的热传导系数是至少 约 200W/m-K。4.根据权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，各该区之间的最短距离为至少 1.0毫米。5.根据权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，该重组区、该氧化区及该预热区 是各自由一个或多个实质上相互平行的孔道所构成，当由二个或多个孔道构成时，各该 区内的任一孔道至少与同区内的另一孔道相通，且该发生器内的各该孔道之间存在该第 一介质，且彼此相隔至少约0.5毫米的最短距离。6.根据权利要求5所述的氢气发生器，其特征在于，各该孔道之间的最短距离为至少 约1.5毫米。7.根据权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，该第一介质是选自以下群组的至 少之一铝、铝合金、铜、铜合金及石墨。8.根据权利要求7所述的氢气发生器，其特征在于，该第一介质是铝合金或铜合金。9.根据权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，该产氢原料是选自以下群组C1 至C6碳氢化合物、其氧化物及前述的组合。10.根据权利要求9所述的氢气发生器，其特征在于，该产氢原料是甲醇。11.根据权利要求1所述的氢气发生器，其特征在于，该重组触媒是选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷敏宏，陈世忠，杨胜渊，陈毓麟，叶冠廷，洪嘉业，高玉玲，
申请(专利权)人：碧氢科技开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]