[發明專利]氫氣發生器及其應用

有效

• 申請號: 200910175008.0
• 申請日: 2009-09-16
• 公開（公告）號: CN102020245A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 雷敏宏;陳世忠;楊勝淵;陳毓麟;葉冠廷;洪嘉業;高玉玲
• 申請（專利權）人: 碧氫科技開發股份有限公司
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38;C09K5/14
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 任永武

技術領域

本發明是關于一種氫氣發生器；具體說，是關于一種提供低一氧化碳含量的氫氣混合氣體的氫氣發生器及其應用。

背景技術

高純度氫氣對于眾多能源轉換裝置而言，是一重要的燃料來源。舉例說，有“綠色環保發電機”之稱的燃料電池，即是利用高純度的氫氣作為燃料與氧氣(或空氣)反應，通過將化學能直接轉化為電能而產生電力。

現有常用于制造氫氣的方法為蒸氣重組反應(steam?reforming?reaction，SRR)，其是于SRR觸媒存在下，使蒸氣與醇類(如甲醇、乙醇)或碳氫化合物(如甲烷、己烷)反應，產生所欲的氫氣混合氣體。其中，由于SRR是一吸熱反應，故必須提供一熱源，以滿足反應所需的熱。舉例說，可于重組反應器中以氧化觸媒催化一放熱氧化反應，提供重組反應所需的熱。

另一方面，供SRR用的重組觸媒通常亦會催化水煤氣轉移反應(water?gas?shift?reaction，WGSR)，即如下向右進行的放熱反應：

因此，當重組反應器中觸媒床的溫度越高(即，觸媒床中存在熱區)，則越有利于抑制WGSR(即，CO+H₂O→CO₂+H₂)進行，促使重組反應所生成的二氧化碳及氫氣轉換成一氧化碳及水；相對地，在較低的溫度下，則較有利于WGSR進行，進一步減少一氧化碳濃度并增加氫氣濃度。但如上述，SRR是一吸熱反應，若重組反應器中觸媒床的溫度過低(即，觸媒床中存在冷區)，將降低SRR的速率及轉化率。

以甲醇蒸氣重組反應為例，可在一例如銅鋅觸媒的重組觸媒存在下，于約250℃至300℃的溫度中使甲醇與水蒸氣反應，形成氫氣、二氧化碳及少量一氧化碳。如前所述，重組觸媒通常亦會催化WGSR。若重組反應器本身的熱傳效能不佳，將使得重組反應器在熱源端的熱能無法迅速傳遞至重組反應器整體，造成重組反應器在熱源端附近形成一溫度過高的熱區，且在遠離熱源端形成一溫度過低的冷區。前述因熱傳效能不佳所產生的冷/熱區，將導致甲醇蒸氣重組反應在冷區的反應速率與轉化率偏低，而在熱區則因過高的溫度而使重組反應所產生的氫氣與二氧化碳反應轉換成一氧化碳與水，降低所生成的含氫氣混合氣體的商用價值。為避免上述情形發生，在設計觸媒反應器時，重組反應器的溫度分布甚為重要，具優異熱傳效能的反應器，尤其是業界所深切期盼的。

為提高重組反應器的熱傳導能力，目前均著眼于提高反應器中進行熱交換的表面積，包括，增加于重組反應器中提供熱能的放熱氧化反應的氧化觸媒床表面積，以將氧化反應產生的熱能迅速傳導至重組反應器的重組觸媒床，及/或增加重組觸媒床的表面積，以快速吸收氧化反應所產生的熱能等，藉此避免于反應器中形成冷/熱區，影響產物的氫氣含量及/或品質。

本申請發明人經不斷研究后發現，單純地增加觸媒床的表面積，其改良效果有限，且過度增加表面積，甚至會產生不良效果。因此，本發明提供一種氫氣發生裝置，其于一條件基礎下增加重組反應器的表面積，并使用具有特定熱傳導系數的物質作為制作重組反應器的材料，從而提供具極佳熱傳導能力的重組反應器，其在反應進行時具有良好的溫度分布，當其用于蒸氣重組反應時，可提供極具商業價值的低一氧化碳含量的氫氣混合氣體。

發明內容

本發明的一目的，在于提供一種氫氣發生器及其應用，可在反應進行時具有良好的溫度分布，當其用于蒸氣重組反應時，可提供極具商業價值的低一氧化碳含量的氫氣混合氣體。

根據本發明一方面提供一種氫氣發生器，其實質上是由一第一介質所構成，包含：

一重組區，容置一重組觸媒，供一產氫原料進行蒸氣重組反應以產生氫氣；

一氧化區，其中存在一第一氧化觸媒，供進行放熱氧化反應；以及

一預熱區，

其中，該重組區、氧化區與預熱區的安置，是使得于該氧化區進行的氧化反應所產生的熱供應該預熱區及該重組區，以使該產氫原料先于該預熱區預熱，接著于該重組區進行蒸氣重組反應；且各該重組區、氧化區以及預熱區之間存在該第一介質，且相隔一至少約0.5毫米的最短距離，該第一介質的熱傳導系數(K)為至少約60W/m-K。

根據本發明另一方面提供一種氫氣發生裝置，包含：

前述的氫氣發生器；

一熱交換器；以及

一一氧化碳去除器，供一氧化碳于其中氧化反應成二氧化碳；