[發明專利]用于制造氫氣的系統和方法以及燃料電池

有效

• 申請號: 201611198748.2
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN107021455B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: A.烏茨;D.斯泰納;K.韋伯
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: C01B3/50
• 分類號: C01B3/50;H01M8/0612
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周志明;宣力偉

本發明涉及一種用于制造尤其是燃料電池用的氫氣的系統（1），該系統具有：能夠與天然氣重整器（2）相耦聯的熱擴散裝置（3）以及連接在所述熱擴散裝置（3）之后的電化學的壓縮機（4），其中所述熱擴散裝置（3）通過熱擴散來實施所述天然氣重整器的氫氣和二氧化碳這些氣體成分的預分離，并且其中在所述電化學的壓縮機（4）中對所述氫氣進行壓縮。

技術領域

本發明涉及用于制造尤其是燃料電池用的氫氣的系統和方法，以及構造有所述系統或者能夠與所述系統相耦聯的燃料電池。

背景技術

今天，在世界范圍內95%以上的氫氣在中心的精煉廠中從對于天然氣的重整中產生。吸熱的所謂的水煤氣變換反應的產物由大約80%的氫氣H₂和大約20%的二氧化碳CO₂以及微量的一氧化碳CO和水蒸汽組成。氫氣的大多數用戶需要很高質量的純度大于99.999%的氫氣。因此必須耗費地將二氧化碳CO₂、一氧化碳和水蒸汽從所述氫氣中除去。這要么通過所述水蒸汽和二氧化碳CO₂的冷卻和冷凝（Auskondensieren）要么通過變壓吸附（英語：Pressure swing adsorption，PSA）來進行。

從DE 10 2007 056 267 A1中公開了用于從包含碳氫化合物的給料中獲取氫氣-及二氧化碳產物的方法和裝置。作為所述給料，在此借助于蒸汽重整在作為重整器的變溫地（allotherm）點火的反應器中并且借助于隨后的水煤氣變換來產生主要由氫氣和二氧化碳組成的氣流作為合成氣。

此外，從DE 101 22 016 A1中公開了一種用于生產氫氣的裝置和一種用于進行變溫的蒸汽重整的方法。所述裝置在此包括在所定義的溫度范圍內工作的變溫的重整器，該重整器用于將碳氫化合物氣體和水轉化為氫氣和其他的重整器產物、例如一氧化碳和二氧化碳，其中在所述重整器的后面尤其是為了降低一氧化碳份額而連接了特定于反應和溫度地經過調整的催化器級（Katalysatorstufen）。為了對所述重整器進行加熱，在其緊挨著的附近布置了從鍋爐技術中已知的煤氣燃燒器。

發明內容

本發明公開了一種用于制造氫氣的系統、一種燃料電池和一種用于制造氫氣的方法。

相應地提供了一種系統以用于生產尤其是燃料電池用的氫氣，該系統具有：

能夠與天然氣重整器相耦聯的熱擴散裝置，以及連接在所述熱擴散裝置之后的電化學的壓縮機，

其中所述熱擴散裝置通過熱擴散來實施所述天然氣重整器的氫氣和二氧化碳這些氣體成分的預分離，并且其中在所述電化學的壓縮機中對所述氫氣進行壓縮。

此外，提供了一種燃料電池，該燃料電池能夠與所述系統相耦聯或者構造有所述系統，以用于將由所述系統生產的氫氣輸送給所述燃料電池。

此外，提供了一種方法以用于通過所述系統來制造氫氣，其中所述方法具有以下步驟：

將天然氣重整器的生成氣體（Produktgas）輸送給所述熱擴散裝置；

通過所述熱擴散裝置的熱擴散來使所述生成氣體的氫氣和二氧化碳這些氣體成分預分離；

將所述經過預分離的氣體成分提供給所述電化學的壓縮機；并且

使質子從陽極側經由質子能通過的膜片擴散到所述電化學的壓縮機的陰極側。