專利名稱：分離助效氫氣產(chǎn)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)氫器，特別是一種分離助效氫氣產(chǎn)生器。
背景技術：
氫能是未來人類可能使用的一種種能源型態(tài)，其使用方法主要是結合燃料電池發(fā)電或是直接燃燒?；现亟M是目前主要的氫氣生產(chǎn)技術，而由于以再生能源達到大規(guī)模產(chǎn)氫的理想短期內(nèi)難以實現(xiàn)，因此，未來20-30年仍以重組為主要的產(chǎn)氫技術。薄膜分離重組是近年來最受關注的產(chǎn)氫技術之一，其利用氫氣分離膜將氫氣自反應程序中移除，破壞化學平衡而提升反應物的轉化率，同時獲得高純度的氫氣，利于燃料電池性能的發(fā)揮。然而，目前最常見的氫氣分離膜，其操作溫度范圍通常在攝氏300至400度之間，對于反應溫度較低的重組反應，例如甲醇重組，并無法直接搭配使用，否則將會造成氫脆現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種分離助效氫氣產(chǎn)生器，可以使重組反應和薄膜分離機構各自處在最適當?shù)牟僮鳒囟葏^(qū)間內(nèi)，以維持重組反應的性能以及濾氫薄膜的壽命。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種分離助效氫氣產(chǎn)生器，包括:第一重組段、第一濾氫膜段、第二重組段、第二濾氫膜段、第一熱交換器以及第二熱交換器。第一重組段，用以重組一進料，以形成第一重組氣氛。第一濾氫膜段，用以過濾上述第一重組氣氛，形成第一產(chǎn)物與第一余氣。第二重組段，用以重組上述第一余氣，以形成第二重組氣氛。第二濾氫膜段，用以過濾上述第二重組氣氛，形成第二產(chǎn)物與第二余氣。第一熱交換器，與上述第一重組段與上述第一濾氫膜段連接，用以加熱上述進料，并接收上述第一重組氣氛，在上述第一重組氣氛流入上述第一濾氫膜段之前加熱上述第一重組氣氛。第二熱交換器，與上述第二重組段以及上述第二濾氫膜段連接，用以接收上述第二重組氣氛，在上述第二重組氣氛流入上述第二濾氫膜段之前加熱上述第二重組氣氛。依照本發(fā)明一實施例上述，上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其中，還包括燃燒室，提供熱流至上述第一熱交換器與上述第二熱交換器中。依照本發(fā)明一實施例上述，上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其中，還包括第三熱交換器，與上述第一濾氫膜段以及上述第二重組段連接，用以接收上述第一余氣，使上述第一余氣在進入上述第二重組段之前，與通入上述燃燒室的空氣或燃料或兩者的混合物進行熱交換。依照本發(fā)明一實施例上述，上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其中，還包括第四熱交換器，與上述第二濾氫膜段以及上述燃燒室連接，用以接收上述第二余氣，使上述第二余氣與上述燃燒室燃燒用的空氣或燃 料或兩者的混合物進行熱交換，并通入于上述燃燒室中。
依照本發(fā)明一實施例上述，上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其中，還包括第五熱交換器，連接上述第一濾氫膜段與上述第二濾氫膜段，用以將上述第一產(chǎn)物與上述第二產(chǎn)物，與上述進料進行熱交換。依照本發(fā)明一實施例上述，上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其中，還包括第六熱交換器，連接燃燒用的空氣或燃料或兩者的混合物與反應器最外表面，用以將反應器最外表面經(jīng)燃燒氣的最外層流道所提供的熱，與上述空氣或燃料或兩者的混合物進行熱交換。依照本發(fā)明一實施例上述，上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其中，包括:燃燒觸媒區(qū)、重組區(qū)、薄膜區(qū)、甲烷化區(qū)、熱交換區(qū)以及熱回收區(qū)。重組區(qū)，位于上述燃燒觸媒區(qū)的周圍，設置上述第一重組段與上述第二重組段。薄膜區(qū)，位于上述重組區(qū)與上述燃燒觸媒區(qū)之間，設置上述第一濾氫膜段與上述第二濾氫膜段。甲烷化區(qū)，位于上述重組區(qū)外圍。熱交換區(qū)，位于上述薄膜區(qū)、上述重組區(qū)與上述甲烷化區(qū)下方或周圍，設置上述第一熱交換器、上述第二熱交換器、上述第三熱交換器與上述第四熱交換器。熱回收區(qū)，位于上述甲烷化區(qū)外圍，設置上述第五和第六熱交換器。依照本發(fā)明一實施 例上述，上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其中，上述第五熱交換器設置于上述熱回收區(qū)、上述甲烷化區(qū)之后或產(chǎn)物進入上述甲烷化區(qū)之前。依照本發(fā)明一實施例上述，上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其中，上述第一重組段與上述第一濾氫膜段之間彼此分隔，上述第一濾氫膜與上述第二重組段之間彼此分隔，上述第二重組段與上述第二濾氫膜之間彼此分隔，且分別以流道連通。為了更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種分離助效氫氣產(chǎn)生器，其中，包括:第一重組段、第一濾氫膜段、第二重組段、第二濾氫膜段、第二濾氫膜段以及熱交換裝置。第一重組段，用以重組一進料，以形成第一重組氣氛。第一濾氫膜段，用以過濾上述第一重組氣氛，形成第一產(chǎn)物與第一余氣。第二重組段，用以重組上述第一余氣，以形成第二重組氣氛。第二濾氫膜段，用以過濾上述第二重組氣氛，形成第二產(chǎn)物與第二余氣。熱交換裝置，與上述第一濾氫膜段以及上述第二重組段連接，用以接收上述第一余氣，使上述第一余氣在進入上述第二重組段之前，與通入一燃燒室的空氣或燃料或兩者的混合物進行熱交換，并且與上述第二濾氫膜段連接，用以接收上述第二余氣，使上述第二余氣與上述燃燒室的空氣或燃料或兩者的混合物進行熱交換，并通入于上述燃燒室中。上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其中，包括:燃燒觸媒區(qū)、重組區(qū)、薄膜區(qū)、甲烷化區(qū)、熱交換區(qū)以及熱回收區(qū)。燃燒觸媒區(qū)，設置上述燃燒室。重組區(qū)，位于上述燃燒觸媒區(qū)的周圍，設置上述第一重組段與上述第二重組段。薄膜區(qū)，位于上述重組區(qū)與上述燃燒觸媒區(qū)之間，設置上述第一濾氫膜段與上述第二濾氫膜段。甲烷化區(qū)，位于上述重組區(qū)外圍。熱交換區(qū)，位于上述薄膜區(qū)、上述重組區(qū)與上述甲烷化區(qū)下方或周圍，設置上述熱交換裝置。熱回收區(qū)，位于上述甲烷化區(qū)外圍。本發(fā)明提供一種分離助效氫氣產(chǎn)生器，可以使進料的溫度在進入重組反應與薄膜分離機構之前，調(diào)整至上述機構的合適操作溫度范圍內(nèi)，以維持重組反應的性能以及濾氫薄膜的壽命。本發(fā)明提供一種分離助效氫氣產(chǎn)生器，可以有效提升轉化率，提升產(chǎn)氫率，且使得所產(chǎn)出的氫氣的純度高。本發(fā)明實施例提出一種分離助效氫氣產(chǎn)生器，包括第一重組段、第一濾氫膜段、第二重組段、第二濾氫膜段、第一熱交換器與第二熱交換器。第一重組段用以重組進料，以形成第一重組氣氛。第一濾氫膜段用以過濾第一重組氣氛，形成第一產(chǎn)物與第一余氣。第二重組段用以重組第一余氣，以形成第二重組氣氛。第二濾氫膜段用以過濾第二重組氣氛，形成第二產(chǎn)物與第二余氣。第一熱交換器，與第一重組段與第一濾氫膜段連接，用以加熱進料，并接收第一重組氣氛，在第一重組氣流入第一濾氫膜段之前加熱它。第二熱交換器，與第二重組段以及第二濾氫膜段連接，用以接收第二重組氣氛，在第二重組氣氛流入第二濾氫膜段之前加熱它。本發(fā)明實施例提出一種分離助效氫氣產(chǎn)生器，包括第一重組段、第一濾氫膜段、第二重組段、第二濾氫膜段與熱交換裝置。第一重組段用以重組進料，以形成第一重組氣氛。第一濾氫膜段用以過濾第一重組氣氛，形成第一產(chǎn)物與第一余氣。第二重組段用以重組第一余氣，以形成第二重組氣氛。第二濾氫膜段用以過濾第二重組氣氛，形成第二產(chǎn)物與第二余氣。第三熱交換器與第一濾氫膜段以及第二重組段連接，用以接收第一余氣，使第一余氣在進入第二重組段之前，與通入一 燃燒室的燃料或空氣或此兩者的混合物進行熱交換，并且第四熱交換器與第二濾氫膜段連接，用以接收第二余氣，使第二余氣與通入燃燒室的燃料或空氣或此兩者的混合物進行熱交換。本發(fā)明的技術效果在于:本發(fā)明的分離助效氫氣產(chǎn)生器可以使重組反應和薄膜分離機構各自處在最適當?shù)牟僮鳒囟葏^(qū)間內(nèi)，以維持重組反應的性能以及濾氫薄膜的壽命?？梢允惯M料的溫度在進入重組反應與薄膜分離機構之前，調(diào)整至上述機構的合適操作溫度范圍內(nèi)，以維持重組反應的性能以及濾氫薄膜的壽命?？梢杂行嵘D化率，提升產(chǎn)氫率，且使得所產(chǎn)出的氫氣的純度高。以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1是本發(fā)明一實施例的分離助效氫氣產(chǎn)生器的不意圖；圖2是本發(fā)明一實施例的分離助效氫氣產(chǎn)生器中各區(qū)的簡單示意圖；圖3是本發(fā)明一實施例的分離助效氫氣產(chǎn)生器的示意圖。其中，

10,50薄膜式碳氫化合物重組產(chǎn)氫器12燃燒室16熱交換器裝置16a第一熱交換器16b第二熱交換器16c第三熱交換器16d第四熱交換器16e第五熱交換器16f第六熱交換器18重組段組18a第一重組段18b第二重組段20濾氫膜段組20a第一濾氫膜段20b第二濾氫膜段24甲烷化段52、54、56流道100燃燒觸媒區(qū)200薄膜區(qū)300重組區(qū)400甲烷化區(qū)500熱交換區(qū)500a第一區(qū)
500b第二區(qū)600熱回收區(qū)
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作具體的描述:圖1是本發(fā)明一實施例的分離助效氫氣產(chǎn)生器的示意圖。請參照圖1，薄膜式碳氫化合物重組產(chǎn)氫器10包括燃燒室12、熱交換器裝置16、重組段組18與濾氫膜段組20。本實施例以熱交換器裝置16包括第一熱交換器16a、第二熱交換器16b、第三熱交換器16c與第四熱交換器16d ;重組段組18包括第一重組段18a與第二重組段18b ;濾氫膜段組20包括第一濾氫膜段20a與第二濾氫膜段20b來說明，然而，本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明實施例中，第一重組段18a與第一濾氫膜段20a之間彼此分隔，以流道52連通。第一濾氫膜20a與第二重組段18b之間彼此分隔，以流道54連通。第二重組段18b與第二濾氫膜20b之間彼此分隔，以流道56連通。本發(fā)明的分離助效氫氣產(chǎn)生器10可以使用的重組進料，為進行重組反應之后所形成 的具有較低溫度的重組氣，例如是低于濾氫膜段的薄膜(例如是鈀或鈀合金)所能耐受的溫度極限(例如是攝氏300度以下)，而易使薄膜發(fā)生氫脆的問題的。進料例如是包含碳氫化合物和水的混合物。碳氫化合物包括化石原料或再生能源?；侠缡羌状?、乙醇、二甲醚；再生能源例如是生質(zhì)能發(fā)酵產(chǎn)生的酒精。在一實施例中，用以燃燒產(chǎn)生熱的燃料例如是甲醇、乙醇或二甲醚。在一實施例中，進料可以通過熱回收區(qū)中的第六熱交換器16f和第五熱交換器16e做熱交換之后,再進入第一熱交換器16a。進料通過第一熱交換器16a的熱流體加熱升溫至適合進行重組反應的溫度范圍，例如是攝氏150度至350度。第一熱交換器16a的熱流體例如是燃料與空氣燃燒之后所產(chǎn)生的燃燒氣(flue gas)。通過第一熱交換器16a的燃燒氣在離開重組器之前，會先流經(jīng)第六熱交換器16f以進行余熱交換。第一重組段18a用以對進料進行重組反應。更具體地說，第一重組段18a重組已經(jīng)通過第六熱交換器16f、第五熱交換器16e以及第一熱交換器16a的進料，以形成第一重組氣氛，此重組氣氛含有氫氣。在一示范實施例中，進料為甲醇水溶液，經(jīng)第一重組段18a重組之后，可以將甲醇水溶液重組為包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳，以及未反應的甲醇和水的第一重組氣氛。自第一重組段18a流出的第一重組氣氛在進入第一濾氫膜段20a之前，可先經(jīng)由第一熱交換器16a加熱。第一熱交換器16a的熱流體例如是燃料與空氣燃燒之后所產(chǎn)生的燃燒氣。自第一重組段18a流出的第一重組氣氛的溫度例如是攝氏150度至350度，其經(jīng)由第一熱交換器16a的熱流體加熱之后，其溫度可提升至例如是攝氏300度至500度。第一濾氫膜段20a用以將第一重組氣氛中的氫氣與其他產(chǎn)物分離。由于第一重組氣氛經(jīng)由第一熱交換器16a的熱流體加熱之后，其溫度可提升至攝氏300度至500度，因此，進入第一濾氫膜段20a的第一重組氣氛的溫度不會過低，因此可以避免溫度過低造成的薄膜氫脆的問題。經(jīng)第一濾氫膜段20a分離純化后的第一產(chǎn)物(氫氣等)與第一余氣分別經(jīng)由不同的出料口送出。第一濾氫膜段20a送出的第一產(chǎn)物可依據(jù)需求作各種應用。第一濾氫膜段20a所流出的流體(第一余氣)則可以作為第二重組段18b的反應物。第三熱交換器16c可提供冷流體將第一濾氫膜段20a流出的流體(第一余氣)降溫，使其溫度下降之后再進入第二重組段18b。第三熱交換器16c的冷流體例如是燃燒室12用的空氣或燃料，其溫度例如是室溫至攝氏150度。燃燒室12用的空氣或燃料或此兩者的混合物，通過與第一余氣進行熱交換，可達到預熱的效果。在一實施例中，自第一濾氫膜段20a所流出的流體(第一余氣)的溫度例如是攝氏300度至500度，經(jīng)第三熱交換器16c降溫之后，其溫度可以下降至攝氏150度至攝氏350度。第二重組段18b，用以重組自上述第一濾氫膜段20a所流出且通過第三熱交換器16c冷卻的流體，以形成第二重組氣氛。在一示范實施例中，進料為甲醇水溶液，第一重組段18a可以將甲醇水溶液重組為包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳，以及未反應的甲醇和水的第一重組氣氛；第二重組段18b可以將第一重組段18a未反應的甲醇水溶液重組為包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳，以及未反應的甲醇和水的第二重組氣氛。第二熱交換器16b用以加熱自第二重組段18b流出的第二重組氣氛。第二熱交換器16b的熱流體例如是燃料與空氣燃燒之后所產(chǎn)生的燃燒氣。通過第二熱交換器16b的燃燒氣在離開重組器之前，會先流經(jīng)第六熱交換器16f以進行余熱交換。自第二重組段18b流出的第二重組氣氛的溫度例如是攝氏150度至350度，其經(jīng)由第二熱交換器16b的熱流體加熱之后，其溫度可提升至例如是攝氏300度至500度。第二濾氫膜段20b用以將第二重組氣氛中的氫氣與其他產(chǎn)物分離。由于第二重組氣氛經(jīng)由第二熱交換器16b的熱流體加熱之后，其溫度可提升至攝氏300度至500度，因此，進入第二濾氫膜段20b的第二重組氣氛的溫度不會過低，因此可以避免溫度過低造成的薄膜氫脆的問題。經(jīng)第二濾氫膜段20b過濾，分離所產(chǎn)生的第二產(chǎn)物與第二余氣經(jīng)由不同的出料口送出。送出第二產(chǎn)物可供依據(jù)需求作各種應用。第二濾氫膜段20b (最末端的濾氫薄膜段)所濾出的余氣的溫度例如是攝氏300度至500度，其可以與即將通入于燃燒室12的中的空氣和燃料進行熱交換，達到預熱空氣和燃料的效果，同時其在熱交換之后也可通入燃燒室12作為燃燒用。燃燒室12用以燃燒燃料與空氣，以形成燃燒氣，提供熱能給第一熱交換器16a與第二熱交換器16b。在一實施例中，燃燒用的空氣或燃料或兩者的混合物可以先通入于第三熱交換器16c，與第一濾氫膜段20a的第一余氣進行熱交換。或者，燃燒用的空氣或燃料或兩者的混合物可以先通入第四熱交換器，與第二濾氫膜段20b的第二余氣進行熱交換，以達到預熱的功效。第一余氣則可以在進入第二重組段18b之前，通過第三熱交換器16c降溫。第二余氣則可以通過第四熱交換器16d將其余熱用以預熱空氣和燃料。第六熱交換器16f，可以將加熱用的燃燒氣余熱加以回收，亦即回收通過第一熱交換器16a的燃燒氣以及第二熱交換器16b之后的燃燒氣。第六熱交換器16f連接燃燒用的空氣或燃料或兩者的混合物與反應器最外表面，用以將反應器最外表面所具有的余熱，與空氣或燃料或兩者的混合物進行熱交換。此處所謂反應器最外表面所具有的余熱，乃是指已經(jīng)過第一熱交換器與第二熱交換器的燃燒氣，在流經(jīng)其位于反應器當中最外層的流道時，對包覆反應器的外殼所提供的熱。由于最外表面所具有的余熱會逸散至大氣中，因此通過設置第六熱交換器16f將上述熱量予以回收。

上述第一濾氫膜段20a與第二濾氫膜段20b可以是裝有濾氫薄膜的腔體。濾氫薄膜的材質(zhì)可以相同或相異，其材質(zhì)可以是純金屬或是金屬合金，例如是純鈀、鈀銀合金、鈀銅合金、釩鋁合金、釩鎳合金或釩鈀合金。第一濾氫膜段20a與第二濾氫膜段20b的腔體體積可以相同或相異，其中所含的濾氫薄膜面積也可以相同或相異。由于第一重組氣氛與第二重組氣氛分別是經(jīng)由第一熱交換器16a與第二熱交換器16b的熱流體升溫之后才進入第一濾氫膜段20a與第二濾氫膜段20b，其溫度可提升至例如是攝氏300度至500度，因此，當?shù)谝粸V氫膜段20a、第二濾氫膜段20b的材料為純鈀、鈀銀合金、鈀銅合金等材料時，仍不會有氫脆的問題產(chǎn)生，因此可維持良好的過濾性能，且延長其使用的壽命。此外，自第一濾氫膜段20a過濾出的氣體(第一產(chǎn)物)、自第二濾氫膜段20b過濾出的氣體(第二產(chǎn)物)，例如是氫氣、水蒸氣或一氧化碳，其溫度例如是攝氏300度至500度。第一產(chǎn)物與第二產(chǎn)物可先經(jīng)過甲烷化段24，將氫氣中殘余的一氧化碳轉換成甲烷，之后，再通入第五熱交換器16e，作為加熱進料用的熱流體。自第一濾氫膜段20a流出的第一余氣以及自第二濾氫膜段20b流出的第二余氣也可以分別通入第三熱交換器16c與第四熱交換器16d之中，作為熱流體。在圖1中，上述第一熱交換器16a與第二熱交換器16b是以兩個分離的結構來表不，然而，在一實施例中，上述第一熱交換器16a與第二熱交換器16b也可以整合成單一個熱交換器，以提升進入第一濾氫膜段20a與第二濾氫膜段20b的第一重組氣氛以及第二重組氣氛的溫度。同樣地，上述第三熱交換器16c與第四熱交換器16d是以兩個分離的結構來表示，然而，在一實施例中，上述第三熱交換器16c與第四熱交換器16d也可以整合成單一個熱交換器，其可以降低進入第二重組段20b的第一余氣體的溫度并善用第二余氣的余熱來加熱燃燒用的空氣或是燃料或是進料。在另一實施例中，上述第一熱交換器16a、第二熱交換器16b、上述第三熱交換器16c與第四熱交換器16d也可以整合在一個熱交換裝置16之中。由于本發(fā)明的分離助效氫氣產(chǎn)生器包括至少兩組的重組段與濾氫膜段，因此，通過反復的程序，可以使重組反應和薄膜分離機構各自處在最適當?shù)牟僮鳒囟葏^(qū)間內(nèi)，以維持重組反應的性能以及 濾氫薄膜的壽命，同時有效提升轉化率，并得到純度介于90 99.9vol %的氫氣。由于第一重組氣氛、第二重組氣氛分別是經(jīng)由第一熱交換器與第二熱交換器的熱流體升溫之后才進入第一濾氫膜段與第二濾氫膜段，其溫度可提升，不會有氫脆的問題產(chǎn)生，因此可維持良好的過濾性能，且延長其使用的壽命。另外，自第一濾氫膜段流出的流體(第一余氣)在流入第二重組段之前，會經(jīng)由第三熱交換器的冷流體降溫，因此，可以使其達到重組反應所需的操作溫度。圖2是本發(fā)明一實施例的分離助效氫氣產(chǎn)生器中各區(qū)的簡單示意圖。圖3是本發(fā)明一實施例的分離助效氫氣產(chǎn)生器的示意圖。請參照圖2與圖3，分離助效氫氣產(chǎn)生器50包括燃燒觸媒區(qū)100、薄膜區(qū)200、重組區(qū)300、甲烷化區(qū)400、熱交換區(qū)500與熱回收區(qū)600，這一些區(qū)域之間以流道相隔開，供燃燒
氣流通用。燃燒觸媒區(qū)100位于分離助效氫氣產(chǎn)生器的中心，設置上述燃燒室12。重組區(qū)300位于燃燒觸媒區(qū)100的周圍，其中設置上述第一重組段18a與上述第二重組段18b。薄膜區(qū)200，位于重燃燒觸媒區(qū)100與重組區(qū)300之間，設置上述第一濾氫膜段20a與上述第二濾氫膜段20b。甲烷化區(qū)400位于重組區(qū)300外圍，設置上述甲烷化段24。薄膜區(qū)200中所產(chǎn)生的產(chǎn)物可以經(jīng)由氫氣流道進入甲烷化區(qū)400，將氫氣中殘余的一氧化碳轉換成甲烷。熱交換區(qū)500位于薄膜區(qū)200、重組區(qū)300與甲烷化區(qū)400以及熱回收區(qū)600下方。熱交換區(qū)500包括第一區(qū)500a與第二區(qū)500b。第一區(qū)500a設置上述第一熱交換器16a、上述第二熱交換器16b。第二區(qū)500b在第一區(qū)500a的外圍，設置上述第三熱交換器16c與上述第四熱交換器16d。熱回收區(qū)600，位于上述甲烷化區(qū)外圍。在一實施例中，熱回收區(qū)600中設置上述第五熱交換器16e和第六熱交換器16f。第五熱交換器16e用以將產(chǎn)物的余熱加以回收,第六熱交換器16f用以將加熱用的燃燒氣余熱加以回收。在本實施例中，上述第五熱交換器16e設置于產(chǎn)物進入甲烷化區(qū)400之后，然而在一實施例中，上述第五熱交換器16e也可以設置于甲烷化區(qū)400之內(nèi)或產(chǎn)物進入甲烷化區(qū)400之前，以降低甲烷化區(qū)的溫度請參照圖2與圖3，本發(fā)明的分離助效氫氣產(chǎn)生器50是由位于中心的燃燒觸媒區(qū)100中燃燒室12進行供熱，產(chǎn)生的熱燃燒氣先加熱薄膜區(qū)200后，再流至重組區(qū)300，因此，分離助效氫氣產(chǎn)生器50的溫度分布，由高至低依序為燃燒觸媒區(qū)100、薄膜區(qū)200、重組區(qū)300、甲烷化區(qū)400。換言之，熱燃燒氣可以先加熱薄膜區(qū)200后再加熱重組區(qū)300。重組氣氛離開重組區(qū)300進入薄膜區(qū)200之前，先經(jīng)過設置于熱交換區(qū)500的第一區(qū)500a中的第一熱交換器16a或第二熱交換器16b的熱燃燒氣進行升溫,使得熱燃燒氣的溫度降低，與重組區(qū)300的溫度接近而不會過度加熱重組區(qū)300。反應余氣離開薄膜區(qū)200進入重組區(qū)300之前，會先進入熱交換區(qū)500b，利用燃燒用的空氣或重組反應進料降溫，而進料也可因此獲得預熱。另外，上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器可以制成各種形狀，其形狀可以是圓柱狀或多邊形，然而，本發(fā)明不限 于此，分離助效氫氣產(chǎn)生器的形狀可以依據(jù)實際的需要做任何的更動與改變。綜上上述，本發(fā)明的分離助效氫氣產(chǎn)生器包含了兩段的重組段-濾氫膜段，因此，可以有效提升轉化率，提升產(chǎn)氫率，且所產(chǎn)出的氫氣的純度高，一氧化碳的濃度低。又，本發(fā)明的分離助效氫氣產(chǎn)生器將薄膜區(qū)與重組區(qū)分隔開，僅通過流道使流體流通，而且重組氣氛進入薄膜區(qū)的濾氫膜段之前均必須經(jīng)過熱交換器，利用熱交換器進行溫度的控制，使重組氣氛升溫之后再進入濾氫膜段，因此，有利于確保濾氫薄膜的壽命。另外，由于第一余氣進入第二重組段之前會經(jīng)過熱交換器，利用熱交換器進行溫度的控制，使第一余氣的溫度降低，而達到適于第二重組段的重組反應的操作溫度。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種分離助效氫氣產(chǎn)生器，其特征在于，包括: 第一重組段，用以重組進料，以形成第一重組氣氛； 第一濾氫膜段，用以過濾上述第一重組氣氛，形成第一產(chǎn)物與第一余氣； 第二重組段，用以重組上述第一余氣，以形成第二重組氣氛； 第二濾氫膜段，用以過濾上述第二重組氣氛，形成第二產(chǎn)物與第二余氣； 第一熱交換器，與上述第一重組段與上述第一濾氫膜段連接，用以加熱上述進料，并接收上述第一重組氣氛，在上述第一重組氣氛流入上述第一濾氫膜段之前加熱上述第一重組氣氛；以及 第二熱交換器，與上述第二重組段以及上述第二濾氫膜段連接，用以接收上述第二重組氣氛，在上述第二重組氣氛流入上述第二濾氫膜段之前加熱上述第二重組氣氛。
2.如權利要求1所述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其特征在于，還包括一燃燒室，提供熱流至上述第一熱交換器與上述第二熱交換器中。
3.如權利要求1所述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其特征在于，還包括第三熱交換器，與上述第一濾氫膜段以及上述第二重組段連接，用以接收上述第一余氣，使上述第一余氣在進入上述第二重組段之前，與通入上述燃燒室的空氣或燃料或兩者的混合物進行熱交換。
4.如權利要求1所述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其特征在于，還包括第四熱交換器，與上述第二濾氫膜段以及上述燃燒室連 接，用以接收上述第二余氣，使上述第二余氣與上述燃燒室燃燒用的空氣或燃料或兩者的混合物進行熱交換，并通入于上述燃燒室中。
5.如權利要求1所述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其特征在于，還包括第五熱交換器，連接上述第一濾氫膜段與上述第二濾氫膜段，用以將上述第一產(chǎn)物與上述第二產(chǎn)物，與上述進料進行熱交換。
6.如權利要求5所述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其特征在于，還包括第六熱交換器，連接燃燒用的空氣或燃料或兩者的混合物與反應器最外表面，用以將反應器最外表面經(jīng)燃燒氣的最外層流道所提供的熱，與上述空氣或燃料或兩者的混合物進行熱交換。
7.如權利要求6所述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其特征在于，包括: 燃燒觸媒區(qū)； 重組區(qū)，位于上述燃燒觸媒區(qū)的周圍，設置上述第一重組段與上述第二重組段； 薄膜區(qū)，位于上述重組區(qū)與上述燃燒觸媒區(qū)之間，設置上述第一濾氫膜段與上述第二濾氫膜段； 甲烷化區(qū)，位于上述重組區(qū)外圍； 熱交換區(qū)，位于上述薄膜區(qū)、上述重組區(qū)與上述甲烷化區(qū)下方或周圍，設置上述第一熱交換器、上述第二熱交換器、上述第三熱交換器與上述第四熱交換器；以及熱回收區(qū)，位于上述甲烷化區(qū)外圍，設置上述第五和第六熱交換器。
8.如權利要求7所述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其特征在于，上述第五熱交換器設置于上述熱回收區(qū)、上述甲烷化區(qū)之后或產(chǎn)物進入上述甲烷化區(qū)之前。
9.如權利要求1所述的分離助效氫氣產(chǎn)生器，其特征在于，上述第一重組段與上述第一濾氫膜段之間彼此分隔，上述第一濾氫膜與上述第二重組段之間彼此分隔，上述第二重組段與上述第二濾氫膜之間彼此分隔，且分別以流道連通。
10.一種分離助效氫氣產(chǎn)生器，其特征在于，包括:第一重組段，用以重組進料，以形成第一重組氣氛； 第一濾氫膜段，用以過濾上述第一重組氣氛，形成第一產(chǎn)物與第一余氣； 第二重組段，用以重組上述第一余氣，以形成第二重組氣氛； 第二濾氫膜段，用以過濾上述第二重組氣氛，形成第二產(chǎn)物與第二余氣；以及熱交換裝置，與上述第一濾氫膜段以及上述第二重組段連接，用以接收上述第一余氣，使上述第一余氣在進入上述第 二重組段之前，與通入燃燒室的空氣或燃料或兩者的混合物進行熱交換，并且與上述第二濾氫膜段連接，用以接收上述第二余氣，使上述第二余氣與上述燃燒室的空氣或燃料或兩者的混合物進行熱交換，并通入于上述燃燒室中。
11.如權利要求10上述的分離助效氫氣產(chǎn)生器,其特征在于,包括: 燃燒觸媒區(qū)，設置上述燃燒室； 重組區(qū)，位于上述燃燒觸媒區(qū)的周圍，設置上述第一重組段與上述第二重組段； 薄膜區(qū)，位于上述重組區(qū)與上述燃燒觸媒區(qū)之間，設置上述第一濾氫膜段與上述第二濾氫膜段； 甲烷化區(qū)，位于上述重組區(qū)外圍； 熱交換區(qū)，位于上述薄膜區(qū)、上述重組區(qū)與上述甲烷化區(qū)下方或周圍，設置上述熱交換裝置；以及 熱回收區(qū)，位于上述甲烷化區(qū)外圍。
全文摘要
一種分離助效氫氣產(chǎn)生器，包括第一重組段、第一濾氫膜段、第二重組段、第二濾氫膜段、第一熱交換器與第二熱交換器。第一重組段用以重組進料，以形成第一重組氣氛。第一濾氫膜段用以過濾第一重組氣氛，形成第一產(chǎn)物與第一余氣。第二重組段用以重組第一余氣，以形成第二重組氣氛。第二濾氫膜段用以過濾第二重組氣氛，形成第二產(chǎn)物與第二余氣。第一熱交換器，與第一重組段與第一濾氫膜段連接，用以加熱進料，并接收第一重組氣氛，在第一重組氣氛流入第一濾氫膜段之前加熱它。第二熱交換器，與第二重組段以及第二濾氫膜段連接，用以接收第二重組氣氛，在第二重組氣氛流入第二濾氫膜段之前加熱它。
文檔編號C01B3/32GK103183315SQ20121006744
公開日2013年7月3日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權日2011年12月27日
發(fā)明者林育立, 黃廷位, 紀巖勛, 楊昌中 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院