氢处理装置制造方法及图纸

氢处理装置(12)具有含有质子传导氧化物的电解质膜(32)、阳极电极(34a)和阴极电极(34c)，通过向阳极室(36a)供给含有水蒸气和烃气的混合气体，对电解质膜(32)施加电位，而使在阳极室(36a)被重整后的氢移动到阴极室(36c)。阳极电极(34a)包括具有提纯功能的第一催化剂层(40)和具有重整功能的第二催化剂层(42)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢处理装置
本专利技术涉及一种使用质子传导氧化物的氢处理装置。
技术介绍
现有技术中，通过重整天然气来制造氢的方法一般为自热重整(ATR)、水蒸气重整(SR)、部分氧化重整反应(POX)等。由于从通过这些重整法对天然气进行重整的重整器排出的气体中含有氢以外的杂质(CO等)，因此，通过进一步使其通过转化器和纯化器，来提纯出高纯度的氢。这样提纯的氢例如作为燃料电池汽车用等的燃料气体使用。在重整器和转化器中使用的催化剂一般多使用铂等贵金属。在上述的一般的氢制造中，从提高热效率的观点出发，大型的氢制造成为主流，反应工艺的复杂化、系统的大型化带来的氢制造系统的高成本化成为课题。另外，在小型化中，与大型化的提纯工序相比，容易引起杂质的流出，难以制造高纯度的氢。此外，由于在重整器和转化器中使用贵金属催化剂，因此，成本容易变高。另一方面，日本专利技术专利公开公报特开2005-48247号公开了一种利用质子导体的质子选择性渗透功能从甲烷气体和水蒸气气体中回收氢的装置。具体而言，在该装置中，使固体电解质处于通电状态，并且向质子电解单元的阳极电极供给混合水蒸气气体和甲烷气体的混合气体，据此，将透过固体电解质内的质子作为氢气从阴极电极回收。
技术实现思路
本专利技术是与上述现有技术相关联而完成的专利技术，其目的在于提供一种能够更高效地制造氢的氢处理装置。为了达成上述目的，本专利技术提供一种氢处理装置，其特征在于，具有电解质膜、阳极电极和阴极电极，其中，所述电解质膜含有质子传导氧化物；所述阳极电极配置于所述电解质膜的一侧；所述阴极电极配置于所述电解质膜的另一侧，通过向配置有所述阳极电极的阳极室供给含有水蒸气和烃气的混合气体，对所述电解质膜施加电位，而使在所述阳极室被重整后的氢移动到配置有所述阴极电极的阴极室，所述阳极电极包括具有提纯功能的第一催化剂层和具有重整功能的第二催化剂层。根据采用上述结构的本专利技术的氢处理装置，一边经由含有质子传导氧化物的电解质膜在阳极侧进行烃气重整，一边对电解质膜施加电位，由此，仅氢从阳极侧向阴极侧移动，因此，能够在阴极侧仅提纯氢。另外，由于仅阳极侧的氢向阴极侧移动，因此，阳极侧的重整反应的平衡也移动，实现了基于非平衡反应的氢制造效率的提高。再者，由于阳极电极具有功能不同的两个催化剂层，因此，能够进一步促进阳极电极处的反应(重整反应和转移反应)。因此，根据本专利技术，能够更高效地制造氢。在上述氢处理装置中，优选具有发电单元，所述发电单元被供给含有烃气的燃料气体和氧化剂气体，通过电化学方式进行发电，通过将具有所述电解质膜、所述阳极电极和所述阴极电极的氢制造单元和所述发电单元层叠而构成处理堆。根据该结构，在制造氢时，发电单元发电时的废热作为氢制造单元的氢制造所需要的热量被供给。因此，不需要从外部供给热量，能够高效地制造氢。在上述氢处理装置中，优选在有氢制造要求的情况下，将所述发电单元的发电电力供给到所述氢制造单元。根据该结构，能够使用发电单元的发电电力，高效地制造氢。在上述氢处理装置中，优选在没有氢制造要求的情况下，不向所述氢制造单元供给所述发电单元的发电电力。根据该结构，能够将发电电力直接供给到外部负载。根据本专利技术的氢处理装置，能够更高效地制造氢。附图说明图1是包括本专利技术的实施方式所涉及的氢处理装置的氢制造系统的概略图。图2是上述氢处理装置的概略结构图。图3是上述氢处理装置中的氢制造工艺的原理图。图4是表示施加于电解质膜的电流值与阳极及阴极的合计氢浓度的关系的曲线图。图5是表示有第二催化剂层的情况下和没有第二催化剂层的情况下的甲烷转化率的不同的曲线图。具体实施方式下面，列举优选的实施方式，边参照附图边对本专利技术所涉及的氢处理装置进行说明。图1所示的氢制造系统10具有本实施方式所涉及的氢处理装置12(处理堆)和氢处理装置12所附带的辅机14。该氢处理装置12具有多个发电单元16和多个氢制造单元18，发电单元16和氢制造单元18交替层叠。氢处理装置12从辅机14接受燃料气体和氧化剂气体的供给并通过电化学反应进行发电，并且从辅机14接受含有水蒸气和甲烷气体的混合气体的供给来制造(提纯)氢。氢处理装置12的运转所产生的热量作为废热被回收，例如，被用于温水。经由水管线15a向辅机14供给水(自来水等)，经由空气管线15b向辅机14供给空气，经由原料气体管线15c向辅机14供给含有甲烷气体的原料气体(天然气等)。此外，经由原料气体管线15c供给的原料气体只要是含有烃气的气体即可，也可以是生物气体。由于不仅可以使用甲烷气体，还可以使用生物气体，因此，能够有助于CO2的削减。辅机14是氢处理装置12的周边装置，由供给的水生成水蒸气，并且将水蒸气与原料气体混合，将得到的混合气体供给到氢处理装置12。另外，辅机14使供给的空气升温，并将升温后的空气作为氧化剂气体供给到氢处理装置12。如图2所示，在氢处理装置12中，通过发电单元16(单体燃料电池)和氢制造单元18隔着隔板19交替层叠多个来构成层叠体20，并且在该层叠体20的层叠方向上的两端配置有端板22a、22b。发电单元16构成为固体氧化物型燃料电池(SOFC)。具体而言，发电单元16具有由固体电解质制成的电解质膜24、配置(层叠)在电解质膜24的一个表面上的阳极26a、和配置(层叠)在电解质膜24的另一个表面上的阴极26c。由电解质膜24、阳极电极26a和阴极电极26c构成膜电极组件28(MEA)。电解质膜24例如由稳定氧化锆、二氧化铈系材料、镓酸镧系材料等氧化物离子导体构成。阳极电极26a是设置在使燃料气体流通的燃料气体流路即阳极室30a的电极催化剂层。阳极室30a的入口侧与在层叠体20的层叠方向上贯通设置的未图示的燃料气体供给连通孔连通，从该燃料气体供给连通孔供给燃料气体。阳极室30a的出口侧与在层叠体20的层叠方向上贯通设置的未图示的燃料气体排出连通孔连通，从该燃料气体排出连通孔排出燃料气体。作为阳极电极26a的材料，选定在固体氧化物型燃料电池中通常采用的材料即可。作为其代表材料，可列举Ni-YSZ金属陶瓷、Ni-SSZ金属陶瓷等。或者，也可以是Ni与掺杂钇的氧化铈(YDC)的金属陶瓷、Ni与掺杂钐的氧化铈(SDC)的金属陶瓷、Ni与掺杂钆的氧化铈(GDC)的金属陶瓷等。阴极电极26c是设置在使氧化剂气体流通的氧化剂气体流路即阴极室30c中的电极催化剂层。阴极室30c的入口侧与在层叠体20的层叠方向上贯通设置的未图示的氧化剂气体供给连通孔连通，从该氧化剂气体供给连通孔供给氧化剂气体。阴极室30c的出口侧与在层叠体20的层叠方向上贯通设置的未图示的氧化剂气体排出连通孔连通，从该氧化剂气体排出连通孔排出氧化剂气体。作为阴极电极26c的材料，选定在固体氧化物型燃料电池中通常采用的材料即可。作为其代表材料，具体而言，可列举选自La-Sr-Co-O(LSC)系钙钛矿型氧化物、La-Sr-Co-Fe-O(LSCF)系钙钛矿型氧化物、La-Sr-Mn-O(LSM)系钙钛矿型氧化物、Ba-Sr-Co-Fe-O(BSCF)系钙钛矿型氧化物中的任意一种，或对这些钙钛矿型氧化物混合了以SDC、YDC、GDC、LDC等铈土系氧化物为代表的氧化物离子导体的混合物等。在多个发电单元16之间，阳极电极26a彼此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢处理装置(12)，其特征在于，具有电解质膜(32)、阳极电极(34a)和阴极电极(34c)，其中，所述电解质膜(32)含有质子传导氧化物；所述阳极电极(34a)配置于所述电解质膜(32)的一侧；所述阴极电极(34c)配置于所述电解质膜(32)的另一侧，通过向配置有所述阳极电极(34a)的阳极室(36a)供给含有水蒸气和烃气的混合气体，对所述电解质膜(32)施加电位，而使在所述阳极室(36a)被重整后的氢移动到配置有所述阴极电极(34c)的阴极室(36c)，所述阳极电极(34a)包括具有提纯功能的第一催化剂层(40)和具有重整功能的第二催化剂层(42)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.09 JP 2016-1564101.一种氢处理装置(12)，其特征在于，具有电解质膜(32)、阳极电极(34a)和阴极电极(34c)，其中，所述电解质膜(32)含有质子传导氧化物；所述阳极电极(34a)配置于所述电解质膜(32)的一侧；所述阴极电极(34c)配置于所述电解质膜(32)的另一侧，通过向配置有所述阳极电极(34a)的阳极室(36a)供给含有水蒸气和烃气的混合气体，对所述电解质膜(32)施加电位，而使在所述阳极室(36a)被重整后的氢移动到配置有所述阴极电极(34c)的阴极室(36c)，所述阳极电极(34a)包括具有提纯功能的第一催化剂层(40...

【专利技术属性】
技术研发人员：仓品大辅，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP