[发明专利]氢处理装置

说明书

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)。

技术领域

本发明涉及一种使用质子传导氧化物的氢处理装置。

背景技术

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，日本发明专利公开公报特开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。

发明内容

本发明是与上述现有技术相关联而完成的发明，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，本发明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发明的氢处理装置，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，根据本发明，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。

根据本发明的氢处理装置，能够更高效地制造氢。

附图说明

图1是包括本发明的实施方式所涉及的氢处理装置的氢制造系统的概略图。