经由电化学重整的氢气产生的制作方法

本发明总体上涉及氢气产生。更确切地说，本发明涉及电化学氢气产生方法和系统。

背景技术：

1、石油和化学工业需要大量的氢气。例如，大量氢气用于升级化石燃料和产生氨或甲醇或盐酸。石化工厂需要氢气来进行加氢裂化、加氢脱硫、加氢脱烷基化。提高不饱和脂肪和油的饱和度的加氢工艺也需要氢气。氢气还是金属矿石的还原剂。氢气可以通过电解水、蒸汽重整、实验室规模的金属酸工艺、热化学方法或厌氧腐蚀产生。许多国家都致力于发展氢气经济。

2、显然，对开发新的产生氢气的技术平台的需求和兴趣越来越大。本公开讨论了使用高效的电化学途径的氢气产生。讨论了电化学反应器和执行此类反应的方法。

技术实现思路

1、本文讨论了一种电化学反应器，其包括混合导电膜，其中所述膜包括电子导电相和离子导电相，其中所述反应器能够以电化学方式重整烃，其中所述电化学重整反应涉及离子通过所述膜的交换以氧化所述烃。

2、在一实施例中，反应器包括多孔阳极和多孔阴极，所述多孔阳极和多孔阴极包括金属相和陶瓷相，其中所述金属相是电子导电的，并且其中所述陶瓷相是离子导电的。在一实施例中，阳极和阴极不具有附接的集电器。在一实施例中，阳极和阴极被膜分离并且都暴露于还原环境。

3、在一实施例中，阳极或阴极包括ni或nio以及选自由以下组成的组的材料：ysz、8ysz、cgo、cocgo、sdc、ssz、lsgm和其组合。在一实施例中，阳极包括掺杂或未掺杂的二氧化铈和选自由以下组成的组的材料：cu、cuo、cu2o、ag、ag2o、au、au2o、au2o3、pt、pd、ru、rh、ir、lacacr、lasrcrfe、ysz、cgo、sdc、ssz、lsgm、不锈钢和其组合。

4、在一实施例中，阳极包括铬酸镧和选自由以下组成的组的材料：掺杂二氧化铈、氧化钇稳定的氧化锆(ysz)、锶镁掺杂的镓酸镧(lsgm)、氧化钪稳定的氧化锆(ssz)、sc和ce掺杂的氧化锆和其组合。在一实施例中，铬酸镧包括未掺杂的铬酸镧、锶掺杂的铬酸镧、铁掺杂的铬酸镧、锶和铁掺杂的铬酸镧、铬酸镧钙或其组合。

5、在一实施例中，电化学重整反应包括电化学半电池反应，其中所述半电池反应为：

6、a)

7、b)

8、在一实施例中，半电池反应发生在三相边界处，其中三相边界是孔与电子导电相和离子导电相的交叉点。

9、在一实施例中，电子导电相包括掺杂的铬酸镧或电子导电的金属或其组合；并且离子导电相包括选自由以下组成的组的材料：钆或钐掺杂的二氧化铈、氧化钇稳定的氧化锆(ysz)、锶镁掺杂的镓酸镧(lsgm)、氧化钪稳定的氧化锆(ssz)、sc和ce掺杂的氧化锆和其组合。

10、在一实施例中，膜包括cocgo或lst(镧掺杂的钛酸锶)稳定的氧化锆。在一实施例中，稳定氧化锆包括ysz或ssz或scz(氧化钪-二氧化铈稳定的氧化锆)。

11、本文还讨论了一种反应器，其包括：阳极和混合导电膜；其中所述阳极和所述混合导电膜彼此接触，其中所述膜包括电子导电相和离子导电相，并且其中所述阳极促进电化学烃重整反应。

12、在一实施例中，阳极暴露于还原环境，且在所述阳极中发生的电化学反应是氧化。在一实施例中，反应器不包括互连件。

13、本文进一步讨论了一种产生氢气的方法，其包括：提供具有混合导电膜的电化学(ec)反应器；将包括烃的第一料流引入到所述反应器；将包括水的第二料流引入到所述反应器；和还原所述第二料流中的所述水以产生氢气，其中所述第一料流和所述第二料流在所述反应器中不彼此接触，并且其中所述烃在所述ec反应器中以电化学方式重整。在一实施例中，从水还原为氢气以电化学方式进行。在一实施例中，第一料流基本上由烃和氢气组成。在一实施例中，反应器不发电且不需要电力输入。

14、在以下图式、详细描述和权利要求中提供了另外的方面和实施例。除非另有规定，否则如本文所描述的特征是可组合的，并且所有此类组合都在本公开的范围内。

技术特征：

1.一种电化学反应器，其包括混合导电膜，其中所述膜包括电子导电相和离子导电相，其中所述反应器能够以电化学方式重整烃，其中所述电化学重整反应涉及离子通过所述膜的交换以氧化所述烃。

2.根据权利要求1所述的反应器，其包括多孔阳极和多孔阴极，所述多孔阳极和多孔阴极包括金属相和陶瓷相，其中所述金属相是电子导电的，并且其中所述陶瓷相是离子导电的。

3.根据权利要求2所述的反应器，其中所述阳极和所述阴极不具有附接的集电器。

4.根据权利要求2所述的反应器，其中所述阳极和所述阴极被所述膜分离，并且所述阳极暴露于第一还原环境且所述阴极暴露于第二还原环境。

5.根据权利要求2所述的反应器，其中所述阳极或所述阴极包括ni或nio以及选自由以下组成的组的材料：ysz、8ysz、cgo、cocgo、sdc、ssz、lsgm和其组合。

6.根据权利要求2所述的反应器，其中所述阳极包括掺杂或未掺杂的二氧化铈和选自由以下组成的组的材料：cu、cuo、cu2o、ag、ag2o、au、au2o、au2o3、pt、pd、ru、rh、ir、lacacr、lasrcrfe、ysz、cgo、sdc、ssz、lsgm、不锈钢和其组合。

7.根据权利要求2所述的反应器，其中所述阳极包括铬酸镧和选自由以下组成的组的材料：掺杂二氧化铈、氧化钇稳定的氧化锆(ysz)、锶镁掺杂的镓酸镧(lsgm)、氧化钪稳定的氧化锆(ssz)、sc和ce掺杂的氧化锆和其组合。

8.根据权利要求7所述的反应器，其中所述铬酸镧包括未掺杂的铬酸镧、锶掺杂的铬酸镧、铁掺杂的铬酸镧、锶和铁掺杂的铬酸镧、铬酸镧钙或其组合。

9.根据权利要求1所述的反应器，其中所述电化学重整反应包括电化学半电池反应，其中所述半电池反应是：

10.根据权利要求9所述的反应器，其中所述半电池反应发生在三相边界处，其中所述三相边界是孔与所述电子导电相和所述离子导电相的交叉点。

11.根据权利要求1所述的反应器，其中所述电子导电相包括掺杂的铬酸镧或电子导电的金属或其组合；并且其中所述离子导电相包括选自由以下组成的组的材料：钆或钐掺杂的二氧化铈、氧化钇稳定的氧化锆(ysz)、锶镁掺杂的镓酸镧(lsgm)、氧化钪稳定的氧化锆(ssz)、sc和ce掺杂的氧化锆和其组合。

12.根据权利要求1所述的反应器，其中所述膜包括cocgo或lst(镧掺杂的钛酸锶)稳定的氧化锆。

13.根据权利要求12所述的反应器，其中所述稳定氧化锆包括ysz或ssz或scz(氧化钪-二氧化铈稳定的氧化锆)。

14.一种反应器，其包括：阳极和混合导电膜；其中所述阳极和所述混合导电膜彼此接触，其中所述膜包括电子导电相和离子导电相，并且其中所述阳极促进经由电化学烃反应的烃重整。

15.根据权利要求14所述的反应器，其中所述阳极暴露于还原环境，并且在所述阳极中发生的所述电化学反应包含氧化。

16.根据权利要求14所述的反应器，其中所述反应器不包含互连件。

17.一种产生氢气的方法，所述方法包括

18.根据权利要求17所述的方法，其中从水到氢气的还原以电化学方式进行。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一料流基本上由烃和氢气组成。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述反应器不发电且不需要电力输入。

技术总结
本文讨论了一种电化学反应器，其包括混合导电膜，其中所述膜包括电子导电相和离子导电相，其中所述反应器能够以电化学方式重整烃，其中电化学重整反应涉及离子通过所述膜的交换以氧化所述烃。本文进一步讨论了一种产生氢气的方法，其包括：提供具有混合导电膜的电化学(EC)反应器；将包括烃的第一料流引入到所述反应器；将包括水的第二料流引入到所述反应器；和还原所述第二料流中的所述水以产生氢气，其中所述第一料流和所述第二料流在所述反应器中不彼此接触，并且其中所述烃在所述EC反应器中以电化学方式重整。

技术研发人员：尼古拉斯·法兰多斯,马修·道森,金·道森
受保护的技术使用者：环球公用事业公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22