[發明專利]由含碳物質堿促制備氫

無效

• 申請號: 200580038453.2
• 申請日: 2005-11-04
• 公開（公告）號: CN101056816A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: B·賴奇曼;W·邁斯
• 申請（專利權）人: 雙向電池公司
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02;C01B3/22;C01B3/24;C01B3/26;C25B1/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 段曉玲;鄒雪梅

??????????????????相關申請的交叉引用

本申請是2004年1月23日提交的、標題為“Base-FacilitatedReformation?Reactions?of?Organic?Substances”并且作為美國專利申請公開號No.US2004/0156777A1公開的申請NO.10/763616的部分連續，該公開在此通過引入結合進來。

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本發明涉及用于制備氫氣的方法。具體而言，本發明涉及由含碳物質制備氫氣。最具體而言，本發明涉及在堿性條件下通過含碳物質的反應制備氫氣。

??????????????????????背景技術

現代化社會強烈依賴于從化石燃料獲得能量來維持生活標準。隨著更多的社會實現現代化以及已有的現代化社會的膨脹，對化石燃料的消耗持續增加，全世界范圍內對化石燃料的日益增長的依賴性導致出現了大量問題。首先，化石燃料是有限的資源，人們越來越擔心在可預見的將來化石燃料被完全耗盡。能源稀少可能導致出現如下情況：日益增長的成本可能使經濟變得不穩定，國家可能因為剩余的儲能地而發生戰爭。第二，化石燃料具有高度的污染性。更大量地燃燒化石燃料導致全球變暖，并給地球生態系統的穩定性造成了危害。除了溫室氣體以外，燃燒化石燃料產生了煙灰和對人體和動物有害的其它污染物。為了防止化石燃料日益增長的危害性，需要新的能源。

新燃料或能源所需的屬性包括低成本、供應豐富、可更新性、安全性和環境相容性。從提供這些屬性以及顯著降低人們對傳統化石燃料的依賴性的潛力而言，從目前看氫是很有希望的。氫是世界上存在最普遍的元素，如果能開發出它的潛力，那么將提供取之不盡用之不竭的燃料源來滿足全球日益增長的能量需求。氫可以從各種來源獲取，所述來源比如天然氣、一般性的烴、有機材料、無機氫化物和水。這些來源從地理學上看在全球上分布得非常好，大多數人口都可以獲取，無需進口。除了資源豐富而且廣泛可得以外，氫也是清潔的燃料源。氫燃燒產生水作為副產物。因此，利用氫作為燃料源避免了不必要的生成基于碳和氮的溫室氣體(涉及造成全球變暖)以及在工業生產中不必要地生成煙灰和其它基于碳的污染物。

氫作為普遍存在的能源是否得以利用最終取決于它在經濟上的可行性。需要用于制備氫的經濟可行的方法以及用于存儲、轉移和消耗氫的有效裝置。已經提出了用于制備氫的化學方法和電化學方法。對氫而言，最容易獲取的化學原料是有機化合物，主要是烴和氧化烴。從烴和氧化烴獲取氫的常見方法是脫氫反應和氧化反應。

蒸汽重整和通過電解由水根據電化學法制備氫，是目前常用來制備氫的兩種策略。但是，這兩種策略都存在著實際應用受限和/或成本效率受限的缺點。蒸汽重整反應在室溫是吸熱反應，通常需要數百度的溫度來達到可接受的反應速率。這些溫度提供起來成本高，對用于構建反應器的材料提出了特殊的要求，而且限制了應用范圍。蒸汽重整反應也在氣相中進行，這意味著必須通過分離工藝從氣體混合物中回收氫氣，這增加了重整工藝的成本和復雜性。蒸汽重整還導致形成了不需要的溫室氣體CO₂和/或CO作為副產物。水電解在實踐中使用不廣泛，因為為了實現水電解需要大量消耗電能。引發水電解反應所需的最低電壓高，而且為了獲得有實際意義的氫生產速率，需要更高的電壓。這種高電壓導致水電解反應的電能成本高，限制了它的廣泛使用。

在美國專利No.6607707(’707專利)中，本發明人考慮通過烴和氧化烴與堿的反應由烴和氧化烴制備氫，所述專利在此通過引用而接合進來。利用熱力學分析，本發明人確定許多烴和氧化烴與堿或者堿性水溶液在特定反應條件下自發反應形成氫氣，而同樣的烴和氧化烴在同樣的反應條件下在常規蒸汽重整工藝中非自發性地反應。因此，發現包含堿促進了從許多烴和氧化烴形成氫氣，并能夠在不像蒸汽重整反應中正常存在的條件那樣極端的條件下制備氫，從而提高了制備氫氣的成本有效性。在許多反應中，’707專利的方法使得從液相反應混合物中形成了氫氣，在有些情況下在室溫進行，其中氫氣是唯一的氣體產物，因此很容易去除，無需氣相分離步驟。’707專利的反應進一步通過形成碳酸根離子或者碳酸氫根離子來操作，避免了生成溫室氣體CO和CO₂。包含堿帶來了形成氫氣的新反應途徑，所述途徑在熱力學上有優勢，允許在比相應蒸汽重整工藝所需的溫度低的溫度下制備氫氣。