[發(fā)明專利]使用鋼廠爐渣和廢料由熱化學(xué)分解水制造氫氣的裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680021945.5
• 申請日: 2006-06-13
• 公開（公告）號: CN101203455A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·巴塔查爾吉;T·穆哈爾吉;V·塔塔瓦德卡爾
• 申請（專利權(quán)）人: 塔塔鋼鐵有限公司
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所
• 代理人: 陳季壯

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種由水產(chǎn)生氫氣的新方法。

發(fā)明背景

氫正日益成為礦物燃料的最佳替換物。目前，主要使用氫作為原料、中間化學(xué)品或規(guī)模小的多的作為特種化學(xué)品。如今制造出的氫只有一小部分主要是由航天工業(yè)用作能量載體。汽車工業(yè)正在開發(fā)以基于氫的內(nèi)燃機(ICEs)或汽油-燃料電池汽車為驅(qū)動的新模型。然而，并不將絕大部分的商業(yè)制氫方法看作是可再生的，因為這些技術(shù)僅僅是將污染源從分散的源頭(例如汽車、家庭)轉(zhuǎn)移到更加集中的源頭，如制氫廠或火電廠。現(xiàn)在，僅美國制氫工業(yè)每年就制造九百萬噸氫，供化學(xué)品制造、石油加工、金屬處理和電氣應(yīng)用使用。

當前，利用氫作為燃料的技術(shù)比由可再生資源如太陽能、風、潮汐能或地熱能高效制造氫的技術(shù)處于更加先進的階段。迫切需要開發(fā)更好、更高效并且更廉價的由可再生資源制造氫的技術(shù)渡過氫的制造與消耗之間的這種距離，并在二者間達到最佳協(xié)同。印度政府的國家氫能路線圖也將發(fā)展先進的制氫技術(shù)和基于氫燃料的技術(shù)應(yīng)用置于突出的位置。

在全世界范圍內(nèi)使用電解法制造氫氣。現(xiàn)在，使用這種方法來制造高純度的氫。用這種方法生產(chǎn)的氫的成本明顯更高，因此，其僅用于特種用途如半導(dǎo)體制造。但是，這種方法便于利用可再生資源或核資源制造的電進行更分散的氫制造，并將有助于以最低的分配和存儲條件滿足本地需求^[1]。這種方法的主要副產(chǎn)品是氧。水蒸氣-甲烷重整法也廣泛用于制氫。在此催化法中，使天然氣或其他輕質(zhì)烴類與蒸汽反應(yīng)以產(chǎn)生氫和二氧化碳的混合物。然后，將高純度的氫從產(chǎn)物混合物中分離出來。這種方法是目前可用的能效最高的商業(yè)化技術(shù)，并且，當應(yīng)用于大規(guī)模、恒負載時，也具有最高的成本效率。在氣化器中部分氧化礦物燃料是另一種熱制氫的方法。它包括燃料與有限供給的氧反應(yīng)以產(chǎn)生氫混合物，然后將其提純。可以將部分氧化法應(yīng)用于包括天然氣、重油、固體生物燃料和煤在內(nèi)的大范圍的烴類原料。其主要的副產(chǎn)品是二氧化碳。新出現(xiàn)的方法有望制造氫而無二氧化碳排放，但這些方法均處于初級開發(fā)階段。一些這樣的技術(shù)包括利用核能和太陽熱的熱化學(xué)水分裂(water-splitting)，利用固態(tài)技術(shù)的光解(太陽)法(光電化學(xué)、電解)，對利用碳鰲合作用(carbonsequestration)的礦物燃料制氫和生物技術(shù)(藻類和細菌)。

發(fā)明目的

本發(fā)明的一個目的是提出一種由水制造氫氣的新方法。

本發(fā)明的另一個目的是提出一種在有含碳廢料和催化熔料(catalyticfluxes)的存在下由水制造氫氣的新方法。

本發(fā)明的又一個的目的是提出一種由水制造氫氣的新方法，其中將熔渣用于水的熱化學(xué)分解。

本發(fā)明的再一個目的是提出一種簡單且具有高成本效率的由水制造氫氣的新方法。

發(fā)明綜述

根據(jù)本發(fā)明，提供一種由水制造氫氣的新方法，包括將水加入爐渣和含碳催化熔料中，從而通過水的熱化學(xué)分解制造氫。

附圖簡述

通過附圖更詳細地說明本發(fā)明：

圖1a說明了基于在1873K下水-爐渣相平衡的計算結(jié)果，加入水對爐渣中FeO和Fe₂O₃的濃度和氫氣形成的影響。

圖1b涉及基于在1873K(b)下水-爐渣相平衡的計算結(jié)果，水-爐渣系統(tǒng)相對水加入的焓的曲線圖。

圖2說明了通過FACT-sage程序計算的水加入對爐渣中FeO和Fe₂O₃的濃度和H₂、CO和CO₂形成的影響。

圖3說明了制氫的實驗裝置。

圖4說明了在工業(yè)級別下，于渣坑中制氫的裝置的線路圖和示意圖。

發(fā)明詳述

開發(fā)了一種新的方法用于在有含碳廢料和催化熔料的存在下，通過水和爐渣反應(yīng)制造氫氣。氫氣形成的整個反應(yīng)是：

其中，A為加入系統(tǒng)中的水的量，x為熔料中可用的C的量，y為爐渣中的FeO量，z為通過CO與水的反應(yīng)形成的CO₂量。在這個新方法中，爐渣不僅為吸熱的水分解反應(yīng)提供顯熱，并且阻止氫與氧氣之間的逆反應(yīng)。爐渣中的Fe和Fe的較低氧化物與產(chǎn)物氣體混合物中的氧氣反應(yīng)，并形成Fe₂O₃，從而降低氧的熱力學(xué)活性。可作為脫氧劑的不同類型廢料可用作熔料來提高氫氣制造。

在爐渣存在下純水的熱分解：