[發明專利]氨分解制氫的整體式微型反應器

無效

• 申請號: 200710047547.7
• 申請日: 2007-10-30
• 公開（公告）號: CN101172575A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 路勇;李劍鋒;王苗苗;薛青松;劉曄;何鳴元
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04
• 代理公司: 上海藍迪專利事務所
• 代理人: 徐筱梅

技術領域

本發明屬于制氫設備技術領域，涉及到一種制作移動式燃料電池氫源系統的反應器，具體地說是一種氨分解制氫的整體式微型反應器。

背景技術

H₂-O₂質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一項高效環保技術，具有無污染物排放、效率高(＞60％)、無噪音、啟動快等優點，在電動汽車、小型移動電子設備、家庭或醫院等的備用電源等方面有巨大的市場前景。由于氫燃料的加注網絡系統的建造還遙遙無期，基于化學過程的高能量密度液體燃料(如汽/柴油、甲醇、液氨等)的可移動制氫系統的研究開發，已成為當前燃料電池領域最具挑戰的熱點課題。與汽柴油相比，甲醇具有清潔(氫含量較高、無S/N和易積碳化合物)和重整溫度低(200-250℃)的優點，但含碳液體燃料重整過程不可避免產生大量COx，特別是CO對PEMFC電極的毒害最大，強烈吸附會導致電極中毒，燃料電池效率迅速下降。為此，重整產生的氫氣進入PEMFC前通常要經過高低溫水氣變換和CO選擇氧化過程，將CO濃度降低到10PPM以下，使得車載移動蒸汽重整制氫過程十分復雜，不利于實際應用[T.V.Choudhary，et?al.Catal.Today，1-2，77(2002)65-68]。

目前國內外有關移動制氫的研究還主要集中在各種制氫過程催化劑(如甲醇重整制氫Cu-Zn復合氧化物催化劑、氨分解制氫Ru催化劑等)的制備及改性研究方面。移動制氫反應器的設計還主要基于固定床技術。大顆粒固定床反應器傳熱、傳質差，接觸效率低，不僅重且體積大。此外，用于移動式PEMFC系統，大量振動也會造成固定床催化劑顆粒的破碎或導致溝流。國外發展了微通道反應器(micro-channel)結合反應器涂層(washcoats)技術以解決上述幾個或多個問題，并被用于各種制氫過程和產物H₂燃料的純化。J.C.Ganley等[J.C.Ganley，et?al.Journal?of?Power?Sources，1，137(2004)53-61]最近報道了用陽極氧化處理的鋁質微通道載體使單位體積反應器的面積有了明顯提高，但與傳統顆粒填充床相比相差甚遠；他們用制得的微通道結構載體載持Ru催化劑并用于NH₃的分解制氫，在0.35ml反應器上實現了～220ml/min的產氫速率H₂的生產。而微通道反應器(micro-channel)結合反應器涂層(washcoats)的反應器制備工藝復雜且昂貴、催化劑擔載量低(＜15wt％)、單位反應器體積上的面積較小、以及存在徑向擴散限制和/或壓力降大的問題。

中國發明專利(申請號200610027050.4)公開了一種負載型鎳金屬催化劑及用途。其主要特征是一種稀土氧化物改性的負載型鎳金屬催化劑，各組分的重量百分含量分別為稀土氧化物1％~20％，鎳金屬為1％~20％，載體為60％~98％；該催化劑可用于氨分解制氫反應中具有高活性和良好的穩定性。實施結果表明，采用初濕浸漬法制備的CeO₂改性的Ni/Al₂O₃催化劑，其中CeO₂含量10％，Ni金屬含量10％，在600℃和6000~30000h^-1的空速范圍內，具有與貴金屬Ru催化劑相當的低溫催化活性，且催化劑制造成本小。

中國發明專利(申請號200610200563.0)公開了一種氨分解制氫的等離子體催化方法。其主要特征在于，等離子體催化氨分解反應在一個等離子體催化反應器中進行，非貴金屬負載型催化劑裝于圓筒狀反應器內的環形放電區，通過中心軸線處插入金屬絲線作為高壓放電電極，利用介質阻擋放電可以產生高能電子與氨分子碰撞，產生氨的等離子體，并給反應床層供熱，使氨催化分解活性顯著提高，降低氨氣在非貴金屬負載催化劑上的分解溫度，降低燃料電池車載制氫的成本。非貴金屬負載型催化劑中含鐵、鈷、鎳、鉻、鉬、錳、銅和鎢中的一種或幾種元素作為活性成分。實施結果表明，將等效直徑1-1.5mm的Fe/Al₂O₃催化劑，其中Fe負載量10％(重量)置于反應器放電區，控制氨氣流量40ml/min，高壓電源功率達到50瓦，實際放電電壓為10.6千伏，反應器溫度穩定在390℃，氨分解轉化率大于99％。