[發明專利]供氫裝置和供氫方法

無效

• 申請號: 200810086235.1
• 申請日: 2006-02-20
• 公開（公告）號: CN101239701A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 石川敬郎;兼元大;能島雅史;板橋武之
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02;C01B3/00;H01M8/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 金春實

本申請是于2006年2月20日遞交的、申請號為200610008655.9、發明名稱為“供氫裝置和供氫方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及向汽車或家用燃料電池等分散電源供氫的供氫裝置。

背景技術

在由二氧化碳等引起的地球變暖日益嚴重的情況下，作為代替化石燃料的下一代能源的氫正受到注目。另外，為了推進有效地活用能量減少CO₂排出的節能化，發電設備的聯供化受到注目。利用氫進行發電的燃料電池發電系統，近年，作為汽車、家用發電設備、自動售貨機、便攜機器等多種用途的電源，技術開發進展迅速。燃料電池，由于可以在使氫和氧發生反應成為水時產生電，利用同時產生的熱能供應熱水及進行空氣調節，適用于家用分散電源。除了燃料電池，稱為微型渦輪機(turbine)和微型引擎的內燃機的開發也正在進展。

由于是將氫作為燃料，不可缺少的氫的輸送、貯藏、供給系統就成為很大的問題。由于氫在常溫下是氣體，與液體及固體相比，貯藏及輸送困難。并且，氫是可燃性物質，在與空氣形成一定的混合比時，有爆炸的危險。

在解決這種問題的技術中，作為安全性、搬運性、貯藏能力、低成本化方面優異的氫貯藏方法，使用環己烷及萘烷這樣的碳氫化合物的有機氫化物系統受到注目。這些碳氫化合物，由于在常溫下是液體，搬運性優異。

例如，苯和正己烷是具有相同數目碳的環狀碳氫化合物，但與苯是碳之間的鍵為雙鍵的不飽和碳氫化合物不同，環己烷是不具有雙鍵的飽和碳氫化合物。利用苯的氫加成反應可得到環己烷，利用環己烷的脫氫反應可得到苯。就是說，通過利用這些碳氫化合物的氫加成反應和脫氫反應，可以貯氫及供氫。

作為使用像環己烷及萘烷這種碳氫化合物的有機氫化物系統的供氫裝置，已公開了將有機氫化物直接向高溫催化劑進行噴霧的方法及在圓筒形的反應裝置內部插入氫分離管減小氫分壓使反應溫度低溫化的方法(參照專利文獻1、非專利文獻1)。

專利文獻1：日本專利特開2002-184436號公報

非專利文獻1：Applied?Catalysis?A：General?233，91-102(2002)

發明內容

然而，在上述技術中也存在很多問題。對于利用以苯和環己烷的反應為代表的氫加成反應和脫氫反應的氫的貯藏及供給實用化，還必須提高反應效率。

另外，在實用化上，環己烷及萘烷等有機氫化物的脫氫反應的反應溫度高達250℃以上，為了以加熱器進行加熱，必須使用由燃料電池產生的一部分電力而使效率下降。如專利文獻1所公開，因為利用噴霧器將環己烷噴射到高溫的催化劑層上進行脫氫反應且在冷卻器中使作為生成物的氫和苯分離成為氣體和液體，裝置將變成大型。在使用環己烷作為供氫體的現有的供氫裝置的場合，脫氫反應是將環己烷以脈沖方式向加熱到約300℃的催化劑進行噴霧。當在催化劑表面上附著環己烷液滴時一部分環己烷氣化，在其上形成氣液固體復合界面而生成氫。這種供氫裝置，必須具有噴霧器、氣缸、冷卻器等多個附屬裝置，很難小型化。另外，由于使用加熱器，連接燃料電池制作的發電系統的總效率降低。

另一方面，在利用氫分離管使氫分壓低溫化時，雖然在大約200℃時也具有高轉化率，但存在由于低溫化反應速度低而且裝置大型化的問題。有機氫化物的脫氫反應是吸熱反應，在高溫下，氫及生成的芳香族碳氫化合物分壓越小，平衡就越向脫氫側移動。所以，通過利用氫分離管使產生的氫分離而使反應氣氛中的氫分壓降低，即使是在低溫下也可以得到高轉化率。然而，催化劑的反應速度是溫度越低越小，所以就存在為了使有機氫化物的供給速度加快，需要增加催化劑的使用量，反應層就會變大，并且還會使價格高昂的氫分離管的使用量增大而使成本提高。

于是，為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種效率良好的供氫裝置。

為達到上述目的，本發明的供氫裝置，從利用化學方式貯藏氫的貯氫材料中使用催化劑供氫，在供氫裝置的燃料供給口及排氣口上配置閥門，控制上述閥門的開閉定時(timing)，供氫裝置內的壓力的變化范圍為0.01～300atm。另外，燃料注入時的壓力為2～20atm，氫產生時的壓力為5～300atm，排氣時的壓力為從大氣壓到0.01atm。另外，安裝在燃料供給口和排氣口處的閥門的開閉為在燃料供給時燃料供給口開而排氣口閉，在氫產生反應時燃料供給口閉且排氣口閉，而在排氣時燃料供給口閉而排氣口開。