[發(fā)明專利]一種利用甲醇水制備氫氣的系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN102874754A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向華;龐娟娟;向德成
• 申請（專利權(quán)）人: 上海合既得動氫機器有限公司
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32
• 代理公司: 上海金盛協(xié)力知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氫氣制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備氫氣的系統(tǒng)，尤其涉及一種利用甲醇水制備氫氣的系統(tǒng)；同時，本發(fā)明還涉及一種利用甲醇水制備氫氣的方法。

背景技術(shù)

在眾多的新能源中，氫能將會成為21世紀(jì)最理想的能源。這是因為，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分別產(chǎn)生溫室效應(yīng)和酸雨。煤和石油的儲量是有限的，而氫主要存于水中，燃燒后唯一的產(chǎn)物也是水，可源源不斷地產(chǎn)生氫氣，永遠(yuǎn)不會用完。

氫是一種無色的氣體。燃燒一克氫能釋放出142千焦?fàn)柕臒崃浚瞧桶l(fā)熱量的3倍。氫的重量特別輕，它比汽油、天然氣、煤油都輕多了，因而攜帶、運送方便，是航天、航空等高速飛行交通工具最合適的燃料。氫在氧氣里能夠燃燒，氫氣火焰的溫度可高達(dá)2500℃，因而人們常用氫氣切割或者焊接鋼鐵材料。

在大自然中，氫的分布很廣泛。水就是氫的大“倉庫”，其中含有11％的氫。泥土里約有1.5％的氫；石油、煤炭、天然氣、動植物體內(nèi)等都含有氫。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約70％為水所覆蓋，儲水量很大，因此可以說，氫是“取之不盡、用之不竭”的能源。如果能用合適的方法從水中制取氫，那么氫也將是一種價格相當(dāng)便宜的能源。

氫的用途很廣，適用性強。它不僅能用作燃料，而且金屬氫化物具有化學(xué)能、熱能和機械能相互轉(zhuǎn)換的功能。例如，儲氫金屬具有吸氫放熱和吸熱放氫的本領(lǐng)，可將熱量儲存起來，作為房間內(nèi)取暖和空調(diào)使用。

氫作為氣體燃料，首先被應(yīng)用在汽車上。1976年5月，美國研制出一種以氫作燃料的汽車；后來，日本也研制成功一種以液態(tài)氫為燃料的汽車；70年代末期，前聯(lián)邦德國的奔馳汽車公司已對氫氣進(jìn)行了試驗，他們僅用了五千克氫，就使汽車行駛了110公里。

用氫作為汽車燃料，不僅干凈，在低溫下容易發(fā)動，而且對發(fā)動機的腐蝕作用小，可延長發(fā)動機的使用壽命。由于氫氣與空氣能夠均勻混合，完全可省去一般汽車上所用的汽化器，從而可簡化現(xiàn)有汽車的構(gòu)造。更令人感興趣的是，只要在汽油中加入4％的氫氣。用它作為汽車發(fā)動機燃料，就可節(jié)油40％，而且無需對汽油發(fā)動機作多大的改進(jìn)。

氫氣在一定壓力和溫度下很容易變成液體，因而將它用鐵罐車、公路拖車或者輪船運輸都很方便。液態(tài)的氫既可用作汽車、飛機的燃料，也可用作火箭、導(dǎo)彈的燃料。美國飛往月球的“阿波羅”號宇宙飛船和我國發(fā)射人造衛(wèi)星的長征運載火箭，都是用液態(tài)氫作燃料的。

另外，使用氫—氫燃料電池還可以把氫能直接轉(zhuǎn)化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種燃料電池已在宇宙飛船和潛水艇上得到使用，效果不錯。當(dāng)然，由于成本較高，一時還難以普遍使用。

現(xiàn)在世界上氫的年產(chǎn)量約為3600萬噸，其中絕大部分是從石油、煤炭和天然氣中制取的，這就得消耗本來就很緊缺的礦物燃料；另有4％的氫是用電解水的方法制取的，但消耗的電能太多，很不劃算，因此，人們正在積極探索研究制氫新方法。而用甲醇、水重整制氫可減少化工生產(chǎn)中的能耗和降低成本，有望替代被稱為“電老虎”的“電解水制氫”的工藝，利用先進(jìn)的甲醇蒸氣重整──變壓吸附技術(shù)制取純氫和富含CO₂的混合氣體，經(jīng)過進(jìn)一步的后處理，可同時得到氫氣和二氧化碳?xì)狻?/p>

甲醇與水蒸氣在一定的溫度、壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發(fā)生甲醇裂解反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)，生成氫和二氧化碳，這是一個多組份、多反應(yīng)的氣固催化反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)方程如下：

CH₃OH→CO+2H₂???????(1)

H₂O+CO→CO₂+H₂??????(2)

CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂??(3)

重整反應(yīng)生成的H₂和CO₂，再經(jīng)過變壓吸附法（PSA）或鈀膜分離將H₂和CO₂分離，得到高純氫氣。變壓吸附法的耗能高、設(shè)備大，且不適合小規(guī)模的氫氣制備。

然而，現(xiàn)有制備方式是將溫度較高的余氣直接排出，沒有有效利用高溫余氣，造成能源便白白浪費。