[發明專利]利用氨生成氫的方法

有效

• 申請號: 201280061034.0
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN103987656A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 威廉·I·F·大衛;M·歐文-瓊斯
• 申請（專利權）人: 科學技術設備委員會
• 主分類號: C01B3/08
• 分類號: C01B3/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 龐東成;張培源

本發明涉及利用氨生成氫的方法，特別是用于燃料電池和/或原動機的利用氨生成氫的方法。該方法可以在車輛中原位進行。本發明還涉及利用氨生成氫的設備。

盡管由石油、煤和天然氣進行未來能量供應的精確時間表還不確定并且存在很大爭議，但是化石燃料作為一種可依賴的能源是不可延續的。目前化石燃料的消耗速度比其形成的速度快超過百萬倍。還清楚的是，釋放進大氣中的二氧化碳的量包含顯著的人造部分。

交通業是主要的能源行業之一，并且幾乎全部依賴于化石燃料來提供能量。據認為，從汽油和柴油到液化石油氣(LPG)和壓縮天然氣(CNG)的轉變將降低CO₂排放?？梢栽诒臼兰o的前50年取代內燃機的兩種主要技術是蓄電池和燃料電池。交通業已經開始拋棄單純的化石燃料系統，而且汽油/柴油-蓄電池混合動力現在已形成汽車市場的較小但不斷增加的份額。

氫存儲是氫燃料電池電動車輛的量產過程以及低碳經濟轉變中的主要科技挑戰之一。其必須滿足多種標準：存儲必須不僅是輕量和緊湊的，還是安全、廉價、長期的且能夠理想而快速地補充燃料。

在改進固態儲氫材料的研究中遇到了重大問題；例如，對于多種絡合氫化物研究而言容易可逆已成為主要挑戰，同時多孔結構中的物理吸附還受限于極冷溫度。盡管固態儲氫已經取得了非常重大的研究成果，但是與常規金屬氫化物相結合的高壓儲氣仍被視為汽車制造商現有的中長期候選物。

已經考慮將氫的原位生成用于燃料電池。氫可以例如從甲醇和/或甲烷形成。不過，自甲醇和/或甲烷形成氫不可避免地導致二氧化碳和/或一氧化碳排放。自甲醇和/或甲烷形成氫還具有其他的相關缺陷，例如需要次級水槽和重整催化劑的焦化。

本發明的一個目的是為了克服或解決用于燃料電池或原動機的現有技術氫存儲和氫生產的問題，或是為了至少提供一種可商用的替代物。本發明的替代性和/或另外的目的是提供一種用于燃料電池或原動機的氫生成方法和設備，其與已知方法相比實施更廉價和/或更有效。

在本發明的第一方面中，提供了一種利用氨生成氫的方法，所述方法包括：

(i)提供作為燃料源的氨；

(ii)將氨引入反應器中，并使至少一部分氨與金屬和/或含金屬化合物反應，以形成至少一種中間體和可選的氫；

(iii)使步驟(ii)中生成的中間體中的至少一部分分解，以形成氫并使金屬和/或含金屬化合物再生；

(iv)移除步驟(iii)中形成的至少部分氫；和

(v)使再生的金屬和/或再生的含金屬化合物與另外的氨反應。

在本發明的第二方面中，提供了一種利用氨生成氫的設備，所述設備包括：

包含金屬和/或含金屬化合物的反應器；

容納作為燃料的氨的燃料源儲器；

連接儲器和反應器的流管，所述流管用于將燃料引入反應器；

與反應器接合的能源，該能源被配置為將能量輸入反應器中，以使反應器中通過金屬和/或含金屬化合物與氨反應形成的中間體分解；和

反應器的氫出口，所述氫出口用于從反應器中移除氫。

現將進一步描述本發明。以下段落中，將更詳細地限定本發明的不同方面。除非做出清楚的相反指定，否則所限定的各個方面可以與其他任一方面或多個方面結合。特別是，被指定為優選或有利的任何特征均可以與被指定為優選或有利的其他任一特征或多個特征結合。

在介紹本公開或其優選實施方式的要素時，冠詞“一”、“一種”、“該”和“所述”均意圖表示存在一個或多個所述要素。術語“包括”、“包含”和“具有”均意圖是涵蓋性的，并表示可以存在除所列舉要素以外的額外要素。

本文所述的方法和設備使用氨、優選為氣態和/或液態的氨作為燃料源，特別是作為氫源。氨具有多種有利的特性，使其用作儲氫材料。氨具有較高的儲氫容量，基于其分子結構為17.65重量％。氨可以在溫和條件下液化。氨的室溫蒸汽壓為9.2bar，且物理性質與丙烷相似。不過，目前有若干因素阻礙其在商業規模上成功用于在車輛中生成氫。這些因素包括安全性和毒性問題，這些問題是實際的和可意識到的。另外，為了從氨中釋放氫，還需要可觀的能量輸入。因此，目前還沒有商業可用的方法和/或設備來利用氨作為氫生產中的燃料源。