[發明專利]由甲醇和水制備高純度氫氣的方法

有效

• 申請號: 201810536941.5
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108455526B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 戚玉欣;陶志國;黨志東
• 申請（專利權）人: 德州新動能鐵塔發電有限公司
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32;C01B3/56
• 代理公司: 北京旭路知識產權代理有限公司 11567
• 代理人: 孫玉全;楊杰

本發明公開了一種由甲醇和水制備高純度氫氣的方法，其包括使包含甲醇和水的混合物在120?140℃的第一溫度下氣化得到蒸氣；使蒸氣升溫至150?350℃的第二溫度，并在第二溫度下通過催化劑作用進行重整轉化，得到重整氣；在200?350℃的第三溫度下使重整氣通過純化膜進行純化，從而得到高純度氫氣。本發明的方法可以實現在較低的溫度下進行重整，并且不需要對重整氣進行升溫操作，同時，本發明的方法還可得到更高純度的氫氣，例如99.99％以上的高純度氫氣。

技術領域

本發明涉及氫氣制備領域，具體地涉及在水氫發電機內由甲醇和水制備氫氣的方法。

背景技術

水氫發電機以甲醇水為燃料重整轉化為氫氣，然后通入燃料電池進行電化學反應，把化學能直接轉化為電能，能量轉換效率更高，只排放水和少量二氧化碳，實現了真正的環保。有效解決了氫能“儲運難、成本高”的問題。與傳統的汽油/柴油發電機相比，具有高效、穩定持續發電、無污染、綠色環保、零噪音污染、免維護、低運營成本的優勢。因此，以甲醇水為燃料的發電機的研究頗具吸引力。

早在20世紀70年代，Johnson-Matthey就用甲醇水重整的方法制氫，其反應原理在于在催化劑下使甲醇水蒸氣在200-300℃下轉化為主要含氫和二氧化碳的轉化氣。甲醇的單程轉化率可達90％以上，氫氣的選擇性高于99.5％，轉化氣中除了氫和二氧化碳以外有很少的甲烷和一氧化碳。經過20多年的進一步發展，目前水蒸氣重整反應是甲醇制氫法中純度最高的反應。但是以甲醇水燃料的發電機的研發緩慢，主要原因是發電機體積較小，且所需的氫需要更高純度的氫氣，而甲醇水重整制得的氫氣中含有二氧化碳以及很少的甲烷和一氧化碳，這些成分的存在對于燃料電池具有嚴重影響，而目前的純化方法很難達到高效大量制備作為燃料電池的高純度氫氣的要求。因此，如何簡便低成本地從甲醇水制氫獲得更高純度的氫氣對于其在燃料電池方面的應用極其重要。

發明內容

為了解決至少部分上述問題，本發明提供一種由甲醇和水制備氫氣的方法，通過本發明的方法可以在避免使重整氣升溫來進行純化的同時得到更高純度的氫氣。具體地，本發明包括以下內容。

一種由甲醇和水制備氫氣的方法，包括：

(1)使包含甲醇和水的混合物在第一溫度下氣化得到蒸氣；

(2)使所述蒸氣升溫至第二溫度，并在所述第二溫度下通過催化劑作用進行重整轉化，得到重整氣；

(3)在第三溫度下使所述重整氣通過純化膜進行純化，從而得到純度為99.99％以上的氫氣；

其中所述第一溫度為120-140℃，所述第二溫度為150-350℃，和所述第三溫度為200-350℃。

在某些實施方案中，所述混合物的水醇比為1.0-2.0。

在某些實施方案中，所述催化劑為CuO/ZnO/CeO₂-ZrO₂，且基于催化劑的總重量，氧化銅含量為40-50％，氧化鋅含量為15-25％，二氧化鈰+二氧化鋯的總含量為30-40％，其中二氧化鈰和二氧化鋯的摩爾比為1:1。

在某些實施方案中，所述甲醇的氣體空速為500h^-1以下。

在某些實施方案中，所述第二溫度小于所述第三溫度，且在所述步驟(2)和(3)之間包括使所述重整氣升溫的步驟；或者所述第二溫度等于所述第三溫度，且在所述步驟(2)和(3)之間包括使所述重整氣保溫的步驟；或者所述第二溫度大于所述第三溫度，且在所述步驟(2)和(3)之間不包括使所述重整氣保溫的步驟。