[发明专利]一种采用醇类为原料的制氢方法

说明书

技术领域

本发明属于氢气制备技术领域，具体涉及一种制取氢气的方法，更具体地说，本发明涉及一种在碱性溶液中电解醇类制氢的方法。

背景技术

人类能源体系的结构在不断地变化，经历了一个以煤、植物体等固体燃料为主，到以石油、烃类等液体燃料为主的转变，目前正向以天然气、氢气等以气体燃料为主的方向进行转变，这种变化表明，从21世纪中期开始，人类社会将逐渐步入氢经济时代。作为一种可再生的二次能源，氢具有高的热值，反应速度快；可通过多种反应途径制得；能以气态或液态储存，并可储存于固体化合物中，因此可采取各种经济的方式有效地运输，以适应各种工业需求。氢在释放能量后的产物是水，这是个环境友好的过程。虽然氢能距离广泛应用还有较长时间，但对其的研究和开发对于解决人类可持续发展中所面临的能源问题却具有重要意义。目前，氢能正得到越来越多和越来越广泛的研究和应用：通过燃料电池这种发电方式，能够将氢能高效地转化为电能，可以驱动机车和电动工具，给家庭、工厂、社区等各种场合提供固定电源或不间断电源。制氢的方式是多种多样的，既可通过化学方法对化合物进行重整、分解、光解或水解等方式获得，也可通过电解水制氢，或是利用产氢微生物进行发酵或光合作用来制得氢气。生物制氢法采用有机废物为原料，通过光合作用或细菌发酵进行产氢。其关键技术是培养高效率、高选择性的生物菌种。但目前对这种方法的产氢机理了解得尚不深入，在菌种培育、细菌代谢路径、细菌产氢条件等方面的许多问题还有待研究，总的说来还不成熟。因此，目前主要的大规模产氢方式仍是化学制氢。从煤、石油和天然气等化石燃料中制取氢气，国内虽有规模化生产，但从长远观点看，这已不符合可持续发展的需要。而且，采用传统的以石油类、天然气或煤为原料造气来分离制氢需庞大投资，只适用于大规模用户。只有从非化石燃料中制氢才是正确的途径。在这方面电解水制氢已具备规模化生产能力，但缺点是能耗很大，所以研究降低制氢电耗有关的科学问题，是推广电解水制氢的关键。近年来，许多原用电解水制氢的厂家纷纷进行技术改造，改用甲醇蒸汽转化制氢的新工艺路线(李玉柱、张立功，甲醇制氢的生产方法，中国发明专利98108113.4，1998.04.27)。与电解法相比，生产成本可下降40-50％，且氢气纯度高。与煤造气相比，此工艺装置简单，操作方便稳定。而煤造气虽然原料费用稍低，但流程长投资大，且污染大，杂质多，需脱硫净化等，对中小规模装置不适用。甲醇分解制氢的效率虽高，但其分解温度在197℃，能耗较高，设备投资也较大(沈培康、曾蓉、张华，电解醇制备氢的方法，中国发明专利200410077449.4，2004.12.21)。

发明内容

为了降低制氢中的能耗，本发明的发明人在电解醇制氢领域进行了广泛深入的研究，结果发现在碱性溶液中电解醇制氢比在酸性或中性溶液中电解醇具有更低的电压。本发明正是基于这一发现得以完成。

因此，本发明的目的是提供一种制取氢气的方法，该方法比传统的电解水制氢方法具有更低的电压，并且具有更高的氢气产量，而且能耗也低。

本发明的电解醇制备氢的方法包括如下步骤：将醇和碱的混合溶液加入电解池，在搅拌下，通入直流电进行电解，醇在阳极被电解氧化，在阴极形成氢气，氢气经管道排出后收集。

所述电解池为双电极电解池，并可采用季铵碱性聚合物或聚二氮杂萘酮醚酮作为隔膜。

所述电解阴极采用催化剂为Pt或Pt/C，阳极采用电催化剂可为Pt、PtRu、PtAu、Pt-Ni、Pt-Co或Pt-Pd等。

所述醇类为甲醇、乙醇或多元醇中的一种或多种混合。

所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾或者用其它强碱。

本发明中，在醇和碱的混合溶液中，醇的浓度为1-17mol/l，碱的浓度为1-8mol/l。

本发明中，电解时温度为0-90℃。

本发明中，电解时的电流密度为0.5mA/cm²-25mA/cm²。

本发明在碱性条件下电解醇溶液，与电解水和在酸性条件下电解醇相比，需要的电压更低，而氢气产量高。为了说明这一道理，现以甲醇为例，与电解水作比较。

电解水的反应为：2H₂O→2H₂+O₂，理论所需电压为1.23V。