[发明专利]氢发生装置以及氢化反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过有机氢化物的脱氢反应产生氢的氢发生装置、以 及通过不饱和烃的氢化反应合成有机氢化物，由此储存氢的氢化反应 装置。

背景技术

近年来，伴随着化石燃料的消耗而产生的公害和温暖化、伴随原 子能的利用而需降低核爆风险，氢能源受到关注。氢可通过水的电解 生成，因此可以说在地球上几乎取之不尽用之不竭。氢还是燃烧后不 产生二氧化碳的清洁能源。这是氢受到关注的主要原因。

但是，利用氢时必须安全且高效地储存氢。目前已经得到实际应 用的氢的储存方法例如有：以气体的形式封装在高压气瓶内的方法； 储存在储氢合金内部的方法；以液体氢的形式储存的方法等。

但是，通过这些方法储存氢时，存在需要巨大的设备投资、氢的 储存能力低等问题，每种方法在将氢用作能源时都难以利用。

另一方面，具有相同碳原子数的环状烃已知有苯和环己烷。前者 的苯是碳碳之间的键部分为双键的不饱和烃，而后者的环己烷是碳碳 之间的键没有双键的饱和烃。因此，在苯上加成氢则得到环己烷，由 环己烷除去一部分氢则得到苯。同样，由萘的氢化反应可得到萘烷， 由萘烷的脱氢反应可得到萘。以下，将如饱和烃这样的、可通过脱氢 反应将氢供给外部的有机化合物称为“有机氢化物”。这样，通过利用 这些烃的氢化反应和脱氢反应，可以进行氢的储存和供给。所述氢的 储存或供给技术有望在汽车的动力、发电中应用(例如参照专利文献 1)。

专利文献1：日本特开2002-187702号公报(摘要等)

发明内容

但是，在将利用上述环己烷、萘烷等有机氢化物与苯、萘等不饱 和烃之间的脱氢反应和氢化反应进行的氢的供给和储存实际应用时， 希望进一步提高反应效率，有效地供给和储存氢。特别是必须有效地 利用脱氢反应所需的能量或者氢化反应所得到的能量。

本发明针对上述问题而设，其目的在于提高脱氢反应或氢化反应 的效率。

为实现上述目的，本发明提供氢发生装置，该装置是在催化剂的 存在下，通过有机氢化物的脱氢反应产生氢的装置，具有多管结构的 反应器，该多管结构的反应器具备下述两个区域，即供给用于产生脱 氢反应所必须的热的燃料、具有该燃料的燃烧所利用的燃烧催化剂的 区域；和具有上述脱氢反应所必须的脱氢催化剂的区域；这两个区域 以壁为间隔，在直径方向上相邻。有机氢化物的脱氢反应是极大的吸 热反应，通常的填充式反应器难以供给反应所必须的能量。采用本发 明的氢发生装置，燃料燃烧产生的能量直接传递至另一个区域的脱氢 催化剂，能量的利用效率极高，并且可以使氢的发生速度增大。

本发明的另一方面是将上述发明中的燃烧催化剂和脱氢催化剂 的至少任一种催化剂负载在反应器内的壁面上的氢发生装置。由此， 来自燃烧催化剂的热穿过壁面直接传递至催化剂。因此，可以使氢的 发生速度增大。

本发明的另一方面是将上述发明中的壁面制成叶片、皱褶、格栅 或蜂窝状的部件的壁面的氢发生装置。由此，可以使负载催化剂的单 位体积的面积增大，进一步提高反应效率。

本发明的又一方面是将上述各发明中的燃烧催化剂和脱氢催化 剂的至少任一种催化剂负载于经阳极氧化处理的铝化合物上的氢发 生装置。由此，可以得到导热性良好的催化剂载体。并且，通过将导 热性良好的铝用于各区域的壁面或叶片中，可以将发热区域的热迅速 地传递至吸热区域。

本发明的又一方面是将上述各发明的燃料作为脱氢反应的产物 的氢发生装置。由此，可以减少或完全不使用由外部供给的燃料，可 以利用原料的反应产物自给地产生氢。

本发明的另一方面是氢化反应装置，该装置是在催化剂的存在 下，通过由不饱和烃的氢化反应合成有机氢化物来储存氢的装置，具 有多管结构的反应器，该多管结构的反应器具备下述两个区域，即除 去氢化反应中生成的热的区域；和具有氢化反应所必须的氢化催化剂 的区域，这两个区域以壁为间隔，在直径方向上相邻。用于储存氢的 不饱和烃的氢化反应是很大的放热反应，同时也是平衡反应，温度升 高则反应率降低。采用本发明的氢化反应装置，可以控制反应温度的 升高，提高氢化反应的效率，使氢化反应的速度增快。

本发明的另一方面是将上述发明的氢化催化剂负载于反应器内 的壁面上的氢化反应装置。由此，氢化反应中产生的热穿过壁面被立 即除去。因此，可以使氢化反应的速度增快。