[发明专利]以十氢萘为原料间歇式生产纯氢气的催化剂及方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢气制备，尤其涉及以液体十氢萘为原料，在间歇式反应器中脱氢生产纯氢气的催化剂及方法。

背景技术

当前，氢经济已引起人们广泛关注。一方面，氢气的燃烧只产生水，能够实现真正的“零排放”。相比于目前已知的化石燃料，氢的单位质量能量含量最高，其热值约为汽油的3倍，因此是一种理想的零污染能源；另一方面，氢气在石油炼制和精细化工等领域中，是一种极其重要的气体原料，通过催化加氢等反应，可生产出众多化工产品和生活必需品。因此，氢经济已得到各国政府的高度重视和大力推广。然而，虽然氢资源丰富，自然界中却几乎不存在纯净的氢气，因此，氢气必须要从含氢物质中制取出来。目前，大规模的工业氢气是从天然气水蒸气重整过程得到的，反应温度在800℃左右。其他的制氢方式还有甲醇重整、水电解等。氢经济循环中除了氢气生产外，还包含储存和运输过程。氢气具有易燃、易爆、易扩散的特性，这就给储存和运输带来很大的困难。因此，需要寻找安全可靠的储运方式。目前，已经使用或正在研究的储氢方式有高压气态储氢、低温液态储氢、吸附储氢、金属氢化物储氢、无机物及有机物储氢等，各种方式都有其特点，适用于不同的场合。

十氢萘(C₁₀H₁₈)是一种无色、有樟脑气味的液体，不溶于水，能与乙醚、苯、氯仿等溶剂混溶，毒性低。工业上十氢萘是由萘(俗称：樟脑)在镍催化剂存在下进行催化加氢制得的，成本较低。十氢萘可以发生脱氢反应，1mol十氢萘最多可生成1mol萘和5mol氢气，因此是一种高氢含量的物质，可以制取纯净的氢气。而且，由于萘和十氢萘之间通过加氢和脱氢可以形成循环，因此可以分别作为储氢剂和氢载体使用，体系的理论储氢质量分数达7.29％，比传统的金属氢化物、高压压缩方式的储氢量大得多。同时，萘和十氢萘的性质与汽油相似，可以利用现有油品储运设施进行储存和运输，维护和保养安全方便。此外，萘和十氢萘之间的加氢和脱氢循环可多次使用，寿命长达20年。因此，十氢萘不仅可以当作廉价的液体原料，在大规模工业生产氢气的装置上使用，也是一种理想的氢载体，可用于各种分散场合，如车载用氢、实验室用氢和家庭用氢等场所，所以，有望在氢经济领域占有一席之地。

目前，有关以十氢萘为原料进行催化脱氢生产纯氢气的研究很少。国外主要集中在日本，如Hodoshima(Applied Catalysis A：General，283(2005)：235-242)和Kariya(Applied Catalysis A：General，247(2003)：247-259)，所用的催化剂一般是活性炭负载的贵金属。

因此，本领域迫切需要提供一种能提高催化剂的活性和设计合理的反应工艺，以降低反应温度及提高过程效率。

发明内容

本发明旨在提供一种纯氢气的制备方法。

本发明的另一个目的是提供一种由纳米金属和纳米碳纤维组成的脱氢反应催化剂的用途。

在本发明的第一方面，提供了一种氢气的制备方法，所述的方法包括步骤：

(1)将十氢萘和脱氢反应催化剂混合、加热至100-350℃进行反应，得到氢气；

所述的脱氢反应催化剂由纳米金属和纳米碳纤维组成；所述的纳米金属选自Pt、或含有Pt的合金。

在另一优选例中，所述的合金由Pt和选自下组的金属组成：Pd、Rh、Ru或Ni；合金中Pt和其它金属的重量比为1-5∶1；更佳地，重量比为1-3∶1。

在另一优选例中，所述纳米金属的粒径为0.1-15nm；更佳地，粒径为0.5-5nm。

在另一优选例中，十氢萘和脱氢反应催化剂的重量比为0.1-100∶1；更佳地，重量比为1-50∶1。

在另一优选例中，加热至150-320℃进行反应。

在另一优选例中，所述脱氢反应催化剂中纳米金属和纳米碳纤维的重量比为1∶5-1000；更佳地，重量比为1∶7.5-500。

在另一优选例中，所述反应的压力为常压；更佳地，为0.1-3atm。

在另一优选例中，所述反应的时间为0.1-10小时；更佳地，反应时间为0.2-8小时。

在本发明的第二方面，提供了一种脱氢反应催化剂的用途，用于制备氢气；所述的脱氢反应催化剂由纳米金属和纳米碳纤维组成；所述的纳米金属选自Pt、或含有Pt的合金。

在另一优选例中，所述的合金由Pt和选自下组的金属组成：Pd、Rh、Ru或Ni。