[发明专利]由氨制备氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由氨制备氢气的方法，其是一种由氨生成作为助燃剂供给至氨燃烧引擎的氢气的方法，所述氨燃烧引擎是以氨为燃料的引擎。

背景技术

一直以来，以氨为燃料的氨燃烧引擎被众所周知。该氨燃烧引擎因氨的可燃性差这一特性，引擎在低负荷运转时及高负荷运转时，氨的燃烧不充分，因此为了辅助氨的燃烧，需要添加助燃剂。作为助燃剂，可以使用烃类燃料或氢气。这里，氨是由氢原子和氮原子组成的化合物，通过化学分解氨，能够制备氢气，因此如果使用由分解氨制备的氢气为助燃剂，在能够仅使用氨驱动引擎方面，可认为其为最期望的系统。

在分解氨制备氢气时，需要在400℃以上的温度下使氨与例如钌类氨分解催化剂接触。该氨的分解反应如下所示。

2NH₃→N₂+3H₂……（1）

但是，由于该氨分解反应是吸热反应，因此为了得到稳定的氨分解率，需要由外部供给热。在氨燃烧引擎汽车的情况下，可利用引擎废气作为该热源。

在下述专利文献1中公开了一种氨燃烧引擎，其将氨燃烧引擎中氨燃烧后的废气供给至氨分解反应装置。在该氨燃烧引擎中，实现了利用由氨燃烧引擎排出的废气的高温，来促进氨的分解。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-332152号公报

发明内容

本发明要解决的技术问题

但是，在该专利文献1记载的装置中，由于氨分解催化剂的温度依赖于氨燃烧引擎的废气温度，在低负荷运转时（引擎起动时），氨燃烧引擎内氨的燃烧效率差，因此不能向氨分解催化剂供给高温废气，因此由氨生成氢气及氮气的反应的反应性差，结果导致下述问题，即，低负荷运转状态下的氨燃烧引擎无法供给成为用于促进引擎驱动的助燃剂的氢气，因此氨燃烧引擎需要较长时间以脱离低负荷状态。

另外，氨分解催化剂的催化性能受到氨及氢气的分压的影响，氨分压越高催化性能越高，相反，氢气分压越高，催化剂性能越低。也就是说，在氨分解催化剂层的入口附近，由于存在高浓度的氨，因此体现出高催化性能，但在催化剂层的出口附近，氨基本上发生分解，氢气浓度增高，因此体现出低催化性能。这样一来，由于在得到100%的分解率时，必然存在氨浓度非常低、氢气浓度非常高的区域，因此即使在该区域也需要使氨分解，催化剂填充量极大增加，具有氢气的制备成本增加的问题。

为了解决上述现有技术问题，本发明的目的是提供一种由氨制备氢气的方法，其能够降低氨分解装置中氨分解催化剂的填充量，同时能够维持氢气的生产率，并能够降低氢气的制备成本，进而能够高效、顺畅并低成本地实现氨燃烧引擎的运转。

解决技术问题的技术手段

为了实现上述目的，权利要求1的发明为一种由氨制备氢气的方法，其是一种由氨生成作为助燃剂供给至氨燃烧引擎的氢气的方法，所述氨燃烧引擎是以氨为燃料的引擎，其特征在于，具备氨分解装置及氨氧化装置；所述氨分解装置，通过氨分解催化剂的作用来分解氨，生成作为助燃剂的氢气和氮气；所述氨氧化装置，为了向氨分解装置供给分解反应所需的热量，通过氨氧化催化剂的作用，使部分导入的氨与氧气反应、燃烧，产生热量；通过与由氨燃烧引擎排出的燃烧废气进行热交换，将导入氨氧化装置的氨及空气预热至200℃以上；在氨氧化装置中，通过氨氧化催化剂的作用，使部分导入的氨与氧气反应、燃烧，由此将部分升温至400℃以上温度且含有未燃烧的氨的燃烧废气导入至上述氨分解装置；在氨分解装置中，通过氨分解催化剂的作用分解未燃烧的氨，生成作为助燃剂的氢气和氮气时，根据所述氨氧化催化剂层的入口温度，控制导入氨氧化装置的氨量及空气量，使氨分解装置中的氨分解率一直保持在40～60%。

发明效果