[发明专利]一种适用于氢能汽车的催化制氢的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用液体有机氢化物催化制氢领域，尤其涉及一种“湿-干”多相态反应条件下经均匀设计条件优化后利用催化剂使液体有机氢化物连续脱氢从而制取氢气的方法和装置。

背景技术

氢能作为一种理想的新能源在如今的能源工业革命中扮演了重要的角色，尤其是在氢能汽车中的使用，作为清洁能源，氢能在所有能源中有着最高的能量密度，同时也是一种高效的能量载体。因此，氢能在未来能源经济中的地位被广泛看好，特别是当人们在努力降低由于人类活动导致全球变暖带来的气候影响以及过度依赖化石燃料的现状时，氢能的利用就显得尤为重要。然而，如何高效、经济并且便捷的制取氢气，解决氢能汽车的氢源供给是目前面临的重大问题。

液体有机氢化物储氢作为一种高效的储氢方式得到了人们的广泛关注。液体有机氢化物储氢是通过对液体有机氢化物催化加氢和脱氢的可逆反应实现氢的储、放，具有储氢量高，运输安全便捷，并且反应物和产物可重复利用等优点，是一项非常有前景的车载储氢技术。事实上，液体有机氢化物加氢和脱氢的过程都是催化反应，反应的条件以及催化剂的性能很大程度上决定着反应的效率。

传统的液体有机氢化物脱氢主要有液态脱氢反应和气态脱氢反应。从热力学角度来看，液体有机氢化物催化脱氢是吸热反应，高温有利于脱氢反应发生，而液态脱氢反应中催化剂的温度最高只能达到反应物的沸点，对反应不利。从动力学角度来看，液体有机氢化物催化脱氢是一个可逆反应，在液态脱氢反应条件下很容易发生逆反应，导致脱氢效果下降。在传统气态脱氢反应技术条件下，利用Pt、Pd、Rh等贵金属及其掺杂混合催化剂，虽然能取得较好的脱氢效果，但催化剂易结焦失活，反应的持续性不好，且催化剂价格昂贵，反应装置体积庞大，不适宜氢能汽车的车载应用。因此寻找一种高效稳定的反应体系，以及优化的反应操作条件和经济适用的催化剂是液体有机氢化物作为车载储氢技术研究的主要方向。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种适用于氢能汽车的催化制氢的方法及装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于氢能汽车的催化制氢的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：取10-20 g的雷尼镍催化剂，用无水乙醇洗涤以置换出其中的水分，然后将雷尼镍催化剂压制成圆形片状，固定于反应器底部的旋转电磁加热盘上；

步骤2：将反应器抽真空，然后向反应器中通入氮气，在氮气保护打开旋转电磁加热盘，使催化剂以10℃/min的升温速率升温至160℃，除去雷尼镍中的结合水分和无水乙醇，停止通氮气；

步骤3：将旋转电磁加热盘继续加热至脱氢反应温度360-390℃，打开控温变速仪，保持旋转电磁加热盘转速度为2r/min，待催化剂温度稳定后开启间歇喷雾装置，液体有机氢化物冷却至2-10℃后以0.028-0.094Hz的恒定频率喷射至催化剂表面并发生脱氢反应，所述液体有机氢化物可以选用环己烷、甲基环己烷或十氢萘；

步骤4：步骤3中脱氢反应产生的气体经冷凝分离后收集；

步骤5：长时间反应后的积碳失活催化剂经喷射雾化水蒸汽，消除表面积碳再生。

一种适用于车载的催化制氢装置，它包括：氮气瓶、液体有机氢化物储存罐、液体有机氢化物冷却器、频率控制器、真空泵、氮气截止阀、雾化喷嘴、反应器、旋转电磁加热盘、截止阀、控温变速仪、冷凝液储存槽、冷凝器、阀门、水箱和水截止阀；其中，所述氮气瓶通过氮气输送管与反应器相连，氮气输送管上安装氮气截止阀；真空泵的进气口通过抽真空管与反应器相连，抽真空管上安装阀门；液体有机氢化物储存罐、液体有机氢化物冷却器和频率控制器依次相连，频率控制器通过液体有机氢化物输送管与位于反应器入口的雾化喷嘴相连，频率控制器安装在反应器的底部，并与控温变速仪相连；反应器通过气体输送管与冷凝器相连，气体输送管上安装截止阀，冷凝器的底部通过冷凝液体输送管与冷凝液储存槽相连，冷凝器的顶部安装氢气输送管；水箱的出水口通过输水管与雾化喷嘴相连，输水管上安装截止阀。