[发明专利]制造氢的方法

说明书

本发明涉及一种从氨制造氢的方法，特别是涉及一种用于燃料电池和/或用于原动机中的从氨制造氢的方法。所述方法可以在车辆(vehicle)中原位进行。

虽然关于从石油、煤炭、天然气提供能量的未来的确切时间表是不确定的，并且有很强的争论，但是不能持续地将化石燃料依赖为能源。目前化石燃料正在以比其形成快超过百万倍的速度消耗。还显而易见的是释放到大气中的二氧化碳的量具有显著的人造组成部分。

交通运输是主要能源领域之一，并且几乎全部依赖于化石燃料提供能量。意识到从汽油和柴油转移至液化石油气(LPG)然后至压缩天然气(CNG)会导致CO₂排放降低。在本世纪的前50年内可以取代内燃机的两种主要技术是电池和燃料电池。从单纯的交通运输用化石燃料系统的转移已经开始，并且汽油/柴油-电池混动技术现在已形成较小的但不断增长的汽车市场组成部分。

在向大规模制造氢燃料电池电动车辆的转移和向低碳经济的转移中，氢储存是主要的科技挑战之一。必须满足多种标准：贮存必须不仅是轻质紧凑的，而且是安全、廉价、长程的，并且理想的是可快速补充燃料。

在改善固态氢储存材料的探索中已经出现显著问题；例如，对于许多复合氢化物研究而言，容易实现的可逆性已经是主要挑战，而在多孔结构中的物理吸附仍然受限于低温。虽然在固态氢储存中已经付出非常显著的研究努力，但是与常规金属氢化物结合的高压气体储存对于汽车制造商而言仍然视为是目前的中期候选物。

已经考虑原位产生氢以用于燃料电池。例如，可以从甲醇和/或甲烷形成氢。但是，从甲醇和/或甲烷形成氢不可避免地导致排放二氧化碳和/或一氧化碳。从甲醇和/或甲烷形成氢具有其它有关的缺点，例如需要二级水罐和重整催化剂的焦化。

WO 2013/057473涉及一种从氨制造氢的方法，并且具体而言涉及一种通过使氨与金属和/或含金属化合物反应而从氨制造氢的方法。通过使金属钠与氨的反应来制造氢获得了特别有利的结果。

本发明的一个目的是克服或解决用于燃料电池或原动机中的现有氢储存和氢制造的问题，或者对其至少提供一种商业上有用的替代途径。本发明的备选和/或额外目的在于提供一种用于燃料电池或原动机中的制造氢的方法，该方法与已知方法相比制造更廉价和/或更有效。

在本发明的第一方面，提供了一种从氨制造氢的方法，所述方法包括：

(i)提供氨作为燃料源；

(ii)将氨引入反应器；

(iii)使所述反应器中的至少部分氨与含金属化合物接触以形成氢；

(iv)除去步骤(iii)中形成的至少部分所述氢；和

(v)使所述含金属化合物与另外的氨接触；

其中，所述含金属化合物包含Li、Be、Mg、Ca、Sr、Ba或其两种以上的合金或混合物中的一种或多种；并且

其中，所述含金属化合物选自金属氨化物、金属亚氨化物、金属氮化物或其组合。

现将进一步描述本发明。在下述章节中更详细地定义本发明的不同方面。如此定义的各方面可以与一个或多个任何其它方面组合，除非做出明显的相反指示。具体而言，指示为优选或有利的任何特征可以与指示为优选或有利的一个或多个任何其它特征组合。

当介绍本公开内容或其优选实施方式的要素时，冠词"一种(a)"、"一个(an)"、"该(the)"和“所述(said)”意图表示存在一个或多个所述要素。术语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括性的，并且是指除了所列出要素之外还存在另外的要素。

本文所述的方法使用氨，其优选以气态和/或液态作为燃料源特别是作为氢源。氨用作氢储存材料具有许多有利属性。其具有高容量的氢储存，基于其分子结构为17.65重量％。其可以在温和条件下液化。室温下氨的蒸气压为9.2bar，并且其物理性质与丙烷相似。但是，迄今为止，数种顾虑已经妨碍其在商业规模上成功应用于车辆的氢制造。这些顾虑包括安全性和毒性问题，都是实际和可意识到的问题。另外，为了从氨释放氢，需要大量的能量输入。