[发明专利]由甲醇和水制备高纯度氢气的方法

说明书

本发明公开了一种由甲醇和水制备高纯度氢气的方法，其包括使包含甲醇和水的混合物在120‑140℃的第一温度下气化得到蒸气；使蒸气升温至150‑350℃的第二温度，并在第二温度下通过催化剂作用进行重整转化，得到重整气；在200‑350℃的第三温度下使重整气通过纯化膜进行纯化，从而得到高纯度氢气。本发明的方法可以实现在较低的温度下进行重整，并且不需要对重整气进行升温操作，同时，本发明的方法还可得到更高纯度的氢气，例如99.99％以上的高纯度氢气。

技术领域

本发明涉及氢气制备领域，具体地涉及在水氢发电机内由甲醇和水制备氢气的方法。

背景技术

水氢发电机以甲醇水为燃料重整转化为氢气，然后通入燃料电池进行电化学反应，把化学能直接转化为电能，能量转换效率更高，只排放水和少量二氧化碳，实现了真正的环保。有效解决了氢能“储运难、成本高”的问题。与传统的汽油/柴油发电机相比，具有高效、稳定持续发电、无污染、绿色环保、零噪音污染、免维护、低运营成本的优势。因此，以甲醇水为燃料的发电机的研究颇具吸引力。

早在20世纪70年代，Johnson-Matthey就用甲醇水重整的方法制氢，其反应原理在于在催化剂下使甲醇水蒸气在200-300℃下转化为主要含氢和二氧化碳的转化气。甲醇的单程转化率可达90％以上，氢气的选择性高于99.5％，转化气中除了氢和二氧化碳以外有很少的甲烷和一氧化碳。经过20多年的进一步发展，目前水蒸气重整反应是甲醇制氢法中纯度最高的反应。但是以甲醇水燃料的发电机的研发缓慢，主要原因是发电机体积较小，且所需的氢需要更高纯度的氢气，而甲醇水重整制得的氢气中含有二氧化碳以及很少的甲烷和一氧化碳，这些成分的存在对于燃料电池具有严重影响，而目前的纯化方法很难达到高效大量制备作为燃料电池的高纯度氢气的要求。因此，如何简便低成本地从甲醇水制氢获得更高纯度的氢气对于其在燃料电池方面的应用极其重要。

发明内容

为了解决至少部分上述问题，本发明提供一种由甲醇和水制备氢气的方法，通过本发明的方法可以在避免使重整气升温来进行纯化的同时得到更高纯度的氢气。具体地，本发明包括以下内容。

一种由甲醇和水制备氢气的方法，包括：

(1)使包含甲醇和水的混合物在第一温度下气化得到蒸气；

(2)使所述蒸气升温至第二温度，并在所述第二温度下通过催化剂作用进行重整转化，得到重整气；

(3)在第三温度下使所述重整气通过纯化膜进行纯化，从而得到纯度为99.99％以上的氢气；

其中所述第一温度为120-140℃，所述第二温度为150-350℃，和所述第三温度为200-350℃。

在某些实施方案中，所述混合物的水醇比为1.0-2.0。

在某些实施方案中，所述催化剂为CuO/ZnO/CeO₂-ZrO₂，且基于催化剂的总重量，氧化铜含量为40-50％，氧化锌含量为15-25％，二氧化铈+二氧化锆的总含量为30-40％，其中二氧化铈和二氧化锆的摩尔比为1:1。

在某些实施方案中，所述甲醇的气体空速为500h^-1以下。

在某些实施方案中，所述第二温度小于所述第三温度，且在所述步骤(2)和(3)之间包括使所述重整气升温的步骤；或者所述第二温度等于所述第三温度，且在所述步骤(2)和(3)之间包括使所述重整气保温的步骤；或者所述第二温度大于所述第三温度，且在所述步骤(2)和(3)之间不包括使所述重整气保温的步骤。