[发明专利]一种制氢方法

说明书

本发明要求保护一种制氢方法，包括如下步骤：S1.把金属微细粉末制备得到金属靶材，然后将所述金属靶材放入水中，S2.采用脉冲激光透过水扫描所述金属靶材，按一定的速度逐层将金属靶材表面的金属粉末剥离进水中,经活化改性的金属微细粉末与水反应产生氢气，S3.回收和净化氢气。本发明中经活化改性的金属粉末为了阻止或破坏金属表面形成氧化膜，利用某些活性金属之间的置换特性，采用一定的加工工艺，得到的合金，能够促进金属铝与水的持续反应，直至完全充分反应结束。相比采用激光直接烧蚀金属表面，本发明采用由剥离合金粉末压制而成的金属合金表面所需的激光能量要小很多；并且消除了大量微细粉末发生爆炸的风险。

技术领域

本发明属于化学技术领域，具体涉及制氢技术领域，是新能源技术的一个重要分支，特别是涉及一种由粉末成形工艺制作的金属粉末靶材结合激光技术进行制氢的方法与装置。

背景技术

当今世界面临的两大问题为：环境污染和能源危机，开发和发展新能源产业是解决环境污染以及能源危机的关键。氢气作为一种众所周知的二次能源，其环境友好性，高能量性引起了人们的广泛关注与研究，目前大力发展利用氢能是解决能源问题的一大途径。氢能源具备来源广、能量密度高、可储存、可再生、零噪音、零污染的优势，也是唯一可同时用于交通、储能、发电等领域的新能源，氢能源将是未来能源的主角，远期市场规模超万亿。

传统的制氢的方式主要包括石化资源制氢(煤气制氢、天然气制氢)、化学工业副产氢(氯碱工业副产氢、烷烃裂解副产氢)、化工原料制氢(甲醇裂解、液氨裂解等)、电解水制氢。石化资源制氢和化工副产制氢成本最低，但是设备规模大，前期投资成本高，对资源依懒性大，适合大规模制氢；化工原料制氢成本较高，较适合站内制氢，对设备和场地要求高，原料和成品的储存与运输的成本也较大。

电解水制氢成本最高，电解过程消耗电量大，每立方米氢气的电耗为4.5～5.5kWh。电解水制氢对水质要求也很高。其工作温度在70℃-80℃之间，以KOH溶液为电解液，KOH溶液的纯度直接影响电解后产生气体的品质和对设备的腐蚀。当电解液含有碳酸盐和氯化物时，阳极上会发生有害反应，生成的氯气被碱液吸收生成次氯酸盐和氯酸盐，它们又有被阴极还原的可能，导致额外消耗电能增加，降低产氢效率。因此电解水制氢方案完全不适合直接利用海水制氢的场合，为了保证电解液的纯度，电解水制氢装置一般需要额外配套纯水制备。

众所周知，碱金属如钠、钾可以与水剧烈反应产生氢气。但是碱金属价格昂贵，反应过程不易控制，反应产物(NaOH，KOH)具有强腐蚀性，这在很大程度上限制了碱金属在制氢方面的应用。其它金属如锌、镁、铝通常可以在酸性或碱性条件下反应产生氢气。

采用还原性金属与水反应的制氢方法中，其中铝基制氢材料有着独特的优势。金属铝作为一种轻金属，价格便宜，地壳含量大。并且与其它的金属基制氢材料相比，铝基制氢材料的单位质量产氢量要大很多，这是铝基制氢材料的一大优势。但是，由于单质铝的亲氧性，令其易于氧气反应，被氧化成三氧化二铝包裹在铝粉表面，形成一种钝化层起到了钝化铝的作用。氧化铝在一般状态下比较稳定，能阻隔内部的单质铝与外部的水的接触进行反应。换而言之，要想提高铝粉与水反应产生氢气的活性，就要破坏阻碍其反应的氧化铝钝化膜。

在远洋航行的船舶，海洋工程等作业环境条件下，现有采用化石燃料的能源供应情况下，由于其燃料贮存空间有限，必须不时地进行燃料补给，不能满足长时间执行任务的需要。即使采用氢燃料这样的新能源，由于现有的技术不能实现现场制氢，同样需要不时地进行远程补给。

终上所述，在发展氢能源技术过程中，高效、安全、便利的制氢方法是业界一直在努力开发的关键技术。但现有各种制氢方法中，基本上都存在设备成本高，投资大，制造工艺复杂，工况条件要求高；制氢效率与用氢量相距甚远，而氢进行远距离运输和储存的安全要求极高，运输安全和储存安全已成为当前氢能源技术推广的一大障碍。

发明内容

为了解决现有制氢技术的种种局限性，并充分考虑运输、贮存、安全、便利以及现场实时制氢等需求情况，本发明提供了一种制氢方法与装置。