[发明专利]生产氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过利用乙醇的水蒸气转化来生产氢气的方法。

背景技术

乙醇与高温蒸气反应以产生氢气的水蒸气转化反应按照下式(1)进行。

实际上，在氢气生产中，除了作为主产物的氢气之外，还产生了大量的副产物，如甲烷、一氧化碳、二氧化碳或诸如此类的物质。因此，氢气产率，也就是由1mol乙醇得到的氢气量，不能达到6mol。为了除去副产物，在水蒸气转化反应之后需要气体净化。此外，发生了主要因催化剂上的积碳所致的催化剂劣化，而且催化剂的性能随时间降低(参见F.Frusteri等人，Journal of Power Sources，132，139[2004])。

JP-A 10-152302(KOKAI)和JP-A 2002-274809(KOKAI)公开了一种方法，在生成副产物二氧化碳的反应、如转化反应中，除传统固体催化剂之外还使用了含有锂复合氧化物的无机二氧化碳吸收剂。由于二氧化碳可以从超过400℃的高温反应区域除去，通过该方法，式(1)的化学平衡可以移动到主产物生成侧以高效地获得氢气。由于在锂复合氧化物中的硅酸锂具有特别大的二氧化碳吸收速率，硅酸锂是适于该化学平衡移动的材料，通过实验证实并显示了甲烷水蒸气转化的平衡移动效果(参见M.Kato等人，Journal of Ceramics Society of Japan，113[3]，252[2005])。下式(2)显示了硅酸锂吸收二氧化碳的反应。

当引起式(2)中的向右反应时，二氧化碳与硅酸锂反应并被吸收。

通过使二氧化碳吸收剂存在于乙醇水蒸气转化的反应区域和实现平衡的移动而提高了氢气产率。同时降低了杂质，如甲烷、一氧化碳和二氧化碳的浓度。因此，通过计算表明，能量转化效率提高，在除去水分后氢气浓度达到至多96％(参见J.Comas等人，Journal of Power Sources，138，61[2004])。在这种情况下，还产生了这样一个结果，即在水蒸气转化反应后进行的气体净化过程通常可以被简化。已经证明，在硅酸锂实际用于乙醇的水蒸气转化反应的实验中，除湿后的氢气浓度从大约57％升至大约75％(参见Y.Iwasaki等人，Proceedings of the 10th APCChE Congress，Kitakyushu，Japan，2004，和CD-ROM)。

然而，该方法中，氢气产率低于3mol，并含有25％的杂质。为了减小计算结果和实际反应数据之间的差值，需要进一步提高由于平衡移动的效果以提高氢气产率并减少杂质的方法。

发明内容

本发明提供一种生产氢气的方法，当乙醇的水蒸气转化反应在填充有转化催化剂和含有锂复合氧化物的二氧化碳吸收剂的反应器中进行时，该方法可以以均衡的方式通过二氧化碳吸收剂促进水蒸气转化反应和二氧化碳的吸收反应。

根据本发明，提供一种生产氢气的方法，它包括：

向填充有转化催化剂和含有锂复合氧化物的二氧化碳吸收剂的反应器供应乙醇；和

在将其内部加压到3至15atm的条件下加热所述反应器，由此进行乙醇的水蒸气转化。

附图概述

图1是显示用于按照一种实施方案的方法的转化反应设备的局部剖视图。

图2显示了按照另一种实施方案的氢气生产设备，并是显示在第一转化反应器中进行乙醇的水蒸气转化反应并在第二转化反应器中进行再生的状态的流程图。

图3显示了与图2相同的氢气生产设备，并且是显示在第一转化反应器中进行再生并在第二转化反应器中进行乙醇的水蒸气转化反应的状态的流程图。

实施本发明的最佳方式

在下文中将参照附图详细描述根据本发明一个实施方案的生产氢气的方法。

图1是显示用于按照一种实施方案的方法的转化反应设备的剖视图。转化反应器1包括在两端具有凸缘2a、2b的圆筒形主体3。上部的圆盘形的盖体5与作为主体3的一端(上端)的凸缘2a接触并具有气体导入管4。下部的圆盘形盖体7与作为主体3的另一端(下端)的凸缘2b接触并具有产物气体排出管6。圆筒形主体3的凸缘2a、2b分别具有多个敞开的螺栓通孔(未示出)，圆盘形的盖体5、7各自还具有相应于这些通孔的敞开的螺栓通孔(未示出)。分别将螺栓插入到圆筒形主体3上端凸缘2a与上部圆盘形盖体5的匹配的螺栓通孔和圆筒形主体3下端凸缘2b与下部圆盘形盖体7的匹配的螺栓通孔中，并用螺母紧固这些螺栓，由此将圆盘形盖体5、7固定到圆筒形主体3上。