[发明专利]供氢装置和供氢方法

说明书

本申请是于2006年2月20日递交的、申请号为200610008655.9、发明名称为“供氢装置和供氢方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及向汽车或家用燃料电池等分散电源供氢的供氢装置。

背景技术

在由二氧化碳等引起的地球变暖日益严重的情况下，作为代替化石燃料的下一代能源的氢正受到注目。另外，为了推进有效地活用能量减少CO₂排出的节能化，发电设备的联供化受到注目。利用氢进行发电的燃料电池发电系统，近年，作为汽车、家用发电设备、自动售货机、便携机器等多种用途的电源，技术开发进展迅速。燃料电池，由于可以在使氢和氧发生反应成为水时产生电，利用同时产生的热能供应热水及进行空气调节，适用于家用分散电源。除了燃料电池，称为微型涡轮机(turbine)和微型引擎的内燃机的开发也正在进展。

由于是将氢作为燃料，不可缺少的氢的输送、贮藏、供给系统就成为很大的问题。由于氢在常温下是气体，与液体及固体相比，贮藏及输送困难。并且，氢是可燃性物质，在与空气形成一定的混合比时，有爆炸的危险。

在解决这种问题的技术中，作为安全性、搬运性、贮藏能力、低成本化方面优异的氢贮藏方法，使用环己烷及萘烷这样的碳氢化合物的有机氢化物系统受到注目。这些碳氢化合物，由于在常温下是液体，搬运性优异。

例如，苯和正己烷是具有相同数目碳的环状碳氢化合物，但与苯是碳之间的键为双键的不饱和碳氢化合物不同，环己烷是不具有双键的饱和碳氢化合物。利用苯的氢加成反应可得到环己烷，利用环己烷的脱氢反应可得到苯。就是说，通过利用这些碳氢化合物的氢加成反应和脱氢反应，可以贮氢及供氢。

作为使用像环己烷及萘烷这种碳氢化合物的有机氢化物系统的供氢装置，已公开了将有机氢化物直接向高温催化剂进行喷雾的方法及在圆筒形的反应装置内部插入氢分离管减小氢分压使反应温度低温化的方法(参照专利文献1、非专利文献1)。

专利文献1：日本专利特开2002-184436号公报

非专利文献1：Applied Catalysis A：General 233，91-102(2002)

发明内容

然而，在上述技术中也存在很多问题。对于利用以苯和环己烷的反应为代表的氢加成反应和脱氢反应的氢的贮藏及供给实用化，还必须提高反应效率。

另外，在实用化上，环己烷及萘烷等有机氢化物的脱氢反应的反应温度高达250℃以上，为了以加热器进行加热，必须使用由燃料电池产生的一部分电力而使效率下降。如专利文献1所公开，因为利用喷雾器将环己烷喷射到高温的催化剂层上进行脱氢反应且在冷却器中使作为生成物的氢和苯分离成为气体和液体，装置将变成大型。在使用环己烷作为供氢体的现有的供氢装置的场合，脱氢反应是将环己烷以脉冲方式向加热到约300℃的催化剂进行喷雾。当在催化剂表面上附着环己烷液滴时一部分环己烷气化，在其上形成气液固体复合界面而生成氢。这种供氢装置，必须具有喷雾器、气缸、冷却器等多个附属装置，很难小型化。另外，由于使用加热器，连接燃料电池制作的发电系统的总效率降低。

另一方面，在利用氢分离管使氢分压低温化时，虽然在大约200℃时也具有高转化率，但存在由于低温化反应速度低而且装置大型化的问题。有机氢化物的脱氢反应是吸热反应，在高温下，氢及生成的芳香族碳氢化合物分压越小，平衡就越向脱氢侧移动。所以，通过利用氢分离管使产生的氢分离而使反应气氛中的氢分压降低，即使是在低温下也可以得到高转化率。然而，催化剂的反应速度是温度越低越小，所以就存在为了使有机氢化物的供给速度加快，需要增加催化剂的使用量，反应层就会变大，并且还会使价格高昂的氢分离管的使用量增大而使成本提高。

于是，为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种效率良好的供氢装置。

为达到上述目的，本发明的供氢装置，从利用化学方式贮藏氢的贮氢材料中使用催化剂供氢，在供氢装置的燃料供给口及排气口上配置阀门，控制上述阀门的开闭定时(timing)，供氢装置内的压力的变化范围为0.01～300atm。另外，燃料注入时的压力为2～20atm，氢产生时的压力为5～300atm，排气时的压力为从大气压到0.01atm。另外，安装在燃料供给口和排气口处的阀门的开闭为在燃料供给时燃料供给口开而排气口闭，在氢产生反应时燃料供给口闭且排气口闭，而在排气时燃料供给口闭而排气口开。