[发明专利]利用氨生成氢的方法

说明书

本发明涉及利用氨生成氢的方法，特别是用于燃料电池和/或原动机的利用氨生成氢的方法。该方法可以在车辆中原位进行。本发明还涉及利用氨生成氢的设备。

尽管由石油、煤和天然气进行未来能量供应的精确时间表还不确定并且存在很大争议，但是化石燃料作为一种可依赖的能源是不可延续的。目前化石燃料的消耗速度比其形成的速度快超过百万倍。还清楚的是，释放进大气中的二氧化碳的量包含显著的人造部分。

交通业是主要的能源行业之一，并且几乎全部依赖于化石燃料来提供能量。据认为，从汽油和柴油到液化石油气(LPG)和压缩天然气(CNG)的转变将降低CO₂排放。可以在本世纪的前50年取代内燃机的两种主要技术是蓄电池和燃料电池。交通业已经开始抛弃单纯的化石燃料系统，而且汽油/柴油-蓄电池混合动力现在已形成汽车市场的较小但不断增加的份额。

氢存储是氢燃料电池电动车辆的量产过程以及低碳经济转变中的主要科技挑战之一。其必须满足多种标准：存储必须不仅是轻量和紧凑的，还是安全、廉价、长期的且能够理想而快速地补充燃料。

在改进固态储氢材料的研究中遇到了重大问题；例如，对于多种络合氢化物研究而言容易可逆已成为主要挑战，同时多孔结构中的物理吸附还受限于极冷温度。尽管固态储氢已经取得了非常重大的研究成果，但是与常规金属氢化物相结合的高压储气仍被视为汽车制造商现有的中长期候选物。

已经考虑将氢的原位生成用于燃料电池。氢可以例如从甲醇和/或甲烷形成。不过，自甲醇和/或甲烷形成氢不可避免地导致二氧化碳和/或一氧化碳排放。自甲醇和/或甲烷形成氢还具有其他的相关缺陷，例如需要次级水槽和重整催化剂的焦化。

本发明的一个目的是为了克服或解决用于燃料电池或原动机的现有技术氢存储和氢生产的问题，或是为了至少提供一种可商用的替代物。本发明的替代性和/或另外的目的是提供一种用于燃料电池或原动机的氢生成方法和设备，其与已知方法相比实施更廉价和/或更有效。

在本发明的第一方面中，提供了一种利用氨生成氢的方法，所述方法包括：

(i)提供作为燃料源的氨；

(ii)将氨引入反应器中，并使至少一部分氨与金属和/或含金属化合物反应，以形成至少一种中间体和可选的氢；

(iii)使步骤(ii)中生成的中间体中的至少一部分分解，以形成氢并使金属和/或含金属化合物再生；

(iv)移除步骤(iii)中形成的至少部分氢；和

(v)使再生的金属和/或再生的含金属化合物与另外的氨反应。

在本发明的第二方面中，提供了一种利用氨生成氢的设备，所述设备包括：

包含金属和/或含金属化合物的反应器；

容纳作为燃料的氨的燃料源储器；

连接储器和反应器的流管，所述流管用于将燃料引入反应器；

与反应器接合的能源，该能源被配置为将能量输入反应器中，以使反应器中通过金属和/或含金属化合物与氨反应形成的中间体分解；和

反应器的氢出口，所述氢出口用于从反应器中移除氢。

现将进一步描述本发明。以下段落中，将更详细地限定本发明的不同方面。除非做出清楚的相反指定，否则所限定的各个方面可以与其他任一方面或多个方面结合。特别是，被指定为优选或有利的任何特征均可以与被指定为优选或有利的其他任一特征或多个特征结合。

在介绍本公开或其优选实施方式的要素时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”均意图表示存在一个或多个所述要素。术语“包括”、“包含”和“具有”均意图是涵盖性的，并表示可以存在除所列举要素以外的额外要素。

本文所述的方法和设备使用氨、优选为气态和/或液态的氨作为燃料源，特别是作为氢源。氨具有多种有利的特性，使其用作储氢材料。氨具有较高的储氢容量，基于其分子结构为17.65重量％。氨可以在温和条件下液化。氨的室温蒸汽压为9.2bar，且物理性质与丙烷相似。不过，目前有若干因素阻碍其在商业规模上成功用于在车辆中生成氢。这些因素包括安全性和毒性问题，这些问题是实际的和可意识到的。另外，为了从氨中释放氢，还需要可观的能量输入。因此，目前还没有商业可用的方法和/或设备来利用氨作为氢生产中的燃料源。