由生物质碱促制备氢制造技术

本发明专利技术公开了用于由生物质或其组分（一种或更多种）制备氢的碱促反应。通过天然有机物质和碱反应形成作为副产物的碳酸氢盐或者碳酸盐化合物来制备氢。碱促制氢反应和常规重整反应相比在热力学上自发性更强，而且和常规重整反应相比能够在较不苛刻的反应条件下制备氢气。优选的反应物是生物质、生物质组分、和生物质组分的混合物。特别优选的是这种碱促反应，其中由碳水化合物或者碳水化合物混合物来制备氢，所述碳水化合物包括单糖、二糖、多糖和纤维素。本发明专利技术的反应可以在液相或固相中进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于形成氢气的方法。具体而言，本专利技术涉及在碱性条件下通过化学反应由有机物质制备氢气。最具体而言，本专利技术涉及在碱的存在下通过反应天然有机物质来制备氢气。
技术介绍
现代化社会强烈依赖于从化石燃料获得能量来维持生活标准。随着更多的社会实现现代化以及已有的现代化社会的膨胀，对化石燃料的消耗持续增加，全世界范围内对化石燃料的日益增长的依赖性导致出现了大量问题。首先，化石燃料是有限的资源，人们越来越担心在可预见的将来化石燃料被完全耗尽。能源稀少可能导致出现如下情况日益增长的成本可能使经济变得不稳定，国家可能因为剩余的储能地而发生战争。第二，化石燃料具有高度的污染性。更大量地燃烧化石燃料导致全球变暖，并给地球生态系统的稳定性造成了危害。除了温室气体以外，燃烧化石燃料产生了烟灰和对人体和动物有害的其它污染物。 为了防止化石燃料日益增长的危害性，需要新的能源。新燃料或能源所需的属性包括低成本、供应丰富、可更新性、安全性和环境相容性。从提供这些属性以及显著降低人们对传统化石燃料的依赖性的潜力而言，从目前看氢是很有希望的。氢是世界上存在最普遍的元素，如果能开发出它的潜力，那么将提供取之不尽用之不竭的燃料源来满足全球日益增长的能量需求。氢可以从各种来源获取，所述来源比如天然气、一般性的烃、有机材料、无机氢化物和水。这些来源从地理学上看在全球上分布得非常好，大多数人口都可以获取，无需进口。除了资源丰富而且广泛可得以外，氢也是清洁的燃料源。氢燃烧产生水作为副产物。因此，利用氢作为燃料源避免了不必要的生成基于碳和氮的温室气体(涉及造成全球变暖)以及在工业生产中不必要地生成烟灰和其它基于碳的污染物。氢作为普遍存在的能源是否得以利用最终取决于它在经济上的可行性。需要用于制备氢的经济可行的方法以及用于存储、转移和消耗氢的有效装置。已经提出了用于制备氢的化学方法和电化学方法。对氢而言，最容易获取的化学原料是有机化合物，主要是烃和氧化烃。从烃和氧化烃获取氢的常见方法是脱氢反应和氧化反应。蒸汽重整和通过电解由水根据电化学法制备氢，是目前常用来制备氢的两种策略。但是，这两种策略都存在着实际应用受限和/或成本效率受限的缺点。蒸汽重整反应在室温是吸热反应，通常需要数百度的温度来达到可接受的反应速率。这些温度提供起来成本高，对用于构建反应器的材料提出了特殊的要求，而且限制了应用范围。蒸汽重整反应也在气相中进行，这意味着必须通过分离工艺从气体混合物中回收氢气，这增加了重整工艺的成本和复杂性。蒸汽重整还导致形成了不需要的温室气体(X)2和/或CO作为副产物。 水电解在实践中使用不广泛，因为为了实现水电解需要大量消耗电能。引发水电解反应所需的最低电压高，而且为了获得有实际意义的氢生产速率，需要更高的电压。这种高电压导致水电解反应的电能成本高，限制了它的广泛使用。在美国专利No. 6607707 (’ 707专利)中，本专利技术人考虑通过烃和氧化烃与碱的反应由烃和氧化烃制备氢，所述专利在此通过引用而接合进来。利用热力学分析，本专利技术人确定许多烃和氧化烃与碱或者碱性水溶液在特定反应条件下自发反应形成氢气，而同样的烃和氧化烃在同样的反应条件下在常规蒸汽重整工艺中非自发性地反应。因此，发现包含碱促进了从许多烃和氧化烃形成氢气，并能够在不像蒸汽重整反应中正常存在的条件那样极端的条件下制备氢，从而提高了制备氢气的成本有效性。在许多反应中，’ 707专利的方法使得从液相反应混合物中形成了氢气，在有些情况下在室温进行，其中氢气是唯一的气体产物，因此很容易去除，无需气相分离步骤。’707专利的反应进一步通过形成碳酸根离子或者碳酸氢根离子来操作，避免了生成温室气体CO和C02。包含碱带来了形成氢气的新反应途径，所述途径在热力学上有优势，允许在比相应蒸汽重整工艺所需的温度低的温度下制备氢气。在共同未决的美国专利申请系列号No. 10/321935 (’ 935申请)中，本专利技术人考虑采用电化学方法促进在水(或者酸性溶液)和/或碱的存在下由有机物质生产氢，所述专利申请的公开号为No. 2003/0089620，在此通过引用结合进来。专利技术人发现，有机物质和水通过电化学反应制备氢气比水电解需要的电化学电池电压低。专利技术人还发现有机物质在酸或碱存在下的电化学反应在室温下需要低的电化学电池电压。在共同未决的美国专利申请系列号No. 10/636093 (’ 093申请)中，本专利技术人发现为了实现’ 707专利和共同未决的’ 935申请中所述的反应的有利性质，要求对反应的成本和整体效率进行系统级别的考虑，所述申请No. 10/636093的公开号为No. 2004/0028603， 在此通过引用而结合进来。除了能量输入和原料以外，必须考虑副产物的处置或利用。特别要考虑的是所公开的制氢反应的碳酸根和碳酸氢根离子产物的分配。在共同未决的’093 申请中，本专利技术人描述了用于循环碳酸根和碳酸氢根离子的策略。描述的碳酸根循环方法包括第一步骤，其中碳酸根离子和金属氢氧化物反应以形成可溶性的金属氢氧化物和微溶的或者不溶性的碳酸盐。可溶性的金属氢氧化物可以返回到制氢反应，作为碱反应物以进一步生成氢。在第二步骤中，碳酸盐热分解以制备金属氧化物和二氧化碳。在第三步骤中， 金属氧化物和水反应以重新形成用于第一步骤的金属氢氧化物。因此，通过’093申请的碳酸盐循环方法，就所述金属氢氧化物而言，碳酸盐循环工艺是可持续的；就碱而言，整个制氢方法是可以持续的。根据’093申请，有机物质和碱的制氢反应的碳酸氢盐副产物同样可以通过首先将碳酸氢盐副产物转变成碳酸盐、然后循环所述碳酸盐来进行循环。在共同未决的美国专利申请No. 10/763616(' 616申请)中，本专利技术人描述了将碱促制氢从有机物质扩展到更宽的原料范围，该申请的公开号为No. 2004/0156777，在此通过引用结合进来。在’616申请中特别重要的是由如下原料制备氢和石油相关的或者石油衍生的原料，比如长链烃；燃料，比如汽油、煤油、柴油、石油蒸馏物和其组分；以及有机物质的混合物。‘707专利和’ 935申请和’ 616申请的制氢反应提供了高效环保的方法来制备氢， 这是发展基于氢的经济所需的。需要将制氢反应的适用性扩展到早前的专利和共同未决的申请之外。特别感兴趣的是要考虑在所述反应中可以采用的原料范围以及通常可得的有机物质是否适用作反应物。同样感兴趣的是能够形成氢气的可行反应条件的范围，以及就反应效率、反应速率和方法成本之间可能存在的折衷方案而言对反应条件的最优化。
技术实现思路
本专利技术提供了由源自生物质的有机物质或者其混合物和碱的化学或者电化学反应制备氢气的方法，其中碳酸盐和/或碳酸氢盐作为副产物生成。本方法任选地包括碳酸盐或者碳酸氢盐循环方法，其中碳酸盐或碳酸氢盐副产物被转变成碱，所述碱随后可以进一步和有机物质或其混合物反应以生成氢气。和通过相应的常规重整制备氢气相比，本专利技术的碱促制氢反应改善了由生物质、 其组分、或者其组分的混合物制备氢气的热力学上的自发性。在一个实施方案中，所述更强的热力学自发性使得下述情况可以发生和在常规重整反应中由来自或者源自生物质的有机物质或者其混合物制备氢气所需的温度相比，通过本专利技术的碱促反应可以在更低温度下由所述有本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备氢气的方法，包括使有机物质和碱反应以形成所述氢气的步骤，其中所述有机物质包括碳水化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B赖奇曼，W梅斯，
申请(专利权)人：双向电池公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]