生产碱金属氢化物和氢气的方法技术

本发明专利技术涉及一种生产氢气的方法，该方法包括：（ｉ）使碱金属化合物与含碳物质和氢气反应，获得碱金属氢化物；和（ｉｉ）使所获得的碱金属氢化物与水反应，获得氢气和碱金属氢氧化物。本发明专利技术还涉及一种含下述步骤的方法：（ａ）使碳源与水反应，获得含碳物质；和（ｂ）使所获得的含碳物质与氢气和碱金属化合物反应，获得碱金属氢化物。另一实施方案公开了一种包括下述步骤的方法：（ａ）使碳源与水反应，获得氢气；和（ｂ）使所获得的氢气与含碳物质和碱金属化合物反应，获得碱金属氢化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产碱金属氢化物和氢气的方法本专利技术涉及生产氢气的方法和生产碱金属氢化物的方法。所得碱金属氢化物本身又可用于获得氢气和碱金属氢氧化物或氢气和碱金属。多年来，已经广泛深入地研究了使用氢气作为能源。为了用作能源，氢气必须储存并提供给消费者。迄今为止，氢气例如已经以液体的形式提供。然而，由于氢气的低沸点，因此在低温下液化和储存氢气的能耗非常高。尽管氢气可在室温下以压缩气体的形式储存，但压缩的能耗同样相当高。而且，储能密度尚不充足。在液体氢和压缩氢气这两种情况下，会存在由于蒸发而导致的损失。此外仍存在重大的安全和处理问题，结果所提供的这些形式均不适合于私人用户。氢也可以以金属氢化物(例如特殊的FeTi或TiVFeMn合金)的形式提供，这些金属氢化物可逆地储存氢，然后在所需的时间释放。除了可逆体系以外，还提出了不可逆储存的概念。根据这些概念，用水水解金属氢化物，从而形成氢气。US-B-6534033和US-B-6497973描述了基于氢化硼的体系。US-A-5728464和US-A-5817157公开了由碱金属或碱金属氢化物生产氢气。为了防止储存过程中碱金属或碱金属氢化物与大气湿气过早反应，提供了具有涂层(例如铝或塑料涂层)的碱金属或碱金属氢化物。本专利技术的一个目的是提供一种用于提供氢气的环境友好的方法。本专利技术的另一目的是公开了一种用于提供碱金属氢化物的环境友好的方法。在一个实施方案中，本专利技术涉及生产氢气的方法，该方法包括：(i)使碱金属化合物与含碳物质和氢气反应，获得碱金属氢化物；-->和(ii)使所获得的碱金属氢化物与水反应，获得氢气和碱金属氢氧化物。在另一实施方案中，本专利技术涉及含下述步骤的方法：(a)使碳源与水反应，获得含碳物质；和(b)使所获得的含碳物质与氢气和碱金属化合物反应，获得碱金属氢化物。含下述步骤的方法也是本专利技术的主题：(a)使碳源与水反应，获得氢气；和(b)使所获得的氢气与含碳物质和碱金属化合物反应，获得碱金属氢化物。在又一实施方案中，本专利技术涉及含下述步骤的方法：(i)使碱金属化合物与含碳物质和氢气反应，获得碱金属氢化物；和(ii)将所获得的碱金属氢化物转化成碱金属和氢气。本专利技术的方法特别地是环境友好的。优选地，可使用可再生的能源和生物物质的起始化合物。以下描述本专利技术的实施方案。碱金属化合物碱金属化合物可以是在氢气存在下，可与含碳物质反应得到碱金属氢化物的任何碱金属化合物。碱金属化合物的实例是碱金属碳酸盐、碱金属氧化物和碱金属氢氧化物。优选使用碱金属氢氧化物。任何碱金属可以以碱金属化合物的形式使用。优选使用锂、钠和钾的化合物。由于氢对碱金属的高重量比，因此优选选择锂化合物。含碳物质没有特别限制含碳物质，只要它能在氢气存在下与碱金属化合物反应得到碱金属氢化物即可。含碳物质可包含碳本身、含有机碳的化合物如烃，以及它们的混合物。含碳物质的实例是煤、焦炭、石油、天然气和具有1-20个碳原子的烃，例如甲烷、丙烷或丁烷。优选使-->用煤、焦炭和具有1-6个碳原子的烃。在一个优选的实施方案中，使用焦炭，尤其是生物源(biogenous)焦炭。生物源焦炭可以是可通过各种方式由生物物质制备的生物源焦炭。术语生物物质要理解为是指所有含碳基质，所述含碳基质包括动物或植物来源的组分且可转化成焦炭。生物物质的实例是木材和含木材的基质(例如木材、锯屑、木材废料和类似物)、纸和来自造纸工艺的前体或残余材料(例如纸废料、纸板；来自造纸工艺的残余材料和前体，其中包括黑液和类似物)，植物来源的基质(例如植物剪取物、含能青草、农业废物和类似物)、动物来源的基质(例如屠宰场的废物、动物废物和类似物)，以及其它基质(例如，来自食品工业的残余材料，来自厌氧气化的残余材料，公共和任选地工业污水污泥和类似物)。根据一个实施方案，可通过在不存在空气的情况下，在400-500℃下加热，在旋转窑或者多层Herreshoff炉内生产生物源焦炭。乙酸、甲醇、丙酮和热解气体作为副产物形成。所形成的热解气体可如下所述进行进一步处理或者通过添加化石燃料燃烧以加热该炉。可通过使碳源与水反应获得含碳物质。为此，特别地，气化和在临界条件下的反应是合适的工艺。在一个实施方案中，可通过气化尤其是生物物质来生产焦炭。在气化中，碳源与水(优选水蒸汽)反应。如下所述，依据所使用的工艺条件，含碳物质、氢气或这二者的混合物作为主产品获得。在本专利技术中，优选低温气化。在该工艺中，可使用自热(空气和水蒸汽)气化器或者他热(水蒸汽)气化器。令人惊奇地发现，通过气化，尤其是气化生物物质生产的焦炭在与碱金属化合物和氢气的反应中是具有特别的反应性的，且与其它含碳物质，特别是与其它类型的焦炭相比，得到更高的碱金属氢化物产率。氢气所使用的氢气也可来自于不同的来源。例如可由水电解、转化、碳源与水的反应(例如，碳源与水在临界条件下的气化或者反应)，或者由转移反应获得氢气。-->已经在工业规模上进行水的电解。在一个优选的实施方案中，电解所需要的电通过风力提供。风力电厂是环境友好的，因为它们利用自然的风力且不产生任何废气或者废物。然而，所发的电量取决于当前的风条件且不可能根据需要控制。由于这些原因，由风场供应电到一般的供电网络是有问题的。使用风力电生产碱金属氢化物则提供了以稳定和可储存形式储存能量的可能性。在另一实施方案中，可通过太阳能生成电解所需要的电，因为这种电根据太阳辐射而经受波动。同样在此情况下，本专利技术的方法提供了以碱金属氢化物形式储存通过太阳能生成的能量的可能性。当然，同样可使用其它常规或者可供替代的能源，例如水能。转化工艺以及由天然气生产氢气目前也在大规模地进行，以便生产氢气。在另一优选的实施方案中，可使用气化提供氢气。在气化中，含碳物质与水(优选水蒸汽)和任选的氧气或空气反应。作为含碳物质的实例，可提及以上所述的那些以及生物物质。鉴于该方法的环境相容性，气化生物物质是有利的。例如藉助自热或者他热气化工艺进行生物物质(或其它含碳物质)的气化。根据所使用的气化条件，当加热生物物质时产生热解气体和/或焦炭。首先获得一氧化碳、二氧化碳、氢气、烃(例如甲烷和高级烃)和焦油物质的混合物作为粗热解气体。烃进一步气化，从而形成一氧化碳、二氧化碳和氢气。可使用已知方法从这一混合物中分离氢气。任选地，可进一步通过转移反应增加氢气的产率。残留气体作为副产物保留，所述副产物可用于生成热量。所生成的热量可例如在碳源与水的反应中或者在碱金属化合物反应得到碱金属氢化物中使用。另外，它可用于其它目的，例如发电或者供热。在加热生物物质过程中形成的热解气体的气化基本上要求比所得焦炭的气化要少的热能。当供给的生物物质加热到高于约350℃时，形成热解气体，并且在较高的气化器温度下，在自热和他热反应这两种模式下，它们在数秒内气化。而另一方面，热解焦炭在反应器内的-->停留时间必须为数小时，以便能实现完全反应。因此，当供热受到限制时且由于更快速的动力学原因，优选热解气体的气化。因此，可通过调节温度、停留时间和生物物质的通过量来进行气化，以便在气化过程中形成主要是氢气，主要是焦炭或者二者的混合物。若主要形成氢气，则可采用生物源的氢气和来自另一来源的含碳物质进行本专利技术的方法。若主要形成焦炭，则采用生物源焦炭和来自另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产氢气的方法，该方法包括：（ｉ）使碱金属化合物与含碳物质和氢气反应，获得碱金属氢化物；和（ｉｉ）使所获得的碱金属氢化物与水反应，获得氢气和碱金属氢氧化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2003-5-27 103 24 082.91.一种生产氢气的方法，该方法包括：(i)使碱金属化合物与含碳物质和氢气反应，获得碱金属氢化物；和(ii)使所获得的碱金属氢化物与水反应，获得氢气和碱金属氢氧化物。2.权利要求1的方法，其中另外在步骤(i)中获得一氧化碳。3.权利要求2的方法，进一步包括步骤(iii)使一氧化碳与氧气反应以及(iv)将所得反应热供应到步骤(i)。4.权利要求2的方法，包括步骤(v)使一氧化碳与水蒸汽反应获得二氧化碳和氢气以及(vi)将所得氢气供应到步骤(i)。5.权利要求1-4任何一项的方法，包括步骤(vii)任选地将步骤(ii)中获得的碱金属氢氧化物转化成碱金属化合物以及(viii)将碱金属化合物供应到步骤(i)。6.权利要求1-5任何一项的方法，其中碱金属化合物是碱金属碳酸盐、碱金属氧化物或碱金属氢氧化物。7.权利要求6的方法，其中碱金属化合物是碱金属氢氧化物。8.权利要求1-7任何一项的方法，其中碱金属化合物是锂化合物、钠化合物或钾化合物。9.权利要求1-8任何一项的方法，其中含碳物质包含碳、烃或其混合物。10.权利要求1-9任何一项的方法，其中含碳物质是生物源焦炭。11.权利要求1-10任何一项的方法，其中氢气是生物源氢气。12.权利要求1-8任何一项的方法，进一步包括步骤(ix)使碳源与水反应获得含碳物质以及(x)将所得含碳物质供应到步骤(i)。13.权利要求1-8任何一项的方法，进一步包括步骤(xi)使碳源与水反应获得氢气以及(xii)将所得氢气供应到步骤(i)。14.权利要求13的方法，其中另外在步骤(xi)中获得含碳化合物并且所得含碳化合物被供应到步骤(i)。15.一种包含以下步骤的方法：(a)使碳源与水反应获得含碳物质；和(b)使所获得的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔弗约翰森，
申请(专利权)人：米夏埃尔泽赫鲍尔，
类型：发明
国别省市：DE[德国]