氢气生产方法和氢气供应设备技术

采用铁或氧化铁接触水、水蒸气或含水蒸气的气体生产氢气的方法，通过向铁或氧化铁中添加不同于铁的金属（例如Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｎｉ、Ｃｕ等）提供了一种氢气发生介质，其具有高的氢气发生反应速率，具有不降低活性的氧化－还原的耐重复性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
氢气生产方法和氢气供应设备
本专利技术涉及一种分解水和有效地生产氢气的方法。
技术介绍
用油或天然气作原料的部分氧化或水蒸气重整在氢气合成的同时也产生了许多二氧化碳气体。因此利用太阳热的UT-3循环和日本第07-267601号专利所公开的方法作为不产生二氧化碳的方法被提出。但是，这种方法为了利用太阳热需要大规模的系统，同时大规模系统的成本也很高。另外，使用氢气存储合金的许多方案也被提出作为取代高压钢瓶的安全存储/运输氢气的方法。但是，存在的问题是使氢气存储合金吸留氢气需要高的氢气压力，并且氢气存储合金不能在空气和水蒸气气氛中使用，使其成本很高。对于采用氢气和空气作原材料的燃料电池，通常方法是利用甲醇或汽油蒸汽重整供应氢气的方法，并且已有许多专利技术。可是这些方法同时产生一氧化碳和二氧化碳气体。特别是，对于一氧化碳，由于其使燃料电池的电极中毒的问题，需要一个设备来减少一氧化碳至10ppm或更低，使得成本较高。作为用水生产氢气的方法，蒸汽铁的方法是已知的。这种方法是利用单质铁的氧化还原()作为反应的方法。对于这个反应，举例来说，温度需要等于或高于600℃。如果重复氧化还原，存在使金属铁凝聚的所谓烧结的缺点，金属铁的活性迅速下降。因此，需求一种不产生烧结现象、有较高的抵抗能力和具有高活性的氢气发生介质(氧化-还原材料)。-->
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提供一种有高的氢气发生反应速率、能抵抗氧化-还原重复而并不降低活性的氢气发生介质(氧化-还原材料)来提供一种有效地分解水和生产氢气的方法。使铁或氧化铁接触水、水蒸气或含水蒸气的气体生产氢气的方法的特征在于：为了达到上述目的，如在权利要求1中所述的那样，将不同于铁的金属(以下称为“其他金属”)添加到铁或氧化铁中。本专利技术中，作为原材料的水不总是净化的水，还可以使用自来水、工业水等。另外，对于本专利技术中使用的铁，纯铁、氧化铁或铁化合物，如硝酸铁等，都可以作为原材料。而且，本专利技术中添加和使用的金属至少是IUPAC周期表中的第四族、第五族、第六族和第十三族中的一种。优选Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Al和Ga。或者使用Mg、Sc、Ni和Cu中任一种。加入到铁或氧化铁中的其他金属的添加量以金属原子的摩尔数计算。优选添加量为所有金属的原子的0.5-30mo1％。更优选添加量为0.5-15mol％。金属添加方法采用物理混合或浸渍方法，或优选共沉淀方法进行。对于制备好的铁化合物，选择具有大比表面积的适于反应的形状，例如粉末状、粒状、圆柱形、蜂窝结构、无纺织物形式等，能有效地使用和用于水分解反应。这种铁化合物包含在反应器中，用氢气等还原。还原的铁化合物接触水、水蒸气或含水蒸气的气体产生氢气。同时和水反应的铁变成氧化铁。注意该氧化/还原反应可以在600℃或更低的低温下进行。根据本专利技术，可以以较低的成本并且没有产生使燃料电池的电极中毒的一氧化碳的氢气为当地的工厂、车间、家庭或车辆供应给燃料电池。产生的氢气不仅用于燃料电池，而且可以作为一种可扩展的氢气供应手段例如氢气燃烧器等。另外还原的铁化合物填充到容器中，可以用作氢气供应手段给上述的燃料电池等，作为便携式氢气供应盒。而且根据本专利技术，氢气供应设备是便携式盒子的形状。盒子里面包-->含氢气发生介质，至少包含两个管子安装装置，其中氢气发生介质的主要成分是添加了其他金属的铁或氧化铁，经管子安装装置中的一个注入水或水蒸气的盒子能从另外一个交流孔管子安装装置给耗氢设备供应分解水产生的氢气。一个加热器可以安装在这个盒子里。而且一个供应惰性气体或空气的管子也可以安装在这个盒子。和水反应被氧化的铁再次被氢气等还原，可以作为氧化还原介质重复使用而并没有降低活性。能获得上述效果的原因可以认为是防止烧结、固体内氧扩散速率的提高、表面上水分解活性的改进等。附图简述图1A和1B是本专利技术的一个优选方案中使用的铁化合物的反应体系的示意图，分别表示还原反应过程和水分解反应过程。图2A-2E是表示在氧化铁中添加Ga、氧化铁中添加Mo、氧化铁中添加Al、氧化铁中添加Zr和单一氧化铁情况下的水分解反应和还原反应的状态示意图，图2A、2C和2E分别表示第一次、第二次和第三次的水分解反应，图2B和2D分别表示第一次和第二次还原反应。图3A-3E是表示在氧化铁中添加Sc、氧化铁中添加Cr、氧化铁中添加V和单一氧化铁情况下的水分解反应和还原反应的状态示意图，图3A、3C和3E分别表示第一次、第二次和第三次的水分解反应，图3B和3D分别表示第一次和第二次还原反应。图4是表示在水分解反应时氢气发生反应速率的图。图5A-5E表示根据本专利技术添加金属的方法产生的效果，图5A、5C和5E分别表示第一次、第二次和第三次水分解反应，图5B和5D分别表示第一次和第二次还原反应。图6表示具有用管子将包含氧化/还原铁介质(添加了本专利技术的带有其他金属的氧化铁)的反应容器和水供应设备连接起来的结构的氢气供应设备。图7表示包含氧化/还原铁介质的盒子连接到燃料电池的状态。-->具体实施方式本专利技术的一个优选方案中使用铁化合物的反应体系的示意图表示在图1A和1B中。图1A表示还原反应过程，图1B表示图1A中还原的铁化合物和水蒸气进行的水分解反应过程。图1A和1B所示的装置通过用玻璃管3和4将反应器1和气体循环泵2连接起来构成了密闭气体循环系统反应设备。另外，测量系统内气体压力的压力显示器5和玻璃管4连接。用压力显示器5测量系统内气体压力，可以测量出还原的量(还原使用的氢气的消耗量计算出的量)等。在图1A表示的还原反应过程中，反应器1被加热，例如被电加热炉6加热到330℃，发生下面的还原反应：水蒸气捕获器7安放在反应器1的下游。这个水蒸气捕获器7用干冰乙醇冷却，干冰的温度，例如设定为-76℃。上述还原反应产生的水凝结在水蒸气捕获器7中，从体系中除去。在图1B表示的水分解反应过程中，反应器1被加热，例如被电加热炉6加热至约380℃，发生下面的水分解反应：图1A表示的水蒸气捕获器7凝结的水(还原铁化合物产生的水)这次用冷水温热到例如14℃而蒸发。包含在反应器1中的铁化合物采用下述共沉淀方法(尿素法)制备。即，0.0194mol的九水硝酸铁(III)(Fe(NO3)3·9H2O：Wako Pure ChemicalIndusries，Ltd.生产)、0.0006mol添加的镓的硝酸盐(Ga(NO3)3·nH2O：WakoPure Chemical Indusries，Ltd.生产)和1.0mol作为沉淀剂的尿素加入和溶解在1升用超声波除气泡5分钟的水中。混合溶液在搅拌下加热至90℃，保持在该同样温度下3小时。反应终止后溶液静止沉淀48小时，吸滤。沉淀物在80℃下干燥约24小时。然后沉淀物在300℃空气灼烧3小时，在500℃下空气灼烧10小时。本样品中铁的量校重为50mg氧化铁，添加的金属原子为所有金属的原子的3mol％。用氢气进行还原反应之前，样品包含在反应器1中，加热到400℃后-->真空抽吸30分钟，分压约为8.0kPa的氧和样品接触1小时使其完全氧化。然后再进行真空抽吸30分钟或更长时间直到真空度达到1.3×10-5kPa或更低。在下面描述的优选方案中，在还原反应和与水蒸气接触产生氢气的水分解本文档来自技高网...

【技术保护点】
铁或氧化铁和水、水蒸气或含水蒸气的气体接触生产氢气的氢气生产方法，包括：　　　　向铁或氧化铁中添加不同于铁的金属。

【技术特征摘要】
JP 2001-4-2 102845/20011.铁或氧化铁和水、水蒸气或含水蒸气的气体接触生产氢气的氢气生产方法，包括：向铁或氧化铁中添加不同于铁的金属。2.根据权利要求1的氢气生产方法，其中，添加的金属至少是周期表中第四族、第五族、第六族和第十三族中的一种。3.根据权利要求1的氢气生产方法，其中，添加的金属至少是Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Al和Ga中的一种。4.根据权利要求1的氢气生产方法，其中，添加的金属至少是Mg、Sc、Ni、Cu中的一种。5.根据权利要求3或4的氢气生产方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：大塚洁，竹中壮，中村清纯，饭塚和幸，
申请(专利权)人：打矢恒温器株式会社，大塚洁，
类型：发明
国别省市：JP[日本]