由酸溶液生产纯氢的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种由有机酸溶液和零价金属产生纯氢的方法，通过金属与有机酸而不是无机酸反应，以比现有技术观察到的逐步且更为均匀持续的速率产生氢，使得本发明专利技术的方法适用于燃料电池应用。本发明专利技术还公开了一种采用由酸溶液产生纯氢的方法的便携式氢产生装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种由有机酸溶液生产纯氢的方法和装置。所述方法使纯金属与有机酸以及氧化剂M应，产生具有纯度大于99.9%的氢气。然后该 氢气被移除，而金属以金属氧化物的形式进行沉淀。在后续步骤中，金属 可由已知的方法例如与烃反应还原为零价，并对有机酸进行再生。与现有 方法相比，氢的生成是逐步的和更为持续的，使得本方法适用于燃料电池 应用。
技术介绍
近年来，基于燃料电池的引擎已经引起了人们的兴趣。这些引擎与内 燃引擎相比具有二到三倍或更高的能量效率(燃料电池引擎的能效为50-55 %，内燃引擎的能效为15-17%)。典型地，氢可被直接地供给到燃料电池 用于发电。然而，氢在自然界中并不以元素形式存在。相反地，氢必须从含氢的 化合物中释放。这需要消耗能量。例如，水是地球上最普通的物质，覆盖 超过70y。的W4面。水含有大约11重量%的氢，但是由于水的稳定性，理 论上，从水中获得1升的氢气需要超过10,000焦耳的能量。在商业操作 中，氢通常从富含氢的化学制品例如甲醇或者二曱醚、或者从燃料例如煤 炭、天然气或汽油中获得。在大多数情况下，从所述化学制品和燃^放 纯氢的方法是复杂并且成本高的。为了使得燃料电池用于消费品应用更有吸引力，车载燃料生产的成本 优选小于约$10每千瓦。然而，佳月现有技术，车载燃料生产的成本几乎十 倍于所述目标。因此，需求更低成本的替换物。此外，非常需要由燃料电 'M供燃料的便携式设备，当所述设备开动的时候氢可在瞬时产生。由于 大部分的化学反应体系需要活化能，因此非常难以通过常规的转化或转换 ^g来克服启动时的问题。
技术实现思路
本专利技术涉及由有机酸溶液生产纯氢的方法以及便携式的氢产生装置。 该方法使零价金属与有机酸和氧化剂M应，将反应生成的氢移除，而金 属以金属氧化物的方式不被沉淀。在后续步骤中，金属可由已知的方法例 如与烃反应还原为零价态，并对有机酸进行再生。氢的生成与现有方法相 比是逐步的和更为持续的，使得本方法适用于燃料电池应用。另外，本发 明还公开了一种采用从酸溶液中生成纯氢方法的便携式氬产生装置。附图说明图1 ;14示通it^专利技术方法由铁和有机^应随时间产生的氢产量与 通过现有方法由铁和无才几l应随时间产生的氢产量的示意图 图2是根据本专利技术方法制得的便携式氢产生装置的示意图。具体实施方施本专利技术是可再生的氢生成系统。由有机酸和金属M应，氢的生成可 在常温、这里定义为小于约35'C的温度，和常压，或者在大约1巴的压力 下进行，制得氢的纯度大于99.9%，并且氢能以基 急定的速率连续地生 成。如图1所示，当约lg4失粉与约100raL 约300mLW^应时，生成氢 气。当所述铁粉与无机酸例如盐W^应时，初始氢的生成非常迅速，然 后生产速率保持稳定。相反，当铁粉与有机酸例如甲酸或者乙M反应 时，初始氢的生产速率平緩得多，并在氢生成过程中逐步增加。在没有储 氢容器的情况下，优选具有逐步的、均匀持续的氢生产速率。如此，拥有 一种利用这些有机酸和金属反应生产氢的方法是有利的。本专利技术方法旨在用于便携式氢产生装置。该方法包括以下步骤(a) 使零价金属与有机酸、任选的氧化剂反应，由此形成金属-0"CO"R(b) 移除金属和M应生成的氢；(c) 通过使金属"(HX)-R络合物与氧化剂反应来氧化该络合物，从而再 生有机酸；(d)以金属氧化物的形式沉淀金属；以及(eMii^，使金属氧化物与烃反应以还原该金属到零价态。该M1^上在常温、这里定义为小于约35X:的温度下发生，此外， A^J^上在常压或者在大约1巴的压力下发生。金属可以是任一容易在温和的酸溶液存在下被氧化的金属，例如铁、 锌、铜、铝、镍及它们的組合。金属可以是粉末、颗粒或者小丸及酸性水 溶液的形式。已经发现，就氢产率和作为相对低成本的金属源来说，铁对 于本0是特别有效的。基于生产过程中稳定的氢生产速率和溶液中缺少的其它阳离子或阴离 子来选择有机酸。有才几酸可以是任何RC00H或者HC00H化合物，包括羧酸、 甲酸、乙酸、草M它们的组合。氧化剂可以是任何能够氧化M-0"CO-R^物并随之形成游离酸H0"C0-R 的氧化剂。这种氧化剂包括过氧化氢、氧气、臭氧、淀粉以及糖，但不限 定于此。本专利技术还包括一种基于上述方法设计的便携式氢产生装置。参考图2， 本装置包括一个外壳(D)，该外壳(D)覆盖装有金属的第一筒(A)、 一个 装有添加的有机酸溶液以及任选的氧化剂的溶液循环塔(C)、以及一个任选 的装有金属的第二替补筒(B)。该循环塔垂直于上述的两个带有阀门的筒， 允许循环塔与使用中的筒直列排列。 一个变速泵被连接在活性反应筒和循环 iR间输i^液。当向活性^筒供料时，有机酸和氧化剂溶液优选以尽可 能均勾通过金属的方式进行供料，例如，可以使用溶液分配盘或者喷雾嘴进 行。在活性反应筒中形成的氢气从筒和外壳中排出到任何所需位置，为了使 由雾或者其它气体引起的氢气污染风险的最小化，优i^金属和氬排气: L^间设置氢渗透膜。值得注意的是，虽然存在过大量教导由铁和无机^应生成氢的现有 技术，而铁和有机酸之间的反应却鲜为人知。此外，本专利技术得到了显示令 人惊讶的效果的试验数据，即，当金属铁与有机^MA应时，能获得意想 不到的高纯度和以稳定的氢生产速率进行氢生产的良好的产率。予以说明，本领域技术人员可在不超出本专利技术的范围内对工艺a和 装置设计进行变更。权利要求1、使用反应物产生氢气并且再生这些反应物的方法，包括以下步骤(a)使优选选自铁、锌、铜、铝、镍及它们的组合、更优选铁的零价金属与优选选自羧酸、甲酸、乙酸、草酸及它们的组合的有机酸进行反应，由此形成金属-O-CO-R络合物；(b)移除金属和酸反应产生的氢；(c)通过使用氧化剂氧化金属-O-CO-R络合物来再生有机酸，氧化剂优选选自过氧化氢、淀粉、糖、氧气、臭氧及它们的组合；以及(d)以金属氧化物的形式沉淀金属。2、 权利要求l所述方法，还包括加入其它的氧化剂和有机酸的步骤。3、 权利要求1或2所迷的方法，还包括使金属氧化物与烃反应以还原 4r属到零价态的步骤。4、 权利要求1-3任一项所述的方法，还包括通过氢渗透膜输送氢的步骤。5、 便携式氢产生装置，包括一个外壳，该外壳覆盖(i)装有金属的 第一筒、和(ii)装有有机酸溶液的循环塔，其中，所述的循环塔与所述的 筒垂直，其中， 一个变速泵被连接到所述装置以在笫一筒和循环塔之间输 送所述酸溶液。6、 权利要求5所迷的装置，还包括一个装有金属的替换筒，其垂直于 所述的循环塔。7、 权利要求5-6任一项所述的装置，还包括至少一个阀门以允许所述 循环*别与第一筒和替换筒连通。8、 权利要求5-7任一项所述的装置，其中所述的循环塔中含有氧化剂。9、 权利要求5-8任一项所述的装置，还包括在第一筒内均匀^Ht所述 有才几酸的装置。10、 权利要求5-9任一项所述的装置，还包括排出气体的装置。全文摘要本专利技术涉及一种由有机酸溶液和零价金属产生纯氢的方法，通过金属与有机酸而不是无机酸反应，以比现有技术观察到的逐步且更为均匀持续的速率产生氢，使得本专利技术的方法适用于燃料电池应用。本专利技术还公开了一种采用由酸溶液产生纯氢的方法的便携式氢产生装置。文档编号C01B3/08GK10123本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用反应物产生氢气并且再生这些反应物的方法，包括以下步骤：（ａ）使优选选自铁、锌、铜、铝、镍及它们的组合、更优选铁的零价金属与优选选自羧酸、甲酸、乙酸、草酸及它们的组合的有机酸进行反应，由此形成金属－Ｏ－ＣＯ－Ｒ络合物；（ｂ ）移除金属和酸反应产生的氢；（ｃ）通过使用氧化剂氧化金属－Ｏ－ＣＯ－Ｒ络合物来再生有机酸，氧化剂优选选自过氧化氢、淀粉、糖、氧气、臭氧及它们的组合；以及（ｄ）以金属氧化物的形式沉淀金属。

【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：PD霍普金斯，XD胡，赵世忠，D肖伯，
申请(专利权)人：苏德化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]