制氢的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过改进的电解过程制氢的方法、适于这种方法的电解槽(电解装置)和包含这种电解槽的装置。本发明专利技术进一步涉及肼水溶液的新用途；特别是作为电解液的新用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制氢的方法本专利技术涉及一种通过改进的电解方法来制氢的方法、适合于这种电解方法的电解槽(电解装置)和包含这种电解槽的装置。本专利技术进一步涉及肼水溶液的新用途；特别是作为电解液的新用途。氢，特别是氢气和含氢气体是众所周知的，并且被认为是当今工业和即将到来的氢经济中的关键要素。氢气的有效制造是最重要的。当前用于制氢的工业过程基于通过裂化或蒸汽重整来处理诸如天然气的烃。这些方法固有地涉及CO2的排放，这当然是不利的。不含CO2排放的制氢的方法也是已知的，包括水的电解。这些方法产生氧作为有利的副产物。虽然在环境上明显是有利的，但用来制氢的水的电解尚未达到大规模生产，这主要是出于成本考虑。Schallenbach等(JournalofTheElectrochemicalSociety，163(11)F3197-F3208(2016))讨论了对于水电解效率的新观点。该文献对电解装置效率进行了建模，并讨论了各种参数，包括电极、电解液和运行参数。Okamoto等(US4384941)公开了一种在配备有特定的阳离子交换膜的电解槽中电解纯水的方法。Bert等(WO2009/024185)公开了一种通过氨电解的机载连续制氢、相应的装置及其操作方法。如此获得的氢-氮混合物可以用作内燃机中的燃烧促进剂。如该文献(式3)中所述的那样，在电解过程中使用氨水将氨分解为氮和氢。类似地，Bert等(WO2008/061975)公开了用于通过氨水的电解来制氢的电极。据推测是用含有NH基团的化合物代替氨。再次，该作者强调分解氨而不是水(第4页)。Yamazaki等(JP2012/0182516)公开了从肼水溶液开始制氢。该方法包括阴极和阳极的浸入，所述阳极包含金属配合物的催化活性涂层，所述金属配合物含有(IX)族金属和特定的配体。根据该文献的实施例1和2，电解液包含含有1摩尔％的肼(相当于3.2重量％)和1摩尔％或0.1摩尔％的NaOH(相当于4重量％或0.4重量％)的水溶液。由于催化剂的存在，反应自发地发生，而没有施加外部电压。作为结果，所公开的方法不是电解方法，而是自发发生的催化方法。虽然在该研究的范围内是合适的，但阳极难以制造且在操作中敏感，因此阻碍了商业应用。因此，本专利技术的目的是减轻现有技术的这些缺点中的至少一些。特别地，本专利技术的目的是提供一种有效地获得氢并避免CO2排放的方法。这些目的通过如权利要求1所限定的方法，如权利要求5中所限定的电解装置和如权利要求9中所限定的用途来实现。在说明书和独立权利要求中公开了本专利技术的其他方面，在说明书和从属权利要求中公开了优选的实施方案。下面将更详细地描述本专利技术。应该理解，本说明书中提供/公开的各种实施方案、优选项和范围可以任意组合。此外，取决于特定的实施方案，选择的定义、实施方案或范围可能不适用。如本文中所使用的那样，除非在本文中指出或与上下文明显矛盾，否则在本专利技术的上下文中使用的用语“一个”、“一种”、“该”和类似用语(特别是在权利要求的上下文中)应解释为涵盖单数和复数两者。如本文中所使用的那样，用语“包括”、“含有”和“包含”在本文中以其开放的，非限制性的意义使用。用语“含有”应同时包括“包含”和“由……组成”。更一般而言，在第一方面，本专利技术涉及一种用于制氢的电解方法。本专利技术的方法包含电解包含水和肼的组合物的步骤。本专利技术的这一方面将在下面进一步详细地说明:术语“电解方法”通常是已知的，且涉及其中借助于电极(阴极和阳极)使电解液组合物经受电流(优选直流)以驱动原本非自发的化学反应的过程。因此，本专利技术方法的关键参数是电解液组成、电极和过程参数的选择。不受理论的束缚，相信在纯水中添加肼改善了水的电解。特别地，当与不存在肼的方法相比时，该方法更快、更经济。该效果可以归因于肼放热分解为氢和氮。本文中所述的电解方法是(a)更快(每次产生更多的氢)；(b)生产能力更高(每单元产生更多的氢气)；(c)效率更高(能耗更少)。这允许用本专利技术的电解方法和电解装置代替当前的电解方法和电解装置。因此，本专利技术提供了一种用于从水制氢的改进的电解方法。电解液组合物:如以上所概述的那样，电解液组合物包含水和肼。肼的量可以在宽范围内变化，在电解液组合物中可以存在98重量％以下的肼。有利地，电解液组合物包含水和0.5-50重量％的肼，优选水和5-50重量％的肼。在一个替代实施方案中，电解液组合物包含水和0.5-5重量％的肼，优选水和0.5-3重量％的肼。测试显示，诸如仅3重量％的少量的肼给出了优异的结果。从经济角度来看，如此少量的肼也是有利的。因此，肼在水中的可商购的溶液可用于本专利技术的方法。由于以上组分的比重，重量％和体积％涉及大约相同的值。在一个实施方案中，电解液进一步含有添加剂，其优选选自诸如碱金属氢氧化物的无机碱性化合物，例如氢氧化钾(KOH)。发现氢氧化钾是特别有益的。在一个替代实施方案中，电解液组合物不含或基本上不含除水和肼以外的其他组分。因此，电解液组合物可以由水和肼组成。在进一步的实施方案中，电解液组合物含有0.5-3重量％的肼，0-10重量％的KOH(例如0.2-5重量％的KOH)和水。肼:术语“肼”涉及化学实体H2NNH2，特别包括纯化合物H2NNH2、肼水合物H2NNH2*H2O和肼水溶液，诸如可商购的溶液。对包含肼和水两者的溶液进行电解处理被认为是本专利技术的关键特征。为避免疑问，在肼的上下文中给出的重量％将涉及纯化合物而不是肼水合物。氢:如以上所讨论的那样，本专利技术的方法产生氢作为主要产物。术语“氢”涉及化学实体H2，并且特别是指包含100体积％以下的氢，优选50-100体积％的氢，特别优选95-100体积％的氢的气体。在本专利技术的上下文中，氢不含有或基本上不含有含碳的气体(例如，CO、CO2、CH4)。在本专利技术的上下文中，取决于所使用的过程参数和电解装置，所产生的氢可以含有诸如氮(N2)、氨(NH3)或氧(O2)的其他组分。电极:在本专利技术的方法中可以使用各种各样的电极。已知的用于水电解的电极通常适用于本专利技术的方法。已知电极材料会影响电解过程。电极的镀覆是优化电极材料的已知方法。合适的电极或电极材料是已知的和/或可商购的。在一个实施方案中，电极由钛或其合金制成，或者电极镀覆有钛/钛合金。过程参数:包括施加的电压、电池电流、温度和压力的过程参数可以在宽范围内变化，并由技术人员在常规实验中确定。施加的合适电压可以在包括2-480V，优选12-240V，诸如12-48V的宽范围内变化。可以替代地，可以施加100-120V，或200-250V或300-400V。合适的温度可以在通常为0℃-100℃，优选10℃-60℃，诸如20℃-40℃的宽范围内变化。优选地，既不施加加热也不施加冷却，使得过程在环境温度下进行。在一个有利的实施方案中，电解过程在碱性条件下，即在高于7的pH下，优选在7.5-13的pH下运行。这样的条件可以通过添加诸如KOH的无机碱性化合物来获得。在第二方面，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.肼水溶液在用于制氢，特别是用于从水制氢的电解方法中的用途。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170425 EP 17167999.61.肼水溶液在用于制氢，特别是用于从水制氢的电解方法中的用途。


2.权利要求1的用途，其中所述肼水溶液存在于电解液组合物中，所述电解液组合物包含：
·0.5-50重量％的肼，
·99.5-50重量％的水，和
·任选地，10重量％以下的碱金属氢氧化物，优选氢氧化钾。


3.一种用于制氢的电解方法，所述方法包含以下步骤:
电解包含水、肼和任选的氢氧化钾的组合物，其中
·所述组合物包含0.5-50重量％的肼；
·所述组合物包含10重量％以下的碱金属氢氧化物；
·将1.2-400V，诸如12-48V或100-120V，或200-250V，或300-400V的电压施加于所述组合物。


4.权利要求3的电解方法，其中所述组合物的pH在7.5-13之间。


5.根据权利要求3-4中任一项的电解方法，其中阴极材料和阳极材料选自钛及其合金或镀覆有钛及其合金。


6.根据权利要求3-5中任一项的电解方法，其中不存在隔膜。


7.一种电解槽，其包含：
·壳体，
·阴极，所述阴极材料选自钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·塔恩贝克，T·冯列支敦士登，
申请(专利权)人：TEC高级安斯塔尔特公司，
类型：发明
国别省市：列支敦士登;LI