一种氢气高效转化为水的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种氢气转化为水的方法，尤其涉及一种氢气高效转化为水的方法及装置。克服现有单独利用氧化物催化剂存在的温度高或者氧化物催化剂利用率低，单独利用贵金属催化剂存在的反应过程难以控制以及利用氧化物

【技术实现步骤摘要】
一种氢气高效转化为水的方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种氢气转化为水的方法，尤其涉及一种在无外加氧气条件下，氢气高效转化为水的方法。

技术介绍

[0002]为满足氢气中氢同位素比值测试和环境保护的要求，需要将氢气转化为水，为保证测试的准确性和减少对环境的污染，需要使氢气转化为水的效率尽可能高。目前常用的将氢气转化为水的方法主要包括燃烧法和催化氧化法。其中，燃烧法一般用于纯氢的处理，是将高浓度的氢气在空气或氧气中直接点燃，使氢气发生燃烧得到水。这种方法具有设备简单，成本较低的特点。但过程不易控制，尤其是在氢气纯度不够时，极易发生危险。出于安全的考虑，目前已很少采用这一方法。催化氧化法是在催化剂存在的条件下，使氢气与氧化剂发生反应生成水，是目前较为常用的一类将氢气高效转化为水的方法。常用的催化(氧化)剂主要有三类，分别是氧化物催化剂、贵金属催化剂和氧化物
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贵金属混合物催化剂。
[0003]氧化物催化剂催化氧化氢气的优点在于材料简单易得，反应放热量相对较低，可同时用于无氧气氛和空气气氛，但实现完全转化需要较高的温度，如，文献[郑振华,黄志勇,巫泉文等.金属氧化物催化剂在不同气氛中的除氚性能[J].合成化学.2014]报道Ag
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X和CuO分别在200和500℃左右时才能使氢气完全反应。
[0004]贵金属催化剂反应温度低，转化率高，但只能用于含氧气氛，气氛中不含氧气时则需外加氧气，同时反应放热量很大，在处理浓度较高的氢气时，控制难度较大，极易因反应放热，导致氢气发生自发燃烧，使转化过程难以控制。
[0005]氧化物
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贵金属混合物催化剂是通过在载体上同时负载金属氧化物和贵金属制得的催化剂。这类催化剂充分利用了氧化物催化剂和贵金属催化剂的优点，使贵金属催化剂具有更好的稳定性，且在一定程度上具备了在无氧气氛下将氢气转化为水的能力。但由于氧化物的负载量较少，只能在无氧气氛下处理少量低浓度的氢气。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种氢气高效转化为水的方法和装置，可在无外加氧气，预热温度较低的条件下，将大量氢气高效转化为水，转化过程安全、可控。以克服现有单独利用氧化物催化剂存在的温度高或者氧化物催化剂利用率低，单独利用贵金属催化剂存在的反应过程难以控制以及利用氧化物
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贵金属混合物催化剂存在的只能在无氧气氛下处理少量低浓度的氢气等问题。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种氢气高效转化为水的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1、利用氧化物催化剂，使大部分的氢气转化为水；
[0010]控制含氢气的气体以一定流量通过预热后的氧化物催化剂，通过与氧化物催化剂反应使大部分的氢气转化为水；
[0011]步骤2、固态氧气释放剂释放氧气；
[0012]将固态氧气释放剂加热，使其释放出氧气；
[0013]步骤3、利用贵金属催化剂，使步骤1未反应的氢气转化为水；
[0014]将步骤1反应后的气体与步骤2释放出的氧气混合，之后通过贵金属催化剂催化，使步骤1未反应的氢气在贵金属催化剂的作用下与步骤2释放出的氧气发生催化氧化反应转化为水。
[0015]进一步地，步骤1中，上述含氢气的气体中氢气体积含量在5％～100％。
[0016]进一步地，步骤1中控制含氢气的气体的流量为0.2～100L/min。
[0017]进一步地，步骤1中氧化物催化剂预热温度为100℃～400℃。
[0018]进一步地，步骤1中上述含氢气的气体经预热后与氧化物催化剂反应。
[0019]进一步地，上述含氢气的气体预热温度为100℃～400℃。
[0020]进一步地，上述含氢气的气体预热后的温度与氧化物催化剂预热后的温度相同。
[0021]进一步地，步骤1中，上述氧化物催化剂的有效成分为氧化铜、氧化银、氧化锰、氧化铈中的一种或几种的混合物。
[0022]进一步地，上述氧化物催化剂的有效成分为氧化铜，步骤1中氧化物催化剂预热温度为190℃～400℃；
[0023]或，上述氧化物催化剂的有效成分为氧化银，步骤1中氧化物催化剂预热温度为100℃～180℃；
[0024]或，上述氧化物催化剂的有效成分为氧化锰，步骤1中氧化物催化剂预热温度为170℃～300℃；
[0025]或，上述氧化物催化剂的有效成分为氧化铈，步骤1中氧化物催化剂预热温度为230℃～350℃。
[0026]进一步地，上述氧化物催化剂为粉末状、柱状颗粒或球状颗粒。
[0027]进一步地，步骤2中上述固态氧气释放剂的有效成分为高锰酸钾、氯酸钾、氯酸钠、高氯酸锂中的一种或几种的混合物。
[0028]进一步地，步骤2中将固态氧气释放剂加热至220℃～350℃。
[0029]进一步地，步骤2中将固态氧气释放剂加热至230℃～300℃。
[0030]进一步地，步骤3中上述的贵金属催化剂为载体型贵金属催化剂或无载体型贵金属催化剂；上述载体型贵金属催化剂中的载体为硅藻土、分子筛、多孔氧化铝和活性炭中的一种或几种的混合物。
[0031]进一步地，上述无载体型贵金属催化剂的外形是海绵、丝、颗粒、粉末和片状中的一种或几种的混合物。
[0032]进一步地，上述的贵金属催化剂中贵金属是钯、铂或二者的混合物。
[0033]进一步地，步骤3中还包括预热贵金属催化剂的步骤，步骤1反应后的气体与步骤2释放出的氧气混合，之后通过预热后的贵金属催化剂催化。
[0034]进一步地，贵金属催化剂预热温度为120℃～300℃。
[0035]进一步地，贵金属催化剂预热后的温度为150～220℃。
[0036]进一步地，步骤1中控制预热后含氢气的气体以5L/min流量通过预热后的氧化物催化剂，上述含氢气的气体中氢气体积含量在30％，氧化物催化剂的有效含量为氧化锰，预
热温度为170℃，含氢气的气体预热温度为170℃；
[0037]或，控制预热后含氢气的气体以100L/min流量通过预热后的氧化物催化剂，上述含氢气的气体中氢气体积含量在30％，氧化物催化剂的有效含量为氧化锰，预热温度为220℃，含氢气的气体预热温度为220℃；
[0038]控制预热后含氢气的气体以5L/min流量通过预热后的氧化物催化剂，上述含氢气的气体中氢气体积含量在30％，氧化物催化剂的有效含量为氧化铜，预热温度为190℃，含氢气的气体预热温度为190℃。
[0039]本专利技术还提供一种可实现上述方法的氢气高效转化为水的装置，其特殊之处在于：包括流量控制器、气体预热器、氧化物催化柱、贵金属催化柱、氧气释放柱和温度控制器；
[0040]上述流量控制器、气体预热器、氧化物催化柱和贵金属催化柱依次通过管路相连；
[0041]上述氧气释放柱通过管路连接在氧化物催化柱和贵金属催化柱的连接管路上；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气高效转化为水的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用氧化物催化剂，使大部分的氢气转化为水；控制含氢气的气体以一定流量通过预热后的氧化物催化剂，通过与氧化物催化剂反应使大部分的氢气转化为水；步骤2、固态氧气释放剂释放氧气；将固态氧气释放剂加热，使其释放出氧气；步骤3、利用贵金属催化剂，使步骤1未反应的氢气转化为水；将步骤1反应后的气体与步骤2释放出的氧气混合，之后通过贵金属催化剂催化，使步骤1未反应的氢气在贵金属催化剂的作用下与步骤2释放出的氧气发生催化氧化反应转化为水。2.根据权利要求1所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中，所述含氢气的气体中氢气体积含量在5％～100％。3.根据权利要求2所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中控制含氢气的气体的流量为0.2～100L/min。4.根据权利要求3所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中氧化物催化剂预热温度为100℃～400℃。5.根据权利要求4所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中所述含氢气的气体经预热后与氧化物催化剂反应。6.根据权利要求5所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：所述含氢气的气体预热温度为100℃～400℃。7.根据权利要求6所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：所述含氢气的气体预热后的温度与氧化物催化剂预热后的温度相同。8.根据权利要求1
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7任一所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤1中，所述氧化物催化剂的有效成分为氧化铜、氧化银、氧化锰、氧化铈中的一种或几种的混合物。9.根据权利要求8所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：所述氧化物催化剂的有效成分为氧化铜，步骤1中氧化物催化剂预热温度为190℃～400℃；或，所述氧化物催化剂的有效成分为氧化银，步骤1中氧化物催化剂预热温度为100℃～180℃；或，所述氧化物催化剂的有效成分为氧化锰，步骤1中氧化物催化剂预热温度为170℃～300℃；或，所述氧化物催化剂的有效成分为氧化铈，步骤1中氧化物催化剂预热温度为230℃～350℃。10.根据权利要求8所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：所述氧化物催化剂为粉末状、柱状颗粒或球状颗粒。11.根据权利要求8所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤2中所述固态氧气释放剂的有效成分为高锰酸钾、氯酸钾、氯酸钠、高氯酸锂中的一种或几种的混合物。12.根据权利要求11所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤2中将固态氧气释放剂加热至220℃～350℃。
13.根据权利要求12所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤2中将固态氧气释放剂加热至230℃～300℃。14.根据权利要求13所述的氢气高效转化为水的方法，其特征在于：步骤3中所述的贵金属催化剂为载体型贵金属催化剂或无载体型贵金属催化剂；所述载体型贵金属催化剂中的载体为硅藻土、分子筛、多孔氧化铝和活性炭中的一种或几种的混合物。15.根据权利要求14...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳晨午，刘龙波，张静雅，唐寒冰，凡金龙，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：