裂解氨的吸气剂制造技术

提供了一种用于裂解氨生成氢的方法。该方法包括将氨通过一种氨裂解催化剂的步骤，该氨裂解催化剂是一种合金，包括（１）具有通式为Ｚｒ↓［１－ｘ］Ｔｉ↓［ｘ］Ｍ↓［１］Ｍ↓［２］的合金，其中Ｍ↓［１］和Ｍ↓［２］分别独立地选自Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ和Ｎｉ所组成的组，ｘ在约０．０到约１．０之间，包括０．０和１．０；以及（２）约２０％至约５０％（重量）的Ａｌ。在另一方面，本发明专利技术的方法用来提供用于运行以氢为染料的内燃机和染料电池的方法。在另一方面，本发明专利技术提供一种包括上述氨裂解催化剂的以氢为燃料的内燃机和氢燃料电池。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氢气制备。更具体地说，本专利技术提供了由氨制备氢气的方法、材料及装置。一方面，由氨释放的氢被用作燃料。2、相关技术近三十年来，由美国和其它工业化国家在控制污染性放射方面所做的努力，已经在很大程度上减少了空气中严重危害环境及健康的污染物的含量。例如，在美国平均每十年大多数市区的空气质量就有明显的改善。尽管如此，仍然迫切需要进一步减少从燃烧动力系统排放到大气中的有害化学物质。事实上，汽车工业的主要目标之一是开发车辆用的低排放的发动机技术，减少甚至消除对环境的影响。例如，加利福尼亚不久将要求售出车辆中至少有2％是无污染性物排放的。迎接这些挑战是极为困难的课题。现在所有车辆都使用内燃机(ICEs)，在内燃机中，利用燃料(主要是烃(CnH2n+2))和空气(主要是氮和氧的混合物)混合物的爆炸反应产生驱动车辆所需的能量。但是，烃类在空气中燃烧产生各种污染性气体，包括一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)、氮和硫的氧化物(即NOx和SOx)、醛、烃类以及铅化合物(Greenwood与Earnshaw 1984)。CO2作为一种“温室气体”，名声很不好，因为它能捕集红外线辐射，所以阻止了地球大气层的热量释放。臭氧与呼吸疾病有关，是一种强氧化剂，因此能造成由空气污染物所引起的性能破坏。氮和硫的氧化物与酸雨有关，是一个主要的环境问题，当与大气中的水(H2O)接触时，也会由于硝酸和硫酸的生成引起性能破坏。硝酸和硫酸作为酸雨对欧洲国家来说是一个特殊问题，已经引起了著名的古代建筑如罗马的Coliseum和雅典的帕台农神殿的破坏。其余的气体与一系列的健康问题有关，特别是铅，已经与脑损害联系到一起。许多可能的烃类燃料替代物正在研究中，在所考虑的各种方案中，由于多种原因氢(H2)成为一种很有希望的替代物。在ICEs中使用氢燃料只需要对现有的发动机设计进行很少的改动。氢在空气中燃烧生成水，因此不会造成较大的环境问题，并且会产生相对较多的能量。在供选择的推进技术中，如电动车辆，氢可以在燃料电池中，其中氢通过电化学反应按照比燃烧更易控制的方式与大气中的氧化合。燃料电池产生的电能可以贮存在电池中，也可以直接充入到电动机中为电动车辆供电。在后一种情况中，其效率要比在ICEs中高得多，与典型的ICEs中的效率值30％左右相比，其效率值达到了90％左右。尽管燃料电池驱动的发动机在以工业规模应用之前，还需要进行优化，但它们有希望最终在运输技术中起主要作用。但有关氢的一个问题是它的安全处理氢与空气发生爆炸反应。可以推断，将氢作为一种广泛应用的燃料，或者是气体或者是液体形式(将需要昂贵的致冷费用)，会带来大量的安全、技术以及经济问题，这成为将氢用作燃料的阻碍性困难。解决氢作为燃料的缺点的一个成功方案要考虑到费用较低、比较简单并且采用比较便宜的材料作为氢载体。氨(NH3)被认为是一种适合的氢载体氨基本上不可燃，容易得到，其液体形式易于处理，不需要昂贵、复杂的致冷技术。另外，对于给定体积的液态氨，含有大约1.7倍体积的液态氢所具有的氢，因此可以更有效地输送氢燃料。在发动机上游适合的分离装置中，氨可以按照下列反应被歧化分解成氢和氮(N2)。氮可以被释放到大气中，不会引起明显的环境问题。氨可以少量存在于氢/氧燃料混合物中，在燃料混合物中氨的体积含量可以达到5％左右，而不会明显影响氢的燃烧。事实上，纯氨很难在空气中燃烧，混到氢气中反而容易燃烧。因此，装置的分解收率不需要达到100％。另外氨有很大的蒸汽压(在27℃时大约为100磅/平方英寸(psi))。使用氨作为氢燃料的贮存介质已经被公开了，例如美国专利US4478177的US4750453，这两个专利均转让给Valdespino，在这里引入作为参考。这些专利描述了一种以氢为燃料的ICE，其中氢是在一个分离室中通过氨的歧化反应得到的。氨分离装置是一个装有催化剂的室，该催化剂是一种或多种金属，包括铁(Fe)、镍(Ni)、锇(Os)、锌(Zn)和铀(U)。这些金属是用于分解氨的公知材料。铁基歧化催化剂也已经有所描述(Georgiev 1989)。但是用这些金属进行氨的歧化反应要求较低的氨流量和/或较高的催化剂温度。已经发现的另一种用于将氨裂解成氢和氮的材料是一种合金，该合金的重量组成包括40.5％Zr、24.5％Mn和25％Fe(市场上可以得到，商品名为St 909，来自SAES Getters of Lainate，意大利)另有10％的铝(Al)用作粘结剂(Baker et al.1994)。遗憾的是，已知的氨裂解技术还不足以使氢燃料用于ICEs中。具体地说，上述现有的氨裂解催化剂的低流量阻碍了将氢用作ICEs或燃料电池中的燃料。预算(Brabbs 1978)表明，将氢变成ICEs燃料烃的真正替代物，发动机所需要的氢流量在大约100标准立升/分钟(slm)和大约200slm之间。因此，确定并开发出能以足够用于ICEs或燃料电池的催化氨的歧化速率的材料，从而发挥氢燃料作为环保型能源的巨大潜能，这将是极大的进步。专利技术概述本专利技术提供了以极为有效的方式由氨的歧化反应供氢的材料和方法。而且，此处所描述的材料和方法可以用于由氨制备氢，其流量可以使氢用于内燃机中。因此可以认为本专利技术对环保型能源的应用作出了重要贡献。一方面，本专利技术提供了氨裂解材料，该材料能以大约95％的效率由氨制备氢。在一种实施方案中，本专利技术的氨裂解材料为合金，该合金包括(1)一种通式为Zr1-xTixM1M2的合金，其中M1和M2分别独立选自Cr、Mn、Fe、Co和Ni所组成的组，x为大约0.0和大约1.0之间，包括0.0和1.0；(2)Al。合金中铝的重量含量在大约20％和大约50％之间。在一种实施方案中，合金中铝的重量含量在大约20％和大约40％之间。在另一种实施方案中，合金中铝的重量含量在大约20％和大约30％之间。在又一种实施方案中，合金中铝的重量含量为20％左右。在一种实施方案中，通式为Zr1-xTixM1M2的合金包括x为0.0的形式，即合金通式为ZrM1M2，其中M1和M2分别独立选自Cr、Mn、Fe、Co和Ni所组成的组。在一种更具体的实施方案中，合金为ZrMnFe。另一方面，上述材料在能有效制备氢和氮的条件下与氨反应。在一种实施方案中，这些条件包括使前述的氨裂解材料在大约500℃和大约1000℃之间、包括500℃和1000℃的温度下与氨反应，从而制备氢气和氮气。在又一种实施方案中，该温度范围为大约600℃和大约800℃之间，包括600℃和800℃，更具体的是在大约600℃和大约700℃之间，包括600℃和700℃。在又一种实施方案中，对本专利技术的用于裂解氨的材料所应用的温度是700℃左右。第三方面，本专利技术涉及使用上述方法和材料向以氢为能源的内燃机和燃料电池提供能量的方法，并进一步涉及包括本专利技术的氨裂解材料的燃料电池和发动机。在一种实施方案中，本专利技术提供了一种运用以氢为能源的燃料电池的方法，其中氨与本专利技术的材料反应制备氢，然后所制得的氢进一步反应产生电流。在另一种实施方案中，此处所描述的材料和方法用于对氢燃烧式内燃机提供氢燃料。参照附图阅读下面的说明书以后，本专利技术的其它方面以及优点将变得更加明显。附图的简要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将氨裂解成氢和氮的方法，该方法包括在有效制备氮和氢的条件下将氨裂解催化剂与氨接触的步骤，其中氨裂解催化剂为一种合金，该合金包括（１）通式为Ｚｒ↓［１－ｘ］Ｔｉ↓［ｘ］Ｍ↓［１］Ｍ↓［２］的合金，其中Ｍ↓［１］和Ｍ↓［２］分别独立选自Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ和Ｎｉ所组成的组，ｘ为大约０．０和大约１．０之间，包括０．０和１．０；（２）Ａｌ，其中，所述合金中的所述铝的重量含量为大约２０％和大约５０％之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克劳迪奥博菲特，约翰D贝克，
申请(专利权)人：泽斯吸气剂公司，洛克希德马汀爱达荷技术公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]