一種製取氫氣和氧氣的熱化學循環法的製作方法

2023-05-22 18:07:51 1

專利名稱：一種製取氫氣和氧氣的熱化學循環法的製作方法
技術領域：
本發明屬於化工工業分解水製取氫和氧的工藝方法。
氫氣和氧氣的製取是重要的基礎化工工業，氫氣不但是一種廣泛應用的化工原料，更是一種極好的燃料。利用取之不盡的水來製取氫氣和氧氣一直是人們特別重視的課題。近百年來，分解水製取氫和氧主要是電解法，該法能耗大，成本較高。近年來，人們開始提出幾種新的分解水製取氫和氧的方法，這些方法有1、水的直接熱催化分解法;2、水的光催化分解法;3、熱化學循環法等。較為先進的方法是USP3，927，192(1975)發表的熱化學循環法，它採用三步熱化學反應
這種三步熱化學循環法，看起來簡單，但實施起來，卻有許多工藝問題難以解決，如反應後的固體產物熔結在反應器中，難以清洗，反應器易被腐蝕，耗熱能較大，不易實現工業化生產等。
本發明是在上述三步熱化學循環法基礎上，提出了二步熱化學循環法，並提供一種催化劑，使得本發明工藝方法合理、簡單、並降低了能耗。
本發明是通過二個化學反應組成一個熱化學循環，即將Cr2O3和鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬氫氧化物及其載體混合成催化劑，然後將該催化劑作為反應物置於反應器中加熱並反應，產生氫氣，氫氣產生後(或氫氣出完後)，降低反應溫度，再向反應器中通入水蒸汽並反應，產生氧氣，並使得反應物逐漸恢復到原來催化劑狀態，然後再將催化劑加熱，又可產生氫氣，如此反覆循環就形成了本發明的熱化學循環。所說的鹼金屬氫氧化物和鹼土金屬氫氧化物，它們的配比為0∶100～100∶0，即可以單獨使用鹼金屬氫氧化物或者單獨使用鹼土金屬氫氧化物，也可以按一定比例混合使用，它們可以是由一種氫氧化物或者多種氫氧化物混合組成。如本發明採用KOH和Cr2O3及載體混合組成催化劑，將該催化劑作為反應物進行熱化學循環反應的反應式為
所說的載體可選用分子篩，如選用ZSM-5分子篩或H198作載體。
本發明的特點在於1、耗能較小，製取H2的能耗比較可從下表看出
2、與USP3，927，192相比，省去了蒸發水的步驟，節省了熱能;由於採用了分子篩作載體，對反應器不產生腐蝕，固體產物也不會熔結在反應器中。
3、制H2轉化率高，幾乎是100%，H2純度可達97%。
4、在本發明的熱循環反應中，固體物料一次加入就可反覆循環使用，損失極小，無需在反應過程中將固體或液體物料循環輸送，降低了動力消耗。
5、本發明工藝方法簡單，易於實現工業化生產。


圖1是本發明的反應裝置圖。
下面結合附圖對本發明作進一步說明將Cr2O2和KOH及ZSM-5分子篩混合，製成片狀催化劑，其配比為(Cr2O3+KOH)∶分子篩＝7∶3，然後將片狀催化劑作為反應物送入反應器(1)中加熱，製取氫氣，反應溫度為600～800℃，最佳溫度為700℃，所產生的氫氣經冷凝器(2)再通過輸送管(3)送入氫氣櫃。制氫反應的時間約為5～8小時。制氫反應完成後，將反應器(1)降溫至500～600℃，最佳溫度為550℃，再由汽管(5)通入水蒸汽，進行制氧反應，反應過程中產生的氧氣經冷凝器(2)再通過輸送管(4)送入氧氣櫃。在制氧反應中，反應物逐漸恢復為Cr2O3。經5～8小時的制氧反應後，停止通入水蒸汽，再升溫至700℃，使反應物再反應生成氫氣，如此反覆循環即構成了本發明的熱化學循環。
權利要求
1.一種分解水製取氫氣和氧氣的熱化學循環法，其特徵在於是通過二個化學反應組成一個熱化學循環，即將Cr2O3和鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬氫氧化物及其載體混合成催化劑，將該催化劑作為反應物置於反應器中加熱進行制氫反應，然後降低反應溫度，再向反應器中通入水蒸汽進行制氧反應，如此反覆循環。
2.如權利要求1所述的熱化學循環法，其特徵在於所說的催化劑是採用KOH和Cr2O3及載體混合組成，將該催化劑作為反應物進行熱化學循環反應的反應式為
3.如權利要求1、2所述的熱化學循環法，其特徵在於製取氫氣的反應溫度為600～800℃，最佳溫度為700℃，製取氧氣的反應溫度為500～600℃，最佳溫度為550℃。
4.如權利要求1、2、3所述的熱化學循環法，其特徵在於製取氫氣的反應時間為5～8小時;製取氧氣的反應時間為5～8小時。
5.如權利要求1、2、3、4所述的熱化學循環法，其特徵在於所說的載體採用ZSM-5分子篩。
6.如權利要求1、2、3、4所述的熱化學循環法，其特徵在於所說的載體選用H198。
全文摘要
本發明提出了一種分解水製取氫氣和氧氣的熱化學循環法。它是將Cr
文檔編號C01B3/06GK1072904SQ9111150
公開日1993年6月9日 申請日期1991年12月7日 優先權日1991年12月7日
發明者彭承麟, 楊潔, 高偉民, 張龍 申請人:吉林工學院