氢产生催化剂、氢产生方法、氢产生装置的制作方法

专利名称：氢产生催化剂、氢产生方法、氢产生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从水中获取氢的氢产生催化剂、使用该催化剂的氢产生方法、及用于实施该方法的氢产生装置。
背景技术：
作为由水生产氢的方法，已知有通过催化剂使纯水热分解为氢和氧的方法来(日本特开平10-212101号)，在该热分解过程中，将硅氧化物作为催化剂投入到能够旋转的炉容器中、抽真空使炉容器内为真空状态，抽真空后，投入纯水并将最终目标温度设定为 350 700°C，边分阶段加热边回收氢和氧。此外，作为其它方法，已知有如下方法使经微细粉碎的钼或钯等金属催化剂与保持约60 150°C温度的含有螯合剂的水接触，从而产生氢的方法(日本特公昭62-52102 号)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平10-212101号专利文献2 日本特公昭62-52102号

发明内容
发明要解决的问题但是，就专利文献1中的方法而言，有以下缺点不仅必须使用纯水，并且由于是分阶段加热，因此获取氢需要花费很长时间。此外，就专利文献2的方法而言，有以下缺点不仅必需使用螯合剂，而且氢的产生量较少。因此，本发明的目的在于解决传统技术中的上述问题点，提供一种用于从水中获取氢的氢产生用催化剂、使用该催化剂的氢产生方法、及用于实施该方法的氢产生装置。本发明的目的还在于提供一种催化剂寿命长，且于低温下能够使水大量分解为氢和氧的氢产生催化剂、使用该催化剂的氢产生方法、及用于实施该方法的氢产生装置。解决问题的方法解决上述问题的本发明涉及一种用于由水产生氢的催化剂，其包含金属元素供给体以及碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物，所述金属元素供给体提供熔融在所述碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物中的金属元素，其中，加热所述碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物至其熔点以上，从所述金属元素供给体熔融出金属元素形成熔融盐，并使微粒群飞散在该熔融盐的液面上。本发明还涉及一种上述催化剂，其中，所述碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物是氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钡(Ba (OH) 2)、以及氢氧化锶(Sr(OH)2)中的至少一种或它们的混合物。
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本发明还涉及一种上述催化剂，其中，所述金属元素供给体包含镍(Ni)、钯(Pd) 以及钼(Pt)中的至少1种，还包含铬(Cr)、钼(Mo)、钴(Co)、铜(Cu)、铑( )以及钨(W) 中的至少1种。本发明还涉及一种上述催化剂，其中，所述金属元素供给体还包含铁(Fe)。为了解决上述问题，本发明还涉及一种用于由水产生氢的催化剂，其中，使碱金属氢氧化物和金属氧化物混合，将混合后的物质加热至碱金属氢氧化物的熔点以上，制作复合金属化合物，并在该复合金属化合物中熔入至少2种以上金属元素，使催化剂微粒群从其表面飞散。本发明还涉及一种上述催化剂，其中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)，所述金属氧化物为氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO2)、氧化镍 (NiO)、氧化锡(SnO2)、氧化铋(Bi2O3)、氧化钙(CaO)、氧化铜(CuO)、氧化钨(WO3)、氧化镁 (MgO)、氧化铬(Cr2O3)、氧化钼(MoO3)、氧化铝(Al2O3)以及氧化钡(BaO)中的至少一种。本发明还涉及一种上述催化剂，其中，所述金属元素为镍(Ni)、铬(Cr)以及铁饰)。解决上述问题的本发明还涉及一种由水产生氢的方法，其中，在电离成金属离子和氢氧根离子或碳酸离子的吸湿性的熔融盐内，使切断水蒸气内氢和氧之间的键的第1金属元素以及辅助第1金属元素的第2金属元素熔融从而离子化，并且放出电子使熔融盐成为电子富集的状态，加热熔融盐至其熔点以上，从而使微粒子从熔融盐飞散，使该粒子与过热水蒸气接触，电离所述过热水蒸气产生氢，并且使分离的氧与构成熔融盐的金属离子键合，形成氧化物，使该氧化物中的一部分与所述微粒子一起流出到外部。本发明还涉及一种上述由水产生氢的方法，其中，所述熔融盐为氢氧化钠(NaOH)、 氢氧化钾(KOH)、碳酸锂(Li2CO3)以及碳酸钾(K2CO3)中的至少一种或它们的混合物，所述第1金属元素为镍(Ni)、钯(Pd)以及钼(Pt)中的一种，所述第2金属元素为铬(Cr)、铁 0 )、钼(Mo)、钴(Co)、铜(Cu)、铑(Rh)以及钨(W)中的至少一种或它们的混合物。解决上述问题的本发明还另外涉及一种氢产生装置，该装置包括耐腐蚀性催化剂筒，其收纳液体催化剂或固体催化剂；水蒸气产生部，用于产生供给到该催化剂筒内的催化剂上的水蒸气；金属元素供给体，与所述催化剂接触并向催化剂中供给熔出的金属元素； 加热装置，用于对所述催化剂筒内的催化剂进行加热；以及空气侵入防止装置，用于使空气不进入所述催化剂筒内。本发明涉及一种上述氢产生装置，其中，所述水蒸气产生部设置在催化剂筒内，通过所述加热装置对送入到催化剂筒内的水蒸气产生部的水进行加热，从而形成加热水蒸气。本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，所述金属元素供给体形成为设置在催化剂筒内的鳍状(finlike)、块状、以及粉末状中的至少一种形式，并且所述催化剂筒由金属材料形成从而起到金属元素供给体的作用。本发明还涉及一种上述氢产生装置，其包括与水蒸气产生部相连的水罐；以及水蒸气除去装置，该水蒸气除去装置包括回收与从催化剂筒产生的氢一起流出的水蒸气和微粒催化剂的水罐。本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，将所述催化剂筒配置为立式，在其底部处收纳催化剂，其上方形成充满微粒群的反应空间，所述加热装置为覆盖催化剂筒周围的面加热器。本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，将所述催化剂筒配置为立式，所述加热装置为支撑催化剂筒并进行加热的加热炉，该加热炉具备在炉筒内安装有燃烧器的燃烧器口，通过来自炉筒的热风加热所述催化剂筒的周围，所述水蒸气产生部包括供给水并设置在所述催化剂筒周围的热交换器。本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，在所述催化剂筒内收纳熔融盐催化剂， 在所述催化剂筒内设置对该熔融盐液面的位置进行测定的液面测定装置，并且设置当催化剂不足时阻断空气并补充催化剂的催化剂补充装置。本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，所述催化剂补充装置包括捕集与来自催化剂筒的氢一起流出的微粒催化剂的水罐，以及使该水罐内的催化剂水溶液返回催化剂筒的管路。本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，所述催化剂补充装置是设置在催化剂筒的上面、用于收纳催化剂的催化剂补充筒。本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，所述催化剂筒为配置成卧式的筒形状， 在其内部收纳有炉筒，在该炉筒的一端部安装有燃烧器，设置多个热风管使来自所述炉筒的热风在所述催化剂筒内流通，由催化剂筒的一端部向所述催化剂筒内收纳催化剂的催化剂室中供给水，从而形成水蒸气，并从催化剂室的另一端部回收氢。本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，所述催化剂筒分为微粒产生部和气相反应部2部分，其中，所述微粒产生部收纳催化剂并产生微粒群，所述气相反应部收纳来自该微粒产生部的微粒群并使其与水蒸气反应。本发明还涉及一种上述氢气产生装置，其设置有用于从输送至水蒸气产生部的水中除去氯的氯除去装置。发明的效果本发明的熔融盐催化剂在碱金属氢氧化物(例如NaOH、Κ0Η)、碱土金属氢氧化物 (例如Ba(0H)2、Sr(OH)2)的熔融盐中，熔融有用于切断水蒸气的氢和氧之间的键的金属元素(Ni、Pd、Pt)以及辅助该金属元素的元素(0^0、14^&)、01、他)，在这种情况下，将其加热至这些氢氧化物的熔点以上时，氢与氧分离。即，在300°C以上的温度下作用，连续运转时需要达到约500°C。无论在哪种情况下，均不仅仅为氧化反应，而且有电化学反应即电离反应，并且由于主要反应是通过从液面飞散的微粒群引起的，因此反应表面显著增大，催化剂的寿命长(3个月以上)，可以在低温下将水大量分离成氢和氧。此外，即使在固体催化剂的情况下，使水分解的反应也与液体(熔融盐)的情况相同，其反应温度比为液体时有一定程度的提高，但在船舶、汽车这样的催化剂装置不固定、 发生摇动的情况下，优选固体催化剂。就本发明的氢产生方法而言，不仅熔融盐本身发生电离，而且切断氢键的金属也发生熔融且处于电子富集的状态，因此，从液面升起的微粒群与水蒸气反应并使水蒸气电离，反应表面积显著增加，因此可以在低温下大量地产生氢，而且得到分离的氧形成氧化物，该氧化物与水蒸气反应，其中的一部分补充为催化剂，剩余部分流出到外部。因此，不会出现氧化物充满催化剂部分并立即导致催化剂失活的情况。
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由于本发明的氢产生装置包括金属元素供给体，其包括耐腐蚀性的催化剂筒、水蒸气产生部、催化剂筒的外壳(casing)；用于加热催化剂的加热装置；防止空气侵入催化剂内的空气侵入防止装置，因此可以通过简单的构成来实现催化剂的长寿命。此外，如果将水蒸气产生部设置在催化剂筒内，则可以利用和催化剂相同的加热装置进行加热，从而使构成变得简单。另外，如果使催化剂筒发挥金属元素供给体的作用， 则不再特别需要鳍状金属元素供给体等，并且可以加速熔融金属在催化剂内的熔化，也会使过程加快。此外，如果使空气侵入防止装置兼为水罐和水蒸气除去装置，可以有效地使用必须构成部件。另外，将催化剂筒设置为立式，通过面加热器对其周壁进行加热，则可以高效地对在催化剂筒内的上部形成的反应空间进行加热。此外，如果不利用面加热器，而是利用加热炉进行加热，则可以不采用加热器而是采用燃烧器进行加热，从而可以形成能够有效利用所收集的氢的自燃式加热装置。进一步，如果设置催化剂补充装置，则可以长时间使用而不用打开催化剂筒。进一步，如果将催化剂筒分成微粒产生部和气相反应部，则将反应剧烈、容易损坏的气相反应部制成特殊结构或制成能够仅更换该部分的简单结构，可形成效率良好的装置。


图1]是示出本发明的卧式氢产生装置的基本结构的图。
图2]是示出本发明的立式氢产生装置的基本结构的图。
图3]是说明图，其示出了作为本发明的第1催化剂的熔融盐的催化剂作用
图4]是说明图，其示出了从第1催化剂的液面飞散的微粒的作用。
图5]是说明图，其示出了作为本发明的第2催化剂的固体催化剂的作用。
图6]是说明图，其示出了从第2催化剂的固体面飞散的微粒的作用。
图7]是催化剂组件的立体图。
图8]是结构图7的催化剂组件的催化剂单元的内部结构图。
图9]是说明图，其示出了图8的催化剂单元内的水蒸气流动。
图10是示出催化剂单元的其它实施例的立体图。
图11是图10所示的催化剂单元的纵剖面图。
图12是图11所示的催化剂单元的法兰(flange)的剖面图。
图13是示出了图12所示法兰的衬垫结构的图。
图14是第1氢产生装置M1的概略结构图。
图15是第1氢产生装置M1的系统图。
图16是第2氢产生装置M2的系统图。
图17是示出催化剂组件的其它实施例的立体图。
图18是在图17的催化剂组件中使用的金属元素供给体的立体图。
图19是作为其它实施例的催化剂组件U4的立体图。
图20是在图19的催化剂组件中使用的金属元素供给体的立体图。
[图21]是立体图，其示出图20的催化剂组件中具备的兼用于氢气排出和催化剂补充的兼用管的前端开口部。[图22]是第3氢产生装置M3的系统图。[图23]是在图22的氢产生装置M3的催化剂组件U5中使用的面发热体的立体图。[图24]是结构图23的催化剂组件U5的催化剂盒(cassette)的立体图。[图25]是作为本发明的其它实施例的第4氢产生装置M4的系统图。[图26]是在第4氢产生装置M4中使用的催化剂盒的立体图。[图27]是示出第4氢产生装置M4的密闭外壳的前面状态的立体图。[图28]是安装在图27的密闭外壳上的催化剂补充装置的结构图。[图29]是示出图观的补充装置的其它实施例的结构图。[图30]是示出催化剂补充系统的其它实施例的结构图。[图31]是将本发明的氢产生装置适用于船舶时的系统图。[图32]是在图31的氢产生装置中使用的催化剂组件U6的立体图。[图33]是图32的催化剂组件的部分剖面图。[图34]在空气加热器(airboiler)上组装本发明的氢产生装置时的系统图。[图35]是组装有本发明的催化剂组件时的氢燃烧器的系统图。[图36]是将本发明的催化剂组件组装于蒸气加热器时的蒸气加热器的系统图。[图37]是将本发明的催化剂组件组装于氢发动机系统时的系统图。[图38]是将本发明的催化剂组件U1(图15)组装于氢发动机的系统时的系统图。[图39]是示出图38所示系统的其它实施例的系统图。[图40]是示出图38所示系统中的辅助加热器的结构图。[图41]是组装有本发明的氢产生装置的火力发电系统图。[图4 是在燃料电池中组装有本发明的催化剂组件时的系统图。[图43]是作为本发明其它实施例的第5氢产生装置M5的系统图。[图44]是作为本发明其它实施例的第6氢产生装置M6的系统图。[图45]是图44所示的第6氢产生装置的卧式催化剂单元的概略结构图。[图46]是图45的催化剂单元的分解立体图。[图47]是具备示出本发明的其它实施例的立式催化剂单元的第7氢产生装置M7 的概略结构图。[图48]是立式催化剂单元的部分剖开透视图。[图49]是具有立式催化剂单元的第7氢产生装置M7的具体结构图。[图50]是在立式催化剂单元中使用的水蒸气管的立体图。[图51]是作为本发明的其它实施例的第8氢产生装置M8的立体图。[图52]是说明图，其示出了图51所示的第8氢产生装置的重要部分。[图53]是说明图，其示出了立式催化剂单元的其它实施例。[图54]是对氢进行加压储存的氢加压装置的系统图。[图55]是说明图，其示出了将水蒸气送入到催化剂中的其它方式。[图56]是催化剂制造装置的概略结构图。[图57]是收纳催化剂的箱体的立体图。
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[图58]是催化剂补充装置的结构图。[图59]是制作催化剂小片时的作用说明图。
具体实施例方式下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1示出了本发明一实施方式的氢产生装置的基本结构，例如，在由SUS304制成的外壳(催化剂筒)1上，设置水的注入口 2和氢的出口 3，将水注入到外壳1内的蒸气室 4内。在催化剂筒内一体地形成蒸气室4时，构成简单，并且可以通过与催化剂相同的加热装置进行加热。通过加热器(加热装置)5对外壳1的下面进行加热，由此将外壳1内加热至300 600°C。在外壳1内形成催化剂室6，该催化剂室6内中收纳有催化剂C。此外，还收纳有金属元素供给体(鳍状(fin)材料)7，金属元素供给体为例如由Cr-Ni-Fe制成的 SUS304板材。在催化剂室6的上部有用于流通水蒸气的水蒸气通路(反应空间)8，在此形成使水蒸气通过的结构，在蒸气室4生成的120 130°C的过热水蒸气，在水蒸气通路8中分解，在此，分解的氢由出口 3放出。此外，在水蒸气通路8中存在大量由催化剂C飞散而成的细小的纳米级粒子，形成微粒群11。图2示出了立式的基本结构，由于水的分解反应主要在水蒸气和由催化剂C飞散而成的微粒群之间进行，因此优选形成大量飞散微粒群的结构。即，向立式的、例如由 SUS304制成的圆筒状的外壳(催化剂筒)20的底部注入催化剂C，在该催化剂C内包含有金属元素供给体(鳍状材料)7，在所述催化剂C上方存在有催化剂C的微粒群11，在外壳 (催化剂筒)20内，设有水管21，在水管21的下端设置有筒状的水接收器(蒸气产生部)22， 从水管21滴下的水与水接收器22的底面接触，变成120 150°C的水蒸气，该水蒸气在反应空间M内与所述微粒群11进行反应。所述外壳20的外面通过面加热器(加热装置)23 被加热至300 600°C。需要说明的是，卧式的优点在于催化剂C的液面面积增大，从而使得微粒群11飞出的面积变大，微粒群11在反应空间中的浓度升高。相对于此，立式的优点不仅在于形成反应空间大的容积，而且可以在外壳的上面制作焊接部分，并且由于焊接部分和催化剂液面之间的距离较远，因此可以防止对焊接部分的侵蚀。这样一来，如果使用面加热器，则可以对收纳反应空间M和催化剂的底部部分也进行均勻地加热，特别地，可以防止反应空间 24的温度降低。下面，分别对反应中涉及的各要素进行描述。1.关于供给水可以为普通的水，即使含有自来水含量水平的氯(Cl)也没关系。由于对水进行加热使其形成120 150°C的水蒸气，并将该水蒸气供给至反应空间8、11，因此，即使为硬水， 由于矿物成分在蒸气室4或水接收器22中被除去，因此也不存在问题。使用海水的情况下， 由于在蒸气室4或水接收器22中残留有盐分(NaCl)，如果量很大，则必须除去。因此，当为海水、硬水时，可以将蒸气室和收纳催化剂的外壳1分开设置，从而形成方便除去盐分、矿物成分的结构。2.关于催化剂
1)熔融盐可以是作为吸湿性大的碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物的氢氧化钠 (NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钡(Ba (OH) 2)、以及氢氧化锶(Sr(OH)2)中的至少1种或几种这些物质的混合物。即，在碱金属氢氧化物(包括碱土金属氢氧化物)中，可以使用于300 600°C发生熔融并熔融其它金属形成熔融盐的碱金属氢氧化物(包括碱土金属氢氧化物)，但例如氢氧化钙(Ca(OH)2)在该温度范围内为固体，无法形成熔融盐，氢氧化镁(Mg(OH)2)在高温下分解无法形成液态。而氢氧化锂(LiOH)虽然能形成熔融盐，但在实验过程中不产生氢。 另外，碳酸钠(Na2CO3)虽然可以形成熔融盐，但需要在850°C以上，因此无法实际应用，而碳酸锂(Li2CO3)以及碳酸钾(K2CO3)在700°C以下形成熔融盐，并产生氢。需要说明的是，由于催化剂是在加热至300°C 600°C处于熔融状态时使用，因此如果加热至上述温度，则该成分的微粒由液面飞散，由于该微粒子的直径为纳米级，因此无法通过肉眼观察。此外，为了增加催化剂与水蒸气之间的接触度，需要具有大的吸湿性。2)固体需要说明的是，催化剂不一定为熔融盐，也可以使用固体状态的催化剂。S卩，在碱金属氢氧化物(NaOH、KOH等)中，加入例如作为金属氧化物(其熔点通常明显高于碱金属氢氧化物的熔点)的氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)等并混合形成粒子，将得到的粒子放入到图1、图2的外壳1、20内，并直接加热至500°C左右，金属氢氧化物熔融，与固体金属氧化物反应形成化合物。此时，优选碱金属氢氧化物和金属氧化物的重量比为约3 1。在所述化合物中，从其表面飞散微粒群11，该微粒群与水蒸气反应从而使氢分离。更具体来说，所述化合物通过下述方法形成将至少一种亲水性的低熔点O50 4500C )金属氢氧化物(例如，氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钡(Ba(OH)2)(熔点408°C)、氢氧化锶(Sr(OH)2)中的至少一种)(粒状)，与粉末状或粒状的其它金属氧化物(氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(&02)、氧化镍(NiO)、氧化锡(SnO2)、氧化铋 (Bi2O3)、氧化钙(CaO)、氧化铜(CuO)、氧化钨(WO3)、氧化铬(Cr2O3)、氧化镁(MgO)、氧化钼 (MoO3)、氧化铝(Al2O3)、氧化钡(BaO)中的至少一种)均勻混合，在外壳1、20内进行加热， 当为氢氧化钾(KOH)和氧化钛(TiO2)时，在两者的加热过程中，通过如下反应，进行脱水形成复合金属氧化物即钛酸钾(K2Ti2O5)2K0H+2Ti02 ^ K2Ti205+H20 · · · (a)。需要说明的是，与氧化钛同样地，由氧化锆(ZrO2)与氢氧化钾生成化合物时，通过如下反应生成锆酸钾(KJr2O5),其与上述钛酸钾(K2Ti2O5)起到同样的作用2K0H+2Zr02 — K2Zr205+H20 ...(b)。同样地，氧化镁(MgO)和氢氧化钠(NaOH)的反应如下所示，可以生成镁酸钠Mg0+2Na0H — Na2MgO2+H2O ... (c)。由于氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钾(KOH)具有相似地性质，因此它们可以互换，或者，可以向两者混合后的物质中加入其它成分。3.关于金属元素供给体作为在碱金属熔融盐的液体催化剂或由碱金属氢氧化物与金属氧化物的金属化合物构成的固体催化剂中熔融的金属，为了起到切断氢和氧之间的键放出电子这样的作用，必须含有例如镍(Ni)、钯(Pd)以及钼(Pt)中的至少1种元素，另外，确认优选含有有助于液体、固体催化剂中放出的电子的移动、起电极作用的元素，例如过渡元素中的铬(Cr)、 铁0 )、钨(W)、铜(Cu)、钴(Co)、铑貤)以及钼(Mo)。需要说明的是，单独使用钛(Ti)、 镁(Mg)时，反应过于剧烈，不易使用。因此，优选与其它金属形成合金来使用。作为具备上述条件的金属材料，SUS304不锈钢(18Cr —SNi-余量Fe)是最稳定的，容易使用。此外，确认了如SUS316这样，含有一定量的Mo的材料反应较为良好。需要说明的是，单独使用镍而不含其它过渡元素时，单独使用铁而不含其它过渡元素时，不进行反应(产生氢的反应)， 为铁-镍合金、镍-铬合金时产生氢，如使用SUS430这样不含镍、钯、钼的铬-铁合金时，反应无法长时间持续。需要说明的是，金属供给体的形状任选为鳍状、块状或粉末状。此外，向镍容器中投入氢氧化钠，投入作为金属供给体的SUS304时，无氢产生。S卩、外壳1、20也发挥作为金属元素供给体的作用，由上述这些关系来确定是否产生氢。该关系如表1所示。
权利要求
1.一种用于由水生成氢的催化剂，其包含碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物、以及提供熔融在碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物中的金属元素的金属元素供给体，将所述碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物加热至其熔点以上，使金属元素从所述金属元素供给体熔融出来，形成熔融盐，并使催化剂微粒群在该熔融盐的液面上飞散。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物是氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钡(Ba (OH) 2)、以及氢氧化锶(Sr(OH)2)中的至少一种，或它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述金属元素供给体包含镍(Ni)、钯(Pd)以及钼(Pt)中的至少1种，还包含铬(Cr)、钼(Mo)、钴(Co)、铜(Cu)、铑(1 )以及钨(W)中的至少1种。
4.根据权利要求3所述的催化剂，其中，所述金属元素供给体还包含铁(Fe)。
5.一种用于由水产生氢的催化剂，其中，使碱金属氢氧化物和金属氧化物混合并加热至碱金属氢氧化物的熔点以上，制作复合金属化合物，并在该复合金属化合物中熔入至少2 种以上的金属元素，使催化剂微粒群从金属化合物表面飞散。
6.根据权利要求5所述的催化剂，其中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)，所述金属氧化物为氧化钛(TiO2)、氧化锌(SiO)、氧化锆(ZrO2)、氧化镍(NiO)、 氧化锡(SnO2)、氧化铋(Bi2O3)、氧化钙(CaO)、氧化铜(CuO)、氧化钨(WO3)、氧化镁(MgO)、氧化铬(Cr2O3)、氧化钼(MoO3)、氧化铝(Al2O3)以及氧化钡(BaO)中的至少1种。
7.根据权利要求5所述的催化剂，所述金属元素为镍(Ni)、铬(Cr)以及铁(Fe)。
8.一种由水产生氢的方法，其中，在电离成金属离子和氢氧根离子、或电离成金属离子和碳酸离子的吸湿性的熔融盐内，使切断水蒸气内氢和氧之间的键的第1金属元素，以及辅助第1金属元素的第2金属元素熔融从而离子化，并且放出电子使熔融盐成为电子富集的状态，将熔融盐加热至其熔点以上，从而使微细的粒子从熔融盐飞散，使该粒子与过热水蒸气接触，电离所述过热水蒸气产生氢，并且分离的氧与构成熔融盐的金属离子进行键合形成氧化物，该氧化物中的一部分与所述微粒子一起流出到外部。
9.根据权利要求8所述的由水产生氢的方法，其中，所述熔融盐为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、碳酸锂(Li2CO3)以及碳酸钾(K2CO3)中的至少一种或它们的混合物，所述第1 金属元素为镍(Ni)、钯(Pd)以及钼(Pt)中的一种，所述第2金属元素为铬(Cr)、铁(狗)、 钼(Mo)、钴(Co)、铜(Cu)、铑(1 )以及钨(W)中的至少一种或它们的混合物。
10.一种氢产生装置，该装置包括耐腐蚀性催化剂筒，其收纳液体催化剂或固体催化剂；水蒸气产生部，用于产生供给到该催化剂筒内的催化剂上的水蒸气；金属元素供给体，与所述催化剂接触并向催化剂中供给熔出的金属元素；加热装置，用于对所述催化剂筒内的催化剂进行加热；以及空气侵入防止装置，用于使空气不进入所述催化剂筒内。
11.根据权利要求10所述的氢生产装置，其中，所述水蒸气产生部设置在催化剂筒内， 通过所述加热装置对送入到催化剂筒内的水蒸气产生部的水进行加热，从而形成加热水蒸气。
12.根据权利要求10所述的氢生产装置，其中，所述金属元素供给体形成为设置在催化剂筒内的鳍状、块状、以及粉末状中的至少一种形式，并且所述催化剂筒由金属材料形成，从而起到金属元素供给体的作用。
13.根据权利要求10所述的氢产生装置，其中，所述空气侵入防止装置包括与水蒸气产生部连接的水罐；以及水蒸气除去装置，其包括回收与从催化剂筒产生的氢一起流出的水蒸气和微粒催化剂的水罐。
14.根据权利要求10所述的氢产生装置，其中，将所述催化剂筒配置为立式，将催化剂收纳在催化剂筒底部，在催化剂上方形成充满微粒群的反应空间，所述加热装置为覆盖催化剂筒周围的面加热器。
15.根据权利要求10所述的氢产生装置，其中，将所述催化剂筒配置为立式，所述加热装置为支撑催化剂筒并进行加热的加热炉，该加热炉具备在炉筒内安装有燃烧器的燃烧器口，通过来自炉筒的热风加热所述催化剂筒的周围，所述水蒸气产生部包括供给水并设置在所述催化剂筒周围的热交换器。
16.根据权利要求10所述的氢产生装置，其中，在所述催化剂筒内收纳熔融盐催化剂， 在所述催化剂筒内设置对该熔融盐液面的位置进行测定的液面测定装置，并且设置催化剂补充装置，以在催化剂不足时阻断空气并补充催化剂。
17.根据权利要求10所述的氢产生装置，其中，所述催化剂补充装置包括水罐，用于捕捉与来自催化剂筒的氢一起流出的微粒催化剂；以及管路，用于使该水罐内的催化剂水溶液返回催化剂筒。
18.根据权利要求16所述的氢产生装置，其中，所述催化剂补充装置设置在催化剂筒的上面，用于收纳催化剂。
19.根据权利要求10所述的氢产生装置，其中，所述催化剂筒为配置成卧式的筒形状， 在其内部收纳有炉筒，在该炉筒的一端部安装有燃烧器，设置多个热风管，使来自炉筒的热风在所述催化剂筒内流通，向收纳所述催化剂筒的催化剂的催化剂室中供给来自催化剂筒的一端部的水从而形成水蒸气，并从催化剂室的另一端部回收氢。
20.根据权利要求10所述的氢产生装置，其中，所述催化剂筒分为微粒产生部和气相反应部两部分，其中，所述微粒产生部收纳催化剂并产生微粒群，所述气相反应部收纳来自该微粒产生部的微粒群并使其与水蒸气反应。
21.根据权利要求10所述的氢产生装置，其设置有氯除去装置，用于从输送至水蒸气产生部的水中去除氯。
全文摘要
本发明涉及一种催化剂的寿命长，在低温下可以将水大量分离成氢和氧的氢产生用催化剂。该催化剂为如下催化剂碱金属氢氧化物例如NaOH、KOH、碱土金属氢氧化物例如Ba(OH)2、Sr(OH)2的熔融盐中，熔融用于切断水蒸气的氢和氧之间的键的金属元素(Ni、Pd、Pt)，以及辅助该金属元素的元素(Cr、Mo、W、Fe、Co、Cu、Rh)，加热至所述氢氧化物的熔点以上，并使微粒群飞散在该熔融盐的液面上，与水蒸气进行接触。或者该催化剂为如下催化剂使碱金属氢氧化物和金属氧化物混合，加热混合后的物质至碱金属氢氧化物的熔点以上，制作复合金属化合物，并在该复合金属化合物中熔入至少2种以上的金属元素，使微粒群从金属化合物表面飞散，与水蒸气进行接触。
文档编号C01B3/04GK102369155SQ201080012818
公开日2012年3月7日 申请日期2010年1月6日 优先权日2009年1月20日
发明者石川泰男 申请人:石川泰男