裂解氨的吸气剂的制作方法

专利名称：裂解氨的吸气剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及氢气制备。更具体地说，本发明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。
发明概述本发明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。因此可以认为本发明对环保型能源的应用作出了重要贡献。
一方面，本发明提供了氨裂解材料，该材料能以大约95％的效率由氨制备氢。在一种实施方案中，本发明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，对本发明的用于裂解氨的材料所应用的温度是700℃左右。
第三方面，本发明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发明的氨裂解材料的燃料电池和发动机。在一种实施方案中，本发明提供了一种运用以氢为能源的燃料电池的方法，其中氨与本发明的材料反应制备氢，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，本发明的其它方面以及优点将变得更加明显。
附图的简要说明。


图1是用于确定本发明的氨裂解材料的裂解效率的装置图。
图2给出了500℃、600℃及700℃时，氨裂解效率与本发明的氨裂解材料及St 909的流量的关系。
图3为500℃时氨裂解效率与St 909及本发明的材料的流量的关系。
图4为600℃时氨裂解效率与St 909及本发明的材料的流量的关系。
图5为700℃时氨裂解效率与St 909及本发明的材料的流量的关系。
特定实施方案的说明按照第一方面，本发明提供了一种裂解氨的方法，该方法包括使氨与氨裂解材料接触，在一种实施方案中，氨裂解材料为一种合金，该合金包括(1)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为大约10％和大约50％之间。在一种实施方案中，合金中铝的重量含量为大约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。在一种更特殊的实施方案中，合金为ZrMnFe，该合金市场上有售，商品名为ST 909，由SAES Getters S.P.A.制造(意大利，米兰)。
这些材料的制备是按照冶金领域所公知的方法进行的，例如在美国专利US 4269624和US 5180568中所描述的，在这里引入作为参考。例如，该合金可以按照所需要的重量比，将所需要组分的块状材料熔化而得到。通常使用块状材料是比较优选的，因为这样会减小由大气造成的表面污染量，但为了达到所需要的重量，也可以使用少量的粉末。可以将合金重复熔化大约2-5次来改善其均匀性，其中将前一次熔化所形成的坯料碾碎，并在下一次熔化之前将所形成的粉末混合。在一种实施方案中，用于本发明的材料是颗粒，颗粒的平均粒度范围为大约10μm和大约250μm之间，包括10μm和250μm，在一种更具体的实施方案中，为大约50μm和大约200μm之间，包括50μm和200μm。粉末被装在一个适合的室中，该室端面开孔，从而提供气体入口及出口。形成这样一个室的材料和方法对吸气剂领域的熟练技术人员来说是已知的。在另一种实施方案中，粉末被压制成弹丸。通常处理弹丸状材料比处理粉末状材料更容易。
在一种实施方案中，可以使用标准方法，在纯氩(Ar)气氛中用电弧熔化金属组分来制备本发明的合金，比如所谓的“冷炉技术”在水冷的铜基质上形成金属组分的坯料。该坯料被再次熔化而实现均匀化。例如可以通过将坯料重复熔化至少4次左右来达到有益的均匀性。然后在惰性气体中使用钳式碾磨器(jaw mill)将坯料碾成粉末。然后将粉末筛分以得到所需要的粒度。在一种实施方案中，提供另外的Al粉末，例如大约5％和大约10％之间，作为机械粘结剂，所形成的粉末混合物被压制成弹丸。用于得到本发明的上述合金的其它方法对冶金领域的熟练技术人员来说是明显的。
在可以由氨有效制备氮和氢的条件下，氨和氨裂解材料进行反应。在一种实施方案中，这些条件是在大约500℃和大约1000℃之间、包括500℃和1000℃的温度条件下，使前面所述的氨裂解材料与氨反应，从而制备氢气和氮气。在一种实施方案中，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℃。在一种实施方案中，对本发明的氨裂解材料所应用的温度为700℃左右。在另一种实施方案中，在大约1巴和大约5巴之间的压力下进行氨裂解反应。但应该意识到在高温条件下，氢可以渗透通过管壁及分解装置壁。按照本发明的一种实施方案，氨和上述材料的反应是在可以有效制备氢的条件下进行的，所制得的氢含有约5％以下体积的未反应的氨。在另一种实施方案中，反应条件使得制备的氢流量在大约100标准立升/分钟(slm)和大约200slm之间。
在一种实施方案中，在与氨裂解材料接触之前，氨被预热到大约与催化剂相同的温度。已经发现，这类预热可以提高歧化反应的效率，从而达到更高的流量。在ICEs中，可以利用氢在发动机中燃烧所产生的热量来预热氨。在一种实施方案中，将发动机燃烧室的排气管道设置成与氨管路逆流的结构，从而可以将氢燃烧释放的热量用来预热分解室外部的氨气。
另一方面，本发明涉及使用上述方法和材料向以氢为能源的发动机及燃料电池进行提供能源的方法，并进一步涉及包括本发明的氨裂解材料的燃料电池和发动机。这类发动机和燃料电池的构造对本领域的熟练技术人员来说是已知的。总之，任何使用氢的现有发动机和燃料电池的设计均可以通过增加一个反应室来得到此处所描述的方法及材料所能达到的优点，所述反应室中装有上述氨裂解材料，该反应室包括一个与氨源相连的流体入口，从而将氨引入反应室中，还包括一个与燃烧室或发电室相连的流体出口，从而将氢气产物用于燃烧或电化学反应。在某些情况下，可以包括氮废气的分离。另外，氮气也可以与氢气一起进入燃烧室或发电室中。反应室、氨贮存容器以及各种连接管的构造和材料对本领域的熟练技术人员来说都是熟知的。
另外，可以理解的是，对于某些应用，氢气的供给应该是以控制的流量进行的。例如，对于燃烧式发动机，已经发现氢的流量在大约100标准立升/分钟(slm)和大约200slm之间时，对发动机的有益性能特性来说就足够了。进一步，在某些实施方案中，可以提供一个加热氨源的加热器，使氨燃料保持为液和/或气态，从而以可控制的流量进入反应室中。这类加热器的特性和构造、以及其达到各种流量的应用，要取决于多种因素，包括系统运行的环境温度，这些对本领域的熟练技术人员来说都是熟知的。
例如，按照本发明，一种有用的氢燃烧式发动机是以Valdespino的两个美国专利US 4478177和US 4750453中所描述的发动机为基础的，在这里引入作为参考。在一种实施方案中，对前述美国专利中所描述的发动机进行改造，使得其中所使用的将氨裂解成氮和氢组分的催化剂采用此处所描述的材料。可以预见使用这类发动机在农业应用(例如拖拉机、卡车及发电机)中将特别有吸引力，其中供应和处理氨的管路、设备及步骤已经较好地建立起来了。
已经发现，本发明的材料可以高效裂解氨。正如下面的实施例中所描述的，比较本发明的材料与St 909吸气剂的裂解效率，结果表明此处所描述的材料能够达到高达95％的裂解效率，相对应的使用已知合金如St 909时的氨裂解效率只有75％。另外已经发现本发明的材料可以制备的氢流量在大约100slm和大约200slm之间，这对于有效应用氢作为内燃机中的燃料来说是很重要的。
实施例下列实施例描述了本发明的特定方面，用以解释本发明并有助于本领域的熟练技术人员理解和实施本发明。但这些实施例将不以任何方式限制本发明。实施例1制备合金ZrMnFeAl在纯净的Ar气氛中，将100克含36.1g Zr、21.8g Mn、22.1g Fe和20.0g Al的物质用电弧熔化而制备上述合金。这是通过所谓的“冷炉技术”在水冷的铜基质上进行的。将得到的ZrMnFeAl合金坯料重复熔化大约4次，以确保得到如标准金相分析所确定的均相组合物。然后在惰性气氛中使用标准方法在钳式碾磨器(jaw mill)中将坯料碾成粉末。筛分粉末，以达到大约88μm和大约180μm之间的粒度。另外10％的Al粉(以重量计)是作为机械粘结剂加入的，然后将所形成的粉末混合物压制成直径为6mm、高为4mm的弹丸。实施例2(对比例)制备ZrMnFe+10％Al的烧结体利用电弧熔化40.6g Zr、24.5g Mn和24.9g Fe制备90g St 909。将得到的Zr1Mn1Fe1金属间化合物的坯料重复熔化大约4次，确保得到均相组合物。筛分粉末，以达到大约88μm和大约180μm之间的粒度。将该粉末与10g Al粉混合，Al粉与St 909的粒度范围相同，然后将混合物压制成直径为6mm、高为4mm的弹丸。实施例3确定本发明的合金的氨裂解效率使用图1所示的实验系统100测量上述实施例1中所制备的合金的氨裂解性能。这一系统包括不锈钢气体管道102，惰性气体或液体氨的蒸汽通过该管道被引入到反应室104中。气体通过两个流量控制器106中的任何一个(取决于所需要的流量范围)、催化剂筒108，并且最后通过四极质谱仪110，在四极质谱仪中对一小部分气体物流进行分析。被检测的部分气体通过可调排气阀112进入质谱仪。使用支路114提供旁路通过氨裂解材料的气体，从而可以测量存在于未处理气体中氨的相对量。在所有研究中，氨裂解材料由体积为40立方厘米的材料组成。氨被预热到与氨裂解材料相同的温度。在不同实验中温度和流量都是可变的。温度的变化在大约500℃和大约700℃之间，流量范围为大约0.1-10.0标准立升/分钟(slm)。当氨气通过氨裂解材料时，通过获得时序质谱图而得到这些实验的数据。对每个流量及温度均采集3次谱图，然后进行平均。将通过氨裂解材料的气体中NH3、N2和H2所对应的峰高与经支路114通过氨裂解材料的气体进行比较，从而确定材料的裂解效率。实验是在500℃、600℃和700℃下进行的，结果由图2中的曲线给出，分别为曲线1、2和3。实施例4(对比例)现有技术的材料的氨裂解效率使用上述实施例3中的设备和方法，确定在实施例2中所制备的材料的裂解效率。裂解实验的结果示于图3中，曲线4对应在600℃下的实验，曲线5对应在700℃下的实验。在这组实验中没有给出500℃下的裂解结果，这是由于在该温度下材料的转化效率极低。实施例3和4的实验结果也由图4和图5中的曲线给出，其中曲线2-5是重复的。在图4中，对600℃时本发明的合金(曲线2)与现有技术的材料(曲线4)的氨裂解性能进行了比较。在图5中，对700℃时本发明的合金(曲线3)与现有技术的材料(曲线5)的氨裂解性能进行了比较。
通过分析图形可以得知，当与Al粘结的St 909相比时，本发明的合金具有极好的氨裂解性能。如图4所示，在600℃时本发明的合金具有较高的氨裂解效率。具体地说，本发明的合金在流量达到2slm时，其氨裂解效率至少为95％。在相同条件下，现有技术的材料在流量为1slm左右时，其氨裂解效率就已低于95％的界限了，即大约为本发明的合金所能承受的流量的一半。类似地，如图5所示，在流量达到8slm左右时，本发明的合金仍保持着95％以上的氨裂解效率，而现有技术的材料在流量为4slm左右时，就已经达不到这一效率值了，即也只是本发明的材料所能承受的流量的一半。
因此此处所描述的方法和材料可以提供高效制备氢的氨裂解装置。使用这些材料和方法，可通过安全有效的方式由氨供应氢。具体地说，本发明可以有效地供应氢，其流量可以用于氢燃烧式内燃机中。因此可以认为本发明的方法和材料对干净的燃烧式发动机的开发和工业应用作出了重要贡献。
尽管已经描述了本发明的一些实施方案和实施例，但对于这些实施方案和/或实施例所作出的不偏离本发明的范围及实质的各种变化，对本领域的熟练技术人员来说都是明显的。例如，由前述内容可以预见，使用本领域熟练技术人员所公知的技术和材料，一系列的燃料电池和发动机的设计均可以应用此处所描述的方法和材料。另外，本发明的氨裂解材料可以采用各种形式如粉末和弹丸。
这里从各方面均参考并结合了下列材料。
Baker，J.D.，et al.1994.“在流体工艺中通过锆—锰—铁合金吸气剂纯化氚(Tritium Purification Via Zirconium-Manganese-Iron AlloyGetter St 909 in Flow Processes)”.J.Vac.Sci.Technol.A，12(2)548-553.
Georgiev，et al.1989.“用于解离氨的催化剂之性能和结构(Properties and Structure of a Catalyst for Dissociation of Ammonia)”，Poroshkovaya Metallurgiya，7(319)59-65.
Greenwood，N.N.and Eamshaw，A..1984.元素的化学(Chemistryof the Elements).Pergammon.
Brabbs，T.A.1978.“用于机载氢生成的甲醇催化分解(CatalyticDecomposition of Methanol for Onboard Hydrogen Generation)”，NASAPublication TP-1247.
权利要求
1.一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，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。
2.权利要求1的方法，还包括在流量为至少100标准立升/分钟(slm)的条件下制备氢的步骤。
3.权利要求2的方法，其中所述的流量在大约100slm和大约200slm之间。
4.权利要求3的方法，其中所述的氢含有大约5％以下的未反应的氨。
5.权利要求1的方法，其中所述的合金为ZrFeMn。
6.权利要求5的方法，还包括在流量为至少100标准立升/分钟(slm)的条件下制备所述的氢的步骤。
7.权利要求6的方法，其中所述的流量在大约100slm和大约200slm之间。
8.权利要求7的方法，其中所述的氢含有大约5％以下的未反应的氨。
9.权利要求5的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约50％之间的Al。
10.权利要求9的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约40％之间的Al。
11.权利要求10的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约30％之间的Al。
12.权利要求11的方法，其中所述的合金包括重量含量为20％左右的Al。
13.权利要求12的方法，还包括在流量为至少100标准立升/分钟(slm)的条件下制备所述的氢的步骤。
14.权利要求13的方法，其中所述的流量在大约100slm和大约200slm之间。
15.权利要求1的方法，其中所述催化剂的温度保持在大约500℃和大约1000℃之间，包括500℃和1000℃。
16.权利要求15的方法，其中所述催化剂的温度保持在大约600℃和大约800℃之间，包括600℃和800℃。
17.权利要求16的方法，其中所述催化剂的温度保持在700℃左右。
18.权利要求1的方法，其中所述的氢含有大约5％以下的未反应的氨。
19.一种用于运行以氢为燃料的内燃机的方法，具有一个与氨裂解室相连的氨贮存室，所述的氨裂解室与所述的以氢为燃料的内燃机相连，所述的方法包括下列步骤(a)使来自所述氨贮存室的氨通入所述的氨裂解室，所述的氨裂解室中含有氨裂解催化剂，从而制备氮气和氢气，其中氨裂解催化剂为一种合金，该合金包括(1)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)重量含量为大约20％和大约50％之间的Al；(b)使所述的氢气通入到所述的以氢为燃料的内燃机中；以及(c)燃烧所述的氢气，从而为所述的以氢为燃料的内燃机提供动力。
20.权利要求19的方法，还包括将所述氢气与所述氮气分离的步骤。
21.权利要求19的方法，其中所述的合金为ZrFeMn。
22.权利要求21的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约50％之间的Al。
23.权利要求22的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约40％之间的Al。
24.权利要求22的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约30％之间的Al。
25.权利要求24的方法，其中所述的合金包括重量含量为20％左右的Al。
26.权利要求19的方法，还包括将所述的催化剂的温度保持在大约500℃和大约1000℃之间、包括500℃和1000℃的步骤。
27.权利要求26的方法，还包括将所述的催化剂的温度保持在大约600℃和大约800℃之间、包括600℃和800℃的步骤。
28.权利要求27的方法，还包括将所述的催化剂的温度保持在700℃左右的步骤。
29.权利要求28的方法，还包括从所述的内燃机向所述的氨裂解室循环热量的步骤。
30.权利要求19的方法，其中所述的按照步骤b)制备的氢含有大约5％以下的未反应的氨。
31.一种运行氢燃料电池的方法，具有一个与含氨的氨裂解室相连的氨贮存室，所述的氨裂解室与所述的以氢为燃料的内燃机相连，所述的方法包括下列步骤a)使来自所述氨贮存室的氨通入所述的氨裂解室，所述的氨裂解室中含有氨裂解催化剂，从而制备氮气和氢气，其中氨裂解催化剂为一种合金，该合金包括(1)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)重量含量为大约20％和大约50％之间的Al；b)使所述的氢气通入到所述的氢燃料电池中；以及c)在所述的氢燃料电池中，使所述的氢反应，从而产生电流。
32.权利要求31的方法，还包括将所述氢气与所述氮气分离的步骤。
33.权利要求32的方法，其中所述的合金为ZrFeMn。
34.权利要求33的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约50％之间的Al。
35.权利要求34的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约40％之间的Al。
36.权利要求35的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约30％之间的Al。
37.权利要求36的方法，其中所述的合金包括重量含量为20％左右的Al。
38.权利要求34的方法，还包括将所述的催化剂的温度保持在大约500℃和大约1000℃之间、包括500℃和1000℃的步骤。
39.权利要求38的方法，还包括将所述的催化剂的温度保持在大约600℃和大约800℃之间、包括600℃和800℃的步骤。
40.权利要求39的方法，还包括将所述的催化剂的温度保持在700℃左右的步骤。
41.权利要求31的方法，其中所述的按照步骤b)制备的氢含有大约5％以下的未反应的氨。
42.一种以氢为燃料的内燃机，包括a)与氨裂解室流体连接的氨贮存室，氨裂解室中含有氨裂解催化剂，氨裂解催化剂为一种合金，该合金包括(1)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)重量含量为大约20％和大约50％之间的Al；所述的氨贮存室与b)内燃机流体连通，从而有效燃烧氢气。
43.权利要求42的发动机，还包括将所述氢气与所述氮气分离的装置。
44.权利要求43的发动机，其中所述的合金为ZrFeMn。
45.权利要求44的发动机，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约50％之间的Al。
46.权利要求45的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约40％之间的Al。
47.权利要求46的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约30％之间的Al。
48.权利要求47的发动机，其中所述的合金包括重量含量为20％左右的Al。
49.一种氢燃料电池，包括a)与氨裂解室相连的氨贮存室，氨裂解室中含有氨裂解催化剂，氨裂解催化剂为一种合金，该合金包括(1)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)重量含量为大约20％和大约50％之间的Al；所述的氨裂解室与b)燃料电池流体连通，有效地使氢进行反应，从而产生电流。
50.权利要求49的燃料电池，还包括将所述氢气与所述氮气分离的装置。
51.权利要求50的燃料电池，其中所述的合金为ZrFeMn。
52.权利要求51的燃料电池，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约50％之间的Al。
53.权利要求52的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约40％之间的Al。
54.权利要求53的方法，其中所述的合金包括重量含量为大约20％和大约30％之间的Al。
55.权利要求54的燃料电池，其中所述的合金包括重量含量为20％左右的Al。
全文摘要
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
文档编号B01J23/84GK1250425SQ98803290
公开日2000年4月12日 申请日期1998年3月9日 优先权日1997年3月12日
发明者克劳迪奥·博菲特, 约翰·D·贝克 申请人:泽斯吸气剂公司, 洛克希德马汀爱达荷技术公司