專利名稱：一種氨分解制氫的等離子體催化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子體化學(xué)和氫能技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種能使氨氣在較低溫度下分解，產(chǎn)生有利于質(zhì)子交換膜燃料電池汽車使用，不含一氧化碳和二氧化碳的氫、氮混合氣的方法。
背景技術(shù)：
煤炭、石油和天然氣等化石能源的日益枯竭，以及直接使用這些化石能源對環(huán)境造成的嚴重污染，迫使人們必須不斷提高使用能源的有效性和清潔性。氫能的開發(fā)應(yīng)用正是在這樣的背景下受到世界各國越來越廣泛的重視。
利用質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)可以將氫能轉(zhuǎn)化為電能。在這個轉(zhuǎn)化過程中發(fā)生的是氫氣和氧氣生成水的電池反應(yīng)。通過燃料電池利用氫能的優(yōu)點包括(1)氫氣和氧氣在燃料電池工作時并非直接燃燒，而是通過電化學(xué)裝置發(fā)電，因此其能量轉(zhuǎn)化效率不受卡諾循環(huán)限制，理論能效可達83％，實際能效可達50-60％，是普通內(nèi)燃機實際能效的2-3倍；(2)燃料電池工作時只排放水。因此如果用燃料電池驅(qū)動汽車，既可節(jié)能又可做到零污染。
目前，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)技術(shù)已經(jīng)成熟，并且世界上許多汽車廠商都已推出了自己的燃料電池樣車。但是，燃料電池汽車要想形成產(chǎn)業(yè)，除了要克服成本上的劣勢外，還要解決氫氣供應(yīng)這一關(guān)鍵問題。
由于車載壓縮氫氣能量密度小，而且存在安全隱患，所以燃料電池汽車車載制氫是切實可行的技術(shù)方案。根據(jù)原料路線差異，可將迄今已經(jīng)提出的燃料電池汽車車載制氫方法歸結(jié)為碳基氫源制氫和非碳基氫源制氫。
碳基氫源車載制氫的主要手段是水蒸氣重整。雖然天然氣、常規(guī)液體燃料(柴油、航煤、汽油)和醇類(乙醇、甲醇)原則上都可用于重整制氫，但對于汽車燃料電池而言，天然氣的水蒸汽重整溫度太高(700-800℃)，而常規(guī)液體燃料則硫含量相對太高，尚待解決超深度脫硫技術(shù)問題[Chunshan Song，Catal.Today 77(2002)17-49.]。相對而言，甲醇的水蒸汽重整技術(shù)成熟，重整溫度低(200-300℃)，比較適合PEMFC使用。另外，甲醇本身的生產(chǎn)技術(shù)成熟，生產(chǎn)規(guī)模大，價格便宜，運輸方便。而且甲醇的能量密度較高，水蒸汽重整產(chǎn)物中H2含量可達75％(V)，無須提濃即可用于PEMFC發(fā)電。因此，甲醇的水蒸氣重整作為一種車載制氫途徑很有吸引力。
但是，甲醇等碳基氫源在水蒸氣重整過程中不可避免地產(chǎn)生大量COX問題(甲醇重整氣中CO含量可達10％，CO2含量比CO含量還高)對應(yīng)用構(gòu)成了重大障礙。CO是對PEMFC Pt電極危害最大的毒物(強吸附導(dǎo)致中毒)，可使電池效率迅速下降。因此PEMFC要求重整氣中的CO含量不得超過10ppm[T.V.Choudhary，et al.，Catal.Today，77(2002)65-78.]。為此，從水蒸氣重整器出來的粗氫氣在進入PEMFC之前，通常要依次經(jīng)過高溫水煤氣變換(350-550℃)和低溫水煤氣變換(200-300℃)將CO降低到大約1％～1.5％(V)，再經(jīng)過低溫選擇氧化處理使CO降低到10ppm以下。這就使得車用水蒸汽重整工藝十分復(fù)雜，故障隱患增多，不利于實際應(yīng)用[Toyokazu Tanabe，et al.，Catal.Today 111(2006)153-157.]。
使用非碳基氫源制氫可以從根本上擺脫COX，尤其是CO帶來的麻煩。目前，氨氣是被一致看好的非碳基氫源。
用氨氣制氫的優(yōu)點還包括NH3是一種大宗化工產(chǎn)品。市售液氨的純度可達99.5％，其中雜質(zhì)是水，對燃料電池?zé)o害，不需預(yù)處理。NH3的氣體在室溫下壓力達到0.8MPa即可液化且著火范圍較窄，安全性較好。NH3本身雖然有腐蝕性和刺激性氣味，但其腐蝕性是容易解決的，至于刺激性氣味，則恰好可被用于泄漏提示。氨氣完全裂解生成物只有氫氣和氮氣，其中氫氣的體積濃度可達75％(氮氣對燃料電池?zé)o害)，不用濃縮就可以用于質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電。氨氣的能量密度高(氨氣裂解氣的最大比能為5.59KWh/Kg，甲醇蒸汽重整氣的最大比能3.8KWh/Kg)、綠色化程度高(氨氣裂解氣中只有H2和N2，可使燃料電池汽車成為‘零排放’汽車；但以甲醇水蒸汽重整為氫源的燃料電池汽車要排放CO2)和燃料載荷輕(1Kg H2耗5.67Kg氨氣。但對甲醇水蒸氣重整則要耗5.17Kg甲醇和3.0Kg水，燃料載荷比氨氣裂解高出44％)。
為了研究合成氨機理，早期文獻中有大量關(guān)于氨氣分解的研究報道。但是，以制氫為目的的氨氣分解研究只在近年來才出現(xiàn)。
以下公開文獻中除闡述了用氨氣原料制氫的優(yōu)點外，還對采用常規(guī)催化方法分解氨氣制氫的研究作了報道[T.V.Choudhary，et al.，Catal.Today，77(2002)65-78.；T.V.Choudhary，et al.，Chem.Eng.J.93(2003)69-80.；Jamely D.，et al.，Chem.Rev.104(2004)4767-4790.；T.V.Choudhary，et al.，Catal.Letter 72，3-4(2001)197-201.；A.S.Chellapa，et al.，Appl.Catal.AGeneral，227(2002)231-240.；S.F.Yin，et al.，Appl.Catal.AGeneral 277(2004)1-9.；A.Mitsos，et al.，Int.Eng.Chem.Res.，43(2004)74-84.；李麗，能源技術(shù)26，3(2005)102-105]。
以下專利文獻也涉及氨氣制氫中國發(fā)明專利(申請?zhí)?3143112.7)中披露了用氨分解反應(yīng)制備零COx氫氣的催化劑及其制備方法。其主要特征為催化劑由0.5-20％活性組分、0-20％助劑以及70-99％載體構(gòu)成。其中，活性組分選自貴金屬以及具有貴金屬性質(zhì)的金屬氮化物，優(yōu)選貴金屬釕(Ru)、貴金屬銠(Rh)和氮化鉬(MoN)；載體為碳納米管；助劑選自堿金屬、堿土金屬以及稀土金屬化合物。用上述催化劑分解氨氣制氫在常規(guī)固定床反應(yīng)器中進行。實施效果表明，用該專利披露的方法制備的催化劑需要在470℃-550℃的高溫下使用。
中國發(fā)明專利(申請?zhí)?3134691.X)中披露了低溫型氨分解制備氫氣的催化劑及其制備方法。其主要特征為催化劑由0.1-30％活性組分、0-20％助劑以及60-99％載體構(gòu)成。其中，活性組分選自過渡金屬以及具有貴金屬性質(zhì)的金屬氮化物，優(yōu)選貴金屬釕(Ru)、貴金屬銠(Rh)、非貴金屬鎳(Ni)和氮化鉬(MoN)；載體為納米晶金屬氧化物，優(yōu)選氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鋯(ZrO2)和氧化鋅(ZnO)；助劑選自堿金屬、堿土金屬以及稀土金屬化合物。該專利在其前期專利(申請?zhí)?3143112.7)基礎(chǔ)上，提出用納米晶金屬氧化物代替碳納米管作為催化劑載體，目的是降低催化劑成本。用上述催化劑分解氨氣制氫在常規(guī)固定床反應(yīng)器中進行。實施效果表明，用該專利披露的方法制備的催化劑需要在480℃-550℃的高溫下使用。
中國發(fā)明專利(申請?zhí)?8114265.6)中披露了一種高活性氨分解催化劑。其特征在于催化劑由活性組分和載體構(gòu)成。其中，活性組分為鉬和鎳，載體為氧化鋁(Al2O3)或氧化鎂(MgO)。其特征還在于催化劑在使用前要在終溫為650℃-750℃的高溫下進行預(yù)氮化處理，使金屬氧化物轉(zhuǎn)化為金屬氮化物。該發(fā)明的催化劑的用途，一個是環(huán)保方面，用以處理焦爐氣、燃料煤氣、石油煉廠廢氣和Nox還原處理尾氣中的殘余氨氣，另一個是在冶金中，用氨的分解氣作為鋼和有色金屬熱處理過程的保護氣。用上述催化劑分解氨氣在常規(guī)固定床反應(yīng)器中進行。實施效果表明，用該專利披露的方法制備的催化劑需要在600℃以上的高溫下使用。
中國發(fā)明專利(申請?zhí)?2155943.0)中披露了一種鎳基氨分解制氫氮混合氣催化劑的制備方法和應(yīng)用。其特征在于催化劑主活性組分為鎳(Ni)，載體為氧化硅(SiO2)或氧化鋁(Al2O3)，助劑為IA、IIA、IIIB、VIII或稀土元素中的一種或幾種。該發(fā)明的催化劑的用途，主要是環(huán)保、還原氣和保護氣領(lǐng)域。催化劑在常規(guī)固定床中使用，反應(yīng)溫度為650℃。
中國發(fā)明專利(申請?zhí)?2155944.9)中披露了一種釕基氨分解制氫氮混合氣催化劑及其制備方法。其特征在于催化劑主活性組分為釕(Ru)，載體為氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鈦(TiO2)或活性炭；助劑為IA、IIA、IIIA、IVA和稀土元素中的一種或幾種。該發(fā)明的催化劑的用途主要是環(huán)保、還原氣和保護氣領(lǐng)域。催化劑在常規(guī)固定床中使用，反應(yīng)溫度在500℃以上，比傳統(tǒng)鎳基催化劑的使用溫度有所降低。
中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00510031519.7)中披露了氨分解制零COx氫氣的高效負載型納米催化劑及其制備方法。其特征在于催化劑由0.5-40％活性組分、0-30％助劑以及50-95％載體構(gòu)成。其中，活性組分選自過渡金屬元素，優(yōu)選釕(Ru)、鐵(Fe)、銠(Rh)和鎳(Ni)，助劑選自稀土金屬化合物，優(yōu)選氧化鑭(La2O3)、氧化鈰(CeO2)、氧化釹(Nd2O3)，載體為固體超強堿，優(yōu)選Na/NaOH/γ-Al2O3、K/KOH/γ-Al2O3和Na/KOH/ZrO2。催化劑在常規(guī)固定床中使用，反應(yīng)溫度在400℃以上。實施效果表明，貴金屬釕(Ru)和銠(Rh)負載型催化劑的活性高，而非貴金屬鐵(Fe)和鎳(Ni)負載型催化劑的活性低。
美國專利USP4544527披露了一種用氨氣制氫的反應(yīng)器系統(tǒng)。該反應(yīng)器系統(tǒng)的主要特征是使用一個氫化物床選擇性吸收氨分解產(chǎn)物中的氫氣。而氨氣分解方法不是該專利的內(nèi)容。
美國專利USP4704267披露了一種用氨氣制氫的工藝。該工藝的主要特征是使用一個絕熱的金屬氫化物單元提純來自氨分解單元的產(chǎn)物氣中的氫氣，而氨分解單元采用的是列管式固定床反應(yīng)器。
國際專利申請WO01/87770A1中披露了用氨氣生產(chǎn)氫氣的自熱分解工藝。該工藝的特征是，使氨氣與含氧氣體一起進入反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)裝有氨分解催化劑。原料氣在與催化劑接觸過程中分解為氫氣和氮氣，這個過程吸熱；與此同時，使一部分生成的氫氣在反應(yīng)區(qū)內(nèi)燃燒放熱，從而彌補氨分解過程所吸收的熱量。其中，氨分解催化劑中至少含有鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鎘(Cr)、錳(Mn)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)和釕(Ru)中的一種金屬，催化劑的載體為碳和金屬氧化物，氨分解催化劑的反應(yīng)溫度至少在500℃以上。
美國專利申請(US 2003/0232224 A1)中披露了一種用于生產(chǎn)氫氣的氨氣裂解器。其主要特征為，氨氣裂解器中裝有氧化鋁小球負載的金屬催化劑，負載金屬活性成分選自鎳(Ni)、釕(Ru)和鉑(Pt)，操作溫度在500-750℃之間。
美國專利申請US 2004/0154223 A1中披露了一種用氨氣制氫的裝置和方法。其主要特征是，反應(yīng)器分為反應(yīng)室和燃燒室，二者之間可進行熱交換。氨氣分解催化劑可以像固定床一樣裝填在反應(yīng)室中，也可以涂于反應(yīng)室內(nèi)表面，形成催化劑膜，氨分解催化劑的活性成分是釕Ru)或鎳(Ni)。燃燒室中裝有燃燒催化劑，其活性成分是鉑(Pt)。烴類燃料在燃燒催化劑作用下燃燒，為氨氣分解反應(yīng)提供熱量。氨氣分解需要在550℃-650℃下進行。
加拿大專利CA2403741中披露了一種帶有紫外光氨氣裂解器的燃料電池汽車。其主要特征是，氨氣分解產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)在紫外光源產(chǎn)生的電磁輻射作用下進行。
美國專利USP7037484 B1披露了一種裂解氨氣制取富氫氣體的等離子體反應(yīng)器。該等離子體反應(yīng)器的內(nèi)部用電介質(zhì)橫膈膜分成兩個腔，等離子體由微波發(fā)生器產(chǎn)生，微波發(fā)生器通過天線向第一個腔中發(fā)射電磁能，電磁能穿過電介質(zhì)隔膜在第二個腔中產(chǎn)生等離子體放電，使注入第二個腔的氨氣或者其它原料氣分解產(chǎn)生氫氣，該過程中沒有催化劑介入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能使氨氣在較低溫度下分解，產(chǎn)生有利于質(zhì)子交換膜燃料電池汽車使用，不含一氧化碳和二氧化碳的氫、氮混合氣的方法，同時提供一種能實現(xiàn)上述方法的反應(yīng)器。前述方法是將非貴金屬負載型催化劑的催化作用和介質(zhì)阻擋放電等離子體的輔助活化作用相結(jié)合形成的。
在傳統(tǒng)的多相催化反應(yīng)方法中，用非貴金屬，如鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)，負載型催化劑分解氨氣制氫時，由于此類催化劑的活性比貴金屬負載型催化劑低，因此反應(yīng)溫度一般都很高(如，大于500℃)。其主要原因有兩個，一是氨氣分子內(nèi)氮-氫鍵的鍵能高，用非貴金屬負載型催化劑斷裂氮-氫鍵所需要的活化能相對較高；二是氨分子中的氮-氫鍵斷裂后，氮原子吸附在催化劑表面，占據(jù)著催化劑表面的活性中心。只有表面吸附態(tài)的氮原子重組脫附為自由的氮氣分子，催化劑表面的活性中心才能恢復(fù)，催化反應(yīng)才能連續(xù)進行。但是，在非貴金屬負載型催化劑表面上表面吸附態(tài)氮原子重組脫附為自由的氮氣分子這一反應(yīng)步驟活化能很高，反應(yīng)速度很慢，通常成為從氨氣到氫氣整個多相反應(yīng)過程的速率控制步驟(速度最慢的步驟)。
利用介質(zhì)阻擋放電可以在氣體中產(chǎn)生高能電子(高能電子的溫度可達1？0電子伏特)。通過與氨氣分子發(fā)生碰撞，高能電子可將電能傳遞給氨氣分子，從而使氨分子在溫和條件下被激發(fā)、離解和電離，產(chǎn)生氨的等離子體。在氨的等離子體中，氨分子中的氮-氫鍵被不同程度地活化，一些被介質(zhì)阻擋放電等離子體充分活化的氨分子甚至能夠在溫和條件下自行分解生成氫氣和氮氣。另外，當(dāng)把非貴金屬負載型催化劑裝填于介質(zhì)阻擋放電區(qū)時，介質(zhì)阻擋放電作用還能夠活化催化劑表面，從而加快吸附態(tài)氮原子重組脫附為自由的氮氣分子這一反應(yīng)速率控制步驟的速度。因此，在介質(zhì)阻擋放電的存在下，非貴金屬負載型催化劑的氨氣分解活性顯著提高，反應(yīng)溫度可以大幅度降低。
介質(zhì)阻擋放電在產(chǎn)生上述活化作用的同時，還有致熱作用。這種致熱作用恰好能被用于為催化劑提供反應(yīng)溫度和向吸熱的氨氣裂解反應(yīng)提供熱量，從而使介質(zhì)阻擋放電與催化劑之間產(chǎn)生能量耦合。由于介質(zhì)阻擋放電的致熱作用直接作用于催化劑和反應(yīng)物系，不像甲醇自熱重整那樣間接加熱，因此介質(zhì)阻擋放電與催化劑之間的能量耦合更利于節(jié)能。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下等離子體催化氨分解反應(yīng)在一個等離子體催化反應(yīng)器中進行。所述等離子體催化反應(yīng)器具有線柾殘凸乖?。即?從ζ骺翹邐 餐滄矗 讜餐滄純翹宓耐獗礱娌 平鶚艫繼宓牟 1.Σ 蛩客 魑 擁氐緙 氳叵吡 印7從ζ髁蕉松璺饌貳Mü 戲饌返鬧行目紫蚍從ζ髂諮刂嵯卟迦虢鶚羲？線)作為反應(yīng)器的高壓放電電極，金屬絲(線)從反應(yīng)器上封頭伸出并與交流高壓電源連接，穿越反應(yīng)器封頭處用絕緣材料密封。反應(yīng)器的筒壁上端設(shè)氨氣入口，反應(yīng)器的下封頭設(shè)氫、氮混合氣出口。非貴金屬負載型催化劑裝于反應(yīng)器內(nèi)的放電區(qū)，催化劑床層用陶瓷篩板支撐。
上述等離子體催化反應(yīng)器的高壓放電電極用表面潔凈、耐腐蝕的金屬材料制成，首選不銹鋼材質(zhì)。反應(yīng)器的殼體用氧化鋁陶瓷、硬質(zhì)玻璃或石英玻璃制成，反應(yīng)器殼體同時兼作兩極間放電的阻擋介質(zhì)。用于放電的交流高壓電源屬于市售商品，輸出電壓范圍在8？0千伏，放電頻率范圍在50Hz-1MHz的高壓電源可滿足本發(fā)明要求。
任何對氨氣分解有催化活性的貴金屬和非貴金屬負載型催化劑都能用于本發(fā)明。但是考慮到成本因素，本發(fā)明優(yōu)選非貴金屬負載型催化劑，其中含鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、錳(Mn)、銅(Cu)和鎢(W)中的一種或幾種元素作為催化劑的活性成分?；钚猿煞衷诖呋瘎┲兴嫉闹亓堪俜直葹?.5-40％。
所述非貴金屬負載型催化劑適用的載體包括活性碳、納米碳管、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鎂和硅基沸石分子篩。但是考慮到成本因素，本發(fā)明優(yōu)選的催化劑載體是活性炭、氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鎂和硅基沸石分子篩。上述載體在使用之前要用常規(guī)方法成型，對載體顆粒形狀沒有限制，但載體成型后的顆粒的等效直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑之比的適宜范圍是0.01-0.4，首選范圍是0.05-0.2。該比值太小會導(dǎo)致氣體流動阻力過大。反之，該比值太大，則會造成反應(yīng)物在催化劑床層中產(chǎn)生溝流，與催化劑接觸不好。
在上述載體上制備所說的非貴金屬負載型催化劑可由任何熟悉本領(lǐng)域的工程師用已知方法完成，比如用溶液浸漬法。
本發(fā)明的效果和益處是降低氨氣在非貴金屬負載催化劑上的分解溫度，提高燃料電池汽車的使用性能(冷啟動快)。同時，非貴金屬負載型催化劑的使用有利于降低燃料電池汽車的成本。


附圖是具有線柾殘凸乖斕慕櫓首璧卜諾綈繃呀庵魄獾那飫胱喲呋 從ζ鶻峁故疽饌肌圖中1、絕緣密封材料，2、金屬高壓放電電極，3、非貴金屬負載型催化劑，4、反應(yīng)器殼體(兼作阻擋介質(zhì))，5、隔熱保溫材料，6、金屬接地電極，7、陶瓷篩板，8、裂解氣出口，9、接地線，10、氨氣入口，11、高壓電源系統(tǒng)。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。
具體步驟如下第一步，將按照常規(guī)方法制備的非貴金屬負載型催化劑裝入反應(yīng)器的放電區(qū)，并按照介質(zhì)阻擋放電的通常做法將反應(yīng)器接入高壓電源系統(tǒng)。
第二步，將無水液氨從儲罐中經(jīng)過減壓閥引出，并經(jīng)過流量計和調(diào)解閥控制，從氨氣入口10送入反應(yīng)器，用氨氣置換反應(yīng)器中的空氣，被置換的氣體從裂解氣出口8排出。
第三步，高壓電源系統(tǒng)11通電，然后通過高壓電源上的電壓調(diào)節(jié)器、頻率調(diào)節(jié)器和變壓器，將交流高壓逐步加載到反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2上，直至反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2與金屬接地極6之間在阻擋介質(zhì)4存在下產(chǎn)生所說的介質(zhì)阻擋放電(呈絲狀放電)。此時，進入反應(yīng)器的氨氣就在介質(zhì)阻擋放電的作用下變成了等離子體氣體，與此同時可觀察到反應(yīng)器溫度上升。被等離子體化的氨氣，一部分自行分解成氫氣和氮氣，一部分進一步在催化劑3的催化作用下分解成氫氣和氮氣。在此過程中，高壓電源系統(tǒng)注入到反應(yīng)器的電能中，有一部分通過活化氨分子被最終轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，另一部分則變成了熱能。為了阻止熱能散失，反應(yīng)器殼體4的外部采用隔熱保溫材料5充分絕熱。因此介質(zhì)阻擋放電所產(chǎn)生的熱能，一部分被吸熱的氨分解反應(yīng)所消耗，一部分被分解產(chǎn)物帶出反應(yīng)器，剩余部分使反應(yīng)器加熱升溫。隨著反應(yīng)器溫度的上升，催化劑活性增加，氨分解轉(zhuǎn)化率提高，氨分解反應(yīng)的吸熱量增大，這使得用于反應(yīng)器升溫的熱量減少。當(dāng)產(chǎn)生介質(zhì)阻擋放電后，變壓器的初始電壓一旦設(shè)定(通過高壓電源上的電壓調(diào)節(jié)器設(shè)定)，則高壓電源的實際電功率就確定了。在高壓電源實際電功率一定的情況下，由高壓電源注入反應(yīng)器的功率也被確定，氨分解轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)器溫度最終會趨于穩(wěn)定。
第四步，提高高壓電源的電功率，從而提高注入反應(yīng)器的電功率，以便獲得高的氨分解轉(zhuǎn)化率。用高壓放電電源11上的電壓調(diào)節(jié)器可增加注入反應(yīng)器的電功率。注入反應(yīng)器的電功率提高后，反應(yīng)器獲得的電能增加，因此介質(zhì)阻擋放電等離子體對氨氣的活化作用增強，反應(yīng)器溫度也隨之升高，促使催化劑的催化活性進一步提高。最終，氨氣轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)器溫度會重新穩(wěn)定在較高的水平上。
實施例1將6毫升用氧化鋁載體負載的非貴金屬鐵催化劑(表示為Fe/Al2O3)裝填于線筒式介質(zhì)阻擋放電等離子體反應(yīng)器的放電區(qū)，催化劑顆粒為不規(guī)則形狀，等效直徑為1-1.5毫米，其中以元素鐵(Fe)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為氧化鋁載體，催化劑等效直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為0.1-0.17。反應(yīng)器殼體4(阻擋介質(zhì))用硬質(zhì)玻璃制成，壁厚1毫米，內(nèi)徑9毫米，放電區(qū)長度100毫米，殼體外的隔熱保溫材料5采用石棉。反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2采用普通不銹鋼絲，直徑2毫米，其與反應(yīng)器殼體之間的絕緣密封采用氧化鋁陶瓷材料。金屬接地電極6為銅網(wǎng)，催化劑床層下面起支撐作用的陶瓷篩板7用氧化鋁陶瓷制成。按照介質(zhì)阻擋放電的通常做法將反應(yīng)器接入高壓電源系統(tǒng)，然后將無水液氨從儲罐中經(jīng)過減壓閥引出，并經(jīng)過流量計和調(diào)解閥控制使流速達到40毫升/分，從氨氣入口10送入反應(yīng)器，置換反應(yīng)器中的空氣，被置換的氣體從裂解氣出口8排出。給高壓電源系統(tǒng)11通電，然后通過高壓電源上的電壓調(diào)節(jié)器、頻率調(diào)節(jié)器和變壓器，將交流高壓逐步加載到反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2上，直至反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2與金屬接地極6之間在阻擋介質(zhì)4存在下產(chǎn)生所說的介質(zhì)阻擋放電(呈絲狀放電)。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓19伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到27瓦，實際放電電壓為11.6千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在333℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到4％。
實施例2重復(fù)實施例1，但將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓23伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到35.19瓦，實際放電電壓為12.33千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在363℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到21％。
實施例3重復(fù)實施例1，但將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓27伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到41瓦，實際放電電壓為12.1千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在371℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到36％。
實施例4重復(fù)實施例1，但將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓30伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到43瓦，實際放電電壓為11.3千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在375℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到85％。
實施例5重復(fù)實施例1，但將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓34伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到46瓦，實際放電電壓為10.7千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在388℃，氨分解轉(zhuǎn)化率大于99％。
對比實施例1將無水液氨從儲罐中經(jīng)過減壓閥引出，并經(jīng)過流量計和調(diào)解閥控制使流速達到40毫升/分，從氨氣入口10送入介質(zhì)阻擋放電等離子體反應(yīng)器，該反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸和材質(zhì)與實施例1相同，但是反應(yīng)器中不裝任何催化劑。用進料氨氣置換反應(yīng)器中的空氣，被置換的氣體從裂解氣出口8排出。給高壓電源系統(tǒng)11通電，然后通過高壓電源上的電壓調(diào)節(jié)器、頻率調(diào)節(jié)器和變壓器，將交流高壓逐步加載到反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2上，直至反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2與金屬接地極6之間在阻擋介質(zhì)4存在下產(chǎn)生所說的介質(zhì)阻擋放電(呈絲狀放電)。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓38伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到11瓦，實際放電電壓為9.4千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在381℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到2％。
對比實施例2重復(fù)對比實施例1，但將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓41伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到25瓦，實際放電電壓為10.3千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在409℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到9％。
對比實施例3重復(fù)對比實施例1，但將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓44伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到30瓦，實際放電電壓為11.1千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在466℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到10％。
對比實施例4重復(fù)對比實施例1，但將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓48伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到41瓦，實際放電電壓為11.9千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在472℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到15％。
對比實施例5重復(fù)對比實施例1，但將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓51伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到48瓦，實際放電電壓為12.8千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在504℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到18％。
對比實施例6重復(fù)實施例1，但是去掉反應(yīng)器殼體外的隔熱保溫材料5，并且反應(yīng)器不與高壓電源系統(tǒng)11以及接地線9聯(lián)接，而是將反應(yīng)器插入一個常規(guī)的電加熱管式爐中，通過管式爐的電阻絲加熱為反應(yīng)器提供溫度。也就是說，去掉反應(yīng)器的介質(zhì)阻擋放電功能，使其完全等同于一個傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器。則，給定反應(yīng)器的溫度為375℃時，氨分解轉(zhuǎn)化率為1％。
對比實施例7重復(fù)對比實施例6，但是給定反應(yīng)器的溫度為400℃時，則氨分解轉(zhuǎn)化率為4％。
對比實施例8重復(fù)對比實施例6，但是給定反應(yīng)器的溫度為425℃時，則氨分解轉(zhuǎn)化率為11％。
對比實施例9重復(fù)對比實施例6，但是給定反應(yīng)器的溫度為450℃時，則氨分解轉(zhuǎn)化率為29％。
對比實施例10重復(fù)對比實施例6，但是給定反應(yīng)器的溫度為475℃時，則氨分解轉(zhuǎn)化率為65％。
對比實施例11重復(fù)對比實施例6，但是給定反應(yīng)器的溫度為500℃時，則氨分解轉(zhuǎn)化率為83％。
對比實施例12重復(fù)對比實施例6，但是給定反應(yīng)器的溫度為525℃時，則氨分解轉(zhuǎn)化率大于99％。
實施例6重復(fù)實施例1，但氨氣的進料流量改為100毫升/分，將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓30伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到45瓦，實際放電電壓為11.4千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在370℃，氨分解轉(zhuǎn)化率52％。
實施例7重復(fù)實施例1，但氨氣的進料流量改為300毫升/分，將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓30伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到49瓦，實際放電電壓為12.0千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在366℃，氨分解轉(zhuǎn)化率27％。
實施例8將6毫升用氧化鋁載體負載的非貴金屬鎳催化劑(表示為Ni/Al2O3)裝填于線筒式介質(zhì)阻擋放電等離子體反應(yīng)器的放電區(qū)，催化劑顆粒為球形，直徑1毫米，其中以元素鎳(Ni)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為氧化鋁載體，催化劑等效直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為0.1。反應(yīng)器殼體4(阻擋介質(zhì))用硬質(zhì)玻璃制成，壁厚1毫米，內(nèi)徑9毫米，放電區(qū)長度100毫米，殼體外的隔熱保溫材料5采用石棉。反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2采用普通不銹鋼絲，直徑2毫米，其與反應(yīng)器殼體之間的絕緣密封采用氧化鋁陶瓷材料。金屬接地電極6為銅網(wǎng)，催化劑床層下面起支撐作用的陶瓷篩板7用氧化鋁陶瓷制成。按照介質(zhì)阻擋放電的通常做法將反應(yīng)器接入高壓電源系統(tǒng)，然后將無水液氨從儲罐中經(jīng)過減壓閥引出，并經(jīng)過流量計和調(diào)解閥控制使流速達到40毫升/分，從氨氣入口10送入反應(yīng)器，置換反應(yīng)器中的空氣，被置換的氣體從裂解氣出口8排出。給高壓電源系統(tǒng)11通電，然后通過高壓電源上的電壓調(diào)節(jié)器、頻率調(diào)節(jié)器和變壓器，將交流高壓逐步加載到反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2上，直至反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2與金屬接地極6之間在阻擋介質(zhì)4存在下產(chǎn)生所說的介質(zhì)阻擋放電(呈絲狀放電)。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓45伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到62瓦，實際放電電壓為11.7千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在367℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到88％。
實施例9重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中改裝6毫升用氧化鋁載體負載的非貴金屬鈷催化劑(表示為Co/Al2O3)，催化劑顆粒呈球形，直徑1毫米，其中以元素鈷(Co)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為氧化鋁載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓45伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到57瓦，實際放電電壓為11.2千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在374℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到79％。
實施例10重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中改裝6毫升用氧化鋁載體負載的非貴金屬鉬催化劑(表示為Mo/Al2O3)，催化劑顆粒呈球形，直徑1毫米，其中以元素鉬(Mo)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為氧化鋁載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓43伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到53瓦，實際放電電壓為10.6千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在365℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到95％。
實施例11重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中改裝6毫升用氧化鋁載體負載的非貴金屬鉻催化劑(表示為Cr/Al2O3)，催化劑顆粒呈球形，直徑1毫米，其中以元素鉻(Cr)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為氧化鋁載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓50伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到64瓦，實際放電電壓為12.6千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在417℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到96％。
實施例12重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中改裝6毫升用氧化鋁載體負載的非貴金屬錳催化劑(表示為Mn/Al2O3)，催化劑顆粒呈球形，直徑1毫米，其中以元素錳(Mn)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為氧化鋁載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓40伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到48瓦，實際放電電壓為11.0千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在393℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到71％。
實施例13重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中改裝6毫升用氧化鋁載體負載的非貴金屬銅催化劑(表示為Cu/Al2O3)，催化劑顆粒呈球形，直徑1毫米，其中以元素銅(Cu)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為氧化鋁載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓35伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到40瓦，實際放電電壓為11.3千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在379℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到33％。
實施例14重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中改裝6毫升用氧化鋁載體負載的鐵鎳雙金屬催化劑(表示為FeNi/Al2O3)，催化劑顆粒呈球形，直徑1毫米，其中元素鐵鎳重量比Fe∶Ni＝5∶1，以元素鐵鎳總重量計的活性成分負載量為24％(重量)，其余為氧化鋁載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓35伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到47瓦，實際放電電壓為10.9千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在394℃，氨分解轉(zhuǎn)化率大于99％。
實施例15重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中裝填的6毫升氧化鋁負載非貴金屬催化劑中同時含有鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)，催化劑顆粒呈球形，直徑1毫米，其中Fe∶Co∶Ni∶Mo元素的重量含量的比值為1∶1∶1∶1，以上述四種元素總重量之和計的活性成分負載量為16％(重量)，其余為氧化鋁載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓34伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到45瓦，實際放電電壓為10.5千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在372℃，氨分解轉(zhuǎn)化率大于99％。
實施例16重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中裝填的6毫升氧化鋁負載非貴金屬催化劑中同時含有鉻(Cr)、錳(Mn)、銅(Cu)、鎢(W)，催化劑顆粒呈球形，直徑1毫米，其中Cr∶Mn∶CuW元素的重量含量比值為0.5∶1∶1∶8，以上述四種元素總重量之和計的活性成分負載量為15％(重量)，其余為氧化鋁載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓45伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到52瓦，實際放電電壓為10.8千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在380℃，氨分解轉(zhuǎn)化率大于99％。
實施例17重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中裝填6毫升氧化鋁負載的鐵催化劑(表示為Fe/Al2O3)，催化劑顆粒呈球形，直徑1毫米，其中以元素鐵(Fe)計的活性成分負載量為1％(重量)，其余為氧化鋁載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓30伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到40瓦，實際放電電壓為12.0千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在405℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到31％。
實施例18重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中裝填6毫升氧化鋁負載的鐵催化劑(表示為Fe/Al2O3)，催化劑顆粒呈球形，直徑1毫米，其中以元素鐵(Fe)計的活性成分負載量為40％(重量)，其余為氧化鋁載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓30伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到49瓦，實際放電電壓為10.2千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在385℃，氨分解轉(zhuǎn)化率大于99％。
實施例19重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中裝填6毫升氧化鎂負載的鐵催化劑(表示為Fe/MgO)，催化劑顆粒不規(guī)則形狀，等效直徑0.5-1.0毫米，催化劑等效直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為0.05-0.1，其中以元素鐵(Fe)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為氧化鎂載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓40伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到38瓦，實際放電電壓為11.0千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在370℃，氨分解轉(zhuǎn)化率大于99％。
實施例20重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中裝填6毫升煤基活性炭負載的鐵催化劑(表示為Fe/AC)，催化劑顆粒為不規(guī)則形狀，等效直徑0.5-1.0毫米，催化劑等效直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為0.05-0.1，其中以元素鐵(Fe)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為活性炭載體。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓40伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到36瓦，實際放電電壓為11.4千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在369℃，氨分解轉(zhuǎn)化率大于99％。
實施例21重復(fù)實施例8，但反應(yīng)器中裝填6毫升硅基鈦沸石分子篩負載的鐵催化劑(表示為Fe/TS-1)，催化劑顆粒為條形，直徑1毫米，催化劑等效直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為0.1，其中以元素鐵(Fe)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為硅基鈦沸石分子篩載體(Si/Ti＝50)。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓37伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到33瓦，實際放電電壓為10.6千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在394℃，氨分解轉(zhuǎn)化率達到92％。
實施例22
將6毫升用氧化鋁載體負載的非貴金屬鐵催化劑(表示為Fe/Al2O3)裝填于線筒式介質(zhì)阻擋放電等離子體反應(yīng)器的放電區(qū)，催化劑顆粒為不規(guī)則形狀，等效直徑為1-1.5毫米，其中以元素鐵(Fe)計的活性成分負載量為10％(重量)，其余為氧化鋁載體，催化劑等效直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為0.1-0.17。反應(yīng)器殼體4(阻擋介質(zhì))用石英玻璃制成，壁厚1毫米，內(nèi)徑9毫米，放電區(qū)長度100毫米，殼體外的隔熱保溫材料5采用石棉。反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2采用普通不銹鋼絲，直徑2毫米，其與反應(yīng)器殼體之間的絕緣密封采用氧化鋁陶瓷材料。金屬接地電極6為銅網(wǎng)，催化劑床層下面起支撐作用的陶瓷篩板7用氧化鋁陶瓷制成。按照介質(zhì)阻擋放電的通常做法將反應(yīng)器接入高壓電源系統(tǒng)，然后將無水液氨從儲罐中經(jīng)過減壓閥引出，并經(jīng)過流量計和調(diào)解閥控制使流速達到40毫升/分，從氨氣入口10送入反應(yīng)器，置換反應(yīng)器中的空氣，被置換的氣體從裂解氣出口8排出。給高壓電源系統(tǒng)11通電，然后通過高壓電源上的電壓調(diào)節(jié)器、頻率調(diào)節(jié)器和變壓器，將交流高壓逐步加載到反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2上，直至反應(yīng)器的金屬高壓放電電極2與金屬接地極6之間在阻擋介質(zhì)4存在下產(chǎn)生所說的介質(zhì)阻擋放電(呈絲狀放電)。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓37伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到50瓦，實際放電電壓為10.6千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在390℃，氨分解轉(zhuǎn)化率大于99％。
實施例23重復(fù)實施例22，但反應(yīng)器反應(yīng)器殼體4(阻擋介質(zhì))用氧化鋁陶瓷制成，壁厚2.5毫米，內(nèi)徑8毫米，催化劑等效直徑與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為0.1-0.2，放電區(qū)長度100毫米，催化劑裝填量為5毫升。將放電參數(shù)設(shè)定為變壓器的初始電壓35伏特，放電頻率12千赫茲。則高壓電源功率達到49瓦，實際放電電壓為11.5千伏，反應(yīng)穩(wěn)定后反應(yīng)器的溫度穩(wěn)定在379℃，氨分解轉(zhuǎn)化率大于99％。
權(quán)利要求
1.一種氨分解制氫的等離子體催化方法，其特征是，氨分解反應(yīng)在一個介質(zhì)阻擋放電和非貴金屬負載型催化劑共存的等離子體催化反應(yīng)器中進行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氨分解制氫的等離子體催化方法，其特征是，所述非貴金屬負載型催化劑中含鐵、鈷、鎳、鉻、鉬、錳、銅和鎢中的一種或幾種元素作為催化劑的活性成分，活性成分在催化劑中所占重量百分比為0.5-40％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氨分解制氫的等離子體催化方法，其特征是，所述非貴金屬負載型催化劑的載體優(yōu)選為氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氧化鎂、硅基沸石分子篩或活性碳，催化劑顆粒大小與反應(yīng)器內(nèi)徑之比為0.01-0.4，優(yōu)選范圍是0.05-0.2。
4.一種用于氨分解制氫的等離子體催化方法的等離子體催化反應(yīng)器，其特征是等離子體催化反應(yīng)器的殼體為圓筒狀，在圓筒狀殼體的外表面纏繞金屬導(dǎo)體的箔、薄片或絲網(wǎng)作為反應(yīng)器的接地電極，與地線連接；殼體兩端設(shè)封頭，通過上封頭的中心孔向殼體內(nèi)沿軸線插入金屬絲線作為反應(yīng)器的高壓放電電極，該金屬絲線從上封頭伸出與交流高壓電源連接，高壓放電電極穿越上封頭處用絕緣材料密封，反應(yīng)器殼體上端設(shè)氨氣入口，在反應(yīng)器的下封頭上設(shè)氫、氮混合氣出口，非貴金屬負載型催化劑裝于反應(yīng)器內(nèi)的介質(zhì)阻擋放電區(qū)，催化劑床層用陶瓷篩板支撐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于氨分解制氫的等離子體催化方法的等離子體催化反應(yīng)器，其特征是所述等離子體催化反應(yīng)器的高壓放電電極用耐腐蝕的金屬材料制成，優(yōu)選材料為不銹鋼材質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于氨分解制氫的等離子體催化方法的等離子體催化反應(yīng)器，其特征是所述等離子體催化反應(yīng)器的殼體用氧化鋁陶瓷、硬質(zhì)玻璃或石英玻璃制成。
全文摘要
一種氨分解制氫的等離子體催化方法，屬于等離子體化學(xué)和氫能技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種能使氨氣在較低溫度下分解，產(chǎn)生有利于質(zhì)子交換膜燃料電池汽車使用且不含一氧化碳和二氧化碳的氫、氮混合氣的方法。其特征是，等離子體催化氨分解反應(yīng)在一個等離子體催化反應(yīng)器中進行，非貴金屬負載型催化劑裝于反應(yīng)器內(nèi)的放電區(qū)，非貴金屬負載型催化劑中含鐵、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、錳(Mn)、銅(Cu)和鎢(W)中的一種或幾種元素作為活性成分，活性成分在催化劑中所占的重量百分數(shù)的適宜范圍是0.5－40％。本發(fā)明的效果和益處是降低氨氣在非貴金屬負載催化劑上的分解溫度，同時降低燃料電池汽車車載制氫的成本。
文檔編號B01J23/85GK1861519SQ20061020056
公開日2006年11月15日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者郭洪臣, 劉春陽, 王麗, 陳黎行, 王祥生, 宮為民 申請人:大連理工大學(xué)