專利名稱：氫發(fā)生裝置以及氫化反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過有機氫化物的脫氫反應(yīng)產(chǎn)生氫的氫發(fā)生裝置、以 及通過不飽和烴的氫化反應(yīng)合成有機氫化物，由此儲存氫的氫化反應(yīng) 裝置。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著化石燃料的消耗而產(chǎn)生的公害和溫暖化、伴隨原 子能的利用而需降低核爆風(fēng)險，氫能源受到關(guān)注。氫可通過水的電解 生成，因此可以說在地球上幾乎取之不盡用之不竭。氫還是燃燒后不 產(chǎn)生二氧化碳的清潔能源。這是氫受到關(guān)注的主要原因。
但是，利用氫時必須安全且高效地儲存氫。目前已經(jīng)得到實際應(yīng) 用的氫的儲存方法例如有以氣體的形式封裝在高壓氣瓶內(nèi)的方法；
儲存在儲氫合金內(nèi)部的方法；以液體氫的形式儲存的方法等。
但是，通過這些方法儲存氫時，存在需要巨大的設(shè)備投資、氫的 儲存能力低等問題，每種方法在將氫用作能源時都難以利用。
另一方面，具有相同碳原子數(shù)的環(huán)狀烴已知有苯和環(huán)己烷。前者 的苯是碳碳之間的鍵部分為雙鍵的不飽和烴，而后者的環(huán)己烷是碳碳 之間的鍵沒有雙鍵的飽和烴。因此，在苯上加成氫則得到環(huán)己垸，由 環(huán)己垸除去一部分氫則得到苯。同樣，由萘的氫化反應(yīng)可得到萘垸， 由萘烷的脫氫反應(yīng)可得到萘。以下，將如飽和烴這樣的、可通過脫氫 反應(yīng)將氫供給外部的有機化合物稱為"有機氫化物"。這樣，通過利用 這些烴的氫化反應(yīng)和脫氫反應(yīng)，可以進行氫的儲存和供給。所述氫的 儲存或供給技術(shù)有望在汽車的動力、發(fā)電中應(yīng)用(例如參照專利文獻 1)。專利文獻1:日本特開2002-187702號公報(摘要等)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在將利用上述環(huán)己垸、萘烷等有機氫化物與苯、萘等不飽 和烴之間的脫氫反應(yīng)和氫化反應(yīng)進行的氫的供給和儲存實際應(yīng)用時， 希望進一步提高反應(yīng)效率，有效地供給和儲存氫。特別是必須有效地 利用脫氫反應(yīng)所需的能量或者氫化反應(yīng)所得到的能量。
本發(fā)明針對上述問題而設(shè)，其目的在于提高脫氫反應(yīng)或氫化反應(yīng) 的效率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供氫發(fā)生裝置，該裝置是在催化劑的 存在下，通過有機氫化物的脫氫反應(yīng)產(chǎn)生氫的裝置，具有多管結(jié)構(gòu)的 反應(yīng)器，該多管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器具備下述兩個區(qū)域，即供給用于產(chǎn)生脫 氫反應(yīng)所必須的熱的燃料、具有該燃料的燃燒所利用的燃燒催化劑的 區(qū)域；和具有上述脫氫反應(yīng)所必須的脫氫催化劑的區(qū)域；這兩個區(qū)域 以壁為間隔，在直徑方向上相鄰。有機氫化物的脫氫反應(yīng)是極大的吸 熱反應(yīng)，通常的填充式反應(yīng)器難以供給反應(yīng)所必須的能量。采用本發(fā) 明的氫發(fā)生裝置，燃料燃燒產(chǎn)生的能量直接傳遞至另一個區(qū)域的脫氫 催化劑，能量的利用效率極高，并且可以使氫的發(fā)生速度增大。
本發(fā)明的另一方面是將上述發(fā)明中的燃燒催化劑和脫氫催化劑 的至少任一種催化劑負載在反應(yīng)器內(nèi)的壁面上的氫發(fā)生裝置。由此， 來自燃燒催化劑的熱穿過壁面直接傳遞至催化劑。因此，可以使氫的 發(fā)生速度增大。
本發(fā)明的另一方面是將上述發(fā)明中的壁面制成葉片、皺褶、格柵 或蜂窩狀的部件的壁面的氫發(fā)生裝置。由此，可以使負載催化劑的單 位體積的面積增大，進一步提高反應(yīng)效率。
本發(fā)明的又一方面是將上述各發(fā)明中的燃燒催化劑和脫氫催化 劑的至少任一種催化劑負載于經(jīng)陽極氧化處理的鋁化合物上的氫發(fā) 生裝置。由此，可以得到導(dǎo)熱性良好的催化劑載體。并且，通過將導(dǎo)熱性良好的鋁用于各區(qū)域的壁面或葉片中，可以將發(fā)熱區(qū)域的熱迅速 地傳遞至吸熱區(qū)域。
本發(fā)明的又一方面是將上述各發(fā)明的燃料作為脫氫反應(yīng)的產(chǎn)物 的氫發(fā)生裝置。由此，可以減少或完全不使用由外部供給的燃料，可 以利用原料的反應(yīng)產(chǎn)物自給地產(chǎn)生氫。
本發(fā)明的另一方面是氫化反應(yīng)裝置，該裝置是在催化劑的存在 下，通過由不飽和烴的氫化反應(yīng)合成有機氫化物來儲存氫的裝置，具 有多管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器，該多管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器具備下述兩個區(qū)域，即除 去氫化反應(yīng)中生成的熱的區(qū)域；和具有氫化反應(yīng)所必須的氫化催化劑 的區(qū)域，這兩個區(qū)域以壁為間隔，在直徑方向上相鄰。用于儲存氫的 不飽和烴的氫化反應(yīng)是很大的放熱反應(yīng)，同時也是平衡反應(yīng)，溫度升 高則反應(yīng)率降低。采用本發(fā)明的氫化反應(yīng)裝置，可以控制反應(yīng)溫度的 升高，提高氫化反應(yīng)的效率，使氫化反應(yīng)的速度增快。
本發(fā)明的另一方面是將上述發(fā)明的氫化催化劑負載于反應(yīng)器內(nèi) 的壁面上的氫化反應(yīng)裝置。由此，氫化反應(yīng)中產(chǎn)生的熱穿過壁面被立 即除去。因此，可以使氫化反應(yīng)的速度增快。
本發(fā)明的又一方面是將上述發(fā)明的壁面制成葉片、皺褶、格柵或 蜂窩狀的部件的壁面的氫化反應(yīng)裝置。由此，可以使負載催化劑的單 位體積的面積增大，進一步提高反應(yīng)效率。
本發(fā)明的又一方面是將上述各發(fā)明的上述氫化催化劑負載于經(jīng) 陽極氧化處理的鋁化合物上的氫化反應(yīng)裝置。由此，可以得到導(dǎo)熱性 高的催化劑載體。并且，通過將導(dǎo)熱性良好的鋁用于各區(qū)域的壁面或 者葉片中，可以將一個區(qū)域的熱迅速傳遞至另一個區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，可以提高脫氫反應(yīng)或氫化反應(yīng)的效率，同時提高總 體的能量效率。
附圖簡述


圖1示意性表示本發(fā)明的氫發(fā)生裝置的優(yōu)選實施方案。圖2是示意性表示圖1所示的反應(yīng)器的斜視圖。
圖3表示將圖2所示的反應(yīng)器用A面截斷時的截面B。
圖4示意性表示本發(fā)明的氫化反應(yīng)裝置的優(yōu)選實施方案。
符號說明
1氫發(fā)生裝置 10反應(yīng)器 11外側(cè)區(qū)域 12內(nèi)側(cè)區(qū)域 17葉片 18葉片
40氫化反應(yīng)裝置
實施發(fā)明的最佳方式 (1.氫發(fā)生裝置)
以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的氫發(fā)生裝置的優(yōu)選實施方案進行詳細 說明。
首先，對本發(fā)明的氫發(fā)生裝置的脫氫反應(yīng)進行簡單說明。以下所 示的三種反應(yīng)式是表示有機氫化物的脫氫反應(yīng)的反應(yīng)式的一個例子。 如這些反應(yīng)式所示，通過從有機氫化物中脫氫，生成不飽和烴。
C10H18 — C1()H8+5H2 —333.4 kJ/mol (萘垸的脫氫反應(yīng)) C6H12— C6H6+3H2 — 205.9 kJ/mol (環(huán)己烷的脫氫反應(yīng)) C7H14 — C7H8+3H2 — 204.8 kJ/mol (甲基環(huán)己烷的脫氫反應(yīng))
通過利用如有機氫化物這樣的、通過脫氫反應(yīng)使本身的碳碳之間 的鍵的一部分或全部變?yōu)殡p鍵或三鍵、向外部釋放氫的化合物，可以 構(gòu)建氫發(fā)生裝置。
圖l示意性表示本發(fā)明的氫發(fā)生裝置的優(yōu)選實施方案的構(gòu)成。本圖表示氫發(fā)生裝置的一個方案，并不限于此。
本發(fā)明的實施方案的氫發(fā)生裝置1具備反應(yīng)器10，該反應(yīng)器10 是有機氫化物的一個例子——甲基環(huán)己烷(圖1中表示為"OHY")進行 脫氫反應(yīng)的場所。反應(yīng)器10是豎長的筒狀，在其直徑方向具有將管 三重重疊的三重管結(jié)構(gòu)。反應(yīng)器10最內(nèi)側(cè)的管是燃料(圖1中表示為 "FU")與空氣的混合物燃燒生成的排放氣體的通路13。燃料也包括市 政供氣、LPG、燈油等。通路13的上方和下方均形成開口部分，排放 氣體由通路13的上方向下方流動，由反應(yīng)器10排出。
通路13的外側(cè)配置有直徑比通路13大的管。夾在該管和通路13 的外壁之間的區(qū)域是導(dǎo)入燃料和空氣的混合物并燃燒的區(qū)域(該實施 方案中稱為"內(nèi)側(cè)區(qū)域")12。內(nèi)側(cè)區(qū)域12與反應(yīng)器10的下方側(cè)面和通 路13的上方連接。反應(yīng)器10的下方側(cè)面設(shè)置有與內(nèi)側(cè)區(qū)域12連接 的一個或多個口。圖l中只表示了兩個口，可以是一個或三個以上的 口。燃料和空氣由反應(yīng)器10的下方側(cè)面進入內(nèi)側(cè)區(qū)域12,在此燃燒。 燃燒生成的排放氣體由通路13的上方迸入，流向反應(yīng)器10的外部。
在內(nèi)側(cè)區(qū)域12的外側(cè)配置有兼作反應(yīng)器10的外壁的管。夾在該 管的內(nèi)壁和構(gòu)成內(nèi)側(cè)區(qū)域的管的外壁之間的區(qū)域是通過甲基環(huán)己烷 的脫氫反應(yīng)生成甲苯(圖1中表示為"TL")和氫的區(qū)域(該實施方案中稱 為"外側(cè)區(qū)域")ll。外側(cè)區(qū)域11與反應(yīng)器10的下方側(cè)面和反應(yīng)器10 的上方連接。反應(yīng)器10的下方側(cè)面設(shè)有與外側(cè)區(qū)域11連接的一個或 多個口。圖l中只表示了兩個口，可以是一個或三個以上的口。甲基 環(huán)己烷由反應(yīng)器10的下方側(cè)面進入外側(cè)區(qū)域11，在此脫氫。脫氫反 應(yīng)生成的甲苯和氫流向外側(cè)區(qū)域11的上方，由反應(yīng)器IO上部排出到 外部。反應(yīng)器10的更詳細的結(jié)構(gòu)如后所述。
反應(yīng)器10內(nèi)的脫氫反應(yīng)所必須的熱能通過加熱燃料、將其供給 燃燒催化劑來獲得。該燃料通過泵20a送至流路切換閥21、熱交換器 22、熱交換器23，然后在作為加熱裝置的一個例子的電加熱器24中 加熱。另一方面，燃料混合用的空氣(以下簡稱為"空氣"，圖1中表示為"AR")由鼓風(fēng)機25送至熱交換器26，空氣在作為之后的加熱裝 置的一個例子的電加熱器27中進一步加熱，在混合器28內(nèi)與上述燃 料混合?；旌掀?8具備作為加熱裝置的一個例子的電加熱器29。因 此，燃料與空氣的混合物在混合器28內(nèi)被充分加熱。在混合器28內(nèi) 混合的燃料和空氣的混合物由設(shè)置于反應(yīng)器10的下方側(cè)面的多個口 (燃料導(dǎo)入口)導(dǎo)入到反應(yīng)器10內(nèi)的內(nèi)側(cè)區(qū)域12。另夕卜，這里作為加熱 裝置的一個例子所例舉的電加熱器主要是在啟動時利用，在正常運轉(zhuǎn) 時熱能可以自給，不一定要利用。
熱交換器22是在反應(yīng)器10中通過甲基環(huán)己垸的脫氫反應(yīng)生成的 甲苯和氫的混合物與燃料之間進行熱交換的場所。這里，燃料從甲苯 和氫的混合物中獲得熱，被預(yù)加熱。另一方面，甲苯和氫的混合物被 燃料奪去熱，得到冷卻。熱交換器23是燃料和空氣的混合物燃燒產(chǎn) 生的排放氣體與燃料之間進行熱交換的場所。這里，燃料由排放氣體 中獲得熱，被預(yù)加熱；而排放氣體被燃料奪去熱，得到冷卻。熱交換 器26是燃料和空氣的混合物燃燒產(chǎn)生的排放氣體與燃料混合用的空 氣之間進行熱交換的場所。這里，空氣從排放氣體中獲得熱，被預(yù)加 熱；而排放氣體被空氣奪去熱，得到冷卻。
在反應(yīng)器10內(nèi)脫氫的甲基環(huán)己烷通過泵20b送至熱交換器30、 熱交換器31。之后，甲基環(huán)己烷在作為加熱裝置的一個例子的電加熱 器32中加熱，由設(shè)于反應(yīng)器10的下方側(cè)面的多個口(原料導(dǎo)入口)送 至外側(cè)區(qū)域ll。
熱交換器30是燃料和空氣的混合物燃燒產(chǎn)生的排放氣體與原料 之間進行熱交換的場所。這里，原料從排放氣體中獲得熱，被預(yù)加熱； 而排放氣體被原料奪去熱，得到冷卻。然后，排放氣體排出到外部。 熱交換器31是在反應(yīng)器10中通過甲基環(huán)己烷的脫氫反應(yīng)生成的甲苯 和氫的混合物與原料之間進行熱交換的場所。這里，原料由甲苯和氫 的混合物中獲得熱，被預(yù)加熱，而甲苯和氫的混合物被原料奪去熱， 得到冷卻。甲苯和氫的混合物依次經(jīng)過熱交換器31、熱交換器22、熱交換 器33進入反應(yīng)物容器35。進入反應(yīng)物容器35內(nèi)的氫經(jīng)由熱交換器 34送至反應(yīng)物容器35的外部。熱交換器33是甲苯和氫的混合物與冷 卻水(圖1中表示為"CW")之間進行熱交換的場所。這里，甲苯和氫的 混合物被冷卻水奪去熱，得到冷卻，然后進入反應(yīng)物容器35。熱交換 器34是氫與冷卻水之間進行熱交換的場所。這里，氫被冷卻水奪去 熱，得到冷卻，然后排出到外部。
反應(yīng)物容器35的底部與泵36連接，泵36與流路切換閥21連接， 反應(yīng)物容器35內(nèi)的甲苯可由流路切換閥21經(jīng)由熱交換器22、熱交換 器23、混合器28送至反應(yīng)器10的燃料導(dǎo)入口。由此，可以將脫氫反 應(yīng)得到的甲苯作為燃料使用，來自外部的燃料只在脫氫反應(yīng)初期使 用，之后通過將甲苯用作燃料，可以高的性價比產(chǎn)生氫。即，可以減 少或完全不使用來自外部的、用于確保脫氫反應(yīng)所必須的熱量的燃 料，利用原料的反應(yīng)產(chǎn)物自給地產(chǎn)生氫。燃料由外部向反應(yīng)器10的 供給和甲苯向反應(yīng)器10的供給可以通過流路切換閥21容易地切換。 燃料由外部向反應(yīng)器10的供給和甲苯向反應(yīng)器10的供給并不是完全 切換，可以使用流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)外部燃料與甲苯的各流量比。
圖2是反應(yīng)器10的示意性斜視圖。圖3表示將反應(yīng)器10用圖2 所示的A面截斷時的截面B。
如圖3所示，反應(yīng)器10是具備將兼作反應(yīng)器10的外壁的最大直 徑的管14、比管14直徑小的管15、比管15直徑小的管16呈同心狀 重合的三重結(jié)構(gòu)的容器。管14和管15之間的區(qū)域是通過甲基環(huán)己烷 的脫氫反應(yīng)生成甲苯和氫的外側(cè)區(qū)域11。外側(cè)區(qū)域11中設(shè)置有由管 14向管15的方向配置的多個葉片17。管15和管16之間的區(qū)域是導(dǎo) 入燃料(也包括以甲苯作為燃料的情況)和空氣的混合物的內(nèi)側(cè)區(qū)域 12。內(nèi)側(cè)區(qū)域12中設(shè)置有由管15向管16的方向延伸配置的多個葉 片18。
葉片17和葉片18是催化劑載體或?qū)⒋呋瘎┹d體安在外面的部件。催化劑載體優(yōu)選將鋁經(jīng)陽極氧化處理制作的氧化鋁。葉片17上 負載有燃料和空氣的混合物燃燒所必須的燃燒催化劑。葉片18上負 載有甲基環(huán)己烷的脫氫反應(yīng)所必須的脫氫催化劑。脫氫催化劑例如優(yōu) 選鉑。氧化鋁制的催化劑載體是耐熱性高的催化劑載體。并且，由于 葉片17、 18是導(dǎo)熱性良好的鋁制的，因此可以將內(nèi)側(cè)區(qū)域12的熱迅
速傳遞至外側(cè)區(qū)域n。
燃料和空氣的混合物利用燃燒催化劑燃燒，燃燒熱傳遞至外側(cè)區(qū) 域11的葉片17，負載于葉片17表面的脫氫催化劑的溫度升高。甲基 環(huán)己垸在溫度升高的脫氫催化劑表面發(fā)生脫氫，生成甲苯和氫。脫氫 催化劑的溫度根據(jù)有機氫化物的種類而不同，使用甲基環(huán)己烷時溫度 在約270-40(TC，優(yōu)選約285-370。C的范圍較好。如上所述，通過使燃
料的燃燒、有機氫化物的脫氫反應(yīng)分別在相鄰的區(qū)域(內(nèi)側(cè)區(qū)域12和 外側(cè)區(qū)域ll)進行，可以提高脫氫反應(yīng)的效率和能量的利用率，繼而 提高單位時間的氫發(fā)生量(氫發(fā)生速度)。
外側(cè)區(qū)域也可以配置具有葉片17以外的形態(tài)的催化劑載體。例 如，可以在管14或15的表面形成皺褶，在該皺褶上負載脫氫催化劑。 還可以在外側(cè)區(qū)域11配置格柵或蜂窩狀的部件，在其各壁面負載脫 氫催化劑。同樣，還可以在管15或16的表面形成皺褶，在該皺褶上 負載燃燒催化劑。還可以在內(nèi)側(cè)區(qū)域12配置格柵或蜂窩狀的部件， 在其各壁面負載燃燒催化劑。如上所述，采用葉片17、 18、皺褶、格 柵或蜂窩狀的部件，則負載催化劑的單位體積的面積增大，可進一步 提高反應(yīng)效率。內(nèi)側(cè)區(qū)域12也同樣，可以配置具有葉片17以外的形 態(tài)的催化劑載體。
如以上說明，采用具備內(nèi)側(cè)區(qū)域12，以及在內(nèi)側(cè)區(qū)域12的外側(cè) 與其以壁間隔的、具有脫氫反應(yīng)所必須的脫氫催化劑的外側(cè)區(qū)域11 的三重管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器10，燃料燃燒產(chǎn)生的熱可以立即將外側(cè)區(qū)域 11的脫氫催化劑加熱，脫氫反應(yīng)的效率立即提高，可使氫發(fā)生速度更 快。另外，燃燒用催化劑和脫氫催化劑負載于反應(yīng)器10內(nèi)的葉片17、18上，因此，熱不會受到氣膜阻力而直接穿過葉片17、 18的壁面?zhèn)?遞至脫氫催化劑。因此，能量利用效率極高，可以使氫發(fā)生速度更快。 表1表示改變甲基環(huán)己垸的供給量、調(diào)査各供給量下的氫發(fā)生量 的結(jié)果。
原料供給量氫發(fā)生量轉(zhuǎn)化率
(mL/分鐘)(NL/分鐘)(%)
105.298
3013.485
4014.368
如表1所示，如果增加甲基環(huán)己烷的供給量，則可得到氫發(fā)生速 度提高的結(jié)果。
(2.氫化反應(yīng)裝置)
下面，按照附圖對本發(fā)明的氫化反應(yīng)裝置的優(yōu)選實施方案進行詳 細說明。
首先，對本發(fā)明的氫化反應(yīng)裝置中的氫化反應(yīng)進行簡單說明。以 下所示的三種反應(yīng)式是表示不飽和烴的氫化反應(yīng)的反應(yīng)式的一個例 子。如這些反應(yīng)式所示，不飽和烴氫化生成有機氫化物，同時伴隨有 較大放熱。
C10H8+5H2— C1()H18+ 333.4kJ/mol (萘的氫化反應(yīng)) C6H6 +3H2 — C6H12 + 205.9 kJ/mol (苯的氫化反應(yīng)) C7H8+3H2— C7H14+ 204.8 kJ/mol (甲苯的氫化反應(yīng))
通過利用如不飽和烴這樣的、通過氫化反應(yīng)以分子水平儲存氫的 化合物，可以大量且安全地儲存氫。
圖4示意性表示本發(fā)明的氫化反應(yīng)裝置的優(yōu)選實施方案的構(gòu)成。 本發(fā)明的實施方案的氫化反應(yīng)裝置40具備反應(yīng)器10，該反應(yīng)器10是不飽和烴的一個例子一甲苯(圖4中表示為"TL")進行氫化反應(yīng)的 場所。反應(yīng)器10是豎長的筒狀，在其直徑方向具有將管三重重疊的 三重管結(jié)構(gòu)。反應(yīng)器10最內(nèi)側(cè)的管是冷卻用空氣或冷卻用水的通路 13。通路13的上方和下方均形成開口部分，加溫的空氣或水由通路 13的上方向下方流動，由反應(yīng)器10排出。甲苯在反應(yīng)器10的外側(cè)區(qū) 域11發(fā)生氫化反應(yīng)，形成有機氫化物的一個例子一甲基環(huán)己烷(圖4 中表示為"OHY")，移動至反應(yīng)器10外，進入反應(yīng)產(chǎn)物容器35。
向甲苯中添加氫時，優(yōu)選使反應(yīng)器10內(nèi)的氫化催化劑的溫度在 70-25(TC的范圍。氫化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此如果是超過25(TC的溫 度，則氫化反應(yīng)受到抑制，相反脫氫反應(yīng)占優(yōu)勢，由甲苯向甲基環(huán)己 烷轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率降低。因此，將氫化催化劑的溫度保持在70-25(TC的 范圍較好。更優(yōu)選的溫度是80-20(TC的范圍。
氫化反應(yīng)裝置40的構(gòu)成與上述氫發(fā)生裝置1的構(gòu)成有很多共通 部分，因此用相同符號表示，同時省略其說明。
氫化反應(yīng)裝置40中與氫發(fā)生裝置1的主要不同之處在于甲苯 進入到反應(yīng)器10內(nèi)之前與氫混合；以及由反應(yīng)產(chǎn)物容器35排出的物 質(zhì)含有未反應(yīng)完的過量的氫。圖4中，甲苯和氫混合的場所是熱交換 器30與熱交換器31之間，也可以是熱交換器30的上游一側(cè)或熱交 換器31的下游一側(cè)。
采用具備內(nèi)側(cè)區(qū)域12，以及在該內(nèi)側(cè)區(qū)域12的外側(cè)與其以壁間 隔的、具有氫化反應(yīng)所必須的氫化催化劑的外側(cè)區(qū)域11的三重管結(jié) 構(gòu)的反應(yīng)器IO，可以立即除去產(chǎn)生的熱，反應(yīng)效率提高，可以使氫化 反應(yīng)速度更快。另外，冷卻用空氣(或冷卻用水)以及氫化催化劑與反 應(yīng)器10內(nèi)的葉片17、 18接觸，因此來自氫化催化劑的熱可穿過葉片 17、 18的壁面立即除去。因此，可以使氫化反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率更高。
采用葉片17、 18或葉片17、 18以外的皺褶、格柵和蜂窩狀的部 件，冷卻面積和負載催化劑的單位體積的面積增大，可以進一步提高 反應(yīng)效率。另外，氧化鋁制的催化劑載體是耐熱性高的催化劑載體。并且，葉片17、 18是用導(dǎo)熱性良好的鋁制的，因此可以使內(nèi)側(cè)區(qū)域 12和外側(cè)區(qū)域11之間的熱移動速度增大。
以上對本發(fā)明的氫發(fā)生裝置和氫化反應(yīng)裝置的各實施方案進行 了說明，但本發(fā)明并不限于上述各實施方案，可以實施各種變形。
除氧化鋁之外，催化劑載體還可以是用氧化鋯、氮化硅等材料制 備的部件。除鉑催化劑之外，負載在催化劑載體上的催化劑還可以是 鈀、釕、銥、錸、鎳、鉬、鎢、二亍二夕厶、釩、鋨、鉻、鈷或鐵的 任意一種或它們的任意組合。
反應(yīng)容器10具有三重管結(jié)構(gòu)，也可以具有二重或四重以上的多 管結(jié)構(gòu)。與上述各實施方案相反，也可以使脫氫反應(yīng)或氫化反應(yīng)發(fā)生 的區(qū)域為內(nèi)側(cè)區(qū)域，將與該內(nèi)側(cè)區(qū)域以壁間隔而相鄰的區(qū)域作為外側(cè) 區(qū)域。并且還可以形成將多個本反應(yīng)器并列組合的結(jié)構(gòu)。
產(chǎn)業(yè)實用性
本發(fā)明可用于使用或儲存氫的產(chǎn)業(yè)。
權(quán)利要求
1. 氫發(fā)生裝置，其特征在于該裝置是在催化劑的存在下、通過有機氫化物的脫氫反應(yīng)產(chǎn)生氫的裝置，該裝置具有多管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器具備下述兩個區(qū)域，即供給用于產(chǎn)生脫氫反應(yīng)所必須的熱的燃料、具有該燃料的燃燒所利用的燃燒催化劑的區(qū)域；和具有所述脫氫反應(yīng)所必須的脫氫催化劑的區(qū)域；這兩個區(qū)域以壁為間隔，在直徑方向上相鄰。
2. 權(quán)利要求1所述的氫發(fā)生裝置，其特征在于將所述燃燒催 化劑和所述脫氫催化劑中的至少任一種催化劑負載在所述反應(yīng)器內(nèi) 的壁面上。
3. 權(quán)利要求2所述的氫發(fā)生裝置，其特征在于所述壁面是葉 片、皺褶、格柵或蜂窩狀的部件的壁面。
4. 權(quán)利要求l-3中任一項所述的氫發(fā)生裝置，其特征在于將所 述燃燒催化劑和所述脫氫催化劑中的至少任一種催化劑負載在經(jīng)陽 極氧化處理的鋁化合物上。
5. 權(quán)利要求l-4中任一項所述的氫發(fā)生裝置，其特征在于將所 述用于產(chǎn)生脫氫反應(yīng)所必須的熱的燃料作為所述脫氫反應(yīng)的產(chǎn)物。
6. 氫化反應(yīng)裝置，其特征在于該裝置是在催化劑的存在下、 通過不飽和烴和氫的氫化反應(yīng)合成有機氫化物來儲存氫的氫儲存裝 置，該裝置具有多管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器具備下述兩個區(qū)域，即 除去所述氫化反應(yīng)中產(chǎn)生的熱的區(qū)域；和具有所述氫化反應(yīng)所必須的氫化催化劑的區(qū)域，這兩個區(qū)域以壁為間隔，在直徑方向上相鄰。
7. 權(quán)利要求6所述的氫化反應(yīng)裝置，其特征在于將所述氫化催化劑負載在所述反應(yīng)器內(nèi)的壁面上。
8. 權(quán)利要求7所述的氫化反應(yīng)裝置，其特征在于所述壁面是葉片、皺褶、格柵或蜂窩狀的部件的壁面。
9. 權(quán)利要求6-8中任一項所述的氫化反應(yīng)裝置，其特征在于將所述氫化催化劑負載在經(jīng)陽極氧化處理的鋁化合物上。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提高脫氫反應(yīng)或氫化反應(yīng)的效率。本發(fā)明的氫發(fā)生裝置是在催化劑的存在下，通過有機氫化物的脫氫反應(yīng)產(chǎn)生氫的裝置，該裝置具有多管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器(10)，該反應(yīng)器(10)具備下述兩個區(qū)域，即供給用于產(chǎn)生脫氫反應(yīng)所必須的熱的燃料、具有該燃料的燃燒所利用的燃燒催化劑的區(qū)域(12)；和具有脫氫反應(yīng)所必須的脫氫催化劑的區(qū)域(11)；這兩個區(qū)域以壁為間隔，在直徑方向上相鄰。本發(fā)明的氫化反應(yīng)裝置是在催化劑的存在下，通過不飽和烴和氫的氫化反應(yīng)合成有機氫化物的裝置，該裝置具有多管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器(10)，該反應(yīng)器(10)具備下述兩個區(qū)域，即除去氫化反應(yīng)中產(chǎn)生的熱的區(qū)域(12)；和具有氫化反應(yīng)所必須的氫化催化劑的區(qū)域(11)，這兩個區(qū)域以壁為間隔，在直徑方向上相鄰。
文檔編號F17C11/00GK101437750SQ20078001615
公開日2009年5月20日 申請日期2007年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月6日
發(fā)明者三田幸滿, 市川勝, 櫻元正, 田邊克守, 菊池哲 申請人:株式會社萊恩能源;株式會社鋁表面技術(shù)研究所;市川勝