[发明专利]一种直接光热转换甲醇制氢的方法

说明书

本发明公开了一种直接光热转换甲醇制氢的方法，利用毛细效应，使得纳米催化剂不停向上传输反应液，形成纳米流体，结合纳米流体的强光吸收特性，在聚光照射下，纳米催化剂周围的反应液逐渐蒸发，反应液持续向催化剂供给，起先催化层的温度不停升高，直至蒸发速度与液体供给速度平衡时，温度保持稳定，此时，在气液交界处催化剂上表面稳定产生氢气。整体催化实验可利用太阳能作为热源，绿色环保，且该催化装置简单方便，能够减少制造成本。

技术领域

本发明属于氢气制备技术领域，具体涉及一种直接光热转换甲醇制氢的方法。

背景技术

氢气作为未来不可缺少的燃料，在燃料电池、化学处理和航空等领域有着广泛的应用。氢的产生可以来自水、天然气、煤或生物质。然而，一些制氢方法存在一些缺陷。水通过热吸收直接裂解需要高达2500K以上的高温，其热源可由太阳能提供。但其需要一种特殊的设备将氢和氧混合物分离出来，放置其再次生成水或者易爆炸。煤炭气化可以产生大量的氢气，但煤炭是稀有和不可再生的。生物质制氢技术也是另一个制氢途径，但是在制氢过程中，大多仍需一定量的氢气作为推动剂。目前，甲醇水蒸气重整或甲醇分解是实现天然气制氢的重要途径。众所周知，在所有的醇中，甲醇是最简单的，因为它只有一个碳原子。强C-C键可以在250℃左右进行重整，这比其它燃料的低。而甲醇裂解或者甲醇重整都是吸热反应：CH₃OH+H₂O——CO₂+3H₂ ∆H = 50.7kJ mol⁻¹，即利用甲醇与水混合蒸汽在250度高温下与催化剂发生反应。太阳能作为一种可再生能源，取之不尽、用之不竭的优势，能够满足全球能源需求。将太阳能利用于催化制氢将是一大进步和突破。目前已有专家提出利用抛物槽聚光太阳能给钢管或者透明管子（内含催化剂）加热，将甲醇与水混合蒸汽通入管内进行催化产氢，但其甲醇与水蒸汽的产生仍利用了辅助能源，该能源的使用也在一定程度上消耗了能量，且整体装置耗资大。除此之外，传统甲醇制氢方法通过聚光照射钢管从而向催化剂传递热量，此过程热量传递环节多，导致热阻大，且钢管表面温度高，辐射传热损失大，而且仅靠表面吸收热量，整体太阳能利用率低，这些均会增强热损失，降低太阳能利用率，除此之外，也有专家利用光催化甲醇制氢，但其产氢效率低。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术利用甲醇制氢所存在的技术问题，提供一种直接光热转换甲醇制氢的方法，通过利用纳米流体的光热转换性能，充分利用太阳能，从而促进催化液体层高效蒸发，反应液持续供给，从而使得直接于催化层蒸发与供液平衡，并在气液层，利用光热耦合催化实现催化产氢目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种直接光热转换甲醇制氢的方法，利用毛细作用使甲醇反应液浸润纳米催化剂形成纳米流体，通过聚光照射使纳米催化剂周围的甲醇反应液蒸发，同时甲醇反应液持续供给，从而在气液交界处产生氢气。

进一步地，所述甲醇反应液是水和甲醇的混合液。

进一步地，所述水和甲醇混合液中水和甲醇的摩尔比为1：1-1：2。

进一步地，所述纳米催化剂同时具有强光吸收特性和催化特性。

进一步地，所述聚光照射的光照强度为10-20kW/m²。

在本发明利用毛细效应，使得纳米催化剂不停向上传输反应液，形成纳米流体，结合纳米流体的强光吸收特性，在太阳光的聚光照射下，反应液逐渐蒸发，反应液持续向催化剂供给，起先催化层的温度不停升高，直至蒸发速度与液体供给速度平衡时，温度保持稳定，此时，在气液交界处催化剂上表面稳定产生氢气。利用太阳能作为反应热源，不仅提供甲醇与水蒸发所需热量，也提供催化所需的反应热，且其催化产氢快。整体催化实验可利用太阳能作为热源，绿色环保，且该催化装置简单方便，能够减少制造成本。

附图说明

图1为本发明的直接光热转换甲醇制氢方法原理；