日本从有机氢化物中提取分离出氢气直接驱动汽油车
2014-05-14 18:33:39
admin
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据盖世汽车网2009年3月4日讯 从事氢气储藏及供给装置开发业务的Hrein Energy（总部：日本札幌）宣布，在双叶产业（Futaba Industrial）、伊藤Racing Service以及北海道大学名誉教授市川胜的协助下，借助车辆上配备的氢气发生装置从有机氢化物中提取出氢气，并掺入汽油车的进气中，成功地进行了行驶实验。这是全球首次成功地通过市售车辆上配备的氢气发生装置，从有机氢化物中提取出氢气。
成功进行了行驶实验的车辆是改造自日产的“March”（排气量为1.2L，见下图1a）。该车配备了可利用排气系统的余热从C7H14中提取氢气，并将氢气供给发动机的氢气发生装置。
不过，此次试验车辆的主驱动力是通过汽油燃烧产生的。提取出的氢气仅以大约3～5的体积百分比混入到汽车的吸入空气中。由于氢气的燃烧性能高于汽油，因此，如果将其掺入混合气中，则可实现仅通过一般汽油燃烧所难以达到的、空燃比为25以上的稀薄燃烧。此次的试验车辆在试车道上的50～60km/h常速行驶中，成功地使燃效比仅靠汽油行驶时提高了约3成。
日产此次在试验车辆上配备的氢气发生装置的特点是，利用发动机的余热，而不使用其他能量（图1b）。不过，此次配备的氢气发生装置的容积约为3L，可生成的氢气量为每小时3m3左右，不足以靠氢气满足车辆的全部燃料需求。据说燃料电池车每小时所需的氢气量为30～50m3，要想满足这一需求，氢气发生装置必需进一步小型化。另外，如果是燃料电池车，由于燃料电池的工作温度仅为80℃左右，很难利用余热产生氢气。
另一方面，新日本石油与日立制作所联手开发出了体积小、但可从C7H14中提取大量氢气的氢气发生装置（图2）。此项开发是日本经济产业省委托给日本石油产业活性化中心的“未来型燃料高度利用研究开发”项目的一环。两公司开发的氢气发生系统为板状，由触媒板、氢气分离膜、氢气流路等构成。组合应用了新日本石油的触媒技术及日立的微型反应器（Microreactor）技术。
日立的微型反应器技术是通过形成μm级的流路，通过提高单位容积的表面积，实现反应器的小型化的。技术细节没有对外公布，但此次的反应器在深度为40μm的微细流路上，触媒采用Pt（白金）粒子。所用Pt的数量为，平均每台车辆为数g左右。氢气分离膜的作用是仅使生成的氢气从C7H8中分离，此次采用了市售的Pd-Ag（银）膜。
如果对此次开发的氢气发生装置作一评价，可以说在反应温度为300℃的条件下，C7H14的90%转化成了C7H8，*终成功地提取出相当于理论值80%的氢气。从实验结果中得知，由于此次实验是通过板状小型反应器实施的，因此，如果将多个板状小型反应器组装成容积为25L的装置，则能够供给1辆燃料电池车行驶所需的氢气。
（a）以日产汽车的“March”为原型。如果将从有机氢化物中提取出的氢气掺入汽车的进气中，由于氢气的燃烧性较高，无需改造发动机，即可实现空燃比为25以上的稀薄燃烧。由此，恒速行驶燃效可提高3成左右。（b）用于从有机氢化物中提取氢气的“车载（On Board）型脱氢反应器”（后方的圆筒状装置）。这是首次成功地通过市售车辆所配备的反应器提取氢气。
用于从有机氢化物中提取氢气的小型反应器，由新日本石油与日立制作所联手开发。外观（a）为薄板状，如果投入有机氢化物环己基甲烷，则会产生氢及甲苯。内部由触媒板及氢气流路等构成（b），通过氢分离膜将甲苯与氢分离。