日本從有機氫化物中提取分離出氫氣直接驅動汽油車

2019-04-17 11:11:00  行業動態

據蓋世汽車網2009年3月4日訊 從事氫氣儲藏及供給裝置開發業務的Hrein Energy(總部:日本札幌)宣布,在雙葉產業(Futaba Industrial)、伊藤Racing Service以及北海道大學名譽教授市川勝的協助下,借助車輛上配備的氫氣發生裝置從有機氫化物中提取出氫氣,并摻入汽油車的進氣中,成功地進行了行駛實驗。成功地通過市售車輛上配備的氫氣發生裝置,從有機氫化物中提取出氫氣。


成功進行了行駛實驗的車輛是改造自日產的“March”(排氣量為1.2L,見下圖1a)。該車配備了可利用排氣系統的余熱從C7H14中提取氫氣,并將氫氣供給發動機的氫氣發生裝置。

不過,此次試驗車輛的主驅動力是通過汽油燃燒產生的。提取出的氫氣僅以大約3~5的體積百分比混入到汽車的吸入空氣中。由于氫氣的燃燒性能高于汽油,因此,如果將其摻入混合氣中,則可實現僅通過一般汽油燃燒所難以達到的、空燃比為25以上的稀薄燃燒。此次的試驗車輛在試車道上的50~60km/h常速行駛中,成功地使燃效比僅靠汽油行駛時提高了約3成。

日產此次在試驗車輛上配備的氫氣發生裝置的特點是,利用發動機的余熱,而不使用其他能量(圖1b)。不過,此次配備的氫氣發生裝置的容積約為3L,可生成的氫氣量為每小時3m3左右,不足以靠氫氣滿足車輛的全部燃料需求。據說燃料電池車每小時所需的氫氣量為30~50m3,要想滿足這一需求,氫氣發生裝置必需進一步小型化。另外,如果是燃料電池車,由于燃料電池的工作溫度僅為80℃左右,很難利用余熱產生氫氣。

另一方面,新日本石油與日立制作所聯手開發出了體積小、但可從C7H14中提取大量氫氣的氫氣發生裝置(圖2)。此項開發是日本經濟產業省委托給日本石油產業活性化中心的“未來型燃料高度利用研究開發”項目的一環。兩公司開發的氫氣發生系統為板狀,由觸媒板、氫氣分離膜、氫氣流路等構成。組合應用了新日本石油的觸媒技術及日立的微型反應器(Microreactor)技術。

日立的微型反應器技術是通過形成μm級的流路,通過提高單位容積的表面積,實現反應器的小型化的。技術細節沒有對外公布,但此次的反應器在深度為40μm的微細流路上,觸媒采用Pt(白金)粒子。所用Pt的數量為,平均每臺車輛為數g左右。氫氣分離膜的作用是僅使生成的氫氣從C7H8中分離,此次采用了市售的Pd-Ag(銀)膜。

如果對此次開發的氫氣發生裝置作一評價,可以說在反應溫度為300℃的條件下,C7H14的90%轉化成了C7H8,成功地提取出相當于理論值80%的氫氣。從實驗結果中得知,由于此次實驗是通過板狀小型反應器實施的,因此,如果將多個板狀小型反應器組裝成容積為25L的裝置,則能夠供給1輛燃料電池車行駛所需的氫氣。

(a)以日產汽車的“March”為原型。如果將從有機氫化物中提取出的氫氣摻入汽車的進氣中,由于氫氣的燃燒性較高,無需改造發動機,即可實現空燃比為25以上的稀薄燃燒。由此,恒速行駛燃效可提高3成左右。(b)用于從有機氫化物中提取氫氣的“車載(On Board)型脫氫反應器”(后方的圓筒狀裝置)。通過市售車輛所配備的反應器提取氫氣。

用于從有機氫化物中提取氫氣的小型反應器,由新日本石油與日立制作所聯手開發。外觀(a)為薄板狀,如果投入有機氫化物環己基甲烷,則會產生氫及甲苯。內部由觸媒板及氫氣流路等構成(b),通過氫分離膜將甲苯與氫分離。


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