日本從有機(jī)氫化物中提取分離出氫氣直接驅(qū)動(dòng)汽油車
2014-05-14 18:33:39
admin
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據(jù)蓋世汽車網(wǎng)2009年3月4日訊 從事氫氣儲(chǔ)藏及供給裝置開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)的Hrein Energy（總部：日本札幌）宣布，在雙葉產(chǎn)業(yè)（Futaba Industrial）、伊藤Racing Service以及北海道大學(xué)名譽(yù)教授市川勝的協(xié)助下，借助車輛上配備的氫氣發(fā)生裝置從有機(jī)氫化物中提取出氫氣，并摻入汽油車的進(jìn)氣中，成功地進(jìn)行了行駛實(shí)驗(yàn)。這是全球首次成功地通過(guò)市售車輛上配備的氫氣發(fā)生裝置，從有機(jī)氫化物中提取出氫氣。
成功進(jìn)行了行駛實(shí)驗(yàn)的車輛是改造自日產(chǎn)的“March”（排氣量為1.2L，見(jiàn)下圖1a）。該車配備了可利用排氣系統(tǒng)的余熱從C7H14中提取氫氣，并將氫氣供給發(fā)動(dòng)機(jī)的氫氣發(fā)生裝置。
不過(guò)，此次試驗(yàn)車輛的主驅(qū)動(dòng)力是通過(guò)汽油燃燒產(chǎn)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(shí)現(xiàn)僅通過(guò)一般汽油燃燒所難以達(dá)到的、空燃比為25以上的稀薄燃燒。此次的試驗(yàn)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(shí)提高了約3成。
日產(chǎn)此次在試驗(yàn)車輛上配備的氫氣發(fā)生裝置的特點(diǎn)是，利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱，而不使用其他能量（圖1b）。不過(guò)，此次配備的氫氣發(fā)生裝置的容積約為3L，可生成的氫氣量為每小時(shí)3m3左右，不足以靠氫氣滿足車輛的全部燃料需求。據(jù)說(shuō)燃料電池車每小時(shí)所需的氫氣量為30～50m3，要想滿足這一需求，氫氣發(fā)生裝置必需進(jìn)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(chǎn)生氫氣。
另一方面，新日本石油與日立制作所聯(lián)手開(kāi)發(fā)出了體積小、但可從C7H14中提取大量氫氣的氫氣發(fā)生裝置（圖2）。此項(xiàng)開(kāi)發(fā)是日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省委托給日本石油產(chǎn)業(yè)活性化中心的“未來(lái)型燃料高度利用研究開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目的一環(huán)。兩公司開(kāi)發(fā)的氫氣發(fā)生系統(tǒng)為板狀，由觸媒板、氫氣分離膜、氫氣流路等構(gòu)成。組合應(yīng)用了新日本石油的觸媒技術(shù)及日立的微型反應(yīng)器（Microreactor）技術(shù)。
日立的微型反應(yīng)器技術(shù)是通過(guò)形成μm級(jí)的流路，通過(guò)提高單位容積的表面積，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的小型化的。技術(shù)細(xì)節(jié)沒(méi)有對(duì)外公布，但此次的反應(yīng)器在深度為40μm的微細(xì)流路上，觸媒采用Pt（白金）粒子。所用Pt的數(shù)量為，平均每臺(tái)車輛為數(shù)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(duì)此次開(kāi)發(fā)的氫氣發(fā)生裝置作一評(píng)價(jià)，可以說(shuō)在反應(yīng)溫度為300℃的條件下，C7H14的90%轉(zhuǎn)化成了C7H8，*終成功地提取出相當(dāng)于理論值80%的氫氣。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得知，由于此次實(shí)驗(yàn)是通過(guò)板狀小型反應(yīng)器實(shí)施的，因此，如果將多個(gè)板狀小型反應(yīng)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(chǎn)汽車的“March”為原型。如果將從有機(jī)氫化物中提取出的氫氣摻入汽車的進(jìn)氣中，由于氫氣的燃燒性較高，無(wú)需改造發(fā)動(dòng)機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)空燃比為25以上的稀薄燃燒。由此，恒速行駛?cè)夹Э商岣?成左右。（b）用于從有機(jī)氫化物中提取氫氣的“車載（On Board）型脫氫反應(yīng)器”（后方的圓筒狀裝置）。這是首次成功地通過(guò)市售車輛所配備的反應(yīng)器提取氫氣。
用于從有機(jī)氫化物中提取氫氣的小型反應(yīng)器，由新日本石油與日立制作所聯(lián)手開(kāi)發(fā)。外觀（a）為薄板狀，如果投入有機(jī)氫化物環(huán)己基甲烷，則會(huì)產(chǎn)生氫及甲苯。內(nèi)部由觸媒板及氫氣流路等構(gòu)成（b），通過(guò)氫分離膜將甲苯與氫分離。