CN105861083A - 合成氢燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种合成氢燃料及其制备方法，所述合成氢燃料的制备方法，包括以下步骤：(1)将二氧化碳加压后进入反应器与加压后的甲烷在催化剂的作用下进行反应，二氧化碳与甲烷的质量比为(1‑3)：(1‑3)，反应温度为640‑1340℃，反应压力为5‑80kg/cm2，反应后得到混合气体；(2)将混合气体和氢气稳定剂混合后得到合成氢燃料。本发明以甲烷和二氧化碳为主要原料，通过催化剂催化合成含有氢气、一氧化碳、甲烷的混合气体，再加入可使氢分子稳定剂，制得既能满足使用需求，又能进行长途安全运输的合成氢燃料。该燃料气体具有燃烧值高、无毒无害、安全无污染等优点。

Description

合成氢燃料及其制备方法
技术领域
本发明涉及气体燃料技术领域，具体涉及一种合成氢燃料及其制备方法。
背景技术
人类社会文明的持续发展正面临着能源短缺与环境恶化所带来的威胁，对化石能源的无限制开采不仅导致其日渐枯竭，价格攀升，而且燃烧释放的大量二氧化碳导致温室效应加重，进而引发极端天气现象。
二氧化碳是碳基化合物氧化的最终产物，同时也是生物体中碳的重要来源之一。工业革命以后，随着人类对化石能源的大量消耗，大气中CO2的浓度比起工业革命之前明显提高。作为温室气体之一，CO2在大气中含量的上升会导致大气热量辐射减慢，进而导致全球气温的上升，即所谓的“温室效应”。
目前，CO2转化再利用的方法可以概括为以下几种：(1)化学转化法，即经过各种化学反应转化为甲烷、尿素等重要化工原料；(2)光化学催化还原法，即模仿生物体内的过程还原CO2；(3)化学和电化学还原，主要还原为羧酸类和CO；(4)利用生物转化方法转化为醇类和糖类；(5)与甲烷反应成为CO、H2等合成燃料；(6)转化为碳酸盐等无机物。
但是，现有的CO2的转化方法不同程度地面临着反应温度高，CO2转化效率低，操作过程可控性差，操作复杂等问题。因此迫切需要开发一种更加简单、便捷、高效、环境友好、可控性好的CO2转化方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种合成氢燃料及其制备方法。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种合成氢燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将二氧化碳加压后进入反应器与加压后的甲烷在催化剂的作用下进行反应，二氧化碳与甲烷的质量比为(1-3)：(1-3)，反应温度为640-1340℃，反应压力为5-80kg/cm2，反应后得到混合气体；
(2)将混合气体和氢气稳定剂混合后得到合成氢燃料。
优选地，所述的催化剂加入量为二氧化碳重量的1-10％，所述的催化剂为一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁中的一种或多种的混合物。
更优选地，所述的催化剂由一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁混合而成，所述一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。
优选地，所述的二氧化碳在反应器中的流速为2-18米/秒。
优选地，所述的甲烷在反应器中的流速为2-18米/秒。
优选地，所述的混合气体在反应器中停留时间为2-12秒。
优选地，所述的混合气体和氢气稳定剂的质量比为(950-1050)：(0.001-0.01)。
优选地，所述的氢气稳定剂为氖气、氩气、氪气中的一种或多种的混合物。
更优选地，所述的氢气稳定剂由氖气、氩气、氪气混合而成，所述氖气、氩气、氪气的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。
本发明还提供了一种合成氢燃料，采用上述方法制备而成，由下述重量百分比的组分组成：氢气35-65％、一氧化碳35-65％、氢气稳定剂0.0001-0.01％、甲烷2-20％，余量为二氧化碳。
具体的，在本发明中：
一氧化镍，CAS号：1313-99-1，粒径20-40nm。
三氧化二铬，CAS号：1308-38-9，粒径20-40nm。
三氧化二铁，CAS号：1309-37-1，粒径20-40nm。
二氧化碳，CAS号：124-38-9。
碳，CAS号：7440-44-0。
氖气，CAS号：7440-01-9。
氩气，CAS号：7440-37-1。
氪气，CAS号：7439-90-9。
本发明以甲烷和二氧化碳为主要原料，通过催化剂催化合成含有氢气、一氧化碳、甲烷的混合气体，再加入可使氢分子稳定剂，制得既能满足使用需求，又能进行长途安全运输的合成氢燃料。该燃料气体具有燃烧值高、无毒无害、安全无污染等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
实施例1
合成氢燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将300g催化剂附着在陶瓷载体上，并均匀的置于反应器的底部；将30kg二氧化碳加压5kg/cm2后，进入内径为152.4cm、长为1219.2cm的密闭隔绝空气的卧式反应器中，二氧化碳的流速为2.5米/秒；同时将35kg甲烷加压5kg/cm2后，进入卧式反应器中，二氧化碳的流速为2.5米/秒；在催化剂作用下，在反应温度为750℃，压力为5kg/cm2条件下进行反应；反应后得到混合气体，混合气体在反应器中停留时间为5秒后从反应器中流出；
(2)将混合气体和氢气稳定剂按质量比为1000:0.0018混合均匀后，得到合成氢燃料。
所述的催化剂由一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁按质量比为1：1：1搅拌混合均匀得到。
所述的氢气稳定剂由氖气、氩气、氪气按质量比为1：1：1搅拌混合均匀得到。
实施例2
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的氢气稳定剂由氩气、氪气按质量比为1：1搅拌混合均匀得到。得到实施例2的合成氢燃料。
实施例3
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的氢气稳定剂由氖气、氪气按质量比为1：1搅拌混合均匀得到。得到实施例3的合成氢燃料。
实施例4
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的氢气稳定剂由氖气、氩气按质量比为1：1搅拌混合均匀得到。得到实施例4的合成氢燃料。
实施例5
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的催化剂由三氧化二铬、三氧化二铁按质量比为1：1搅拌混合均匀得到。得到实施例5的合成氢燃料。
实施例6
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的催化剂由一氧化镍、三氧化二铁按质量比为1：1搅拌混合均匀得到。得到实施例6的合成氢燃料。
实施例7
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的催化剂由一氧化镍、三氧化二铬按质量比为1：1搅拌混合均匀得到。得到实施例7的合成氢燃料。
测试例1
对实施例1和实施例5-7中步骤(1)的合成氢燃料反应转化率进行测试，具体结果见表1。
表1：合成氢燃料反应转化率结果表
生成率，％
实施例1 94.9
实施例5 90.5
实施例6 91.1
实施例7 90.8
比较实施例1与实施例5-7，实施例1(一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁复配)合成氢燃料反应生成率明显高于实施例5-7(一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁中任意二者复配)。
测试例2
对实施例1-7制备的合成氢燃料进行燃烧热值测试。具体结果见表2。
表2：燃烧热值测试结果表
样品 燃烧热值，kcal/m3
实施例1 8126
实施例2 7932
实施例3 7985
实施例4 7920
实施例5 7857
实施例6 7725
实施例7 7839
比较实施例1与实施例2-4，实施例1(氖、氩、氪复配)燃烧热值明显高于实施例2-4(氖、氩、氪中任意二者复配)。比较实施例1与实施例5-7，实施例1(一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁复配)燃烧热值明显高于实施例5-7(一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁中任意二者复配)。

Claims (9)

1.一种合成氢燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将二氧化碳加压后进入反应器与加压后的甲烷在催化剂的作用下进行反应，二氧化碳与甲烷的质量比为(1-3)：(1-3)，反应温度为640-1340℃，反应压力为5-80kg/cm2，反应后得到混合气体；
(2)将混合气体和氢气稳定剂混合后得到合成氢燃料。
所述的氢气稳定剂为氖气、氩气、氪气中的一种或多种的混合物。
2.如权利要求1所述的合成氢燃料的制备方法，其特征在于：所述的氢气稳定剂由氖气、氩气、氪气混合而成，所述氖气、氩气、氪气的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。
3.如权利要求1或2所述的合成氢燃料的制备方法，其特征在于：所述的催化剂加入量为二氧化碳重量的1-10％，所述的催化剂为一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁中的一种或多种的混合物。
4.如权利要求3所述的合成氢燃料的制备方法，其特征在于：所述的催化剂由一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁混合而成，所述一氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。
5.如权利要求1或2或4所述的合成氢燃料的制备方法，其特征在于：所述的二氧化碳在反应器中的流速为2-18米/秒。
6.如权利要求1或2或4所述的合成氢燃料的制备方法，其特征在于：所述的甲烷在反应器中的流速为2-18米/秒。
7.如权利要求1或2或4所述的合成氢燃料的制备方法，其特征在于：所述的混合气体在反应器中停留时间为2-12秒。
8.如权利要求1或2或4所述的合成氢燃料的制备方法，其特征在于：所述的混合气体和氢气稳定剂的质量比为(950-1050)：(0.001-0.01)。
9.一种合成氢燃料，其特征在于：采用权利要求1-8中任一项所述方法制备而成。
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