CN105923603A - 安全型合成氢燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全型合成氢燃料及其制备方法，所述安全型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，与反应器中的碳及加压后的水在催化剂的作用下进行反应，二氧化碳、水、碳的质量比为(25‑35)：(2.5‑5.5)：(1.5‑3.5)，反应温度为1000‑1400℃，反应压力为10‑80kg/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，过滤得到安全型合成氢燃料。本发明以水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、甲烷和乙烷的混合气体，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安全型合成氢燃料。该燃料气体具有燃烧值高、无毒无害、安全无污染等优点。

Description

安全型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，具体涉及一种安全型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。
为了克服化石能源的缺陷，人们一直在寻找一种不依赖化石燃料、储量丰富，能廉价制取，无毒无害的清洁能源。而氢能正是人们所期待的新能源，因为氢能具有以下几大优点：(1)资源丰富，氢不仅是最轻的气体，而且是宇宙中最古老的物质，地球上的氢资源极其丰富。氢燃烧又生成水，这是一个取之于水又还原于水的顺应自然的循环，所以氢是一种不受资源限制取之不尽、用之不竭的能源。(2)无污染，氢气本身无毒，燃烧时生成水和少量氮化氢，但比石油基燃料燃烧时的产生量低80％，不会像矿物燃料那样产生大量烟尘及一氧化碳，二氧化碳、碳氢化合物、铅化物等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，所以氢是最清洁的能源。(3)热值高，除核燃料外，氢的燃烧值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的。(4)氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。
但是，上述的自然能源的有效利用还没有广泛普及，而且还是依靠将排出大量二氧化碳的化石燃料作为原料发电和大部分的动力共给。随着对环境破坏的抑制的推行，消费者要求使用清洁能源的情况也逐渐增多。
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安全型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：
一种安全型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，与反应器中的碳及加压后的水在催化剂的作用下进行反应，二氧化碳、水、碳的质量比为(25-35)：(2.5-5.5)：(1.5-3.5)，反应温度为1000-1400℃，反应压力为10-80kg/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，过滤得到安全型合成氢燃料。
优选地，所述的催化剂加入量为二氧化碳重量的1-10％，所述的催化剂为三氧化二铈、二氧化铈、三氧化二铁中的一种或多种的混合物。
更优选地，所述的催化剂由三氧化二铈、二氧化铈、三氧化二铁混合而成，所述三氧化二铈、二氧化铈、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，所述的碳为碳粒，粒径为1-5mm。所述的碳置于反应器的前半部的底部，按二氧化碳气流方向排列成长方形的碳床，其长度为50-500cm，宽为30-130cm。
优选地，所述的水是经过喷嘴加入到反应器中。
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安全型合成氢燃料，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26-66％、一氧化碳16-36％、氢气稳定剂0.0001-0.01％、余量为C1-C4烷烃气体。
具体的，在本发明中：
三氧化二铈，CAS号：1345-13-7，粒径20-40nm。
二氧化铈，CAS号：1306-38-3，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。
本发明以水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、甲烷和乙烷的混合气体，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安全型合成氢燃料。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
安全型合成氢燃料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将2kg碳置于反应器前半部的底部，碳的粒径为2mm，按气流方向排成长方形碳床，碳床长度为80cm，宽为20cm；将300g催化剂均匀附着在9kg陶瓷载体(采用灵寿县润川矿物粉体加工厂提供的直径为5mm陶瓷催化剂载体)上，并将负载催化剂的陶瓷载体均匀的置于反应器的底部；将30kg二氧化碳加压10kg/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；将3kg水加压10kg/cm2，在加入二氧化碳的同时加入水，经喷嘴在反应器中形成水雾；在催化剂作用下，在反应温度为1000℃，压力为10kg/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，通过180目滤布过滤得到安全型合成氢燃料。
所述的催化剂由三氧化二铈、二氧化铈、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的安全型合成氢燃料。
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的安全型合成氢燃料。
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的安全型合成氢燃料。
实施例5
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的催化剂由二氧化铈、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的安全型合成氢燃料。
实施例6
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的催化剂由三氧化二铈、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的安全型合成氢燃料。
实施例7
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的催化剂由三氧化二铈、二氧化铈按质量比为1：1搅拌混合均匀得到。得到实施例7的安全型合成氢燃料。
测试例1
对实施例1和实施例5-7中步骤(1)的安全型合成氢燃料反应生成率进行测试，具体结果见表1。
表1：安全型合成氢燃料反应生成率结果表
生成率，％
实施例1 94.7
实施例5 92.2
实施例6 91.4
实施例7 91.7
比较实施例1与实施例5-7，实施例1(三氧化二铈、二氧化铈、三氧化二铁复配)安全型合成氢燃料反应生成率明显高于实施例5-7(三氧化二铈、二氧化铈、三氧化二铁中任意二者复配)。
测试例2
对实施例1-7制备的安全型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
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(三氧化二铈、二氧化铈、三氧化二铁复配)燃烧热值明显高于实施例5-7(三氧化二铈、二氧化铈、三氧化二铁中任意二者复配)。

Claims (10)

1.一种安全型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，与反应器中的碳及加压后的水在催化剂的作用下进行反应，二氧化碳、水、碳的质量比为(25-35)：(2.5-5.5)：(1.5-3.5)，反应温度为1000-1400℃，反应压力为10-80kg/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，过滤得到安全型合成氢燃料；
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所述的安全型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所述的安全型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％，所述的催化剂为三氧化二铈、二氧化铈、三氧化二铁中的一种或多种的混合物。
4.如权利要求3所述的安全型合成氢燃料的制备方法，其特征在于：所述的催化剂由三氧化二铈、二氧化铈、三氧化二铁混合而成，所述三氧化二铈、二氧化铈、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所述的安全型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所述的安全型合成氢燃料的制备方法，其特征在于：所述的碳为碳粒，粒径为1-5mm；所述的碳置于反应器的前半部的底部，按二氧化碳气流方向排列成长方形的碳床，其长度为50-500cm，宽为30-130cm。
7.如权利要求1或2或4所述的安全型合成氢燃料的制备方法，其特征在于：所述的水是经过喷嘴加入到反应器中。
8.如权利要求1或2或4所述的安全型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。
9.如权利要求1或2或4所述的安全型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)。
10.一种安全型合成氢燃料，其特征在于：采用权利要求1-9中任一项所述方法制备而成。
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