合成氫燃料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種合成氫燃料及其制備方法，所述合成氫燃料的制備方法，包括以下步驟：(1)將二氧化碳加壓后進入反應器與加壓后的甲烷在催化劑的作用下進行反應，二氧化碳與甲烷的質(zhì)量比為(1?3)：(1?3)，反應溫度為640?1340℃，反應壓力為5?80kg/cm2，反應后得到混合氣體；(2)將混合氣體和氫氣穩(wěn)定劑混合后得到合成氫燃料。本發(fā)明以甲烷和二氧化碳為主要原料，通過催化劑催化合成含有氫氣、一氧化碳、甲烷的混合氣體，再加入可使氫分子穩(wěn)定劑，制得既能滿足使用需求，又能進行長途安全運輸?shù)暮铣蓺淙剂?。該燃料氣體具有燃燒值高、無毒無害、安全無污染等優(yōu)點。
【專利說明】
合成氫燃料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及氣體燃料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種合成氫燃料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類社會文明的持續(xù)發(fā)展正面臨著能源短缺與環(huán)境惡化所帶來的威脅，對化石能 源的無限制開采不僅導致其日漸枯竭，價格攀升，而且燃燒釋放的大量二氧化碳導致溫室 效應加重，進而引發(fā)極端天氣現(xiàn)象。
[0003] 二氧化碳是碳基化合物氧化的最終產(chǎn)物，同時也是生物體中碳的重要來源之一。 工業(yè)革命以后，隨著人類對化石能源的大量消耗，大氣中⑶ 2的濃度比起工業(yè)革命之前明顯 提高。作為溫室氣體之一，CO2在大氣中含量的上升會導致大氣熱量輻射減慢，進而導致全 球氣溫的上升，即所謂的"溫室效應"。
[0004] 目前，CO2轉(zhuǎn)化再利用的方法可以概括為以下幾種：（1)化學轉(zhuǎn)化法，即經(jīng)過各種化 學反應轉(zhuǎn)化為甲烷、尿素等重要化工原料；（2)光化學催化還原法，即模仿生物體內(nèi)的過程 還原⑶ 2; (3)化學和電化學還原，主要還原為羧酸類和⑶；（4)利用生物轉(zhuǎn)化方法轉(zhuǎn)化為醇 類和糖類;（5)與甲烷反應成為CO、H2等合成燃料;（6)轉(zhuǎn)化為碳酸鹽等無機物。
[0005] 但是，現(xiàn)有的CO2的轉(zhuǎn)化方法不同程度地面臨著反應溫度高，CO2轉(zhuǎn)化效率低，操作 過程可控性差，操作復雜等問題。因此迫切需要開發(fā)一種更加簡單、便捷、高效、環(huán)境友好、 可控性好的CO 2轉(zhuǎn)化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種合成氫 燃料及其制備方法。
[0007] 本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] -種合成氫燃料的制備方法，包括以下步驟：
[0009] (1)將二氧化碳加壓后進入反應器與加壓后的甲烷在催化劑的作用下進行反應， 二氧化碳與甲烷的質(zhì)量比為（1-3): (1-3)，反應溫度為640-1340°C，反應壓力為5-80kg/ cm2，反應后得到混合氣體；
[0010] (2)將混合氣體和氫氣穩(wěn)定劑混合后得到合成氫燃料。
[0011]優(yōu)選地，所述的催化劑加入量為二氧化碳重量的1-10%，所述的催化劑為一氧化 鎳、三氧化二鉻、三氧化二鐵中的一種或多種的混合物。
[0012] 更優(yōu)選地，所述的催化劑由一氧化鎳、三氧化二鉻、三氧化二鐵混合而成，所述一 氧化鎳、三氧化二鉻、三氧化二鐵的質(zhì)量比為（I-3): (1 -3): (1 -3)。
[0013] 優(yōu)選地，所述的二氧化碳在反應器中的流速為2-18米/秒。
[0014]優(yōu)選地，所述的甲烷在反應器中的流速為2-18米/秒。
[0015]優(yōu)選地，所述的混合氣體在反應器中停留時間為2-12秒。
[0016] 優(yōu)選地，所述的混合氣體和氫氣穩(wěn)定劑的質(zhì)量比為(950-1050): (0.001-0.01)。
[0017] 優(yōu)選地，所述的氫氣穩(wěn)定劑為氖氣、氬氣、氪氣中的一種或多種的混合物。
[0018] 更優(yōu)選地，所述的氫氣穩(wěn)定劑由氖氣、氬氣、氪氣混合而成，所述氖氣、氬氣、氪氣 的質(zhì)量比為（1_3): (1-3): (1-3)。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種合成氫燃料，采用上述方法制備而成，由下述重量百分比的 組分組成:氫氣35-65 %、一氧化碳35-65 %、氫氣穩(wěn)定劑0.0001-0.01 %、甲烷2-20 %，余量 為二氧化碳。
[0020] 具體的，在本發(fā)明中：
[0021] 一氧化鎳，CAS號：1313-99-1，粒徑20-40nm。
[0022] 三氧化二鉻，CAS號：1308-38-9，粒徑20-40nm。
[0023] 三氧化二鐵，CAS 號：1309-37-1，粒徑 20-40nm。
[0024] 二氧化碳，CAS號：124-38-9。
[0025] 碳，CAS 號：7440-44-0。
[0026] 氖氣，CAS 號：7440-01-9。
[0027] 氬氣，CAS 號：7440-37-1。
[0028] 氪氣，CAS 號：7439-90-9。
[0029] 本發(fā)明以甲烷和二氧化碳為主要原料，通過催化劑催化合成含有氫氣、一氧化碳、 甲烷的混合氣體，再加入可使氫分子穩(wěn)定劑，制得既能滿足使用需求，又能進行長途安全運 輸?shù)暮铣蓺淙剂?。該燃料氣體具有燃燒值高、無毒無害、安全無污染等優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的說明，以下所述，僅是對本發(fā)明的較佳實施 例而已，并非對本發(fā)明做其他形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示 的技術(shù)內(nèi)容加以變更為同等變化的等效實施例。凡是未脫離本發(fā)明方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實質(zhì)對以下實施例所做的任何簡單修改或等同變化，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0031] 實施例1
[0032] 合成氫燃料的制備方法，包括以下步驟：
[0033] (1)將300g催化劑附著在陶瓷載體上，并均勻的置于反應器的底部;將30kg二氧化 碳加壓5kg/cm2后，進入內(nèi)徑為152.4cm、長為1219.2cm的密閉隔絕空氣的臥式反應器中，二 氧化碳的流速為2.5米/秒；同時將35kg甲烷加壓5kg/cm2后，進入臥式反應器中，二氧化碳 的流速為2.5米/秒;在催化劑作用下，在反應溫度為750°C，壓力為5kg/cm 2條件下進行反 應;反應后得到混合氣體，混合氣體在反應器中停留時間為5秒后從反應器中流出；
[0034] (2)將混合氣體和氫氣穩(wěn)定劑按質(zhì)量比為1000:0.0018混合均勻后，得到合成氫燃 料。
[0035]所述的催化劑由一氧化鎳、三氧化二鉻、三氧化二鐵按質(zhì)量比為1:1:1攪拌混合均 勻得到。
[0036]所述的氫氣穩(wěn)定劑由氖氣、氬氣、氪氣按質(zhì)量比為1:1:1攪拌混合均勻得到。
[0037] 實施例2
[0038]與實施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述的氫氣穩(wěn)定劑由氬氣、氪氣按質(zhì)量比為 1:1攪拌混合均勻得到。得到實施例2的合成氫燃料。
[0039] 實施例3
[0040] 與實施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述的氫氣穩(wěn)定劑由氖氣、氪氣按質(zhì)量比為 1:1攪拌混合均勻得到。得到實施例3的合成氫燃料。
[0041 ] 實施例4
[0042] 與實施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述的氫氣穩(wěn)定劑由氖氣、氬氣按質(zhì)量比為 1:1攪拌混合均勻得到。得到實施例4的合成氫燃料。
[0043] 實施例5
[0044]與實施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述的催化劑由三氧化二鉻、三氧化二鐵按 質(zhì)量比為1:1攪拌混合均勻得到。得到實施例5的合成氫燃料。
[0045] 實施例6
[0046] 與實施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述的催化劑由一氧化鎳、三氧化二鐵按質(zhì) 量比為1:1攪拌混合均勻得到。得到實施例6的合成氫燃料。
[0047] 實施例7
[0048]與實施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述的催化劑由一氧化鎳、三氧化二鉻按質(zhì) 量比為1:1攪拌混合均勻得到。得到實施例7的合成氫燃料。
[0049] 測試例1
[0050] 對實施例1和實施例5-7中步驟（1)的合成氫燃料反應轉(zhuǎn)化率進行測試，具體結(jié)果 見表1。
[0051 ]表1:合成氫燃料反應轉(zhuǎn)化率結(jié)果表
[0053]比較實施例1與實施例5-7,實施例1( 一氧化鎳、三氧化二鉻、三氧化二鐵復配)合 成氫燃料反應生成率明顯高于實施例5_7( -氧化鎳、三氧化二鉻、三氧化二鐵中任意二者 復配）。
[0054] 測試例2
[0055]對實施例1-7制備的合成氫燃料進行燃燒熱值測試。具體結(jié)果見表2。
[0056]表2:燃燒熱值測試結(jié)果表

[0058]比較實施例1與實施例2-4,實施例1(氖、氬、氪復配)燃燒熱值明顯高于實施例2-4 (氖、氬、氪中任意二者復配）。比較實施例1與實施例5-7,實施例1( 一氧化鎳、三氧化二鉻、 三氧化二鐵復配)燃燒熱值明顯高于實施例5_7(-氧化鎳、三氧化二鉻、三氧化二鐵中任意 二者復配）。
【主權(quán)項】
1. 一種合成氫燃料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將二氧化碳加壓后進入反應器與加壓后的甲烷在催化劑的作用下進行反應，二氧 化碳與甲烷的質(zhì)量比為（1-3):(1-3)，反應溫度為640-1340°(：，反應壓力為5-801^/〇11 2，反 應后得到混合氣體； (2) 將混合氣體和氫氣穩(wěn)定劑混合后得到合成氫燃料。 所述的氫氣穩(wěn)定劑為氖氣、氬氣、氪氣中的一種或多種的混合物。2. 如權(quán)利要求1所述的合成氫燃料的制備方法，其特征在于：所述的氫氣穩(wěn)定劑由氖 氣、氬氣、氪氣混合而成，所述氖氣、氬氣、氪氣的質(zhì)量比為(1-3): (1-3): (1-3)。3. 如權(quán)利要求1或2所述的合成氫燃料的制備方法，其特征在于:所述的催化劑加入量 為二氧化碳重量的1-10%，所述的催化劑為一氧化鎳、三氧化二鉻、三氧化二鐵中的一種或 多種的混合物。4. 如權(quán)利要求3所述的合成氫燃料的制備方法，其特征在于：所述的催化劑由一氧化 鎳、三氧化二鉻、三氧化二鐵混合而成，所述一氧化鎳、三氧化二鉻、三氧化二鐵的質(zhì)量比為 (1-3):(1 -3):(1-3)。5. 如權(quán)利要求1或2或4所述的合成氫燃料的制備方法，其特征在于:所述的二氧化碳在 反應器中的流速為2-18米/秒。6. 如權(quán)利要求1或2或4所述的合成氫燃料的制備方法，其特征在于:所述的甲烷在反應 器中的流速為2-18米/秒。7. 如權(quán)利要求1或2或4所述的合成氫燃料的制備方法，其特征在于:所述的混合氣體在 反應器中停留時間為2_12秒。8. 如權(quán)利要求1或2或4所述的合成氫燃料的制備方法，其特征在于:所述的混合氣體和 氫氣穩(wěn)定劑的質(zhì)量比為(950-1050): (0.001-0.01)。9. 一種合成氫燃料，其特征在于:采用權(quán)利要求1-8中任一項所述方法制備而成。
【文檔編號】C10L3/00GK105861083SQ201610263535
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】李亞斌, 吳燕
【申請人】碧城（上海）新能源科技有限公司