安全型合成氫燃料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種安全型合成氫燃料及其制備方法，所述安全型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，與反應器中的碳及加壓后的水在催化劑的作用下進行反應，二氧化碳、水、碳的質(zhì)量比為(25?35)：(2.5?5.5)：(1.5?3.5)，反應溫度為1000?1400℃，反應壓力為10?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，過濾得到安全型合成氫燃料。本發(fā)明以水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、甲烷和乙烷的混合氣體，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)陌踩秃铣蓺淙剂?。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】
安全型合成氫燃料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及氣體燃料技術領域，具體涉及一種安全型合成氫燃料及其制備方法。
【背景技術】
[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] 為了克服化石能源的缺陷，人們一直在尋找一種不依賴化石燃料、儲量豐富，能廉 價制取，無毒無害的清潔能源。而氫能正是人們所期待的新能源，因為氫能具有以下幾大優(yōu) 點：（1)資源豐富，氫不僅是最輕的氣體，而且是宇宙中最古老的物質(zhì)，地球上的氫資源極其 豐富。氫燃燒又生成水，這是一個取之于水又還原于水的順應自然的循環(huán)，所以氫是一種不 受資源限制取之不盡、用之不竭的能源。（2)無污染，氫氣本身無毒，燃燒時生成水和少量氮 化氫，但比石油基燃料燃燒時的產(chǎn)生量低80%，不會像礦物燃料那樣產(chǎn)生大量煙塵及一氧 化碳，二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物等對環(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氮化氫經(jīng)過適當處 理也不會污染環(huán)境，所以氫是最清潔的能源。（3)熱值高，除核燃料外，氫的燃燒值是所有化 石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的。（4)氫燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的 可燃范圍，而且燃點高，燃燒速度快。
[0004] 但是，上述的自然能源的有效利用還沒有廣泛普及，而且還是依靠將排出大量二 氧化碳的化石燃料作為原料發(fā)電和大部分的動力共給。隨著對環(huán)境破壞的抑制的推行，消 費者要求使用清潔能源的情況也逐漸增多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種安全型 合成氫燃料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明目的是通過如下技術方案實現(xiàn)的：
[0007] -種安全型合成氫燃料的制備方法，包括以下步驟：
[0008] (1)將二氧化碳加壓后進入反應器，與反應器中的碳及加壓后的水在催化劑的作 用下進行反應，二氧化碳、水、碳的質(zhì)量比為（25-35): (2.5-5.5): (1.5-3.5 )，反應溫度為 1000-1400°C，反應壓力為10_80kg/cm2,反應后得到混合氣體；
[0009] (2)將混合氣體和氫氣穩(wěn)定劑混合后，過濾得到安全型合成氫燃料。
[0010] 優(yōu)選地，所述的催化劑加入量為二氧化碳重量的1-10%，所述的催化劑為三氧化 二鈰、二氧化鈰、三氧化二鐵中的一種或多種的混合物。
[0011]更優(yōu)選地，所述的催化劑由三氧化二鈰、二氧化鈰、三氧化二鐵混合而成，所述三 氧化二鋪、二氧化鋪、三氧化二鐵的質(zhì)量比為(I-3): (1 -3): (1 -3)。
[0012] 優(yōu)選地，所述的二氧化碳在反應器中的流速為2-18米/秒。
[0013] 優(yōu)選地，所述的碳為碳粒，粒徑為1-5_。所述的碳置于反應器的前半部的底部，按 二氧化碳氣流方向排列成長方形的碳床，其長度為50-500cm，寬為30-130cm〇
[0014]優(yōu)選地，所述的水是經(jīng)過噴嘴加入到反應器中。
[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)明還提供了一種安全型合成氫燃料，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26-66%、一氧化碳16-36%、氫氣穩(wěn)定劑0.0001-0.01 %、余量為C1-C4 烷烴氣體。
[0020] 具體的，在本發(fā)明中：
[0021] 三氧化二鈰，CAS號：1345-13-7，粒徑20-40nm。
[0022] 二氧化鈰，CAS 號：1306-38-3，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)明以水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 烷和乙烷的混合氣體，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)陌踩秃铣蓺淙剂?。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)的技術人員可能利用上述揭示 的技術內(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] 安全型合成氫燃料的制備方法，包括以下步驟：
[0033] (1)將2kg碳置于反應器前半部的底部，碳的粒徑為2mm，按氣流方向排成長方形碳 床，碳床長度為80cm，寬為20cm;將300g催化劑均勻附著在9kg陶瓷載體(采用靈壽縣潤川礦 物粉體加工廠提供的直徑為5mm陶瓷催化劑載體)上，并將負載催化劑的陶瓷載體均勻的置 于反應器的底部;將30kg二氧化碳加壓10kg/cm 2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;將3kg水加壓lOkg/cm 2,在加 入二氧化碳的同時加入水，經(jīng)噴嘴在反應器中形成水霧；在催化劑作用下，在反應溫度為 1000°C，壓力為lOkg/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，通過180目濾 布過濾得到安全型合成氫燃料。
[0035] 所述的催化劑由三氧化二鈰、二氧化鈰、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的安全型合成氫燃料。
[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的安全型合成氫燃料。
[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的安全型合成氫燃料。
[0043] 實施例5
[0044] 與實施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述的催化劑由二氧化鈰、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的安全型合成氫燃料。
[0045] 實施例6
[0046]與實施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述的催化劑由三氧化二鈰、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的安全型合成氫燃料。
[0047] 實施例7
[0048]與實施例1基本相同，區(qū)別僅僅在于:所述的催化劑由三氧化二鈰、二氧化鈰按質(zhì) 量比為1:1攪拌混合均勻得到。得到實施例7的安全型合成氫燃料。
[0049] 測試例1
[0050] 對實施例1和實施例5-7中步驟（1)的安全型合成氫燃料反應生成率進行測試，具 體結果見表1。
[0051] 表1:安全型合成氫燃料反應生成率結果表
[0053]比較實施例1與實施例5-7,實施例1(三氧化二鈰、二氧化鈰、三氧化二鐵復配)安 全型合成氫燃料反應生成率明顯高于實施例5_7(三氧化二鈰、二氧化鈰、三氧化二鐵中任 意二者復配）。
[0054] 測試例2
[0055]對實施例1-7制備的安全型合成氫燃料進行燃燒熱值測試。具體結果見表2。
[0056]表2:燃燒熱值測試結果表
[0059]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(三氧化二鈰、二氧化鈰、 三氧化二鐵復配)燃燒熱值明顯高于實施例5_7(三氧化二鈰、二氧化鈰、三氧化二鐵中任意 二者復配）。
【主權項】
1. 一種安全型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，與反應器中的碳及加壓后的水在催化劑的作用下 進行反應，二氧化碳、水、碳的質(zhì)量比為(25-35): (2.5-5.5): (1.5-3.5 )，反應溫度為1000-1400°C，反應壓力為10_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，過濾得到安全型合成氫燃料； 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. 如權利要求1所述的安全型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. 如權利要求1或2所述的安全型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%，所述的催化劑為三氧化二鈰、二氧化鈰、三氧化二鐵中的 一種或多種的混合物。4. 如權利要求3所述的安全型合成氫燃料的制備方法，其特征在于:所述的催化劑由三 氧化二鋪、二氧化鋪、三氧化二鐵混合而成，所述三氧化二鋪、二氧化鋪、三氧化二鐵的質(zhì)量 比為（1 _3):(1-3):(1-3)。5. 如權利要求1或2或4所述的安全型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. 如權利要求1或2或4所述的安全型合成氫燃料的制備方法，其特征在于:所述的碳為 碳粒，粒徑為l-5mm;所述的碳置于反應器的前半部的底部，按二氧化碳氣流方向排列成長 方形的碳床，其長度為50-500cm，寬為30-130cm〇7. 如權利要求1或2或4所述的安全型合成氫燃料的制備方法，其特征在于:所述的水是 經(jīng)過噴嘴加入到反應器中。8. 如權利要求1或2或4所述的安全型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。9. 如權利要求1或2或4所述的安全型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)。10. -種安全型合成氫燃料，其特征在于:采用權利要求1-9中任一項所述方法制備而 成。
【文檔編號】C10L3/00GK105923603SQ201610263623
【公開日】2016年9月7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