一種制備清潔燃料的高溫共電解方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于清潔能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備清潔燃料的高溫共電解方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國節(jié)能減排政策的持續(xù)推進(jìn)，優(yōu)質(zhì)高效的清潔能源天然氣的消費(fèi)比例大幅增加。然而我國“富煤貧油少氣”的能源結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致天然氣供需矛盾日益突出。2012年國內(nèi)天然氣產(chǎn)量達(dá)到1077億m3，天然氣表觀消費(fèi)量1471億m3，供需缺口為394億m3，預(yù)計(jì)到2015年供需缺口可能會(huì)達(dá)到750億m3。煤制合成天然氣(SNG)可利用我國豐富的煤炭資源，特別是褐煤等劣質(zhì)煤炭，通過潔凈煤技術(shù)制取合成天然氣，是我國彌補(bǔ)天然氣需求缺口、促進(jìn)煤炭高效清潔利用的有效途徑。但是，大型煤制天然氣仍存在C02排放大等問題。目前經(jīng)國家核準(zhǔn)的8個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目產(chǎn)能將近400億m3/年，若這些項(xiàng)目全部建成投產(chǎn)，每年(》2排放量將達(dá)1.8億t，巨大的C02排放量會(huì)進(jìn)一步加劇全球溫室效應(yīng)。2013年5月，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)碳捕集、利用和封存(CCUS)試驗(yàn)示范的通知》，鼓勵(lì)煤化工等行業(yè)在中長期規(guī)劃中充分考慮C02捕集、利用和封存的要求。因此，如何有效利用煤制天然氣中捕集到的C02，實(shí)現(xiàn)碳資源循環(huán)利用成為一項(xiàng)重要的課題。
[0003]此外，我國在建和擬建煤質(zhì)天然氣項(xiàng)目主要集中在內(nèi)蒙、新疆等地，這些省份除了煤炭資源，還具有豐富的風(fēng)能、太陽能等可再生能源?？稍偕茉措娏υ诟纳颇茉唇Y(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用，但其隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)使得可再生能源電力難以并網(wǎng)利用，嚴(yán)重阻礙了可再生能源的大規(guī)模開發(fā)利用，使節(jié)能減排的效果大打折扣。截止2012年底，中國風(fēng)電棄風(fēng)限電超過200億kWh，相當(dāng)于浪費(fèi)了670萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，直接損失超100億元。如何消化大量的非并網(wǎng)可再生能源電力，實(shí)現(xiàn)可再生能源的高效轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能是可再生能源發(fā)電領(lǐng)域一項(xiàng)急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制備清潔燃料的高溫共電解方法，本發(fā)明具有較高的電解速率和能量轉(zhuǎn)化效率，相對(duì)低溫電解是一種更高效、低成本的能量轉(zhuǎn)化方式。
[0005]—種制備清潔燃料的高溫共電解方法，其步驟如下:
[0006](1)收集天然氣系統(tǒng)中的二氧化碳?xì)怏w與水蒸氣，混合得到⑶2/H20混合氣體，⑶2與H2O的摩爾比為1:1.5-3.8;
[0007](2)將N2/H2通入到反應(yīng)器中，進(jìn)行催化劑活性保護(hù)，N2/H2 = 5:1.5;
[0008](3)將CO2/H2O混合氣體通入加熱螺旋盤進(jìn)行換熱處理，使混合氣體達(dá)到反應(yīng)所需的尚溫；
[0009](4)經(jīng)換熱后的混合氣體通入電解池中，在電壓的作用下生成CO、H2和CH4，同時(shí)也生成02。
[0010]其中，電解池內(nèi)的電壓采用外接電源連接整流器轉(zhuǎn)換而成的直流電。
[0011 ]其中，加熱螺旋盤采用加熱管加熱，然后利用螺旋盤內(nèi)的金屬網(wǎng)快速傳熱，達(dá)到反應(yīng)所需的高溫。
[0012]其中，所述電解池的溫度為800°C-900°C，壓力為0.1MPa-2.0MPa。
[0013]其中，所述電解池采用相同的金屬濾網(wǎng)作為反應(yīng)電極，并用不銹鋼板將其包住，所述不銹鋼板與金屬濾網(wǎng)的間距不大于10mm。
[0014]其中，所述金屬濾網(wǎng)采用300目以上的鎳網(wǎng)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016](1)本發(fā)明主要采用高溫共電解C02/H20技術(shù)，具有較高的電解速率和能量轉(zhuǎn)化效率，相對(duì)低溫電解是一種更高效、低成本的能量轉(zhuǎn)化方式。該方法固態(tài)結(jié)構(gòu)氣體產(chǎn)物易分離，避免了使用液態(tài)電解質(zhì)所帶來的蒸發(fā)、腐蝕和電解液流失問題，同時(shí)無需采用Pt等貴金屬電極，進(jìn)而大大降低成本。此外，S0EC對(duì)電能的品質(zhì)要求較低，可以適應(yīng)供應(yīng)電能的波動(dòng)。
[0017](2)本發(fā)明在傳統(tǒng)兩步法煤制天然氣工藝基礎(chǔ)上，收集二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣，通過S0EC高溫共電解C02/H20，將捕集到的C02高效轉(zhuǎn)化為C0/H2/CH4混合氣體和純氧，并且所得產(chǎn)物可返回煤制天然氣過程進(jìn)一步使用，以實(shí)現(xiàn)碳資源循環(huán)利用，降低煤化工過程能耗，減少了電力浪費(fèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0019]實(shí)施例1
[0020]—種制備清潔燃料的高溫共電解方法，其步驟如下:
[0021 ] (1)收集天然氣系統(tǒng)中的二氧化碳?xì)怏w與水蒸氣，混合得到⑶2/H20混合氣體，⑶2與H20的摩爾比為1:1.5;
[0022](2)將N2/H2通入到反應(yīng)器中，進(jìn)行催化劑活性保護(hù)，N2/H2 = 5:1.5;
[0023](3)將C02/H20混合氣體通入加熱螺旋盤進(jìn)行換熱處理，使混合氣體達(dá)到反應(yīng)所需的尚溫；
[0024](4)經(jīng)換熱后的混合氣體通入電解池中，在電壓的作用下生成0)、出和014，同時(shí)也生成02。
[0025]其中，電解池內(nèi)的電壓采用外接電源連接整流器轉(zhuǎn)換而成的直流電。
[0026]其中，加熱螺旋盤采用加熱管加熱，然后利用螺旋盤內(nèi)的金屬網(wǎng)快速傳熱，達(dá)到反應(yīng)所需的高溫。
[0027]其中，所述電解池的溫度為800°C°C，壓力為0.1MPaMPa。
[0028]其中，所述電解池采用相同的金屬濾網(wǎng)作為反應(yīng)電極，并用不銹鋼板將其包住，所述不銹鋼板與金屬濾網(wǎng)的間距10mm。
[0029]其中，所述金屬濾網(wǎng)采用300目的鎳網(wǎng)。
[0030]本方法得到的C0、H2的摩爾比為1:3，CH4的摩爾分?jǐn)?shù)為30%。
[0031]實(shí)施例2
[0032]—種制備清潔燃料的高溫共電解方法，其步驟如下:
[0033](1)收集天然氣系統(tǒng)中的二氧化碳?xì)怏w與水蒸氣，混合得到⑶2/H20混合氣體，⑶2與H20的摩爾比為1:3.8;
[0034](2)將N2/H2通入到反應(yīng)器中，進(jìn)行催化劑活性保護(hù)，N2/H2 = 5:1.5;
[0035](3)將C02/H20混合氣體通入加熱螺旋盤進(jìn)行換熱處理，使混合氣體達(dá)到反應(yīng)所需的尚溫；
[0036](4)經(jīng)換熱后的混合氣體通入電解池中，在電壓的作用下生成0)、出和014，同時(shí)也生成02。
[0037]其中，電解池內(nèi)的電壓采用外接電源連接整流器轉(zhuǎn)換而成的直流電。
[0038]其中，加熱螺旋盤采用加熱管加熱，然后利用螺旋盤內(nèi)的金屬網(wǎng)快速傳熱，達(dá)到反應(yīng)所需的高溫。
[0039]其中，所述電解池的溫度為900°C，壓力為2.0MPa。
[0040]其中，所述電解池采用相同的金屬濾網(wǎng)作為反應(yīng)電極，并用不銹鋼板將其包住，所述不銹鋼板與金屬濾網(wǎng)的間距5mm。
[0041]其中，所述金屬濾網(wǎng)采用600的鎳網(wǎng)。
[0042]本方法得到的C0、H2的摩爾比為1:3，CH4的摩爾分?jǐn)?shù)為40%。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的一實(shí)施例，并不限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備清潔燃料的高溫共電解方法，其特征在于，其步驟如下: (1)收集天然氣系統(tǒng)中的二氧化碳?xì)怏w與水蒸氣，混合得到co2/H2o混合氣體，0)2與出0的摩爾比為1:1.5-3.8; (2)將N2/H2通入到反應(yīng)器中，進(jìn)行催化劑活性保護(hù)，N2/H2= 5:1.5； (3)將⑶2/H20混合氣體通入加熱螺旋盤進(jìn)行換熱處理，使混合氣體達(dá)到反應(yīng)所需的高溫; (4)經(jīng)換熱后的混合氣體通入電解池中，在電壓的作用下生成C0、H#PCH4，同時(shí)也生成02 ο2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種制備清潔燃料的高溫共電解方法，其特征在于，電解池內(nèi)的電壓采用外接電源連接整流器轉(zhuǎn)換而成的直流電。3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種制備清潔燃料的高溫共電解方法，其特征在于，加熱螺旋盤采用加熱管加熱，然后利用螺旋盤內(nèi)的金屬網(wǎng)快速傳熱，達(dá)到反應(yīng)所需的高溫。4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種制備清潔燃料的高溫共電解方法，其特征在于，所述電解池的溫度為800°C-900°C，壓力為0.1 MPa-2.0MPa。5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種制備清潔燃料的高溫共電解方法，其特征在于，所述電解池采用相同的金屬濾網(wǎng)作為反應(yīng)電極，并用不銹鋼板將其包住，所述不銹鋼板與金屬濾網(wǎng)的間距不大于10mm。6.根據(jù)權(quán)利要求書5所述的一種制備清潔燃料的高溫共電解方法，其特征在于，所述金屬濾網(wǎng)采用300目以上的鎳網(wǎng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備清潔燃料的高溫共電解方法，其步驟如下：(1)收集天然氣系統(tǒng)中的二氧化碳?xì)怏w與水蒸氣，混合得到CO2/H2O混合氣體，CO2與H2O的摩爾比為1:1.5-3.8；(2)將N2/H2通入到反應(yīng)器中，進(jìn)行催化劑活性保護(hù)，N2/H2＝5:1.5；(3)將CO2/H2O混合氣體通入加熱螺旋盤進(jìn)行換熱處理，使混合氣體達(dá)到反應(yīng)所需的高溫；(4)經(jīng)換熱后的混合氣體通入電解池中，在電壓的作用下生成CO、H2和CH4，同時(shí)也生成O2。本發(fā)明具有較高的電解速率和能量轉(zhuǎn)化效率，相對(duì)低溫電解是一種更高效、低成本的能量轉(zhuǎn)化方式。
【IPC分類】C10L3/08
【公開號(hào)】CN105419892
【申請?zhí)枴緾N201610020984
【發(fā)明人】車春玲
【申請人】山東聯(lián)星能源集團(tuán)有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2016年1月13日