一种烃类气体无碳排放制氢的方法技术

本发明专利技术公开了一种烃类气体无碳排放制氢的方法，具体方法是采用烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃或芳香烃作为氢源，但在制备工艺中，将碳元素通过催化(纳米级铁、镍、钴、铜)固定为纳米结构碳材料，使得在整个氢气制备和使用的产业链中，彻底没有了碳排放，同时得到高纯度的氢气。本发明专利技术的工艺在产氢的过程中，基本回收了全部碳元素，使整个产业链基本没有了碳排放。所得到的纳米级碳材料为碳纳米管(CNTs)或炭黑。固化的纳米级碳材料作为商品，在市场价值上远大于一氧化碳或者二氧化碳，等于在杜绝碳排放的前提下，还大大增加了产业链的整体经济效益。

A method of hydrogen production from hydrocarbon gas without carbon emission

【技术实现步骤摘要】
一种烃类气体无碳排放制氢的方法
本专利技术涉及一种无碳排放制氢的方法，具体的说是一种烃类气体无碳排放制氢的方法。
技术介绍
氢气既是清洁高效能源，又是石油化工合成过程中重要基础原料，用途广泛。还可以用于电子工业、冶金工业、食品加工、精细化工合成、航空航天工业等领域，尤其是近年来随着氢能燃料电池的发展，氢气的需求量也将不断上涨。但是现有大规模制氢工艺主要采用烃类如甲烷、乙烷、丙烷等进行高温裂解，制备出一氧化碳和氢气，或者用甲醇和水制备氢气和二氧化碳，但这些工艺都会产生含碳元素气体，包括二氧化碳和一氧化碳，其中一氧化碳作为燃气使用后，排放产物也主要是二氧化碳，等于目前的制氢工艺从整个产业链上，是会造成碳排放的，等于大规模使用氢气和氢能源会加剧碳排放。这与氢气、氢能源的环保定位不符。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种烃类气体无碳排放制氢的方法。具体方法是采用烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃或芳香烃作为氢源，但在制备工艺中，将碳元素通过催化(纳米级铁、镍、钴、铜)固定为纳米结构碳材料，使得在整个氢气制备和使用的产业链中，彻底没有了碳排放，同时得到高纯度的氢气。本专利技术采用以下技术方案：一种烃类气体无碳排放制氢的方法，它是根据所用氢源类型分为如下几种步骤：(1)当以在常温中为气态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃作为氢源时：直接在氮气或氩气保护环境下，加入催化剂并于600～900℃进行高温裂解，反应完全后得到固体形式的纳米级碳材料，回收烃类中99.99％的碳元素；气体经过纯化分离和循环利用，得到高纯度的氢气；(2)当以在常温中为液态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃作为氢源时，采用两步法来进行处理：首先在100～600℃下将烃类液体气化，气化后加入催化剂，气态烃然后在600～900℃作用下进行初步裂解，裂解为短链烃类气体，短链烃类气体再进一步裂解为碳元素和氢元素，随后在催化剂的作用下，碳元素固化并形成固体形式的纳米级碳材料，回收烃类中99.99％的碳元素；气体经过纯化分离和循环利用，得到高纯度氢气；(3)当以在常温中为固态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃作为氢源时，采用三步法来进行处理：首先在100～300℃下将烃类固体融化，然后在300～600℃将融化的烃类固体气化，气化后加入催化剂，然后在600～900℃作用下进行初步裂解，裂解为短链烃类气体，短链烃类气体再进一步裂解为碳元素和氢元素，随后在催化剂的作用下，碳元素固化并形成固体形式的纳米级碳材料，回收烃类中99.99％的碳元素，气体经过纯化分离得到高纯度氢气，没有处理完的烃类气体，可以通过分离回收，再次进行上述高温裂解和催化固碳实现循环利用。所述催化剂为纳米级的铁、镍、钴、铜，粒径范围在10～100nm。所述催化剂的加入量为每100m3气态氢源用量为0.1kg～1kg。所述气态氢源和催化剂的反应速率为5～50m3/h。所述纳米级碳材料为碳纳米管或炭黑。所述气态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃为甲烷、乙烷、丙烷(环丙烷)、丁烷(环丁烷)、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔或1-丁炔。所述液态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃为戊烷(环戊烷)、己烷(环己烷)、庚烷(环庚烷)、辛烷(环辛烷)、戊烯、己烯、庚烯、1-戊炔、1-己炔、1-庚炔、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、丙苯、苯乙烯、苯乙炔、四氢化萘或蒽。所述固态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃为十八烷、十九烷、环十二烷、十九烯、二十烯、六甲基苯、联苯或萘。目前常规烃类制氢反应技术路线：本专利技术无碳排放制氢技术路线：本专利技术的有益效果是：本专利技术的工艺在产氢的过程中，基本回收了全部碳元素，使整个产业链基本没有了碳排放。所得到的纳米级碳材料为碳纳米管(CNTs)或炭黑。固化的纳米级碳材料作为商品，在市场价值上远大于一氧化碳或者二氧化碳，等于在杜绝碳排放的前提下，还大大增加了产业链的整体经济效益。附图说明图1本专利技术工艺流程图。具体实施方式实施例1一种烃类气体无碳排放制氢的方法，它包括以下步骤：在无氧环境的反应器内，按照5～50L/h的速率通入气态氢源如甲烷、乙烷、丙烷(环丙烷)、丁烷(环丁烷)乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔、1-丁炔，同时加入催化剂，催化剂(纳米级的铁、镍、钴、铜，粒径范围在10～100nm)添加量为0.1kg～1kg，通过高温600～900℃反应2h～20h，使烃类气体分解为氢气和碳元素，随后在催化剂的作用下，碳元素固化并形成固体形式的纳米级碳材料，随着反应的进行，不断消耗氢源，生成碳纳米材料固体和氢气，从反应器内排放出的气体中氢气的比例约为78％～95％，将排放出的气体经过纯化分离得到高纯度氢气，没有处理完的烃类气体，可以通过分离回收，再次进行上述高温裂解和催化固碳实现循环利用，最终可回收烃类中99.99％的碳元素。实施例2一种烃类气体无碳排放制氢的方法，它包括以下步骤：在无氧环境的反应器内，将氢源(烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃或芳香烃)在常温中的为液态的烃类如：戊烷(环戊烷)、己烷(环己烷)、庚烷(环庚烷)、辛烷(环辛烷)、戊烯、己烯、庚烯、1-戊炔、1-己炔、1-庚炔、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、丙苯、苯乙烯、苯乙炔、四氢化萘、蒽在100～600摄氏度温度下进行加热，使液态氢源转化为气态，然后按照5～50L/h的速率通入另一个装有催化剂的反应器内，催化剂的(纳米级的铁、镍、钴、铜，粒径范围在10～100nm)添加量为0.1kg～1kg，通过高温600～900℃反应2h～20h，使气态化的氢源分解为氢气和碳元素，随后在催化剂的作用下，碳元素固化并形成固体形式的纳米级碳材料，随着反应进行，不断消耗氢源，生成碳纳米材料固体和氢气，从反应器内排放出的气体中氢气的比例约为78％～95％，将排放出的气体经过纯化分离和循环利用，同时得到高纯度氢气。没有处理完的烃类气体，可以通过分离回收，再次进行上述高温裂解和催化固碳实现循环利用，最终可回收烃类中99.99％的碳元素。实施例3一种烃类气体无碳排放制氢的方法，它包括以下步骤：在无氧环境的反应器内，使用氢源(烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃或芳香烃)在常温中的为气固态的烃类如：十八烷、十九烷、环十二烷、十九烯、二十烯、六甲基苯、联苯、萘等在100～400摄氏度温度下进行加热，使液态氢源转化为液态，然后继续加热到400～600摄氏度，使液化的固体氢源转变为气态，然后按照5～50L/h的速率通入另一个装有催化剂的反应器内，催化剂的(纳米级的铁、镍、钴、铜，粒径范围在10～100nm)添加量为0.1kg～1kg，通过高温600～900℃反应2h～20h，使气态化的氢源分解为氢气和碳元素，随后在催化剂的作用下，碳元素固化并形成固体形式的纳米级碳材料，随着反应进行，不断消耗氢源，生成碳纳米材料固体和氢气，从反应器内排放出的气体中氢气的比例约为78％～95％，将排放出的气体经过纯化分离和循环利用，同时得到高纯度氢气。没有处理完的烃类气体，可以通过分离回收，再次进行上述高温裂解和催化固碳实现循环利用，最终可回收烃类中99.99％的碳元素。对比例1一种烃类气体无碳排放制氢的方法，具体方法和步骤同实施例1，不同的是：催化剂的加入量为每100m3气态氢源用量为0.09kg。反应后从反应器内排放出的气体中氢气的比例约为58％～65本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烃类气体无碳排放制氢的方法，其特征在于，它是根据所用氢源类型分为如下几种步骤：(1)当以在常温中为气态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃作为氢源时：直接在氮气或氩气保护环境下，加入催化剂并于600～900℃进行高温裂解，反应完全后得到固体形式的纳米级碳材料，回收烃类中99.99％的碳元素；气体经过纯化分离和循环利用，得到高纯度的氢气；(2)当以在常温中为液态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃作为氢源时，采用两步法来进行处理：首先在100～600℃下将烃类液体气化，气化后加入催化剂，气态烃然后在600～900℃作用下进行初步裂解，裂解为短链烃类气体，短链烃类气体再进一步裂解为碳元素和氢元素，随后在催化剂的作用下，碳元素固化并形成固体形式的纳米级碳材料，回收烃类中99.99％的碳元素；气体经过纯化分离和循环利用，得到高纯度氢气；(3)当以在常温中为固态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃作为氢源时，采用三步法来进行处理：首先在100～300℃下将烃类固体融化，然后在300～600℃将融化的烃类固体气化，气化后加入催化剂，然后在600～900℃作用下进行初步裂解，裂解为短链烃类气体，短链烃类气体再进一步裂解为碳元素和氢元素，随后在催化剂的作用下，碳元素固化并形成固体形式的纳米级碳材料，回收烃类中99.99％的碳元素，气体经过纯化分离和循环利用，得到高纯度氢气。...

【技术特征摘要】
1.一种烃类气体无碳排放制氢的方法，其特征在于，它是根据所用氢源类型分为如下几种步骤：(1)当以在常温中为气态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃作为氢源时：直接在氮气或氩气保护环境下，加入催化剂并于600～900℃进行高温裂解，反应完全后得到固体形式的纳米级碳材料，回收烃类中99.99％的碳元素；气体经过纯化分离和循环利用，得到高纯度的氢气；(2)当以在常温中为液态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃作为氢源时，采用两步法来进行处理：首先在100～600℃下将烃类液体气化，气化后加入催化剂，气态烃然后在600～900℃作用下进行初步裂解，裂解为短链烃类气体，短链烃类气体再进一步裂解为碳元素和氢元素，随后在催化剂的作用下，碳元素固化并形成固体形式的纳米级碳材料，回收烃类中99.99％的碳元素；气体经过纯化分离和循环利用，得到高纯度氢气；(3)当以在常温中为固态的烷烃、环烷烃、烯烃或芳香烃作为氢源时，采用三步法来进行处理：首先在100～300℃下将烃类固体融化，然后在300～600℃将融化的烃类固体气化，气化后加入催化剂，然后在600～900℃作用下进行初步裂解，裂解为短链烃类气体，短链烃类气体再进一步裂解为碳元素和氢元素，随后在催化剂的作用下，碳元素固化并形成固体形式的纳米级碳材料，回收烃类中99.99％的碳元素，气体经...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲源，李彤宇，李蕾蕾，李镇文，
申请(专利权)人：深圳市中科纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44