[发明专利]一种烃类气体无碳排放制氢的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明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。

本发明采用以下技术方案：

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。