CN107572478A - 一种甲醇裂解制氢气的制备方法及含氢燃料 - Google Patents

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刘远福
邓福东
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Abstract

本发明提供了一种甲醇裂解制氢气的制备方法及含氢燃料，属于汽车工业和环境保护领域。本发明提供的甲醇裂解制氢气的制备方法，通过将甲醇与催化剂混合，然后利用汽车发动机的热量，将甲醇裂解为含有氢气的混合气体，可以有效的利用发动机的热量，提高燃料的效率，制得的含氢的混合气体作为含氢燃料，可以供给汽车使用，减少环境污染物的产生，具有重要的应用价值。

Description

一种甲醇裂解制氢气的制备方法及含氢燃料
技术领域
本发明涉及汽车工业和环境保护领域，具体而言，涉及一种甲醇裂解制氢气的制备方法及含氢燃料。
背景技术
随着我国的经济社会不断的向前发展，***事业的不断向前推进；我国的社会生产力不断提高，人民的物质生活极大的丰富；我国目前的主要矛盾依然是人民日益增长的物质文化需要和落后的社会生产力之间的矛盾。随着改革开放的不断深入进行，在党的政策支持下引领下，人们逐渐告别了穿衣吃饭的烦恼；人们开始对更高品质的生活有了向往。
我国汽车工业不断向前发展，我国汽车保有量逐年增加，汽车尾气污染问题逐渐引起人们的重视；汽车尾气有汽车发动机燃烧产生，汽车发动机燃烧产生的热量，也有很大一部分随尾气排放掉而造成浪费，因此，如何回收利用这部分热量是一个需要面对和结局的问题。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种甲醇裂解制氢气的制备方法，通过利用汽车发动机的余热，用于制备氢气，可以较好的提高汽车燃料的利用效率。
本发明的第二目的在于提供一种含氢燃料，该含氢燃料通过汽车发动机余热制备，可以将燃料储存备用，用于汽车燃烧，减少有害气体的排放。
为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：
一种甲醇裂解制氢气的制备方法，包括：
将甲醇混合气与甲醇裂解催化剂进行混合反应，得到混合气体；
分离混合气体得到氢气。
一种含氢燃料，含氢燃料包括上述的甲醇裂解制氢气的制备方法制得的氢气。
本发明的有益效果为：本发明提供的甲醇裂解制氢气的制备方法，通过将甲醇与催化剂混合，然后利用汽车发动机的热量，将甲醇裂解为含有氢气的混合气体，可以有效的利用发动机的热量，提高燃料的效率，制得的含氢的混合气体作为含氢燃料，可以供给汽车使用，减少环境污染物的产生，具有重要的应用价值。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应***。反应方程如下:
CH3OH→CO2+H2
H2O+CO→CO2+H2
CH3OH+H2O→CO2+3H2
下面对本发明实施例的一种甲醇裂解制氢气的制备方法及含氢燃料进行具体说明。
一种甲醇裂解制氢气的制备方法，包括：
将甲醇混合气与甲醇裂解催化剂进行混合反应，得到混合气体；
分离混合气体得到氢气。
氢气是一种清洁的能源物质，氢气燃烧产生干净无污染的水，并且产热量大，是一种理想的能源物质；以前制备氢气大多是通过电解产生氢气，过程中会消耗大量的电能，没有达到经济节约的目的，反而消耗了大量的能源。目前，汽车越来越多，汽车产生的尾气，而汽车发动机产生的热量大量的随尾气而浪费掉了，因此利用汽车余热是一个可行的方法，通过汽车余热生产氢气，而生产的氢气可以直接作为能源物质供给汽车使用，氢气燃烧产生的水对环境无污染，是一个理想的利用汽车余热的方法，只是需要定期添加甲醇。
进一步地，甲醇混合气由甲醇溶液气化得到，甲醇溶液中甲醇和水的摩尔比为8-12:1。
甲醇与水形成混合溶液，有利于甲醇的分解，可以避免水含量太多吸收热量，加速甲醇的裂解。
进一步地，甲醇溶液气化的温度为200-300℃。
将甲醇热化，得到甲醇的气体，有利于甲醇气体与催化剂充分接触，有利于加速甲醇的分解；由于发动机在燃料燃烧产生动力的时候，能产生较高温度的气体，通过高温气体进行甲醇裂解反应，既可以解决甲醇热量利用的问题，还能减少冷却的压力，是一个多效的利用途径。
进一步地，混合反应的压力6-8MPa。
将甲醇溶液气化后加压，可以使得整个反应环境小型化，减小设备的投入，而加压的压力不是太大，对设备的要求亦不是太大，普通的设备皆可满足需求，所以合理的压力范围是一个经济合理的选择范围。
进一步地，甲醇裂解催化剂包括Al2O3、TiO2、Ni2O3、ZnO和CuO。
甲醇裂解的过程中，会有一些副反应产生，副反应的发生会影响主反应的发生和终产物的产率；为了抑制副反应的发生，需要通过选择适当的催化剂抑制剂副反应的发生，因此催化剂是改善甲醇裂解制氢的核心；同时由于使用可以降低反应的活化能，可以让反应能更容易发生；因为在化学反应里，催化剂能改变反应物化学反应速率(提高或降低)而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变；且降低该反应发生所需要的活化能，本质上是把一个比较难发生的反应变成了两个很容易发生的化学反应。
进一步地，Al2O3、TiO2、Ni2O3、ZnO和CuO的重量比为1.2-1.9:2.2-2.6：0.8-1.4:1.1-1.5:0.4-0.9。
催化剂的组成对催化剂的催化能力具有很重要的影响，因此通过合理的配比，能提高催化剂的催化能力；本发明中通过将Al2O3、TiO2、Ni2O3、ZnO和CuO以合理的配比，极大的提高的催化剂的催化效果，加速反应的进行。
进一步地，包括将Al2O3、TiO2、Ni2O3、ZnO和CuO混合得到催化剂混合物，研磨催化剂混合物，得到催化剂粉末，烧结催化剂粉末得到甲醇裂解催化剂。
进一步地，催化剂粉末的粒径为400-600目。
由于催化剂的颗粒小，催化剂的比表面积就越大，与甲醇气体的接触面积就越大，越有利于反应的进行，但是催化剂在颗粒在到一定程度后，对反应速度的提升就减小了；然而越小颗粒的催化剂，就需要精密的仪器才能加工制得，反而增加生产成本且成本增加明显；所以本发明选择400-600目的粒径，是一个较为经济合理的选择，即能保证反应效率又能很好的控制成本。
进一步地，烧结的温度为760-880℃。
一种含氢燃料，含氢燃料包括采用上述的甲醇裂解制氢气的制备方法制得的氢气。
目前，新能源汽车成为一个趋势，清洁能源越来越受到人们的重视，因此新能源汽车和清洁能源的研发就是一个趋势。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种甲醇裂解制氢气的制备方法，包括甲醇裂解催化剂的制备，具体方法如下：
1.1将1.2kg的Al2O3、2.2kg的TiO2、1.4kg的Ni2O3、1.5kg的ZnO和0.4kg的CuO混合，得到催化剂混合物；
1.2在球磨机中研磨步骤1.1得到的催化剂混合物，研磨时间为3h；
1.3得到粒径为400目的催化剂粉末；
1.4将催化剂粉末放入坩埚中进行烧结，制得甲醇裂解催化剂，烧结温度760℃，烧结时间2h。
甲醇裂解反应的步骤如下：
2.1将甲醇与水按照8:1的摩尔比混合，制得50kg的甲醇溶液；
2.2将制得的甲醇溶液在200℃的条件下气化；
2.3将气化的甲醇气体与通入等温反应器中，并与步骤1.4制得的甲醇裂解催化剂接触反应，反应压力为6MPa；
2.4制得混合气体，采用膜分离器分离混合气体；
2.5通过膜分离器的分离，制得氢气。
实施例2
本实施例提供一种甲醇裂解制氢气的制备方法，包括催化剂的制备，具体方法如下：
1.1将1.9kg的Al2O3、2.6kg的TiO2、0.8kg的Ni2O3、1.1kg的ZnO和0.9kg的CuO混合，得到催化剂混合物；
1.2在球磨机中研磨步骤1.1得到的催化剂混合物，研磨时间为4h；
1.3得到粒径为600目的催化剂粉末；
1.4将催化剂粉末放入坩埚中进行烧结，制得甲醇裂解催化剂，烧结温度880℃，烧结时间3h。
甲醇裂解反应的步骤如下：
2.1将甲醇与水按照9:1的摩尔比混合，制得40kg的甲醇溶液；
2.2将制得的甲醇溶液在220℃的条件下气化；
2.3将气化的甲醇气体与通入等温反应器中，并与步骤1.4制得的甲醇裂解催化剂接触反应，反应压力为6.5MPa；
2.4制得混合气体，采用膜分离器分离混合气体；
2.5通过膜分离器的分离，制得氢气。
将步骤2.5制得的氢气与一氧化碳气体混合制得含氢燃料，制得的含氢燃料可以应用于供给汽车使用。
实施例3
本实施例提供一种甲醇裂解制氢气的制备方法，包括催化剂的制备，具体方法如下：
1.1将1.4kg的Al2O3、2.4kg的TiO2、1.1kg的Ni2O3、1.3kg的ZnO和0.6kg的CuO混合，得到催化剂混合物；
1.2在球磨机中研磨步骤1.1得到的催化剂混合物，研磨时间为3.2h；
1.3得到粒径为450目的催化剂粉末；
1.4将催化剂粉末放入坩埚中进行烧结，制得甲醇裂解催化剂，烧结温度810℃，烧结时间。
甲醇裂解反应的步骤如下：
2.1将甲醇与水按照12:1的摩尔比混合，制得65kg的甲醇溶液；
2.2将制得的甲醇溶液在300℃的条件下气化；
2.3将气化的甲醇气体与通入等温反应器中，并与步骤1.4制得的甲醇裂解催化剂接触反应，反应压力为8MPa；
2.4制得混合气体，采用膜分离器分离混合气体；
2.5通过膜分离器的分离，制得氢气。
将步骤2.5制得的氢气与一氧化碳气体混合制得含氢燃料，制得的含氢燃料可以应用于供给汽车使用。
实施例4
本实施例提供一种甲醇裂解制氢气的制备方法，包括催化剂的制备，具体方法如下：
1.1将1.7kg的Al2O3、2.5kg的TiO2、1.3kg的Ni2O3、1.4kg的ZnO和0.8kg的CuO混合，得到催化剂混合物；
1.2在球磨机中研磨步骤1.1得到的催化剂混合物，研磨时间为3.2h；
1.3得到粒径为550目的催化剂粉末；
1.4将催化剂粉末放入坩埚中进行烧结，制得甲醇裂解催化剂，烧结温度780℃，烧结时间。
甲醇裂解反应的步骤如下：
2.1将甲醇与水按照10:1的摩尔比混合，制得55kg的甲醇溶液；
2.2将制得的甲醇溶液在270℃的条件下气化；
2.3将气化的甲醇气体与通入等温反应器中，并与步骤1.4制得的甲醇裂解催化剂接触反应，反应压力为7.2MPa；
2.4制得混合气体，采用膜分离器分离混合气体；
2.5通过膜分离器的分离，制得氢气。
将步骤2.5制得的氢气与一氧化碳气体混合制得含氢燃料，制得的含氢燃料可以应用于供给汽车使用。
实施例5
本实施例提供一种甲醇裂解制氢气的制备方法，包括催化剂的制备，具体方法如下：
1.1将1.6kg的Al2O3、2.3kg的TiO2、0.9kg的Ni2O3、1.2kg的ZnO和0.6kg的CuO混合，得到催化剂混合物；
1.2在球磨机中研磨步骤1.1得到的催化剂混合物，研磨时间为4.5h；
1.3得到粒径为530目的催化剂粉末；
1.4将催化剂粉末放入坩埚中进行烧结，制得甲醇裂解催化剂，烧结温度720℃，烧结时间。
甲醇裂解反应的步骤如下：
2.1将甲醇与水按照11:1的摩尔比混合，制得60kg的甲醇溶液；
2.2将制得的甲醇溶液在255℃的条件下气化；
2.3将气化的甲醇气体与通入等温反应器中，并与步骤1.4制得的甲醇裂解催化剂接触反应，反应压力为6.8MPa；
2.4制得混合气体，采用膜分离器分离混合气体；
2.5通过膜分离器的分离，制得氢气。
将步骤2.5制得的氢气与一氧化碳气体混合制得含氢燃料，制得的含氢燃料可以应用于供给汽车使用。
综上所述，本发明通过成分利用汽车余热以用于裂解甲醇制备氢气，提高汽车发动机对燃料的利用率，通过简单的工艺，裂解甲醇，上述氢气，并将氢气制成含氢燃料；既可以提高燃料的利用率，制得的氢气还可以供给发动机使用，发动机使用氢气燃料，可以减少环境污染，提高汽车环保性能。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种甲醇裂解制氢气的制备方法，其特征在于，包括：
将甲醇混合气与甲醇裂解催化剂进行混合反应，得到混合气体；
分离所述混合气体得到所述氢气。
2.根据权利要求1所述的甲醇裂解制氢气的制备方法，其特征在于，所述甲醇混合气由甲醇溶液气化得到，所述甲醇溶液中甲醇和水的摩尔比为8-12:1。
3.根据权利要求2所述的甲醇裂解制氢气的制备方法，其特征在于，所述甲醇溶液气化的温度为200-300℃。
4.根据权利要求2所述的甲醇裂解制氢气的制备方法，其特征在于，所述混合反应的压力6-8MPa。
5.根据权利要求1所述的甲醇裂解制氢气的制备方法，其特征在于，所述甲醇裂解催化剂包括Al2O3、TiO2、Ni2O3、ZnO和CuO。
6.根据权利要求5所述的甲醇裂解制氢气的制备方法，其特征在于，所述Al2O3、所述TiO2、所述Ni2O3、所述ZnO和所述CuO的重量比为1.2-1.9:2.2-2.6:0.8-1.4:1.1-1.5:0.4-0.9。
7.根据权利要求6所述的甲醇裂解制氢气的制备方法，其特征在于，包括将所述Al2O3、所述TiO2、所述Ni2O3、所述ZnO和所述CuO混合得到催化剂混合物，研磨所述催化剂混合物，得到催化剂粉末，烧结所述催化剂粉末得到所述甲醇裂解催化剂。
8.根据权利要求7所述的甲醇裂解制氢气的制备方法，其特征在于，所述催化剂粉末的粒径为400-600目。
9.根据权利要求7所述的甲醇裂解制氢气的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为760-880℃。
10.一种含氢燃料，其特征在于，所述含氢燃料包括采用如权利要求1-9任一项所述的甲醇裂解制氢气的制备方法制得的所述氢气。
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