[发明专利]一种微波激励甲烷转化制氢工艺

说明书

本发明涉及甲烷转化制氢技术，特别提供了微波激励甲烷转化制氢工艺。

氢是重要的化工物资和能源材料。尤其在保护地球环境的要求下，氢作为最清洁的燃料而备受瞩目。当前世界的主要能源材料是化石燃料，化石燃料的燃烧要产生大量的二氧化碳，一氧化碳等有害气体，地球的温室效应就与化石燃料的大量燃烧使用密切相关。而氢燃烧的产物只有水，无公害无污染。但是自然界的氢气资源很少，其主要通过分解其它含氢化合物来获得。甲烷是天然气的主要成份，地球上天然气的储量非常丰富，勘探结果表明天然气的资源总量要比煤和石油的总和还要多。甲烷是由碳和氢两种元素组成，其裂解可产生氢气。因此从资源丰富的甲烷制备氢具有很好的工业应用前景。现有的从甲烷制氢的途径主要有以下种：

1，甲烷部分氧化制氢。此工艺过程的主要特点有：甲烷转化率高，

氢的选择性高，反应空速高。但是此反应过程在高温下进行，需

要高浓度的氧气进料，反应工艺复杂，反应过程安全性较低，而

且此过程产生的氢、一氧化碳浓度较高，在应用上具有一定的局

限性。[Production of synthesis gas，Catal.Today 18(1993)305-324]

2，甲烷水汽重整制氢。此工艺过程的主要特点是：甲烷转化率高，

氢的选择性高，反应过程较安全。但是此反应过程需要高温和大

量水蒸汽，反应过程能耗高，工艺复杂，产物氢中一氧化碳浓度

高，应用范围受到限制。[Production of synthesis gas，Catal.Today

18(1993)305-324]

3，电弧法裂解甲烷制氢此工艺过程的主要特点为：甲烷转化率高，

工艺简单，产物氢不含一氧化碳，应用范围广。但是反应过程不

易控制，能耗太高，只能用于水电较发达的地区。[从煤和天然气

制取乙炔及其衍生物，化学工业出版社(1992)]

4，微波辐照下甲烷制氢此工艺过程的主要特点有：甲烷转化率高，

反应过程容易控制，安全性高，产物氢不含一氧化碳，应用范围

广。但是此反应需要在负压下进行，不利于大规模工业化生产，

因而正处于研究中。[美国专利US4574038，Decomposition of

hydrocarbons in a microwave discharge，J.Phys.Chem.，Volume

73，number 6，6(1969)]

为了克服上述问题，本发明的目的是提供一种微波激励甲烷转化制氢的工艺，它是一定压力下含一定浓度甲烷的气体以一定流速通过反应区，反应区内放置有电磁场作用下易放电的物体，然后使用连续或脉冲微波对反应区进行辐射，电磁场作用下易放电的物质在微波作用下放电引发等离子体，从而裂解甲烷制取氢。该过程的特点是甲烷转化率高，反应过程容易控制，安全性高，工艺简单，产物氢不含一氧化碳，应用范围广，反应可在常压或常压以上进行，能够大规模工业化生产。

具体地说，本发明提供的一种微波激励甲烷转化制氢的工艺，是使甲烷气体通过反应区，反应区内放置有电磁场作用下易放电的物质，然后使用微波对反应区进行辐射，电磁场作用下易放电的物质在微波作用下放电引发等离子体，从而裂解甲烷制取氢，其特征在于，反应区内含甲烷气体压力为1-3个标准大气压，并且微波的频率应大于0.3GHz，输入功率最小为5W。

在上述的本发明中，反应区内放置的电磁场作用下易放电的物质可为铂、钨、铁、镍、铜及它们的合金或混合物，而最好可选钨作为放电物质。

另外，在上述的本发明中，反应区内放置的电磁场作用下易放电的物质也可为石墨、活性炭、碳化硅、碳化钨、碳化钼及其混合物，而最好为石墨。

另外，在上述的本发明中，甲烷气体浓度为1％-100％体积百分含量，适用于大量的含甲烷气体种类，如催化裂化干气，天然气，煤层气等。而最好甲烷气体浓度选择为50％-100％。

在上述的本发明中，含甲烷气体在反应区停留时间为1-10秒钟，停留时间越长甲烷转化率越高，尾气中氢气浓度越高。但是当停留时间超过10秒，甲烷转化率几乎为100％，并且尾气中氢气浓度也很难再提高，而且，停留时间过长，影响产物的产率，不利于工业化生产。因此，停留时间最好不超过10秒。