[发明专利]一种熔融盐中催化裂解甲烷制备氢气的方法及实现该方法的装置

说明书

本发明公开了一种熔融盐中催化裂解甲烷制备氢气的方法，包括如下步骤：将制氢原料、气化剂、熔融盐从流化床反应器底部进入流化床反应器,流化床反应器内的催化剂与制氢原料反应产生固体产物和气体产物，固体产物在熔融盐及气体产物共同作用下处于流态化状态，流化床反应器中上部为液态熔融盐；流化床反应器内的熔融盐经过液固分离后，一部分重新从流化床底部循环进入流化床反应器为流化床提供动力；另一部分进入熔融盐再生系统进行再生，重新从流化床底部循环进入流化床反应器为流化床提供动力。本发明提供的设备及方法不需要后续的气体分离工序，可以直接在熔融盐中产生氢气，工艺流程紧凑简单，易于放大。

技术领域：

本发明属于能源利用技术领域，具体涉及一种熔融盐中催化裂解甲烷制备氢气的方法及实现该方法的装置。

背景技术：

氢作为一种清洁的能源，有望成为21世纪的主要能源之一。目前全世界大约96％的氢能是通过化石燃料(天然气、煤炭、石油等)的水蒸气催化气化、部分氧化的方法制备。

熔融盐是指盐的熔融态液体，通常说的熔融盐是指无机盐的熔融体。目前使用较多的高温熔融盐为碱金属(Li、Na、K等)的碳酸盐、硝酸盐、氯化物等。研究结果表明熔融盐对CH₄裂解效果较差。中国专利ZL 201110166589.9一种基于熔融盐特性的粗合成气净化提质新方法。该发明公开了一种基于熔融盐特性的粗合成气净化提质新方法，包括以下步骤：1)高温颗粒物脱除；2)烃类临氧脱除3)气体污染物脱除及调质等步骤将粗合成气烃类选择性转化、焦油裂解、H₂S、HCl脱除和H₂/CO比值调质放在同一个反应器内完成；该方法通过临氧转化的方法将烃类(包含甲烷)转化为合成气。中国专利ZL201210332772.6一种利用熔融盐制备氢气的方法，该发明公开了一种利用熔融盐制备氢气的方法，包括以下步骤：1)熔融盐反应制氢：将经过预处理的含碳原料以及氧化剂通入熔融盐介质中，在熔融盐反应炉内反应制氢；2)气体分离：将步骤(1)得到的富氢气通入气体分离装置，分离其中的杂质气体，得到氢气；3)杂质气体回用。该方法所指的含碳燃料是指液体或在固体燃料，同时该方法会产生部分的烃类气体，并且不能转化该部分气体，需要通过步骤2)对该部分气体进行分离。

以甲烷为原料制取氢气是目前工业上常用的制氢方法之一，有两种主流的工艺路线。

1)通过气化，将甲烷先转化为合成气(主要成分是H₂、CO)，然后通过分离或者转化将合成气中的CO去除从而得到纯氢。气化过程可以采用甲烷水蒸气重整(SRM)、甲烷部分氧化(POM)、自热重整(ATR)、二氧化碳重整等工艺；

2)采用甲烷催化裂解实现炭黑和氢气的联产，中国专利ZL 201510358286.5公开了一种镍基催化剂及其制备方法与甲烷催化裂解生产氢气的方法。改发明利用甲烷催化裂解生产氢气的方法包括：使包括甲烷的原料气在高密度循环流化床反应器中与催化剂接触并发生催化裂解反应，得到包括氢气的生成气和失活的催化剂，在沉降器中分离后，催化剂携带积炭进入再生器再生，得到包括CO或合成气的再生烟气，再生后的催化剂重新进入反应器。再生产生的热量用来提供整个系统的能量需要，实现自热操作。

上述专利均未涉及采用流化床反应器在熔融盐中利用催化剂催化裂解天然气制备氢气的装置及方法。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种熔融盐中催化裂解甲烷制备氢气的方法及实现该方法的装置，其不需要后续的气体分离工序，可以直接在熔融盐中产生氢气，工艺流程紧凑简单，易于放大，解决了现有技术中存在的问题。