[发明专利]一种碳烃燃料等离子体催化链式制氢的方法

说明书

本发明涉及一种碳烃燃料等离子体催化链式制氢的方法，包括滑动弧等离子体催化和链式制氢，滑动弧等离子体催化在滑动弧等离子体催化反应器中进行，滑动弧等离子体催化过程包括滑动弧等离子体重整和热催化重整两个阶段；链式制氢过程在链式制氢反应器中进行，采用Ni/Fe载氧体作为链式制氢过程氧载体；链式制氢过程包括Ni/Fe载氧体催化还原、制氢和氧化三阶段，完成碳烃燃料等离子体催化链式制氢。本发明的碳烃燃料等离子体链式制氢技术，两个反应器即可完成碳烃燃料催化重整制氢，缩短了碳烃燃料重整制氢的流程，实现了碳烃燃料重整制氢装备小型化和高效化，将链式制氢技术和滑动弧等离子体催化技术结合，实现高纯氢气制备和碳烃燃料重整废气CO₂的捕集。

技术领域

本发明涉及重整制氢领域，具体涉及一种碳烃燃料等离子体催化链式制氢的方法。

背景技术

氢气不仅是一种重要的化工燃料，而且是一种清洁燃料，在现代工业和燃料电池等行业中起到越来越重要的作用。随着对清洁燃料的需求越来越大，对制氢装置提出了更高的要求。传统碳烃燃料重整制纯氢流程复杂，需要经历催化重整，高温水煤气变换，低温水煤气变换，CO优先氧化和变压吸附的过程。催化重整和变压吸附是高能耗过程，需要配备碳烃燃料燃烧反应器为催化重整提供热量，变压吸附需要在高压下完成，需要配备压缩机和高压腔体。

滑动弧等离子体催化技术是一种应用等离子体的新技术，其优势在于：启动迅速、热效率高、反应温度适中，但是，该技术用于碳烃燃料重整时，柴油C、H转化为CO的效率最高只能达到80%，气体产物中包含大量小分子碳氢化合物。链式制氢技术是一种常用制氢技术，其优势在于：制氢纯度高，燃料气体完全转化为H₂O和CO₂，仅需冷凝便可实现CO₂捕集。但是，链式制氢技术处理大分子碳氢化合物时，容易发生结焦和积碳问题，影响制氢效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种碳烃燃料等离子体催化链式制氢的方法。

本发明采取的技术方案是：

一种碳烃燃料等离子体催化链式制氢装置，包括滑动弧等离子体催化反应器和链式制氢反应器，滑动弧等离子体催化反应器的出口与链式制氢反应器的入口相连，链式制氢反应器的出口与冷凝器的入口相连。

优选地，所述滑动弧等离子体催化反应器包括滑动弧等离子体重整模块和热催化重整模块；滑动弧等离子体重整模块与滑动弧等离子体催化反应器的气体入口连通，链式制氢反应器包括Ni/Fe载氧体催化还原模块、制氢模块和氧化模块。

一种碳烃燃料等离子体催化链式制氢方法，所述方法包括以下步骤：

S1：滑动弧等离子体催化：在滑动弧等离子体催化反应器中进行，滑动弧等离子体催化过程包括滑动弧等离子体重整和热催化重整两个阶段；

S2：链式制氢：链式制氢过程在链式制氢反应器中进行，采用Ni/Fe载氧体作为链式制氢过程氧载体；链式制氢过程包括Ni/Fe载氧体催化还原、制氢和氧化三个阶段；

完成碳烃燃料等离子体催化链式制氢。

优选地，所述步骤S1具体包括：碳烃燃料与氧化性气体（a）从滑动弧等离子体催化反应器气体入口进入；在滑动弧等离子体重整阶段，碳烃燃料和水蒸气被放电等离子体加热，碳烃燃料和水蒸气转化为小分子碳氢化合物；未反应的碳烃燃料和氧化性气体进入热催化重整阶段，发生热催化重整反应，由于热催化重整为强吸热反应，碳烃燃料和水蒸气完全转化至CO、H₂和小分子碳氢化合物（b）。

进一步优选地，所述步骤S1中，滑动弧等离子体催化反应器气体入口（a）氧化性气体包含水蒸气、O₂和CO₂。