专利名称：一种利用熔融盐制备氢气的方法
技术领域：
本发明涉及能源利用技术领域，尤其涉及一种利用熔融盐制备氢气的新方法。本方法尤其适用于利用S、Cl等污染物含量较高的原料制取氢气。
背景技术：
随着社会经济的发展，人们对清洁能源的要求日益迫切。氢气作为一种能量密度大、能量转换效率高、产物清洁的优质二次能源，受到高度的重视。氢气的生产已经形成了相当的规模。世界氢气产量约5000亿立方米，其中天然气制氢2400亿立方米，占48%，石油重整制氢1500亿立方米，占30%，煤气化制氢900亿立方米，占18%，采用可再生能源制氢200亿立方米,约占5%。随着化石燃料资源的大量开采，世界化石能源资源预计会在未来几百年内开采完。对可以利用传统化石，同时也能利用其它燃料，尤其是低品位、含有大量污染物的能源，高效清洁制备二次能源-氢能的技术需求必将越来越迫切。专利CN200810096294. 7公开了一种制氢方法，该方法整合了催化蒸汽重整器和气化器的制氢。在催化蒸汽重整器中以高生产速率或设计生产能力产生氢。然后将催化蒸汽重整器降负载运转至设计生产能力的一部分，同时在气化器产生所需的氢。在催化蒸汽重整器处于降负载运转状态期间，更多的由气化器流出物形成的含氢物流被作为进料引入催化蒸汽重整器，从而减少处于降负载运转状态的催化蒸汽重整器所需的进料流量。该方法流程较长，操作较为复杂。专利CN200710066387. O公开了一种利用甲烷在熔融盐体系中制取氢气及合成气的新方法。该发明利用太阳能聚光装置或者其它加热方式为热源，将碱金属碳酸盐加热熔融，以甲烷为原料，金属氧化物粉末为氧化甲烷的氧源，在熔融盐反应器中，熔融盐作为反应介质，甲烷作为还原剂，将金属氧化物还原为金属单质并同时获得合成气，还原后金属单质再送进水分解反应器里面，与水发生反应，获得氢气及该金属的氧化物，再将该金属氧化物回送到熔融盐反应器中，让该金属氧化物再次与甲烷反应，还原为金属单质及合成气，金属单质再与水发生水解反应，又获得金属单质，如此循环反复，形成整套化学循环制取氢气及合成气的新方法。在该方法中氢气通过金属单质与水反应制备，熔融盐仅作为反应蓄热介质使用，并没有作为含碳原料使用。上述专利均未涉及采用高S、Cl等污染物含量原料，利用熔融盐作为反应介质一步法制取氢气。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术无法利用高S、Cl等污染物含量原料，原料适应性差，操作过程较为复杂等缺点，提供一种利用熔融盐制备氢气的新方法。为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案本发明利用熔融盐制备氢气的方法，包括以下步骤I)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，在熔融盐反应炉内气化制备富氢气体；含碳原料在Li、Na、K等碱金属催化作用下气化，气化产物以不凝气体为主，液体产物产量较少。含碳原料预处理的优选方式为液体原料优选通过雾化喷嘴喷射入熔融盐反应器内，固体原料优选先粉碎到50目以下再通入熔融盐反应器内，以保证含碳原料在反应器内与氧化剂迅速反应气化。2)气体分离将步骤(I)得到的富氢气体通入气体分离装置，分离其中的杂质气体，得到氢气。从熔融盐内反应器出来的气体主要成分为H2及少量CH4,H2是本方法的目标气体。CH4主要是原料在裂解过程中产生，生成的CH4在熔融盐中反应性较低，导致在熔融盐反应器内制备的气体中含有部分的CH4。一般来说气体体积组成为H285% 95%，CH45% 15%，以及极少量的C02、C2H4等，在本步骤中目标气体H2被分离出来。3)杂质气体回用将步骤(2)分离出来的杂质气体，其主要成分是CH4、CO2, C2H4等，通入熔融盐反应炉中循环利用。所述步骤(I)中的氧化剂选自以下的ー种或几种成分的组合富氧空气、氧气、水蒸气。所述步骤(I)中通入含碳原料中的氧化剂的量与含碳原料的化学当量比在O. 25 O. 35之间。化学当量比的定义是指把理论上燃料完全燃烧所需要的氧化剂量定义为1，实际燃烧时供给燃料的氧化剂量与理论量的比值即为“化学当量比”。化学当量比在该范围内时可以保证含碳原料被完全气化，以保证较高的气化效率。所述步骤(I)中的含碳原料可以选自以下的一种或几种的组合液体原料，包 括生物油、重油；或固体原料，包括煤、生物质、固体废弃物。同时由于本方法采用的反应介质为强碱性熔融盐，熔融盐介质可以通过如下反应吸收原料中的S、Cl、Br等酸性物质M0H+HC1 — MC1+H20
权利要求
1.一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，在熔融盐反应炉内气化制备富氢气体；所述熔融盐介质为Li、Na、K或其他碱金属的一种以上氢氧化物的混合物，或为Li、Na、K或其他碱金属的碳酸盐与氢氧化物的混合物；且所述的熔融盐介质中至少含有一种碱金属的氢氧化物，其比例不小于混合物总质量的10% ； (2)气体分离将步骤(I)得到的富氢气体通入气体分离装置，分离其中的杂质气体，得到氢气。
(3)杂质气体回用将步骤(2)分离出来的杂质气体通入熔融盐反应炉中循环利用。
2.如权利要求I所述的利用熔融盐制备氢气的方法，其特征在于所述步骤(I)中含碳原料的预处理为液体原料优选通过雾化喷嘴喷射入熔融盐反应器内，固体原料优选先粉碎到50目以下再通入熔融盐反应器内。
3.如权利要求I所述的利用熔融盐制备氢气的方法，其特征在于所述步骤(I)中的氧化剂选自以下的一种或几种组分的组合富氧空气、氧气、水蒸气。
4.如权利要求I或3所述的利用熔融盐制备氢气的方法，其特征在于所述步骤(I)中通入含碳原料中的氧化剂的量与含碳原料的化学当量比在O. 20 O. 35之间。
5.如权利要求I所述的利用熔融盐制备氢气的方法，其特征在于所述步骤(I)中的含碳原料可以选自以下的一种或几种的组合液体原料，选自生物油、重油；或固体原料，选自煤、生物质、固体废弃物。
6.如权利要求I要求所述的利用熔融盐制备氢气的方法，其特征在于所述步骤(I)中熔融盐介质工作温度为700°C 1100°C之间。
7.如权利要求I要求所述的利用熔融盐制备氢气的方法，其特征在于所述步骤(I)中含碳原料和熔融盐介质接触时间大于O. 5s。
全文摘要
本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)杂质气体回用将步骤(2)分离出来的杂质气体通入熔融盐反应炉中循环利用。本发明将原料气化与制氢制备两个过程合并在同一个反应器内进行，步骤少操作更为简单；同时利用强碱熔融盐对S、Cl、Br等污染物的转化吸收特性进行污染物原位脱除，因此本方法尤其适用于利用高S、Cl等污染物含量的原料制氢。
文档编号C01B3/02GK102838084SQ20121033277
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月10日 优先权日2012年9月10日
发明者王小波, 赵增立, 刘安琪, 武宏香, 李海滨, 陈勇 申请人:中国科学院广州能源研究所