氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法

本发明属于氢能的储存与运输，涉及一种氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法。

背景技术：

1、根据我国西部富氢，东部缺氢的现况，利用现有天然气管道进行“西氢东送”，这种方式运输效率较高，目前天然气管道中的氢气比例可达到24％(国际最高水平)。同时这也是适用于我国清洁能源运输和发展的重要方向。从混氢天然气中如何简便又高效的提取氢气并安全运输是目前亟待解决的问题，运用液态有机分子载氢极大程度上避免了氢气高压储运、低温液化的安全问题和能源消耗。将混氢天然气中的氢气催化加氢至液氢载体，后经过催化脱氢再将氢气释放，是目前较成熟的运输氢气方法，加氢技术已经可以工业化，脱氢目前还在试验阶段，而所使用的催化剂，要具有双效加氢/脱氢功能。目前对于此类可循环使用的催化剂研究还有待进一步推进。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法，通过该方法制备出的可用于脱氢/加氢的双效铂基mxene/max杂化单体催化剂，能够实现加氢/脱氢双效功能，提高了氢气的提纯率。

2、本发明所采用的技术方案是，氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1，制备铂基mxene/max杂化单体催化剂；

4、步骤2，在步骤1所得的催化剂的作用下，将混氢天然气和甲苯的加氢反应，得到甲基环己烷，实现氢气的储存；

5、步骤3，在步骤1所得的催化剂的催化下，对步骤2得到的甲基环己烷进行脱氢反应，得到甲苯和氢气。

6、本发明的特点还在于：

7、步骤1的具体过程为：

8、步骤1.1，制备lif/hcl混合溶液；

9、步骤1.2，将0.5g～1g ti3alc2 max相粉末加入步骤1.1制备的lif/hcl混合溶液中，以350rpm～550rpm的转速搅拌，蚀刻24h～36h，反应完成后，将反应液倒入离心管，用去离子水洗涤，在3500rpm～5500rpm转速下离心5min～15min，倒去上层清液，补加去离子水后再次离心，反复洗涤至上层清液ph呈中性，弃去上层清液，得沉淀物；

10、步骤1.3，根据步骤1.2所得沉淀物制备固体mxene/max杂化单体催化剂载体；

11、步骤1.4，取0.3g～0.5g固体mxene/max杂化单体催化剂载体，加入20ml～40ml水，加入6mg～8mg的h2ptcl6·6h2o，超声30min～60min，60℃～80℃烘干12h～24h，h2/ar混合气体还原温度200℃～500℃，还原时间为3h～5h，还原压力为0.1mpa～0.13mpa，得到铂基mxene/max杂化单体催化剂。

12、步骤2中：在固定床反应器中，混氢天然气和甲苯的加氢反应的条件为：加氢反应的温度为140℃～200℃、加氢反应的压力为1mpa～6mpa、加氢反应的空速为1h-1～7h-1。

13、步骤3中：固定床反应器中，甲基环甲烷脱氢反应的条件为：脱氢反应的温度为300℃～380℃、脱氢反应的压力为0.1mpa～0.5mpa、脱氢反应的空速为15h-1～20h-1。

14、步骤1.1的具体过程为：

15、先称取1.2g/gmax～1.6g/gmaxlif粉末，再量取15ml/g～20ml/gmax浓盐酸，将lif粉末和浓盐酸倒入聚四氟乙烯瓶中，使用磁力搅拌器加热至45℃～55℃，使lif粉末在盐酸中充分溶解，得到lif/hcl混合溶液。

16、步骤1.3的具体过程为：

17、将步骤1.2所得的沉淀物分散在100ml～200ml去离子水中在冰水浴中超声处理2h～3h，然后对分散液进行离心处理10min～60min，取暗绿色上层分散液mxene与下层黑色沉淀mxene/max分别冻干24～48h，取10wt％～50wt％黑色沉淀mxene/max与mxene单层粉末得到固体mxene/max杂化单体催化剂载体。

18、本发明的有益效果是，本发明提供的氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法，在双效铂基mxene催化剂的作用下，直接将混氢天然气中氢气以液氢载体的形式，经过气-液-气的两个循环分离出来，并最终得到较高的氢气体积分数99.9％。催化剂加氢和脱氢循环性好，所用贵金属为价格相比于ru、rh、ir和pd较低的pt，被刻蚀的mxene单层/多层片状拥有大比表面积有利于pt的表面分布，杂化的mxene/max结构的存在有利于进一步分散pt的表面分布，防止pt活性位点在反应过程中的中毒失活。

技术特征：

1.氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：

3.根据权利要求1所述的氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法，其特征在于：所述步骤2中：在固定床反应器中，混氢天然气和甲苯的加氢反应的条件为：加氢反应的温度为140℃～200℃、加氢反应的压力为1mpa～6mpa、加氢反应的空速为1h-1～7h-1。

4.根据权利要求1所述的氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法，其特征在于：所述步骤3中：固定床反应器中，甲基环甲烷脱氢反应的条件为：脱氢反应的温度为300℃～380℃、脱氢反应的压力为0.1mpa～0.5mpa、脱氢反应的空速为15h-1～20h-1。

5.根据权利要求2所述的氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法，其特征在于：所述步骤1.1的具体过程为：

6.根据权利要求2所述的氢气-天然气混合组分提取高纯度氢气的方法，其特征在于：所述步骤1.3的具体过程为：

技术总结
本发明公开了氢气‑天然气混合组分提取高纯度氢气的方法，具体包括如下步骤：步骤1，制备铂基MXene/MAX杂化单体催化剂；步骤2，在步骤1所得的催化剂的作用下，将混氢天然气和甲苯的加氢反应，得到甲基环己烷，实现氢气的储存；步骤3，在步骤1所得的催化剂的催化下，对步骤2得到的甲基环己烷进行脱氢反应，得到甲苯和氢气。通过本发明制备出的可用于脱氢/加氢的双效铂基MXene/MAX杂化单体催化剂，能够实现加氢/脱氢双效功能，提高了氢气的提纯率。

技术研发人员：张召,马越儿,常慧,李新平,代晓敏,张倩琳,苏晓琳,白靖
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31