一种制备清洁燃料的高温共电解方法
【技术领域】
[0001]本发明属于清洁能源技术领域，具体涉及一种制备清洁燃料的高温共电解方法。
【背景技术】
[0002]随着我国节能减排政策的持续推进，优质高效的清洁能源天然气的消费比例大幅增加。然而我国“富煤贫油少气”的能源结构，导致天然气供需矛盾日益突出。2012年国内天然气产量达到1077亿m3，天然气表观消费量1471亿m3，供需缺口为394亿m3，预计到2015年供需缺口可能会达到750亿m3。煤制合成天然气(SNG)可利用我国丰富的煤炭资源，特别是褐煤等劣质煤炭，通过洁净煤技术制取合成天然气，是我国弥补天然气需求缺口、促进煤炭高效清洁利用的有效途径。但是，大型煤制天然气仍存在C02排放大等问题。目前经国家核准的8个煤制天然气项目产能将近400亿m3/年，若这些项目全部建成投产，每年(》2排放量将达1.8亿t，巨大的C02排放量会进一步加剧全球温室效应。2013年5月，国家发改委发布《关于推动碳捕集、利用和封存(CCUS)试验示范的通知》，鼓励煤化工等行业在中长期规划中充分考虑C02捕集、利用和封存的要求。因此，如何有效利用煤制天然气中捕集到的C02，实现碳资源循环利用成为一项重要的课题。
[0003]此外，我国在建和拟建煤质天然气项目主要集中在内蒙、新疆等地，这些省份除了煤炭资源，还具有丰富的风能、太阳能等可再生能源。可再生能源电力在改善能源结构、减少环境污染、促进经济发展等方面发挥了重要作用，但其随机性和间歇性的特点使得可再生能源电力难以并网利用，严重阻碍了可再生能源的大规模开发利用，使节能减排的效果大打折扣。截止2012年底，中国风电弃风限电超过200亿kWh，相当于浪费了670万吨标准煤，直接损失超100亿元。如何消化大量的非并网可再生能源电力，实现可再生能源的高效转化储能是可再生能源发电领域一项急需解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种制备清洁燃料的高温共电解方法，本发明具有较高的电解速率和能量转化效率，相对低温电解是一种更高效、低成本的能量转化方式。
[0005]—种制备清洁燃料的高温共电解方法，其步骤如下:
[0006](1)收集天然气系统中的二氧化碳气体与水蒸气，混合得到⑶2/H20混合气体，⑶2与H2O的摩尔比为1:1.5-3.8;
[0007](2)将N2/H2通入到反应器中，进行催化剂活性保护，N2/H2 = 5:1.5;
[0008](3)将CO2/H2O混合气体通入加热螺旋盘进行换热处理，使混合气体达到反应所需的尚温；
[0009](4)经换热后的混合气体通入电解池中，在电压的作用下生成CO、H2和CH4，同时也生成02。
[0010]其中，电解池内的电压采用外接电源连接整流器转换而成的直流电。
[0011 ]其中，加热螺旋盘采用加热管加热，然后利用螺旋盘内的金属网快速传热，达到反应所需的高温。
[0012]其中，所述电解池的温度为800°C-900°C，压力为0.1MPa-2.0MPa。
[0013]其中，所述电解池采用相同的金属滤网作为反应电极，并用不锈钢板将其包住，所述不锈钢板与金属滤网的间距不大于10mm。
[0014]其中，所述金属滤网采用300目以上的镍网。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0016](1)本发明主要采用高温共电解C02/H20技术，具有较高的电解速率和能量转化效率，相对低温电解是一种更高效、低成本的能量转化方式。该方法固态结构气体产物易分离，避免了使用液态电解质所带来的蒸发、腐蚀和电解液流失问题，同时无需采用Pt等贵金属电极，进而大大降低成本。此外，S0EC对电能的品质要求较低，可以适应供应电能的波动。
[0017](2)本发明在传统两步法煤制天然气工艺基础上，收集二氧化碳气体和水蒸气，通过S0EC高温共电解C02/H20，将捕集到的C02高效转化为C0/H2/CH4混合气体和纯氧，并且所得产物可返回煤制天然气过程进一步使用，以实现碳资源循环利用，降低煤化工过程能耗，减少了电力浪费。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例对本发明做进一步描述:
[0019]实施例1
[0020]—种制备清洁燃料的高温共电解方法，其步骤如下:
[0021 ] (1)收集天然气系统中的二氧化碳气体与水蒸气，混合得到⑶2/H20混合气体，⑶2与H20的摩尔比为1:1.5;
[0022](2)将N2/H2通入到反应器中，进行催化剂活性保护，N2/H2 = 5:1.5;
[0023](3)将C02/H20混合气体通入加热螺旋盘进行换热处理，使混合气体达到反应所需的尚温；
[0024](4)经换热后的混合气体通入电解池中，在电压的作用下生成0)、出和014，同时也生成02。
[0025]其中，电解池内的电压采用外接电源连接整流器转换而成的直流电。
[0026]其中，加热螺旋盘采用加热管加热，然后利用螺旋盘内的金属网快速传热，达到反应所需的高温。
[0027]其中，所述电解池的温度为800°C°C，压力为0.1MPaMPa。
[0028]其中，所述电解池采用相同的金属滤网作为反应电极，并用不锈钢板将其包住，所述不锈钢板与金属滤网的间距10mm。
[0029]其中，所述金属滤网采用300目的镍网。
[0030]本方法得到的C0、H2的摩尔比为1:3，CH4的摩尔分数为30%。
[0031]实施例2
[0032]—种制备清洁燃料的高温共电解方法，其步骤如下:
[0033](1)收集天然气系统中的二氧化碳气体与水蒸气，混合得到⑶2/H20混合气体，⑶2与H20的摩尔比为1:3.8;
[0034](2)将N2/H2通入到反应器中，进行催化剂活性保护，N2/H2 = 5:1.5;
[0035](3)将C02/H20混合气体通入加热螺旋盘进行换热处理，使混合气体达到反应所需的尚温；
[0036](4)经换热后的混合气体通入电解池中，在电压的作用下生成0)、出和014，同时也生成02。
[0037]其中，电解池内的电压采用外接电源连接整流器转换而成的直流电。
[0038]其中，加热螺旋盘采用加热管加热，然后利用螺旋盘内的金属网快速传热，达到反应所需的高温。
[0039]其中，所述电解池的温度为900°C，压力为2.0MPa。
[0040]其中，所述电解池采用相同的金属滤网作为反应电极，并用不锈钢板将其包住，所述不锈钢板与金属滤网的间距5mm。
[0041]其中，所述金属滤网采用600的镍网。
[0042]本方法得到的C0、H2的摩尔比为1:3，CH4的摩尔分数为40%。
[0043]以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种制备清洁燃料的高温共电解方法，其特征在于，其步骤如下: (1)收集天然气系统中的二氧化碳气体与水蒸气，混合得到co2/H2o混合气体，0)2与出0的摩尔比为1:1.5-3.8; (2)将N2/H2通入到反应器中，进行催化剂活性保护，N2/H2= 5:1.5； (3)将⑶2/H20混合气体通入加热螺旋盘进行换热处理，使混合气体达到反应所需的高温; (4)经换热后的混合气体通入电解池中，在电压的作用下生成C0、H#PCH4，同时也生成02 ο2.根据权利要求书1所述的一种制备清洁燃料的高温共电解方法，其特征在于，电解池内的电压采用外接电源连接整流器转换而成的直流电。3.根据权利要求书1所述的一种制备清洁燃料的高温共电解方法，其特征在于，加热螺旋盘采用加热管加热，然后利用螺旋盘内的金属网快速传热，达到反应所需的高温。4.根据权利要求书1所述的一种制备清洁燃料的高温共电解方法，其特征在于，所述电解池的温度为800°C-900°C，压力为0.1 MPa-2.0MPa。5.根据权利要求书1所述的一种制备清洁燃料的高温共电解方法，其特征在于，所述电解池采用相同的金属滤网作为反应电极，并用不锈钢板将其包住，所述不锈钢板与金属滤网的间距不大于10mm。6.根据权利要求书5所述的一种制备清洁燃料的高温共电解方法，其特征在于，所述金属滤网采用300目以上的镍网。
【专利摘要】本发明公开了一种制备清洁燃料的高温共电解方法，其步骤如下：(1)收集天然气系统中的二氧化碳气体与水蒸气，混合得到CO2/H2O混合气体，CO2与H2O的摩尔比为1:1.5-3.8；(2)将N2/H2通入到反应器中，进行催化剂活性保护，N2/H2＝5:1.5；(3)将CO2/H2O混合气体通入加热螺旋盘进行换热处理，使混合气体达到反应所需的高温；(4)经换热后的混合气体通入电解池中，在电压的作用下生成CO、H2和CH4，同时也生成O2。本发明具有较高的电解速率和能量转化效率，相对低温电解是一种更高效、低成本的能量转化方式。
【IPC分类】C10L3/08
【公开号】CN105419892
【申请号】CN201610020984
【发明人】车春玲
【申请人】山东联星能源集团有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2016年1月13日