[發明專利]一種催化甲烷裂解制氫和兩步法制合成氣的方法

無效

• 申請號: 200710066247.3
• 申請日: 2007-09-28
• 公開（公告）號: CN101164864A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 王華;魏永剛;李孔齋;敖先權;胡建杭
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B3/26
• 分類號: C01B3/26
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責任公司
• 代理人: 趙云

技術領域

本發明屬于化學制備領域，特別涉及利用催化劑催化甲烷，一步制取氫氣和兩步制取合成氣的方法。

背景技術

隨著石油資源的日益枯竭和環境污染的不斷加重，天然氣作為一種儲量豐富、清潔的能源已經成為研究的熱點。專家預測，到本世紀20年代，在世界的能源結構中，天然氣將從現在的25％增長到40％，從而替代石油成為全球最主要的能源，同時也將替代石油成為最主要的化工原料。勘探表明，我國天然氣遠景儲量達到43萬億m³，占世界天然氣總儲量的10％，煤層氣的儲量約35萬億m³，而甲烷(CH₄)是天然氣、煤層氣的主要成分，因此，面對較為豐富的天然氣和煤層氣資源，我國對甲烷的催化轉化技術進行研究具有重大的戰略意義。

在諸多甲烷催化技術中利用甲烷制取合成氣，再將合成氣分離制氫或者轉化為化學品或液態烴一直是天然氣轉化利用的活躍領域。通常，甲烷制合成氣法包括甲烷的水蒸氣重整和二氧化碳重整，后來又興起了催化部分氧化法(POM)。水蒸氣重整反應是一個強的吸熱過程，雖已工業化，但存在能耗高，設備龐大復雜，操作費用昂貴的不足；二氧化碳重整工藝還正處于研究之中；部分氧化反應溫度高，且甲烷(CH₄)與氧氣(O₂)混合氣有爆炸的潛在危險，很難實現工業放大。以上這些過程的共同不足是生成了一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)和氫氣(H₂)的混合氣體，如要單獨利用其中的氫氣(H₂)或一氧化碳(CO)，就勢必增加分離成本。

因此，合理采用一種催化劑，由甲烷分開制備出合成氣組成的兩種氣體，即氫氣和一氧化碳，才能較好地解決上述已有技術存在的不足，在降低氫氣(H₂)、一氧化碳(CO)和合成氣生產成本的同時，大大擴展三者的用途。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種催化甲烷裂解制氫和兩步法制合成氣的方法，整個工藝流程短，其反應溫度比傳統制氫過程降低，操作簡單，可降低生產成本，可根據下游化學品或液態烴制備工藝需要進行不同比例的混合，擴展應用范圍。

解決發明的技術問題所采用的方案是：以鈰基復合氧化物作為催化劑，將甲烷先催化裂解為氫氣和炭，再將炭氧化為一氧化碳，同時實現催化劑再生，經氫氣回收系統和一氧化碳回收系統分別進行收集，混合成合成氣。

本發明的還包括以下技術方案：當鈰基復合氧化物催化劑的用量為0.5g～3g時，甲烷的流量為10Ncm³·min^-1～55?Ncm³·min^-1，整個反應溫度為673K～1073K，催化裂解制氫氣的時間為70分鐘～150分鐘，催化劑再生制一氧化碳的時間為60分鐘～90分鐘。催化劑再生采用的再生氣體為二氧化碳或富氧空氣。

本發明的有益效果是：

①將合成氣制備過程分為獨立的兩步，即先通過催化劑催化裂解甲烷(CH₄)制備出氫氣(H₂)，之后再生催化劑制備出一氧化碳(CO)。產物氣中的氫氣(H₂)和一氧化碳(CO)經催化和再生兩個反應過程實現自動分離，同時反應溫度比傳統制氫過程有較大降低。

②氫氣(H₂)和一氧化碳(CO)可根據下游化學品或液態烴制備工藝需要進行不同比例的混合，即可獲得不同用途的合成氣。

③該方法在降低氫氣(H₂)和一氧化碳(CO)及合成氣生產成本的同時，大大擴展了三者的應用范圍，既可以單獨利用純氫氣(H₂)和一氧化碳(CO)，亦可將二者適當混合形成合成氣綜合利用。

④整個工藝流程短，操作簡單，可實現一步制氫兩步制合成氣。

附圖說明

圖1為本發明工藝流程示意圖。

具體實施方式

實施例1

a)實施條件