[发明专利]使用微波辅助的催化剂上甲烷等离子体分解制造富氢燃料的方法和系统

权利要求书

1.一种制造富氢燃料的方法，其包含：

提供选定流速的甲烷气体流；

提供催化剂；

在负压下使用微波辐射在选定微波功率下辐射所述甲烷气体以形成甲烷等离子体；

将所述甲烷等离子体引导到所述催化剂上；和

控制所述甲烷气体流和所述微波功率以产生具有选定组成的产物气体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述产物气体包含以体积计约10％到30％的氢气和以体积计约70％到90％的甲烷。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂包含Ni或通过共沉淀制备的具有高活性和稳定性的Ni合金。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述负压为约20mmHg到200mmHg并且所述微波功率为约70W到140W。

5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在所述引导步骤之前用氢气预处理所述催化剂。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述引导步骤在由微波可穿透材料制成的管式反应器中执行。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述引导步骤在放置在微波可穿透支撑物上的所述催化剂下执行，所述微波可穿透支撑物经配置以允许所述甲烷等离子体穿过所述催化剂。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述甲烷气体包含纯甲烷或天然气。

9.一种制造富氢燃料的方法，其包含：

在负压下并在选定微波功率下使用甲烷气体的微波辐射形成甲烷等离子体；

将所述甲烷等离子体引导到催化剂上；和

控制所述甲烷等离子体流和所述微波功率，以产生包含选定体积百分比的甲烷和氢气的产物气体并从所述产物气体中去除呈固体碳纤维形式的固体碳。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述控制步骤经执行产生具有以体积计约10％到30％氢气的所述产物气体。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述控制步骤经执行产生具有以体积计约70％到90％甲烷的所述产物气体。

12.根据权利要求9所述的方法，其进一步包含处理所述产物气体以回收实质上纯的氢气。

13.根据权利要求9所述的方法，其中进一步包含使所述产物气体在真空压力下流经Pd/Ag膜以回收实质上纯的氢气。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述微波功率小于120W并且所述产物气体包含2％到3％的C₂H₂和微量的C₂H₄、C₃H₆、C₃H₈和C₃H₄。

15.根据权利要求9所述的方法，其中所述负压为约20mmHg到约200mmHg并且所述微波功率为约70W到160W。

16.根据权利要求9所述的方法，其中所述催化剂包含选自由Ni100、Ni81Al、Ni93Al、Ni77Cu16Al、Ni54Cu27Al和Ni83Mg6Al组成的群组的金属。

17.一种制造富氢燃料的方法，其包含：

提供与甲烷源流通的具有微波可穿透器壁的管式反应器，所述甲烷源经配置以提供穿过所述管式反应器的甲烷流；

使用微波辐射在选定微波功率下辐射所述甲烷以产生甲烷等离子体流；

将催化剂放置在所述管式反应器中的所述甲烷等离子体流中；和

通过使所述甲烷等离子体与所述催化剂接触反应使选定体积百分比的所述甲烷转化成氢气，形成产物气体，所述产物气体包含约10-30％的氢气、约70-90％的甲烷。

18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包含在所述放置步骤之前用氢气预处理所述催化剂。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述形成所述产物气体的步骤从所述产物气体去除固体碳纤维作为有用副产物。