[发明专利]从城市有机废弃物中回收碳纳米材料和氢气的工艺和系统

说明书

本发明公开了一种从城市有机废弃物中回收碳纳米材料和氢气的工艺，本发明所述从城市有机废弃物中回收碳纳米材料和氢气的工艺包括厌氧发酵和催化裂解。本发明还公开了一种从城市有机废弃物中回收碳纳米材料和氢气的系统。本发明所述从城市有机废弃物中回收碳纳米材料和氢气的工艺首次将厌氧发酵技术与甲烷催化裂解技术有效地结合起来，采用城市污废物厌氧发酵产生的生物甲烷，由于城市污废物处理本身是有偿行为，使用污废物处理的附加产物(生物甲烷)可大大降低催化裂解的成本，为甲烷催化裂解提供了低价原料。

技术领域

本发明涉及一种制备碳纳米材料和氢气的工艺和系统，具体涉及一种从城市有机废弃物中回收碳纳米材料和氢气的工艺和系统。

背景技术

现在常用的甲烷制氢工艺为：甲烷蒸汽重整、部分氧化法制氢。

甲烷蒸汽重整制氢的原料为天然气。甲烷催化重整制氢气在经济上是可行的，美国有大于90％的氢是经甲烷的蒸汽重整制得的。甲烷蒸汽重整制氢的途径为：甲烷蒸汽重整、水气置换反应和氢气提纯。甲烷蒸汽重整的反应为：

CH₄+H₂O→3H₂+CO

最适宜的反应条件为高温700-850℃，压力为0.3-2.5MPa。该反应是吸热反应，需要外部输入热量，所需热量一部分由原料气(小于25％)或废气(氢气净化系统中的净化气)提供。甲烷蒸汽重整后的合成气被输送到下一级的1个或多个水气置换反应器中，经过水气置换，氢气的产量大幅度增加：

CO+H₂O→H₂+CO₂

置换反应器中气体的组成为氢气(70-80％)、二氧化碳、甲烷和少量的水蒸气及一氧化碳。最后工序是氢气净化提纯，氢气的纯度根据用途而定。

部分氧化法制氢是另一个利用碳氢化合物制氢的方法，甲烷或其他碳氢化合物原料(如废油)被部分氧化生成一氧化碳和氢气。

2CH₄+O₂→4H₂+CO

如前所述，甲烷催化裂解生产氢气的好处在于：在获得可再生能源的同时，可以避免CO₂的产生，对自然环境有很大的好处。然而，目前这一工艺尚处于研发阶段，未能形成可产业化的甲烷催化裂解制氢生产线。

甲烷催化裂解的研究多集中在镍基、铁基催化剂中。如表1所示，与铁基催化剂相比，镍基催化剂一般可产生更大量的氢气，同时其所需的催化温度也比铁基催化剂低。

表1催化剂种类和反应条件、氢气产率的关系