[发明专利]一种制备富氢合成气的方法

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，提供了一种制备富氢合成气的方法，本发明利用氧化性无机酸对碳基原料进行氧化处理，能够提高碳基原料的羧基等含氧官能团的含量，使高碳材料转化为富含含氧官能团的氧化碳基材料；然后将氧化碳基材料与氢氧化钙溶液进行浸渍，氢氧化钙可与氧化碳基材料中含有的羧基官能团结合形成活性中间体，此活性中间体促进了氧化碳基材料表面反应活性位的增加，提高氧组分含量，可使催化效应显著，有效降低水蒸气气化反应温区，优化合成气的组成，形成富氢合成气。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种制备富氢合成气的方法。

背景技术

合成气是精细化学品的一种原料气，以氢气与一氧化碳为主，其中氢气含量的高低是考察合成气质量的重要标准。富氢合成气的氢气含量越高，合成气总热量越高。合成气可以由煤炭、生物质、焦炭等含碳原料通过气化得到，虽然此方法是制备合成气的有效手段，但往往耗能高，投入大。在由含碳原料通过气化制备合成气的过程中添加催化剂可以有效降低反应温度，提高反应速率、减少投入、降低能耗和优化合成气组成。

碱金属与碱土金属在催化气化含碳原料制备合成气中体现了较高优势，也已经在工业生产中广泛应用。近年来，碱土金属钙，因其自然界含量丰富、价格低廉被学者进行广泛研究，研究发现：其一，钙在低碳原料(生物质、低阶煤)制备合成气中体现出明显优势，但对高碳原料(焦炭、无烟煤等)的催化效应较差。其二，要实现高碳原料与水蒸气气化反应性能，必须使其处于很高的反应温区(比如800～900℃)进行气化处理脱除其所含大部分水分及其它杂质组分，以满足工业生产中对富氢合成气的质量要求。因此，亟需一种能够使用高碳原料，并且能够降低气化反应温度的制备富氢合成气的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备富氢合成气的方法，本发明提供的制备合成气的方法能够适用于高碳原料，并且能够降低气化反应温度和优化合成气组成，得到富氢合成气。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种制备富氢合成气的方法，包括以下步骤：

(1)将碳基原料与氧化性无机酸混合，进行氧化反应，得到氧化碳基材料；

(2)将所述步骤(1)得到的氧化碳基材料与氢氧化钙溶液混合，进行浸渍，得到添钙氧化碳基材料；

(3)将所述步骤(2)得到的添钙氧化碳基材料与水蒸气进行热解处理，得到富氢合成气。

优选地，所述步骤(1)中的碳基原料包括炭黑、褐煤、烟煤、次烟煤、长焰煤、焦煤和贫煤中的一种或多种。

优选地，所述步骤(1)中的氧化性无机酸包括硝酸或硫酸。

优选地，所述硝酸的质量浓度为60～70％，所述硫酸的质量浓度为97～99％。

优选地，所述步骤(1)中的碳基原料的质量与氧化性无机酸的体积比为(5～10)g：(90～110)mL。

优选地，所述步骤(1)中的氧化反应的温度为90～110℃；氧化反应的时间为3～5h。

优选地，所述步骤(2)中的氧化碳基材料与氢氧化钙溶液中Ca²⁺的质量比为100:(9～11)。

优选地，所述步骤(3)中热解处理包括：将所述添钙氧化碳基材料在惰性气体氛围下加热至第一温度，然后以惰性气体为载气载入水蒸气与添钙氧化碳基材料共同加热至第二温度，再加热至第三温度后进行保温。

优选地，所述第一温度为23～200℃，第二温度为200～500℃，第三温度为600～850℃，第三温度下保温的时间为50min～100min。

优选地，所述加热至第一温度和加热至第二温度的升温速率独立地为15～20℃/min；加热至第三温度的升温速率为2～5℃/min。