[发明专利]一种制氢和碳材料的工艺方法

说明书

本申请涉及甲烷制氢技术领域，具体涉及一种制氢和碳材料的工艺方法，包括以下步骤：(1)沼气制备：将餐厨固体废物经过微生物厌氧分解得到沼气粗产品；(2)除杂：将所述沼气粗产品通过有机溶剂进行吸收，除去硫化氢和二氧化碳；再通过干燥剂除水，得到甲烷；(3)甲烷裂解：将所述甲烷通入回转窑中，所述甲烷在催化剂催化作用下进行裂解反应，得到氢气和碳材料。本申请的工艺方法能够降低制氢和碳材料的成本，将餐厨固废进行资源化利用，提升氢气和碳材料的纯度。

技术领域

本申请涉及甲烷制氢技术领域，尤其是涉及一种制氢和碳材料的工艺方法。

背景技术

随着城市化发展，城市固体废弃物和污水处理的污泥逐年增加，对于城市固废目前普遍的方式是进行分类燃烧发电处理。将处理后的污泥通过发酵后回填，过程中往往产生大量的二氧化碳和甲烷气体，这些气体直接排入空气中，一方面资源利用率低，另一方面加重地球生态环境恢复压力。采用厌氧发酵可以将固废分解转化为沼气，再对沼气进行资源化利用，解决环境问题的同时带来经济效益。以沼气为原料制氢气是一种有益方案，目前沼气制氢的方法主要有甲烷蒸汽重整、甲烷干重整、甲烷部分氧化重整、甲烷自热重整和甲烷裂解，相对于其他的集中制氢方式，甲烷裂解可以实现原子利用率100％，产生氢气的同时带来纳米碳材料的收益，同时回转窑作为裂解反应器具有连续进料和连续出料的特点，可以实现工业化连续化生产。

现有技术公开了一种甲烷制氢和碳材料技术，采用铁磁性的催化剂粉末由进料室给入，在气流的作用下进入反应器内，与通入的烷烃气体在回转反应器内发生催化裂解反应，生成的纳米碳材料，随反应器按照一定角度和转速转动，进入电磁分离器内进行分离，得到空心纳米碳材料与磁性纳米碳。实现了纳米碳材料的在线收集与分离，减少了纳米碳材料单独收集和单独分离的工序，适用于具有铁磁性的催化剂催化裂解烷烃气体化学气相沉积法连续化制备纳米碳材料。该工艺对采用的电磁分离碳材料的方式局限于磁性碳材料和催化剂，限制了其催化剂的应用以及各种碳材料生产的要求，极大的限制了其工业化生产。

现有技术中还公开有一种天然气直裂解制备H₂与CNTs的催化渗透性一体化膜反应器及应用，该膜反应器是由含5～10％(V/V)金属钯分散在多孔的γ-三氧化二铝(γ-Al₂O₃)陶瓷圆管为催化膜层支撑体，含活性组分镍10～20％与钴20～40％、含助催化组分镧1～10％及增强剂钾1～5％嵌入于经预处理的碳纳米管(CNTs)中且涂覆于氧化铝陶瓷圆管内壁的膜厚度为10nm～1μm、膜孔径为0.20～10nm所构成的无机碳纳米膜，以及诸如连接件、密封件、夹套等组件所组成，形成一种同时具备催化活性与分离选择性为一体的催化渗透性膜反应器，进料气进入膜反应器，在温度450～700℃、压力1.2～3.8MPa下进行甲烷热裂解催化反应，生成的富氢气为粗氢产品或进入变压吸附精制提氢得到纯度99.99％(V/V)以上的H₂产品，生成的CNTs经吹扫及后续加工得到产品。

针对该工艺分析可以预见，该工艺对膜工艺要求较高，同时生产过程中碳材料的沉积往往会导致膜孔道的堵塞，增加反应器的绝对压力，这就导致对反应器的要求特别高，同时需要精确控制，具有很差的环境适应性，同时膜反应器的生产成本较高，大大限制其工业普适性发展。

因此，亟需寻求一种适用于工业化生产，且对环境友好的利用甲烷制氢和碳材料的工艺技术。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供一种制氢和碳材料的工艺方法。

本申请提供的一种制氢和碳材料的工艺方法采用如下的技术方案：

(1)沼气制备：将餐厨固体废物经过微生物厌氧分解得到沼气粗产品；

(2)除杂：将所述沼气粗产品通过有机溶剂进行吸收，除去硫化氢和二氧化碳；再通过干燥剂除水，得到纯化后的沼气；所述纯化后的沼气包括甲烷气体和二氧化碳气体；