一種低碳氣體燃料的制備系統(tǒng)及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體燃料技術領域，具體涉及一種低碳氣體燃料的制備系統(tǒng)及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前常用的氣體燃料大體分成四類:
第一類是天然氣，含煤層氣。我國正在大力推廣，但我國資源少且分布不均。目前已建成的西氣東輸?shù)裙艿缹⑻烊粴獾妮斖鶘|部各省。
[0003]第二類是電石氣，即乙炔氣，是由碳化鈣加水反應生成，而碳化鈣(也稱電石)的制造必須耗費大量的電能，生產成本較高，污染大。
[0004]第三類是煤氣，是通過煤炭在高溫時加水制成，由于要耗用大量的煤炭且放出二氧化碳等污染物，成本較高且污染嚴重。
[0005]第四類是氫氣。氫氣是新型能源載體。氫氣可以用煤、天然氣、石油等氣化、重整制得，也可用電解水制得。氫氣已經(jīng)用于航天航空的火箭發(fā)射，現(xiàn)在研究將其用于氫能汽車。由于氫氣的特殊性質，尚未見其用于工業(yè)燃料的報道。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種新的低碳氣體燃料的制備系統(tǒng)及其制備方法。
[0007]本發(fā)明的技術方案具體如下:
一種低碳氣體燃料的制備系統(tǒng)，制備的低碳氣體包括體積分數(shù)1-50%的氫氣及余量的天然氣，所述天然氣貯罐、氫氣貯罐、混合器及混合氣貯罐，所述天然氣貯罐及氫氣貯罐連接所述混合器輸入端，所述混合器輸入端連接所述混合氣貯罐。
[0008]所述天然氣貯罐通過天然氣預處理單元連接混合器的天然氣輸入端，所述氫氣貯罐通過氫氣預處理單元連接混合器的氫氣輸入端。
[0009]進一步地，所述天然氣輸入端設置在所述混合器上部，所述天然氣輸入端為天然氣入口，所述氫氣輸入端設置在所述混合器底部，所述氫氣輸入端為氫氣入口 ；
所述天然氣預處理單元包括脫硫、脫水、換熱、調壓及穩(wěn)壓組件。
[0010]進一步地，所述制備系統(tǒng)還包括氫氣阻火器、控制儀表、計量裝置、第一旁路閥、第二旁路閥、安全裝置及放空裝置；
所述混合器連接所述控制儀表及計量裝置，所述第一旁路閥一端連接在天然氣貯罐的輸入端，另一端連接在天然氣預處理單元的輸出端上，所述第二旁路閥一端連接在氫氣貯罐的輸入端上，另一端連接在氫氣預處理單元的輸出端上，氫氣貯罐的輸入端前端安裝氫氣阻火器，所述制備系統(tǒng)的管路通過安全裝置連接放空裝置。
[0011 ] 進一步地，所述天然氣入口連接天然氣排放管道，所述氫氣入口連接一氫氣排放端口，所述混合器頂部設置混合氣出口端。
[0012]進一步地，所述天然氣排放管道圍置于所述混合器內側上部，所述天然氣排放管道具有多個排放出口，所述排放出口均勻圍置所述混合器內側上部，所述排放出口前端呈90°彎折，并排放出口端口面向混合器底側；
所述氫氣排放端口整體為圓盤狀，并在圓盤狀的上端面上均勻分布氫氣出口，所述氫氣出口尺寸為直徑5-30_的圓孔，所述氫氣出口方向面向所述混合器頂部；
所述混合氣出口整體適配混合器內側頂部結構，所述混合氣出口端的下表面設有多個混合氣出口，所述混合氣出口外側延伸為凹部，并所述凹部連接所述混合氣出口端下表面。
[0013]進一步地，所述混合器上部外側對應所述天然氣排放管道的位置設有納米促進層，所述納米促進層內設有納米促進材料。
[0014]進一步地，所述納米促進材料包括納米粉末促進劑、粘結劑、膨脹系數(shù)調節(jié)劑和混合助劑；所述納米粉末促進劑:粘結劑:膨脹系數(shù)調節(jié)劑:混合助劑=40-60:5-8:20-30:10-15 ;上述比例為重量比。
[0015]進一步地，所述納米粉末促進劑包括納米碳化娃粉末40?80重量份、納米氧化銅30?60重量份、氧化鋯粉末5?30重量份、氧化鉻粉末5?10重量份和硅粉I?10重量，其中所述納米碳化娃粉末的粒徑為100-200nm ;所述納米氧化銅的粒徑為200_300nm ;所述氧化錯粉末、氧化絡粉末的粒徑為20 μ m-500 μ m。所述娃粉的粒徑為2.0 μ m_4.5 μ m ;
所述粘結劑為磷酸二氫鋁，所述膨脹系數(shù)調節(jié)劑為堇青石粉體和鉻酸鈷尖晶石粉體，所述堇青石粉體和鉻酸鈷尖晶石粉體的重量比為1:3 ;
所述混合助劑為分散劑、消泡劑，所述分散劑與所述消泡劑的比例為1-3:3-5所述消泡劑為礦物油、有機硅或改性石蠟其中的一種或多種混合，所述分散劑為六偏磷酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或陰離子型聚合物鹽中的一種或多種；其中所述分散劑及消泡劑可有效保證上述的納米粉末促進劑的混合。
[0016]—種低碳氣體燃料的制備方法，所述該制備方法應用上述的制備系統(tǒng)，其特征在于，天然氣貯罐提供天然氣，氫氣貯罐提供氫氣，并分別對天然氣及氫氣進行換熱、增壓，并經(jīng)由混合器進行混合，混合后的經(jīng)由混合器輸出值混合器貯罐貯存。
[0017]進一步地，所述混合器設有納米促進層，所述納米促進層的制備方法包括以下步驟:
O首先將納米碳化硅粉末40?80重量份、納米氧化銅30?60重量份、氧化鋯粉末5?30重量份、氧化鉻粉末5?10重量份和硅粉I?10重量混合，混合后進行三維高速剪切式攪拌進行充分攪拌，使其混合均勻，在混合過程中需要加壓增密，在2-2.5MPa下進行增密攪拌，同時攪拌的速度為300-500r/min，攪拌0.5-1小時，均勻混合后；
2)加入溫水，實現(xiàn)液相混合，所述溫水與上述添加的原材料的重量比為I'2?3，溫水的水溫為40-80°C，加水后繼續(xù)繼續(xù)進行攪拌0.5-1小時，攪拌的速度為100-150r/min，同時降低氣壓到常規(guī)氣壓；
3)加入分散劑及消泡劑，繼續(xù)進行攪拌，同時增壓到l_2MPa，攪拌速度為100-150r/min，同時維持溫度在40-80°C，攪拌30-40分鐘后提高溫度為100°C _120°C，降壓，將壓至常規(guī)氣壓，將水份蒸發(fā)排出，時長為1_2小時；
所述分散劑與所述消泡劑的比例為1-3:3-5 ;
4)加入粘結劑，繼續(xù)進行旋轉攪拌，攪拌速度為200-300r/min，攪拌20-30分鐘后，增壓至3-5MPa，靜置降溫，降至10-20°C，靜置30-50分鐘，制備完成。
[0018]本發(fā)明的技術效果:本發(fā)明低碳氣體燃料的主要優(yōu)點是利用現(xiàn)階段的工業(yè)基礎推進氫氣在能源方面的應用(先前，氫氣主要用于化工原料)，使全國乃至全球由現(xiàn)有的化石能源轉向低碳、無碳的能源，提供切實可行的方案。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明的混合器的結構示意圖；
圖3為本發(fā)明的混合器的氣體流向示意圖；
圖4為本混合器的天然氣排放管道的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明提供一種低碳氣體燃料的制備系統(tǒng)，所述低碳氣體燃料的制備系統(tǒng)包括天然氣貯罐1、天然氣預處理單元2、氫氣阻火器3、氫氣貯罐4、氫氣預處理單元5、混合器6、控制儀表7、混合氣貯罐8、第一旁路閥9、第二旁路閥10 ;具體為天然氣貯罐I的輸出端連接天然氣預處理單元2的輸入端，所述天然氣預處理單元2的輸出端連接混合器6的天然氣輸入端，所述氫氣貯罐4的輸出端連接氫氣預處理單元5的輸入端，所述氫氣預處理單元5的輸出端連接所述混合器6的氫氣輸入端，所述混合器6連接所述控制儀表7，所述混合器6的輸出端連接所述混合器貯罐8，所述第一旁路閥9 一端連接在天然氣貯罐I的輸入端，另一端連接在天然氣預處理單元2的輸出端上，所述第二旁路閥10 —端連接在氫氣貯罐4的輸入端上，另一端連接在氫氣預處理單元5的輸出端上，氫氣貯罐4的輸入端前端安裝氫氣阻火器3，氫氣需要通過氫氣阻火器3再進入氫氣貯罐4中。
[0023]本發(fā)明提供的制備系統(tǒng)還包括計量裝置、安全裝置及放空裝置，所述計量裝置連接在混合器上，所述制備系統(tǒng)的所有管道上均通過安全裝置連接放空裝置，所述計量裝置、安全裝置及放空裝置為現(xiàn)有技術中常用的設備，在說明書附圖中不直接示出。所述天然氣預處理單元及氫氣預處理單元均包括脫硫、脫水、換熱、調壓及穩(wěn)壓組件，所述脫硫、脫水、換熱、調壓及穩(wěn)壓組件組合使用，所述脫硫、脫水、換熱、調壓及穩(wěn)壓組件均為現(xiàn)有技術中常用設備。
[0024]所述天然氣貯罐I中天然氣來源于化工副產品、或煤層氣、天然氣、焦爐煤氣等，并且天然氣的濃度符合國家天然氣燃氣標準。
[0025]所述氫氣貯罐4中的氫氣來源于多種途徑，具體可為化工副產氫氣(焦爐煤氣、高爐煤氣、氯堿副產氣等)，化石燃料制氫、礦物制氫、電解水制氫、生物質制氫，氫氣濃度大于99%。
[0026]如圖2所示，本發(fā)明提供的混合器6包括天然氣入口 64、氫氣入口 65，所述天然氣入口 64設置在混合器6上部處，并連接天然氣排放管道66，所述天然氣排放管道66圍置于所述混合器6內側上部，所述天然氣排放管道66具有多個排放出口，所述排放出口均勻圍置所述混合器6內側上部，所述排放出口前端呈90°彎折，并排放出口端口面向混合器6底側，所述氫氣入口 65設置在混合器6底部中心處，并所述氫氣入口 65連接一氫氣排放端口 62，所述氫氣排放端口 62整體為圓盤狀，并在圓盤狀的上端面上均勻分布氫氣出口，所述氫氣出口尺寸為直徑5-30_的圓孔，所述氫氣出口方向面向所述混合器6頂部，所述混合器6頂部設置混合氣出口端63，所述混合器出口氣63整體為圓盤狀，具體可替換為適配混合器6內側頂部結構的其他結構，所述混合氣出口端63通過混合氣運輸管道81連接所述混合氣貯罐8，所述混合氣出口端63的下表面設有多個混合氣出口，所述混合氣出口外側延伸為凹部，并所述凹部連接所述混合氣出口端下表面。
[0027]所述混合器上部外側對應所述天然氣排放管道66的位置設有納米促進層61，所述納米促進層61內設有納米促進材料，所述納米促進材料包括納米粉末促進劑、粘結劑、膨脹系數(shù)調節(jié)劑和混合助劑；所述納米粉末促進劑:粘結劑:膨脹系數(shù)調節(jié)劑:混合助劑=40-60:5-