[發明專利]制氫系統和方法

有效

• 申請號: 200680023168.8
• 申請日: 2006-06-19
• 公開（公告）號: CN101208263A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 劉科;帕拉格·P·庫爾卡尼;格雷格·A·德盧加
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38;C01B3/48;C01B3/50;C01B3/52;C01B3/56
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 吳培善;封新琴

發明背景

本發明涉及從不同的烴類燃料例如天然氣、汽油、柴油和醇類(例如甲醇和乙醇)制造氫氣。

目前，最具成本效益的制氫方法為燃料例如天然氣的集中蒸汽重整(centralized?steam?reforming?of?fuels)。能源價格的上漲和對環境的擔憂促使對氫氣作為能源的關注日益增加。已提出將氫氣作為未來具有多種應用(包括車輛和固定電源(stationary?power)(電力))的清潔燃料。

在合成氨廠、精煉和甲醇生產中消耗的商品氫氣量最大。目前僅有一小部分氫氣用于能量用途。然而，氫氣在能量市場中的份額正在隨著燃料電池的實用化和對低排放或無排放燃料需求的增長而增加。

對于從天然氣(NG)分散制氫(distributed?hydrogen?production)用于燃料電池應用，研究了蒸汽甲烷重整(SMR)、自動熱重整(ATR)(autothermalreforming)和催化部分氧化(CPO)(catalytic?partial?oxidation)。SMR利用重整催化劑例如Ni對NG進行轉化并利用蒸汽合成氣體(合成氣)。常規ATR通常包括催化劑以加速SMR和CPO反應。這些催化劑對于所述兩種不同類型的反應通常不是最佳的，因而沒有達到最大效率。由于需要大的熱交換表面面積以向吸熱的蒸汽甲烷重整反應提供熱量，所以常規的SMR系統并不是緊湊型的。

CPO(沒有SMR催化劑)為緊湊型系統。然而，CPO產生的合成氣具有相對較低的氫氣(H₂)/一氧化碳(CO)比(約為2)，因而更適于費-托或甲醇合成而不是制造純氫。

因此，需要通過有效集熱而具有成本效益的緊湊型制氫系統。

發明內容

一方面，系統包括混合重整區，接收第一燃料蒸汽混合物和氧化劑，以產生包含氫氣的第一重整產物流(refomate?stream)。該系統還包括至少一個接收第一重整產物流、第一部分蒸汽和第二燃料的蒸汽重整區，以產生包含氫氣的第二重整產物流。第一重整產物流在進入蒸汽重整區之前與第一部分蒸汽和第二燃料混合。

另一方面，含氫氣流的制造方法包括在催化部分氧化區或ATR區部分氧化第一燃料和氧化劑，以產生包含氫氣的第一重整產物流。該方法還包括使第一重整產物流與第二燃料和蒸汽混合以產生混合流，并在蒸汽重整裝置中對所述混合流進行蒸汽重整以產生包含氫氣的第二重整產物流。

另一方面，系統包括：接收第一燃料與蒸汽和氧化劑的混合重整區，以產生第一重整產物流；接收第一部分蒸汽和第二燃料的預重整裝置，以產生包含氫氣的預重整流。該系統還包括：第一重整區，以接收預重整蒸汽并產生包含氫氣的排放重整流；接收第一重整產物流和排放重整產物流的第二重整區，以產生包含氫氣的第二重整產物流。第一重整產物流在進入第二蒸汽重整區之前與排放重整產物流混合。

附圖說明

參考附圖閱讀下述詳細說明時，將更好地理解本發明的這些和其它特征、方面和優勢，其中相同的標記始終表示相同的部分，其中：

圖1示例示范性制氫系統；

圖2示例示范性緊湊型制氫系統；

圖3示例在反應器中逆向流動的另一示范性緊湊型制氫系統；

圖4示例在反應器中逆向流動的另一示范性緊湊型制氫系統；和

圖5示例具有預重整裝置的另一示范性緊湊型制氫系統。

具體實施方式