[發明專利]用于焦爐粗煤氣混合重整制氫工藝中的透氧膜反應器

有效

• 申請號: 200810036367.3
• 申請日: 2008-04-21
• 公開（公告）號: CN101264860A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 程紅偉;張玉文;丁偉中;魯雄剛;楊軍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種用于焦爐粗煤氣混合重整制氫工藝中的透氧膜反應器，屬于焦爐煤氣重整反應裝置技術領域。

背景技術

為促進未來清潔氫能經濟的發展，開發高效、經濟、大規模的氫氣制備技術是亟待解決的關鍵問題之一?，F有氫氣制備方法很多，雖然利用太陽能、風能、地熱等可再生能源制氫是最理想的模式，但現在利用這些可再生能源通過光解、熱解、電解或微生物分解等方法制備的氫能都不具備規?；徒洕?。目前世界上可用于規模制氫的成熟方法主要是水電解和化石能源制氫(煤、天然氣和液體化石能源)。利用化石能源制氫中，主要包括甲烷的水蒸汽重整、石腦油的重整和凈焦爐煤氣的分離等。作為焦化過程的副產品，焦爐煤氣不僅量大價廉，而且富含50％以上的氫氣，是一種優質的制氫原料。目前通過變壓吸附(PSA)技術對凈焦爐煤氣中的原始H₂組分進行分離和純化制氫已是比較成熟的工業化工藝，分離效率可以達到70％以上。但是，此工藝只回收了焦爐煤氣中的原始H₂組分。在現階段，凈焦爐煤氣是通過焦爐粗煤氣的焦油回收、煤氣脫硫、煤氣脫萘和粗苯等凈化處理工序后得到的。實際上從焦爐排出的焦爐粗煤氣，未身不僅具有800℃以上的高溫物理顯熱，還含H₂、H₂O、CH₄、CO和CO₂等永久性氣體成分和焦油等易揮發高碳氫化合物成分。在焦爐粗煤氣的凈化處理過程，冷凝過程損失了焦爐粗煤氣的高物理顯熱，許多沒有煤氣凈化工序的焦化廠把焦化過程產生的大量焦爐粗煤氣直接放空燃燒，造成了能源的巨大浪費和嚴重的環境污染。從經濟、環保和資源的有效利用方面來說，如果把高溫焦爐粗煤氣整體作為一種資源，充分利用焦爐粗煤氣的高物理顯熱，直接將焦爐粗煤氣中的碳氫化合物組分進行裂解重整，而不是冷凝凈化，把焦爐粗煤氣的高物理顯熱和高化學能組分盡可能地轉為清潔氫氣。這樣不僅使從焦爐粗煤氣制得氫氣的量比利用變壓吸附技術分離凈焦爐煤氣中原始氫的產氫量大幅度甚至成倍增加，也為促進清潔氫能經濟的發展解決規模制氫的問題。

另外，研究設計出一種新型的透氧膜反應器，就成為當前的迫切需要解決的技術核心問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于焦爐粗煤氣混合重整制氫工藝中的透氧膜反應器，這是煤氣重整反應中的關鍵性的、至為重要的裝置。

本發明一種用于焦爐粗煤氣混合重整制氫工藝中的透氧膜反應器，它包括有焦爐粗煤氣進氣口、不銹鋼密封構件、反應產物出口、催化劑床、透氧膜、電加熱器、富氮氣出口、金屬密封圈、空氣入口、上套管、下套管和中心套管；其特征在于：整個透氧膜反應器為縱向立式布置形式，裝置中心套管內設置有催化劑床及位于其下的透氧膜和與透氧膜上下表面接觸的上套管和下套管，透氧膜與上下兩套管之間通過金屬密封圈密封；中心套管外側周圍設置有一電加熱器；在裝置中心套管頂部設置有焦爐粗煤氣進氣口；其外側與上套管內測的空間與反應產物出口連通；焦爐煤氣進氣口插入催化劑床內；在裝置中心套管的底部設置有空氣入口；在其稍上的位置設置有與下套管內側相通、且位于側面的富氮氣出口；本裝置的主體上、下部均設有防止漏氣的不銹鋼密封構件；本裝置中的催化劑床和透氧膜的化學物質的組成如下：

(a)催化劑床中的催化劑為水滑石型催化劑，其分子式為Ni_0.5Mg_2.5AlO_δ；

(b)透氧膜為一種混合導體透氧膜，其分子式為：BaCo_0.4Fe_0.4Nb_0.2O_3-δ(0＜δ＜3)。

將焦爐粗煤氣直接引入本發明的混合導體透氧膜反應器中，在催化劑作用下，利用焦爐粗煤氣本身攜帶的水蒸汽以及空氣滲透過透氧膜所提供的氧，從而發生重整反應，得到H₂、CO和CO₂等小分子氣體。

附圖說明

圖1為本發明的透氧膜反應器裝置的結構示意圖。

圖2為本發明所用的水滑石型催化劑的X射線衍射(XRD)圖。

圖3為反應前后小分子氣體流量的變化圖。

具體實施方式

現將本發明的具體實施例敘述于后。

實施例1