[發(fā)明專利]一種吸附增強(qiáng)甲烷水蒸氣重整制氫反應(yīng)裝置及方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110051244.9
• 申請(qǐng)日: 2011-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN102070125A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程易;翟緒麗;儲(chǔ)博釗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B3/38
• 分類號(hào): C01B3/38
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吸附增強(qiáng)甲烷水蒸氣重整制氫反應(yīng)裝置及方法。

背景技術(shù)

甲烷水蒸汽重整自1926年[Satterfield?C.N.，Heterogeneous?Catalysis?in?Industrial?Practice.New?York：McGraw-Hill，1991]第一次應(yīng)用至今，經(jīng)數(shù)十年的工藝改進(jìn)，是目前已工業(yè)化了的通過天然氣制氫應(yīng)用最廣泛的方法。傳統(tǒng)的甲烷水蒸汽重整過程包括：原料的預(yù)熱和預(yù)處理，蒸汽轉(zhuǎn)化，一氧化碳的高、低溫的轉(zhuǎn)換，廢熱回收、和氫氣提純等工序，其核心是轉(zhuǎn)化爐。

甲烷水蒸汽重整反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)吸熱反應(yīng)，要求在高溫下進(jìn)行，750℃～900℃，同時(shí)為了提高轉(zhuǎn)化率要增大壓力，反應(yīng)條件是1.5～3MPa，反應(yīng)生成的H2和CO的摩爾流率之比約為3。重整反應(yīng)所需熱量由部分燃料在外部燃燒產(chǎn)生和供給。在整個(gè)系統(tǒng)中，參與燃燒反應(yīng)的燃料大約占總?cè)剂系?5％。

傳統(tǒng)吸附增強(qiáng)式甲烷水蒸氣重整，是將吸附劑與催化劑混合在一起，原位吸附重整反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂，使得反應(yīng)器中CO₂的含量很低，迫使反應(yīng)向氫氣產(chǎn)生的方向不斷的進(jìn)行；反應(yīng)可在較低的溫度(400℃～650℃)下進(jìn)行，從而降低了對(duì)重整裝置材料的性能要求。然而，這些工藝采用固定床或流化床反應(yīng)器進(jìn)行吸附增強(qiáng)式甲烷水蒸氣重整反應(yīng)，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作或者無法實(shí)現(xiàn)催化劑與吸附劑的分離，操作成本高。本發(fā)明在格柵式流化床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行吸附強(qiáng)化甲烷水蒸氣重整反應(yīng)，不僅能夠大幅度降低反應(yīng)溫度，減緩了催化劑積炭速率，同時(shí)降低反應(yīng)器材質(zhì)的熱負(fù)荷；催化劑以涂層形式涂覆在格柵式流化床反應(yīng)器的格柵上，避免了催化劑與吸附劑的分離，以及由于催化劑反復(fù)被氧化還原而造成的物料損耗和能量損耗；而且僅有吸附劑由反應(yīng)氣體攜帶通過格柵式流化床反應(yīng)器，反應(yīng)裝置能夠連續(xù)操作。在格柵式流化床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行吸附強(qiáng)化甲烷水蒸氣重整反應(yīng)尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種吸附增強(qiáng)甲烷水蒸氣重整制氫反應(yīng)裝置。

本發(fā)明的目的還在于提供一種吸附增強(qiáng)甲烷水蒸氣重整制氫的方法。

一種吸附增強(qiáng)甲烷水蒸氣重整制氫反應(yīng)裝置，其特征在于，所述裝置包括混合器1、格柵式流化床反應(yīng)器2、旋風(fēng)分離器3、再生反應(yīng)器4、第一料封4a、第二料封4b；格柵式流化床反應(yīng)器2設(shè)置在混合器1出口處，格柵式流化床反應(yīng)器2出口連接旋風(fēng)分離器3，旋風(fēng)分離器3出口通過第一料封4a與再生反應(yīng)器4連接，再生反應(yīng)器4出口通過第二料封4b與混合器1相連接。

一種吸附增強(qiáng)甲烷水蒸氣重整制氫的方法，其特征在于，按照如下步驟進(jìn)行：

a、以水蒸氣和甲烷作為原料氣，將原料氣與吸附劑在混和器1內(nèi)混和，混合后進(jìn)入格柵式流化床反應(yīng)器2內(nèi)，與涂覆在格柵上的催化劑涂層進(jìn)行充分接觸和反應(yīng)；水蒸氣與甲烷的摩爾比為2～6，反應(yīng)器的進(jìn)口溫度與出口溫度分別為450℃～850℃和440℃～840℃，操作壓力為0.3～4MPa；

b、從格柵式流化床反應(yīng)器2出來的氣固混和物進(jìn)入旋風(fēng)分離器3進(jìn)行分離，分離出來的氣體產(chǎn)物經(jīng)工業(yè)處理裝置處理后，得到純凈的氫氣；

c、從旋風(fēng)分離器3出來的吸附劑部分移出，另外部分進(jìn)入再生反應(yīng)器4，向再生反應(yīng)器4中通入空氣使吸附劑再生，再生后的吸附劑進(jìn)入混合器，二氧化碳隨空氣一起離開系統(tǒng)，再生反應(yīng)器4內(nèi)常壓操作，溫度維持在600～950℃；

d、向混合器1補(bǔ)加與移出等量的新鮮吸附劑，與再生反應(yīng)器4出來的吸附劑一同進(jìn)入混合器1；混合器1內(nèi)溫度為450℃～850℃；吸附劑通過甲烷與水蒸氣攜帶進(jìn)入格柵式流化床反應(yīng)器2進(jìn)行新一輪的吸附增強(qiáng)式甲烷水蒸氣重整反應(yīng)。

所述格柵式流化床反應(yīng)器為下行床格柵式流化床反應(yīng)器或提升管格柵式流化床反應(yīng)器。

所述催化劑涂層為Ni、Rh、Pt或Ru。

所述格柵間的間距為0.5～50mm。

所述吸附劑的粒徑大小為20～200微米，最優(yōu)粒徑大小為30～100微米。

所述吸附劑為CaO，CaO與MgO、Al₂O₃的混合物，CaO與MgO、Al₂O₃的固熔體，白云石煅燒后形成的物質(zhì)或者云母石煅燒后形成的物質(zhì)。