[發明專利]復合式反應器水蒸汽重整制氫方法及裝置

有效

• 申請號: 201210225854.0
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102730636A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 陳恒志;劉靜
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種復合式反應器水蒸汽重整制氫裝置，包括固定床反應器(1)，其特征在于所述裝置還包括半循環流化床反應器，所述的半循環流化床反應器主要包括流化床提升管反應器(2-1)、旋風分離器(2-2)和吸附劑再生器(2-3)；

在所述的固定床反應器(1)中，裝有工業圓柱形鎳基催化劑，原料和水蒸汽從所述固定床反應器(1)頂端的氣體入口(1-1)通入后，在所述固定床反應器(1)中，在所述的工業圓柱形鎳基催化劑作用下，進行高溫催化重整反應而產生混合氣體，所述的混合氣體通過所述固定床反應器(1)底端的氣體出口(1-2)和氣管及所述流化床提升管反應器(2-1)底端的氣體入口(2-1-3)，輸送到所述流化床提升管反應器(2-1)中；

所述流化床提升管反應器(2-1)的形狀為上部呈圓管形、底端呈截錐管形，所述流化床提升管反應器(2-1)的內徑為300～3000mm，且所述底端截錐管的下底面不封口，即底端氣體入口(2-1-3)，在所述的上部圓管與底端截錐管的結合處裝設有第一氣體分布板(2-1-4)，所述的第一氣體分布板(2-1-4)開孔率為1％～10％、孔直徑為0.5～2.5mm，在所述上部圓管的下部一側設置有一圓通孔，即進料口，在所述進料口處固接一進料管(2-1-5)，所述的鎳基催化劑顆粒和二氧化碳吸附劑顆粒通過所述進料管(2-1-5)和所述進料口裝入所述的流化床提升管反應器(2-1)中，所述鎳基催化劑顆粒的粒徑為500～800μm，所述二氧化碳吸附劑顆粒的粒徑為45～150μm，所述鎳基催化劑顆粒的質量∶二氧化碳吸附劑顆粒的質量之比為1∶2～10，在所述上部圓管頂端的一側設置一圓通孔，即頂部出口(2-1-7)，并通過氣管與所述旋風分離器(2-2)的上部一側的旋風分離器入口(2-2-1)連通，在所述上部圓管的底端的同一側設置一圓通孔，即循環顆粒入口(2-1-6)；

所述旋風分離器(2-2)的回料腿(2-2-3)與所述吸附劑再生器(2-3)的固體顆粒入口(2-3-2)連通，所述的回料腿(2-2-3)與所述吸附劑再生器(2-3)的夾角為15°～45°，所述旋風分離器(2-2)頂部的氣體出口(2-2-2)將旋風分離器(2-2)分離出的氣體經除塵器后獲得氫氣產品；

所述吸附劑再生器(2-3)形狀為上部呈圓管形、底端呈漏斗形，所述上部圓管形內徑為500～5000mm，并在頂端面的軸向中心設置一圓孔，即吸附劑再生器(2-3)的氣體出口(2-3-1)，在所述的吸附劑再生器(2-3)上部一側設置一固體顆粒入口(2-3-2)，所述的吸附劑再生器(2-3)通過所述固體顆粒入口(2-3-2)和所述回料腿(2-2-3)與所述旋風分離器(2-2)的底端連通，在所述的吸附劑再生器(2-3)的底端同一側設置一固體顆粒出口(2-3-3)，在所述吸附劑再生器(2-3)的固體顆粒出口(2-3-3)與所述流化床提升管反應器(2-1)的循環顆粒入口(2-1-6)之間固接一傾斜管(2-3-7)，所述傾斜管(2-3-7)與所述流化床提升管反應器(2-1)的夾角為15°～30°，在所述的傾斜管(2-3-7)上，裝設有調節閥(2-3-6)，在所述吸附劑再生器(2-3)的底部設置輔助氣體入口(2-3-5)；在所述上部圓管形與底端漏斗形的結合處裝設有第二氣體分布板(2-3-4)，所述第二氣體分布板(2-3-4)開孔率為1％～15％、孔直徑為0.5～2.5mm。

2.一種復合式反應器水蒸汽重整制氫的方法，利用權利要求1所述的裝置制得氫氣產品，其特征在于所述方法的具體步驟如下：

(1)鎳基催化劑還原

先在權利要求1所述裝置的固定床反應器(1)中裝入工業圓柱形鎳基催化劑，并從權利要求1所述裝置的流化床提升管反應器(2-1)的進料管(2-1-5)處裝入鎳基催化劑顆粒和二氧化碳吸附劑顆粒，所述鎳基催化劑顆粒的粒徑為500～850μm，所述二氧化碳吸附劑顆粒的粒徑為45～150μm，所述鎳基催化劑顆粒的質量∶二氧化碳吸附劑顆粒的質量之比為1∶2～10，然后從所述固定床反應器(1)的頂端氣體入口(1-1)處和所述流化床提升管反應器(2-1)的底端氣體入口(2-1-3)處分別通入純氫氣，分別在400～550℃下分別對鎳基催化劑進行還原反應2～6h；

(2)在固定床反應器內進行催化重整反應

第(1)步完成后，以天然氣或煉油干氣或輕質油或其中任兩種的任意比例或其中任三種的任意比例為原料，按水蒸汽的摩爾量∶原料中碳的摩爾量之比為1∶0.12～0.33的比例，將水蒸汽和原料從所述固定床反應器(1)的頂端氣體入口(1-1)通入所述固定床反應器(1)內，在第(1)步進行還原反應后的圓柱形鎳基催化劑作用下，在650～850℃高溫下進行催化重整反應，反應后的混合氣體從所述固定床反應器(1)的底端氣體出口(1-2)和氣管及所述流化床提升管反應器(2-1)的底端氣體入口(2-1-3)通入所述流化床提升管反應器(2-1)內；

(3)在流化床提升管反應器內進行再催化重整和吸附二氧化碳反應

第(2)步完成后，再按水蒸汽的摩爾量∶原料中碳的摩爾量之比為1∶0.1～0.25的比例，從所述流化床提升管反應器(2-1)的底端氣體入口(2-1-3)將水蒸汽通入所述流化床提升管反應器(2-1)內，在溫度為450～650℃和氣速為0.5～5m/s的條件下，在第(1)步進行還原反應后的鎳基催化劑顆粒和二氧化碳吸附劑顆粒作用下，進行再催化重整及吸附二氧化碳的反應，反應后的氣固混合物，即流化床提升管反應器(2-1)內的混合氣體和二氧化碳吸附劑顆粒，從所述流化床提升管反應器(2-1)的頂部出口(2-1-7)排出，并通過氣管及權利要求1所述裝置的旋風分離器(2-2)的頂部入口(2-2-1)通入所述旋風分離器(2-2)中；

(4)在旋風分離器內進行氣固分離

第(3)步完成后，在所述的旋風分離器(2-2)中，對從所述流化床提升管反應器(2-1)頂部出口(2-1-7)排出的氣固混合物進行旋風分離，分離出的氣體經冷凝后再經除塵器回收細粉后得到氫氣產品；分離出的固體顆粒，即二氧化碳吸附劑顆粒，從所述旋風料腿(2-2-3)進入權利要求1所述裝置的吸附劑再生器(2-3)內進行再生；

(5)在吸附劑再生器內再生吸附劑

第(4)步完成后，在所述吸附劑再生器(2-3)中，對從所述旋風料腿(2-2-3)進入所述吸附劑再生器(2-3)的固體顆粒在750～1000℃下高溫煅燒脫出二氧化碳后，從所述吸附劑再生器(2-3)的固體顆粒出口(2-3-3)通過所述傾斜管(2-3-7)返回到所述流化床提升管反應器(2-1)中；熱分解產生的二氧化碳從所述吸附劑再生器(2-3)頂部氣體出口(2-3-1)排出。