[發明專利]一種甲烷二氧化碳催化制氫裝置及方法

有效

• 申請號: 201410626866.3
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN104445066A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 張國杰;屈江文;徐英;蘇愛廷;賈勇;郝蘭霞
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 江淑蘭

1.?一種甲烷二氧化碳催化制氫裝置，其特征在于：包括上部的水煤氣轉化與氫氣膜分離段和下部的合成氣產生段，合成氣產生段的底部和水煤氣轉化與氫氣膜分離段的頂部均設有法蘭密封板，合成氣產生段和水煤氣轉化與氫氣膜分離段通過氣體單向閥分隔開，單向閥固定在合成氣產生段頂部；合成氣段下部設置有甲烷、二氧化碳氣體入口，甲烷、二氧化碳入口與第一氣體混合室連接，第一氣體混合室上端設有第一氣體分布板，第一氣體分布板上端為重整反應催化劑床層，催化劑床層為圓柱狀結構，催化劑床層外側設有燃燒加熱室，燃燒加熱室為環形結構，燃燒加熱室的上端設有甲烷、空氣入口，下端設有第一尾氣排放口；單向閥與反應器內壁上的支撐筋板連接，單向閥上端為第二氣體混合室，第二氣體混合室與水蒸氣入口相通，第二氣體混合室上端設有第二氣體分布板，第二氣體分布板上方即為第二催化劑床層，第二催化劑床層內設有折流板和膜組件，折流板與反應器內壁上的支撐筋板連接，膜組件包括合金膜和氫氣通道，膜組件固定在折流板下方，折流板側面與反應器內壁接觸處設有氫氣導管，氫氣導管沿反應器內壁向上通往氫氣出口，氫氣出口端部設有真空泵，水煤氣轉化與氫氣膜分離段頂部側面設有第二尾氣排放口。

2.根據權利要求1所述的甲烷二氧化碳催化制氫裝置，其特征在于：所述甲烷、二氧化碳入口端部設有攪拌裝置。

3.根據權利要求1所述的甲烷二氧化碳催化制氫裝置，其特征在于：所述第一尾氣排放口與換熱器連接，換熱器另一端接水泵，換熱器出口通往甲烷二氧化碳重整制氫裝置的水煤氣轉化段。

4.根據權利要求1所述的甲烷二氧化碳催化制氫裝置，其特征在于：所述第一氣體分布板和第二氣體分布板是由不銹鋼絲網經層層疊加壓制、燒結而成，并使分布板上的孔呈錐形，氣體分布板與反應器內壁上的支撐筋板連接，作為重整反應催化劑的支撐體和氣體分布裝置。

5.一種甲烷二氧化碳催化制氫方法，采用權利要求1~4任一項所述的裝置，其特征在于：包括以下步驟：

（1）原料氣甲烷、二氧化碳從氣體入口進入氣體混合室，經氣體分布板混合后進入下部合成氣產生段的催化劑床層，與催化劑接觸，反應生成合成氣a；

氣體燃燒室內的甲烷、氧氣通過燃燒為上述重整反應提供熱量，燃燒生成的尾氣從第一尾氣排放口通往換熱器為水煤氣轉化與氫氣分離段提供水蒸汽；

（2）步驟（1）中的合成氣a經合成氣產生段頂部的氣體單向閥向上流出，進入第二氣體混合室，與從水煤氣轉化及氫氣膜分離段底部水蒸氣入口進入的水蒸氣在第二氣體分布器中混合，進入上部水煤氣轉化反應裝置的催化劑床層中，與催化劑接觸，生成混合氣b；

（3）混合氣b與氫氣膜分離組件接觸，氫氣從氫氣導管排出，尾氣中的水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳流出反應器，經過冷凝、分離，再次進入反應器循環反應。

6.根據權利要求5所述的甲烷二氧化碳催化制氫方法，其特征在于：所述步驟（1）中，甲烷和二氧化碳經過攪拌裝置的預混合，再進入第一氣體混合器中充分混合，然后進入合成氣產生段進行反應，反應溫度為700-1000度；甲烷與二氧化碳進氣體積比為1:1.25~1.45。

7.根據權利要求5所述的甲烷二氧化碳催化制氫方法，其特征在于：所述步驟（2）中水蒸汽進氣量為甲烷進氣量的2~2.3倍；水煤氣轉化反應溫度為200-300度。

8.根據權利要求5所述的甲烷二氧化碳催化制氫方法，其特征在于：所述步驟（3）中混合氣b與氫氣膜分離組件接觸生成混合氣，由于真空泵作用產生的負壓，氫氣進入膜分離組件中，經氫氣導管導出；尾氣經反應器頂部流入冷凝、分離裝置，水進入蒸汽發生器，?CO進入上部反應器，CO₂進入下部反應器或收集得到高純產品氣。