[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

技術領域

本發明涉及一種甲烷二氧化碳催化制氫裝置及方法，具體涉及一種催化重整與膜分離制氫裝置及其方法，屬于化工技術領域。

背景技術

氫能作為一種二次能源，被廣泛應用于冶金、航天、煉油、合成氨等工業中。而且氫能源作為一種真正意義上的清潔能源和可持續能源，對于環境保護、能源的可持續發展、降低污染等將產生重要的影響。目前，氫能源的制備主要分為兩類，一種是天然氣與水蒸氣重整制氫，另一種是以水為原料，通過電解制氫。但是這兩類方法需要消耗大量的能源，并且會放出大量溫室氣體。利用甲烷二氧化碳重整制氫，不僅能制備出滿足需求的氫能，而且對于節能減排具有重要意義。

專利CN102452642A提供了一種緊湊式天然氣重整制氫反應器，該反應器提高了燃燒效率和傳熱效率，減少了吸熱過程和放熱過程的傳熱阻力。但是重整制氫反應器的內部空間相對較小，加工工藝復雜，加工難度大，并且燃燒加熱過程產生大量含碳氣體，沒有很好的方法解決含碳氣體排放問題。

專利CN201545695U公開了一種天然氣自熱重整制氫流化床膜反應器，目的是解決現有技術不能滿足天然氣小規模分布式制氫要求。并且添加了膜反應區，能很好地分離得到高純氫。但是由于熱能是由天然氣部分氧化重整提供的，所以會產生大量的CO2，并且反應器主體加工難度大。

專利CN102464299A公開了一種流化床甲烷水蒸氣重整制氫的方法，包括將低堆積密度的吸附催化劑在再生器中高溫分解再生，再生吸附催化劑在反應器底部與外循環輸送的高堆積密度的重整催化劑混合。其中實現了催化劑的再生，但是催化劑再生生成的CO2直接排入到大氣中，并且工藝復雜，耗能比較多。

專利CN101973522A公開了一種天然氣自熱重整制氫的裝置，包括自熱重整反應器、燃燒室外壁、燃燒器、內換熱盤管、外換熱盤管、燃燒尾氣出口、法蘭和混合閥；燃燒室外壁為空心圓管，空心圓管內設有自熱重整反應器；外換熱盤管包括天然氣換熱管及水換熱管，都分別呈螺旋狀從下到上纏繞在燃燒室外壁外部；內換熱盤管從上到下呈螺旋狀纏繞在反應器管上，原料進氣管位于反應器管側面底部，一端接入反應器管，另一端與內換熱盤管通過耐高溫接頭連接。該裝置能很好地滿足小規模用氫，但是對于尾氣中的CO2沒有重新利用，排入空氣中會對環境產生影響。

專利CN101837955A公開了一種耦合催化重整與膜分離反應制氫方法及其裝置，主體結構包括原料氣入口、預分布室、氣體分布板、鈀膜組件、催化劑床層、采樣口、流化床反應區床體、金屬連接管、加熱系統、氫氣導管、擴大段、超純氫氣出口、真空泵、背壓閥、液體轉子流量計、水泵、尾氣出口、換熱器、氣體轉子流量計、氣體泵和預熱器等，該裝置采用膜分離裝置分離出氫氣，但是膜反應區溫度過高，對于膜的損害性比較大，并且工藝采用的是甲烷水蒸汽重整耗能多。

綜上可以看出，在現有工藝技術下，通過甲烷水蒸汽重整等方式制氫耗能多，并且產生的尾氣難以處理。

通過甲烷二氧化碳重整兩步制氫不僅能實現資源的合理利用，制備出解決全球能源危機的清潔能源，而且可以處理大氣中的溫室氣體。

發明內容

本發明旨在提供一種甲烷二氧化碳催化制氫裝置及方法，是一種催化重整與膜分離反應制氫方法及其裝置，通過甲烷二氧化碳重整制氫不僅能實現資源的合理利用，制備出解決全球能源危機的清潔能源，而且可以處理大氣中的溫室氣體。該工藝和裝置能很好地滿足小規模工業用氫或者大規模氫產品消耗。