[發明專利]甲烷重整系統

有效

• 申請號: 201610112216.6
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105776133B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 郝勇;王宏圣
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: C01B3/26
• 分類號: C01B3/26
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及新能源(可再生能源)技術領域，尤其涉及一種甲烷重整系統。

背景技術

氫氣是一種能量密度很高的清潔能源，如何高效低成本地制取氫氣是目前各國研究的熱點。目前傳統的工業制氫方式主要通過甲烷和水蒸氣重整，反應溫度在700℃以上，不僅對設備的耐溫性能要求較高，且甲烷重整反應需要吸收大量熱量，這些能量主要來自于化石能源燃燒，能量消耗較大，甲烷重整系統的能量利用效率較低。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提供了一種甲烷重整系統，以降低甲烷重整制取氫氣成本，提高甲烷轉化率。

(二)技術方案

本發明甲烷重整系統包括：氫氣分離裝置，其內側腔室分為第一類區域和第二類區域，其中，第一類區域的氫分壓小于甲烷和水蒸氣重整反應時第二類區域的氫分壓；二氧化碳分離裝置，其內側腔室分為第三類區域和第四類區域，其中，第三類區域的二氧化碳分壓要小于甲烷和水蒸氣重整反應時第四類區域的二氧化碳分壓，并且，第四類區域的進口連接至第二類區域的出口，第四類區域的出口連接至第二類區域的進口。其中，甲烷和水蒸氣進入氫氣分離裝置的第二類區域，發生甲烷重整反應，生成的氫氣進入第一類區域，重整反應平衡向正向移動，未反應氣體繼續反應；而后，第二類區域內反應后的氣體進入二氧化碳分離裝置的第四類區域，分離氫氣后剩余的二氧化碳進入第三類區域；而后，第四類區域內的剩余氣體重新進入氫氣分離裝置的第二類區域進行甲烷重整反應。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明甲烷重整系統具有以下有益效果：

(1)甲烷和水蒸氣管路依次流經氫氣分離裝置和二氧化碳分離裝置并形成循環，甲烷濕重整產物氫氣和二氧化碳被交替分離，促使甲烷重整反應平衡向正向移動，使甲烷轉化率相比于單次反應轉化率大幅度提升；

(2)在氫氣分離裝置和二氧化碳分離裝置間增加換熱器，回收因為氫氣分離裝置和二氧化碳分離裝置的操作溫度不同所導致的熱量損耗，使系統能量利用率提升；

(3)氫氣分離裝置和二氧化碳分離裝置可以采用膜材料分離，膜材料分離裝置中采用套管形式，腔體外壁5內可以放置多根膜材料管道，有利于增大膜材料比表面積，提高空間利用率；

(4)系統可以和太陽能或核能等新能源以及工業廢熱等廢棄能源相結合，清潔環保。

附圖說明

圖1為根據本發明第一實施例甲烷重整系統的結構示意圖；

圖2為圖1所示甲烷重整系統中膜材料分離裝置示意圖；

圖3為圖1所示甲烷重整系統在400℃下前4個循環甲烷在氫氣分離裝置和二氧化碳分離裝置中的剩余比例；

圖4為圖1所示甲烷重整系統在400℃下前4個循環水蒸氣在氫氣分離裝置和二氧化碳分離裝置中的剩余比例。

【本發明主要元件符合說明】

1-氫氣分離裝置；2-換熱器；

3-二氧化碳分離裝置；4-太陽能聚光裝置；

5-腔體外壁；6-膜材料管道；

7-反應氣體入口；8-產物分離區域。

具體實施方式

本發明利用催化劑催化甲烷重整，并交替分離產物，通過未反應氣循環的方式可使反應溫度顯著降低至400℃以下，若不計甲烷泄漏，甲烷轉化率可達100％。

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

一、第一實施例

在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種甲烷重整系統。圖1為根據本發明第一實施例甲烷重整系統的結構示意圖。如圖1所示，本實施例一種甲烷重整系統包括：氫氣分離裝置1；換熱器2；二氧化碳分離裝置3；以及太陽能聚光裝置4。其中，氫氣分離裝置1和二氧化碳分離裝置3均采用膜材料分離裝置。

請參照圖1，氫氣分離裝置1的內側腔室由透氫膜分隔為兩類區域-透氫膜分離側的第一類區域和透氫膜原料氣供給側的第二類區域。其中，第一類區域的氫分壓要小于甲烷和水蒸氣重整反應時第二類區域的氫分壓。

請參照圖1，二氧化碳分離裝置3的內側腔室由透二氧化碳膜分隔為兩類區域-透二氧化碳膜分離側的第三類區域和透二氧化碳膜原料氣供給側的第四類區域。其中，第三類區域的二氧化碳分壓小于甲烷和水蒸氣重整時透第四類區域的二氧化碳分壓。

圖2為圖1所示甲烷重整系統中膜材料分離裝置示意圖。請參照圖2，膜材料分離裝置中采用套管形式。在腔體外壁5內放置多根膜材料管道。該膜材料管道由相應的膜材料制備，例如：