[發明專利]一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法

在審

• 申請號: 201911419045.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN110963464A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 陳運;汪蘭海;劉開莉;鐘雨明;蔡躍明;蔣強
• 申請（專利權）人: 四川天采科技有限責任公司
• 主分類號: C01B3/40
• 分類號: C01B3/40;C01B3/26;C01B32/05
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 沈穎

1.一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)天然氣預處理：天然氣脫硫后，分成兩股氣，一股氣經脫烴、干燥脫水、預熱器預熱和加熱爐加熱后，得到溫度為450～700℃的進料氣1，另一股氣作為進料氣2；

(2)甲烷催化熱裂解：進料氣1進入甲烷催化熱裂解反應器中，進行催化熱裂解反應，生成反應混合氣體1，經過濾和換熱后進入提氫系統；

(3)甲烷催化熱裂解再生：甲烷催化熱裂解反應器待反應結束后，采用經過濾后的反應混合氣體1作為吹掃載氣，與進料氣1流動方向相反進行逆向吹掃反應器中催化劑表面上副產生成的碳產品，使催化劑再生，吹掃尾氣經過濾后循環使用；

(4)甲烷水蒸氣重整轉化反應：進料氣2與水蒸氣混合并預熱至300～500℃后進入甲烷水蒸氣重整轉化爐中，進行重整轉化反應，生成重整轉化氣；

(5)轉化氣變換反應：重整轉化氣進入中低溫變換爐中，進行重整轉化氣的變換反應，生成反應混合氣體2，經換熱冷卻和脫碳后進入提氫系統；

所述的甲烷水蒸氣重整轉化爐產生的煙氣余熱和加熱進料氣1產生的煙氣余熱，均作為進料氣1的預熱熱源。

2.根據權利要求1所述的一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法，其特征在于，所述步驟(2)中甲烷催化熱裂解反應器有兩臺，且兩臺并聯設置，當一臺甲烷催化熱裂解反應器進入甲烷催化熱裂解再生工序時，另一臺與之并聯的甲烷催化熱裂解反應器則進行甲烷催化熱裂解反應，兩臺甲烷催化熱裂解反應器交替進行甲烷催化熱裂解和再生。

3.根據權利要求1所述的一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的甲烷催化熱裂解反應器中裝載有活性金屬組分的碳納米管催化劑，所述碳納米管催化劑包括活性組分，載體，基體，助催化組分和促進劑，活性組分為鎳、鈷、鐵金屬及其氧化物，助催化組分為鑭系金屬及其氧化物，促進劑為鉀，負載活性組分、助催化劑與促進劑組分的載體為碳納米管，基體為三氧化二鋁。

4.根據權利要求1所述的一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法，其特征在于，步驟(4)中所述的甲烷水蒸氣重整轉化爐中裝載有鎳基活性金屬組分的催化劑。

5.根據權利要求1所述的一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法，其特征在于，步驟(5)中反應混合氣體2脫碳采用二氧化碳吸收脫碳：以有機胺為吸收溶劑，從吸收脫碳塔頂部進入，與自下而上的反應混合氣體2逆向接觸，形成的富含二氧化碳的吸收液，從吸收脫碳塔底部流出，經過循環泵輸入二氧化碳解吸塔上部進行解吸，二氧化碳從解吸塔頂部溢出排放，經再生后得到的有機胺吸收溶劑，重新返回到吸收塔循環使用，從吸收塔頂部流出的富氫氣，進入提氫系統。

6.根據權利要求1所述的一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法，其特征在于，步驟(5)中反應混合氣體2脫碳采用PSA吸附脫碳：經過換熱冷卻和脫碳后的反應混合氣體2，進入由多個吸附塔組成的PSA吸附脫碳系統，從吸附塔頂部流出純度為95～98％(v/v)的富氫氣，進入提氫系統。

7.根據權利要求1所述的一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法，其特征在于，所述反應混合氣體1和反應混合氣體2的換熱是與脫水后預熱前的進料氣1或脫硫后的進料氣2進行冷熱交換的。

8.根據權利要求1所述的一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法，其特征在于，所述提氫系統為PSA提氫系統，經過濾和換熱后的反應混合氣體1與經換熱冷卻和脫碳后的反應混合氣體2混合進入PSA提氫系統，從吸附塔頂部流出純度大于等于99.99％(v/v)的氫氣產品，從吸附塔底部流出解吸氣。

9.根據權利要求8所述的一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法，其特征在于，所述解吸氣進行循環利用，具體為：一部分作為反應循環氣，在脫硫后與一股天然氣混合，經脫烴、脫水、預熱與加熱后，形成進料氣1；一部分作為甲烷水蒸氣重整轉化爐的燃料氣；一部分作為加熱進料氣1用的燃料氣。

10.根據權利要求1所述的一種天然氣直裂解與水蒸氣重整耦合制氫的方法，其特征在于，所述提氫系統為選擇性透氫氣的滲透膜分離提氫系統，經過濾和換熱后的反應混合氣體1與經換熱冷卻和脫碳后的反應混合氣體2混合進入一級或多級選擇性透氫的滲透膜分離提氫系統，從滲透側流出純度為98.0～99.9％的氫氣產品，非滲透側流出富甲烷氣體。