[發(fā)明專利]一種蓄熱式煤氣化制氫透氫膜反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110299184.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN113214872B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王子龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州鏵瀧磬能新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): C10J3/48
• 分類號(hào): C10J3/48;C10J3/72;B01D67/00;B01D69/02;B01D71/02;B01J29/04;B01J29/72;B01J29/80;B01J35/10;C09K5/14
• 代理公司: 蘇州久元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32446
• 代理人: 潘宏偉

本發(fā)明公開了一種蓄熱式煤氣化制氫透氫膜反應(yīng)器，屬于煤氣化重整制氫技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的透氫膜反應(yīng)器采用鎳基尖晶石負(fù)載活性組分為催化劑，金屬鎳?yán)w維膜為透氫膜，以煤氣化本身所攜帶的水蒸汽和空氣中的氧為氧化劑，在透氫膜反應(yīng)器中進(jìn)行煤氣化制氫反應(yīng)，并轉(zhuǎn)化為氫氣、一氧化碳和二氧化碳等混合氣體，而后通過(guò)金屬鎳?yán)w維膜，得到高純度氫氣。本發(fā)明裝置使制氫和提純過(guò)程耦合到一起進(jìn)行，反應(yīng)效率高，所用催化劑活性好，操作穩(wěn)定，而且氫氣產(chǎn)率高和純度高，并將具有十分巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉屬于新能源領(lǐng)域，特別是煤氣化重整制氫的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深化和人類對(duì)于能源需求量的日益增加，不可再生的化石燃料的使用對(duì)環(huán)境的影響不容忽視，開發(fā)和利用清潔的新能源成為越來(lái)越迫切的需求。氫氣作為一種可再生能源由于其資源豐富、清潔、能量高等特點(diǎn)已經(jīng)吸引了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。目前液氫已廣泛應(yīng)用于航天、軍事應(yīng)用、化學(xué)電源等領(lǐng)域。近幾年來(lái)中國(guó)在氫能關(guān)鍵技術(shù)上已取得突破，初步掌握氫能基礎(chǔ)設(shè)施與燃料電池的開發(fā)應(yīng)用技術(shù)，具有產(chǎn)業(yè)裝備及燃料電池整車生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模示范運(yùn)營(yíng)，為氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)營(yíng)奠定良好的基礎(chǔ)。未來(lái)氫能的接受性與市場(chǎng)規(guī)模主要取決于終端用氫的價(jià)格、綠色性與安全性。目前常見(jiàn)的制氫(不包括工業(yè)廢氣中回收氫氣)?的主要方法有天然氣(含石腦油、重油、煉廠氣和焦?fàn)t氣等)蒸汽轉(zhuǎn)化制氫、煤(含焦炭和石油焦等)轉(zhuǎn)化制氫、甲醇或氨裂解制氫和水電解制氫，這其中，煤(含焦炭和石油焦等)轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，但在煤氣化制氫過(guò)程中總是有氧氣、甲烷、二氧化碳等雜質(zhì)氣體產(chǎn)生。因此在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)高效的物理或化學(xué)手段等將氫氣從眾多混合物中分離。傳統(tǒng)的氣體分離主要采用精餾、結(jié)晶、吸收、干燥、溶液萃取等技術(shù)，這些方法操作繁瑣，裝置復(fù)雜并且消耗能量大。對(duì)比傳統(tǒng)方法，膜分離方法可以在分子尺度對(duì)氣體進(jìn)行分離，且具有低能耗、裝置簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服已有煤氣化制氫過(guò)程中產(chǎn)氫效率和純度低的缺點(diǎn)，公開了一種蓄熱式煤氣化制氫透氫膜反應(yīng)器以及反應(yīng)器內(nèi)的蓄熱催化床中的催化劑和鎳基多孔介質(zhì)，以及金屬鎳膜透氫膜，能夠獲得高純度氫氣，將催化劑和儲(chǔ)熱材料耦合，大幅提高煤氣化制氫的效率，并且節(jié)能環(huán)保，安全高效，方便維護(hù)。

一種蓄熱式煤氣化制氫透氫膜反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有蓄熱催化床，蓄熱催化床上部設(shè)有上套段，蓄熱催化床下部設(shè)有下套段，蓄熱催化床外周設(shè)有熱源，蓄熱催化床中的催化劑為鎳基尖晶石負(fù)載活性組分，其組分為NiO-SBA-15/Al-MCM-41/MMT/Al2O3；熱催化床中的蓄熱材料為鎳基多孔介質(zhì)，其孔隙率為60％-98％和孔密度為5PPI–5000PPI；所述下段套形成預(yù)混段，預(yù)混段設(shè)有煤粉進(jìn)口和水蒸氣進(jìn)口，上套段的腔體內(nèi)設(shè)有提純段，所述提純段包括金屬鎳膜透氫膜，其組分為:40-70wt％的鎳粉、4-7wt％聚砜和20-40?wt％N-甲基吡咯烷酮；廢氣出口與提純段聯(lián)通，上套段還設(shè)有氫氣出口。

進(jìn)一步地，所述提純段為多個(gè)并間隔設(shè)置在上套段內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述提純段在上套段內(nèi)形成水平陣列。

進(jìn)一步地，所述蓄熱催化床與上套段和下套段之間通過(guò)金屬密封圈密封連接。

進(jìn)一步地，所述煤粉進(jìn)口設(shè)置在預(yù)混段的側(cè)部，所述水蒸氣進(jìn)口設(shè)置在預(yù)混段底部，所述氫氣出口設(shè)置在上套段的側(cè)部，所述廢氣出口設(shè)置在上套段的頂部。

一種制備上述鎳基尖晶石負(fù)載活性組分的方法，包括以下步驟：

將8.0g?P123溶解于300mL濃度為2M的鹽酸水溶液中，控溫在35～40℃攪拌直至表面活性劑全部溶解后加入21.5mL正硅酸四乙酯，在相同溫度下攪拌24h，然后將上述白色乳液轉(zhuǎn)入至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，在100?℃水熱處理24h；

釜內(nèi)產(chǎn)物用去離子水充分洗滌后在100℃烘干12h，再于550℃焙燒6h?除去有機(jī)模板劑后得到載體SBA-15；