專利名稱：耦合催化重整-膜分離反應(yīng)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制氫領(lǐng)域，具體涉及一種耦合催化重整一膜分離反應(yīng)的方法及裝青。
技術(shù)背景氫作為高效、潔凈的二次能源越來越受到人們的重視，并在諸多行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。 從過去的宇航領(lǐng)域擴(kuò)展到今天的民用工業(yè)領(lǐng)域，特別是燃料電池的使用，為氫能的高效和潔 凈利用帶來了良好經(jīng)濟(jì)前景和環(huán)保優(yōu)勢，也更加促進(jìn)了人們對氫能的廣泛重視；目甜，利用 天然氣水耦合催化重整一膜分離反應(yīng)仍然是大規(guī)模制氫的最主要的方式，人們通過研究發(fā)現(xiàn)， 在一定催化劑和反應(yīng)條件下，各種原料如天然氣、甲垸、丙烷、甲醇、乙醇、乙醚、石腦油、 焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、煤層氣、垃圾填埋氣、生物質(zhì)和垃圾氣化氣或沼氣、生物 油等都能與水蒸汽發(fā)生重整反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，這大大擴(kuò)展了制氫原料的選擇范圍，也為大力發(fā)展氫能提供了多條生產(chǎn)途徑。但現(xiàn)有技術(shù)中，無法在一臺設(shè)備上直接實(shí)現(xiàn)重整制氫及氫氣分離，由于氫氣無法快速的 收集，極易造成甲烷化等副反應(yīng)，制氫的效率低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種耦合催化重整一膜分離反應(yīng)的方法及裝置，本發(fā)明在一個反 應(yīng)裝置中同時實(shí)現(xiàn)重整催化反應(yīng)及氫氣的分離，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制氫的效率高。本發(fā)明所述耦合催化重整一膜分離反應(yīng)的方法包括如下步驟a、 將碳?xì)浠衔锖退羝旌霞訜岬?00攝氏度至1500攝氏度，并通過調(diào)節(jié)水蒸汽流 量使反應(yīng)器中的水碳比為1.0至10.0后，送入反應(yīng)器；b、 混合氣與反應(yīng)器內(nèi)的重整催化劑顆粒充分接觸，反應(yīng)生成含氫氣的混合氣；C、混合氣經(jīng)內(nèi)置于該反應(yīng)器的高選擇性透氫的膜分離組件，氫氣在反應(yīng)時及時分離，收 集得到高純度的氫氣。本發(fā)明的主要特點(diǎn)是直接將高選擇性透氫的膜分離組件內(nèi)置于流化床反應(yīng)器中，使得 催化重整產(chǎn)生的氫氣從含碳?xì)湮镔|(zhì)和蒸汽反應(yīng)生成的混合氣中及時分離，避免了甲烷化等副 反應(yīng)，提高了制氫效率；耦合了膜分離組件的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；具有良好的熱穩(wěn)定性， 能延長透氫膜的壽命；所述方法制得的氫氣純度高，無需再經(jīng)工藝處理，直接獲取了廉價的 氫源。本方法所采用的催化劑可為能催化重整原料和蒸汽產(chǎn)生氫氣的金屬催化劑、雙金屬催化 劑、金屬氧化物催化劑或上述催化劑的組合。本發(fā)明所述方法中的含碳?xì)湮镔|(zhì)，即常見的含烴、醇或醚等原料的物質(zhì)，具體而自'，選 自如下之一或一種以上的混合物天然氣、甲烷、丙烷、甲醇、乙醇、乙醚、石腦油、焦?fàn)t 煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、煤層氣、垃圾填埋氣、生物質(zhì)、垃圾氣化氣、沼氣或生物油。本發(fā)明方法所用的耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)器；其中，直接將高選擇性透氫的膜分離組件內(nèi)置于該反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了高效率重整碳?xì)浠衔镏茪涞倪^程。 所述反應(yīng)器內(nèi)的空間為反應(yīng)空間，反應(yīng)器的器壁設(shè)有與反應(yīng)空間相通的原料進(jìn)料孔、催化劑進(jìn)料口、催化劑卸料口、余氣出氣口；所述高選擇性透氫的膜分離組件上設(shè)有出氫口。進(jìn)一步結(jié)構(gòu)是，所述高選擇性透氫的膜分離組件為管狀，該管狀的膜分離組件的一端閉 合，另一端開孔，開孔端可以穿過所述反應(yīng)器的器壁，所述出氫口設(shè)于該開孔端，氫氣靠負(fù) 壓等手段進(jìn)行收集；所述膜分離組件也可以兩端開孔，利用水蒸汽或惰性氣體等載氣從一端 進(jìn)入、另一端出去來清掃透過膜分離組件的氫氣，再進(jìn)行分離產(chǎn)生高純度的氫氣。所述高選 擇性透氫的膜分離組件可以為單根管、多根管或排管；所述膜分離組件可以是單獨(dú)的高選擇 性透氫膜材料，也可以是附著在多孔支撐體上的高選擇性透氫膜；所述膜分離組件可以為圓 管、方管等各種形式的管狀結(jié)構(gòu)；所述膜分離組件在反應(yīng)器內(nèi)可以垂直、水平或傾斜放置； 其原料進(jìn)料口可以是單個，也可以多個；其催化劑進(jìn)料口可以是單個，也可以多個；同理， 余氣出氣口可以單個，也可以多個，或者余氣通過環(huán)室排出，經(jīng)余氣出氣口所排出的余氣還 可輸入下一個所述耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置進(jìn)行重復(fù)利用。


圖1是本發(fā)明所述方法的流程圖；圖2是本發(fā)明方法所用裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖3是圖2的A處放大圖；圖4是圖2的B處放大圖；附圖標(biāo)記說明1、反應(yīng)器，2、反應(yīng)空間，3、催化劑進(jìn)料口， 4、催化劑卸料口， 5、原料進(jìn)料孔，6、 余氣出氣口， 7、膜分離組件，8、出氫口。
具體實(shí)施方式
如圖l所示， 一種耦合催化重整一膜分離反應(yīng)的方法，該方法包括如下步驟a、 將含碳?xì)湮镔|(zhì)和水蒸汽加熱到400攝氏度至1200攝氏度，并通過調(diào)節(jié)水蒸汽流量使 反應(yīng)器l中的水碳比為1.0至10.0后，送入反應(yīng)器l;b、 混合氣與反應(yīng)器l內(nèi)的重整催化劑顆粒充分接觸，反應(yīng)生成含氫氣的混合氣；c、 混合氣經(jīng)內(nèi)置于該反應(yīng)器1的高選擇性透氫的膜分離組件7，氫氣在反應(yīng)時及時分離， 收集得到高純度的氫氣。本發(fā)明所采用的含碳?xì)湮镔|(zhì)為以下其中之一或一種以上的混合物天然氣、甲烷、丙垸、 甲醇、乙醇、乙醚、石腦油、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、煤層氣、垃圾填埋氣、生物 質(zhì)、垃圾氣化氣、沼氣或生物油其中之一；在本發(fā)明中，所用的催化劑可以是能催化重整原 料和蒸汽產(chǎn)生氫氣的金屬催化劑、雙金屬催化劑、金屬氧化物催化劑或-卜.述催化劑的組合。本發(fā)明方法所用的耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)器1;其中，直接將高選 擇性透氫的膜分離組件7內(nèi)置于該反應(yīng)器中。具體而言可以是所述反應(yīng)器l內(nèi)的空間為反 應(yīng)空間2，反應(yīng)器1的器壁設(shè)有與反應(yīng)空間2相通的原料進(jìn)料孔5、催化劑進(jìn)料口3、催化劑 卸料口4、余氣出氣口6;所述高選擇性透氫的膜分離組件7 (即鈀膜分離器)為多個排管， 該排管的其中一端部穿過所述反應(yīng)器1的器壁頂部并浸于催化劑內(nèi)，排管上端設(shè)有出氫口 8， 高選擇性透過的氫氣在出氫口 8處被收集。甲烷(或其它含碳?xì)湮镔|(zhì))和水蒸汽作為原料以 水碳比2.5至3的比例由反應(yīng)器1的底部進(jìn)入，使置于反應(yīng)器1內(nèi)的鎳/氧化鋁催化劑顆粒 充分流化，原料氣的進(jìn)口溫度為650攝氏度至750攝氏度；在催化劑的作用下，原料氣發(fā)生 重整反應(yīng)，生成H2， CO， C02以及未反應(yīng)的甲烷和水的混合氣；氫氣透過高選擇性透氫的膜分離組件7，并在其空腔富集，從高選擇性透氫的膜分離組件7頂端收集得到純度高達(dá)99.99% 99.999%的氫氣，剩余的氣體則經(jīng)余氣出氣口 6排出反應(yīng)器1，以進(jìn)行下一歩處理。
權(quán)利要求
1、一種利用耦合催化重整-膜分離反應(yīng)裝置制取高純度氫氣的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟a、將含碳?xì)湮镔|(zhì)和水蒸汽加熱到300攝氏度至1500攝氏度，并通過調(diào)節(jié)水蒸汽流量使反應(yīng)器中的水碳比為1.0至10.0后，送入反應(yīng)器；b、混合氣與反應(yīng)器內(nèi)的重整催化劑顆粒充分接觸，反應(yīng)生成含氫氣的混合氣；c、混合氣經(jīng)內(nèi)置于該反應(yīng)器的高選擇性透氫的膜分離組件，氫氣在反應(yīng)時及時分離，收集得到高純度的氫氣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置制取高純度氫氣的方法，其特 征在于，經(jīng)上述C步驟所處理后的余氣輸入下一個所述耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置進(jìn) 行重復(fù)利用。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置制取高純度氫氣的方法，其特征在于，所述含碳?xì)湮镔|(zhì)選自如下之一或一種以上的混合物天然氣、甲垸、丙烷、甲醇、 乙醇、乙醚、石腦油、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、煤層氣、垃圾填埋氣、生物質(zhì)、 垃圾氣化氣、沼氣或生物油。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置制取高純度氫氣的方法，其特 征在于，所述催化劑為能催化重整原料和蒸汽產(chǎn)生氫氣的金屬催化劑、雙金屬催化劑、金 屬氧化物催化劑或上述催化劑的組合。
5、 一種耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)器，其特征在于，直接將高選擇性透氫的 膜分離組件內(nèi)置于該反應(yīng)器中。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器內(nèi)的空間為反應(yīng)空間，反應(yīng)器的器壁設(shè)有與反應(yīng)空間相通的原料進(jìn)料孔、催化劑進(jìn)料口、催化劑卸 料口、余氣出氣口；所述高選擇性透氫的膜分離組件上設(shè)有出氫口。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置，其特征在于，所述高選擇性透氫的 膜分離組件為管狀，該管狀的膜分離組件的一端閉合，另一端開孔，幵孔端可以穿過所述 反應(yīng)器的器壁，所述出氫口設(shè)于該開孔端。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置，其特征在于所述膜分離組件兩 端開孔，載氣從一端進(jìn)入、另一端出去來清掃透過膜分離組件的氫氣，再進(jìn)行分離產(chǎn)生高 純度的氫氣。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置，其特征在于，高選擇性透氫的 膜分離組件為單根管或多根管或若干管排。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置，其特征在于所述膜分離組 件可以為圓管或方管。
11、 根據(jù)權(quán)利要5所述的耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置，其特征在于高選擇性透氫膜的材料可以為金屬、合金、無機(jī)物、有機(jī)物其中之一或其組合。
12、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的耦合催化重整一膜分離反應(yīng)裝置，其特征在于所述膜分離組件可以為單獨(dú)的高選擇性透氫膜材料或附著在多孔支撐體上的高選擇性透氫膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用耦合催化重整-膜分離反應(yīng)裝置制取高純度氫氣的方法及裝置，該方法包括如下步驟a.將含碳?xì)湮镔|(zhì)和水蒸汽加熱到300攝氏度至1500攝氏度，并通過調(diào)節(jié)水蒸汽流量使反應(yīng)器中的水碳比為1.0至10.0后，送入反應(yīng)器；b.混合氣與反應(yīng)器內(nèi)的重整催化劑顆粒充分接觸，反應(yīng)生成含氫氣的混合氣；c.混合氣經(jīng)內(nèi)置于該反應(yīng)器的高選擇性透氫的膜分離組件，氫氣在反應(yīng)時及時分離，收集得到高純度的氫氣。本發(fā)明直接將高選擇性透氫的膜分離組件內(nèi)置于反應(yīng)器中，使得催化重整產(chǎn)生的氫氣從碳?xì)湓虾驼羝磻?yīng)生成的混合氣中及時分離，避免了甲烷化等副反應(yīng)，提高了制氫效率；耦合了膜分離組件的反應(yīng)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。
文檔編號C01B3/00GK101214921SQ20081002574
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者胡蓉蓉, 閆常峰 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所