[发明专利]一种吸附增强甲烷水蒸气重整制氢反应装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种吸附增强甲烷水蒸气重整制氢反应装置及方法。

背景技术

甲烷水蒸汽重整自1926年[Satterfield C.N.，Heterogeneous Catalysis in Industrial Practice.New York：McGraw-Hill，1991]第一次应用至今，经数十年的工艺改进，是目前已工业化了的通过天然气制氢应用最广泛的方法。传统的甲烷水蒸汽重整过程包括：原料的预热和预处理，蒸汽转化，一氧化碳的高、低温的转换，废热回收、和氢气提纯等工序，其核心是转化炉。

甲烷水蒸汽重整反应是一个强吸热反应，要求在高温下进行，750℃～900℃，同时为了提高转化率要增大压力，反应条件是1.5～3MPa，反应生成的H2和CO的摩尔流率之比约为3。重整反应所需热量由部分燃料在外部燃烧产生和供给。在整个系统中，参与燃烧反应的燃料大约占总燃料的25％。

传统吸附增强式甲烷水蒸气重整，是将吸附剂与催化剂混合在一起，原位吸附重整反应产生的CO₂，使得反应器中CO₂的含量很低，迫使反应向氢气产生的方向不断的进行；反应可在较低的温度(400℃～650℃)下进行，从而降低了对重整装置材料的性能要求。然而，这些工艺采用固定床或流化床反应器进行吸附增强式甲烷水蒸气重整反应，不能实现连续操作或者无法实现催化剂与吸附剂的分离，操作成本高。本发明在格栅式流化床反应器内进行吸附强化甲烷水蒸气重整反应，不仅能够大幅度降低反应温度，减缓了催化剂积炭速率，同时降低反应器材质的热负荷；催化剂以涂层形式涂覆在格栅式流化床反应器的格栅上，避免了催化剂与吸附剂的分离，以及由于催化剂反复被氧化还原而造成的物料损耗和能量损耗；而且仅有吸附剂由反应气体携带通过格栅式流化床反应器，反应装置能够连续操作。在格栅式流化床反应器内进行吸附强化甲烷水蒸气重整反应尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸附增强甲烷水蒸气重整制氢反应装置。

本发明的目的还在于提供一种吸附增强甲烷水蒸气重整制氢的方法。

一种吸附增强甲烷水蒸气重整制氢反应装置，其特征在于，所述装置包括混合器1、格栅式流化床反应器2、旋风分离器3、再生反应器4、第一料封4a、第二料封4b；格栅式流化床反应器2设置在混合器1出口处，格栅式流化床反应器2出口连接旋风分离器3，旋风分离器3出口通过第一料封4a与再生反应器4连接，再生反应器4出口通过第二料封4b与混合器1相连接。

一种吸附增强甲烷水蒸气重整制氢的方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

a、以水蒸气和甲烷作为原料气，将原料气与吸附剂在混和器1内混和，混合后进入格栅式流化床反应器2内，与涂覆在格栅上的催化剂涂层进行充分接触和反应；水蒸气与甲烷的摩尔比为2～6，反应器的进口温度与出口温度分别为450℃～850℃和440℃～840℃，操作压力为0.3～4MPa；

b、从格栅式流化床反应器2出来的气固混和物进入旋风分离器3进行分离，分离出来的气体产物经工业处理装置处理后，得到纯净的氢气；

c、从旋风分离器3出来的吸附剂部分移出，另外部分进入再生反应器4，向再生反应器4中通入空气使吸附剂再生，再生后的吸附剂进入混合器，二氧化碳随空气一起离开系统，再生反应器4内常压操作，温度维持在600～950℃；

d、向混合器1补加与移出等量的新鲜吸附剂，与再生反应器4出来的吸附剂一同进入混合器1；混合器1内温度为450℃～850℃；吸附剂通过甲烷与水蒸气携带进入格栅式流化床反应器2进行新一轮的吸附增强式甲烷水蒸气重整反应。

所述格栅式流化床反应器为下行床格栅式流化床反应器或提升管格栅式流化床反应器。

所述催化剂涂层为Ni、Rh、Pt或Ru。

所述格栅间的间距为0.5～50mm。

所述吸附剂的粒径大小为20～200微米，最优粒径大小为30～100微米。

所述吸附剂为CaO，CaO与MgO、Al₂O₃的混合物，CaO与MgO、Al₂O₃的固熔体，白云石煅烧后形成的物质或者云母石煅烧后形成的物质。