[发明专利]利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法及其系统

权利要求书

1.一种利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、对兰炭焦炉煤气加压后冷却，分离出焦炉煤气中的重组分杂质，得到净煤气；

2）、将净煤气进行二次加压后与过热水蒸汽混合，在高温、加压和催化剂A的作用下，使净煤气中的甲烷与过热水蒸汽发生反应，得到混合气体A；

3）、混合气体A经过冷却降温后，在催化剂B的作用下进行反应，使混合气体A中的一氧化碳与水发生反应，得到包含氢气的混合气体B，同时，混合气体B中的氢气组分透过水煤气变换膜反应器的选择渗透性膜被分离，得到第一级氢气产品；

4）、将混合气体B脱去水蒸汽后，通入装填有金属氢化物吸附剂的金属氢化物吸附装置进行吸附，待金属氢化物吸附剂达到饱和状态后停止混合气体B进气；

5）、对金属氢化物吸附剂加热，使金属氢化物吸附剂中的氢气排出，并吹净残余杂质气体后，得到第二级氢气。

2.根据权利要求1所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法，其特征在于：所述步骤2）中在高温、加压和催化剂A的作用下，使净煤气中的甲烷与水发生反应的条件为：温度范围为600～900℃，压力范围为1～2MPa。

3.根据权利要求1所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法，其特征在于：所述步骤2）甲烷与过热水蒸汽发生反应中，过热水蒸汽摩尔数与碳原子摩尔数之比值范围为2.5～4.5。

4.根据权利要求1所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法，其特征在于：所述催化剂A为以Ni或贵金属为活性成分，以Al₂O₃、MgO、SiO₂、ZrO₂、TiO₂或MgAl₂O₄的一种或一种以上为载体制备而成，其中，所述贵金属包括Au,Pt,Pd或Rh。

5.根据权利要求1所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法，其特征在于：所述催化剂B包括Fe-Cr催化剂、Co-Mo催化剂或Pt-CeO₂催化剂中的一种或一种以上。

6.一种基于权利要求1所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的系统，其特征在于：包括甲烷重整反应器（5）、第一换热器（6）、水煤气变换膜反应器（7）、第一分离装置（8）、以及金属氢化物吸附装置（9）；净煤气以及过热水蒸气的混合气体在甲烷重整反应器（5）中发生反应，得到包含氢气和一氧化碳的混合气体A，混合气体A经过第一换热器（6）冷却降温后进入水煤气变换膜反应器（7），混合气体A中的一氧化碳与水在水煤气变换膜反应器（7）中发生反应，得到包含氢气的混合气体B，氢气通过水煤气变换膜反应器（7）的渗透侧出口排出，得到第一级氢气产品，混合气体B进入第一分离装置（8），并在第一分离装置（8）中脱去水蒸汽，脱去水蒸汽的混合气体B经过金属氢化物吸附装置（9）吸附后，杂质气体通过排出口排放，氢气被吸附到金属氢化物吸附装置（9）中的金属氢化物吸附剂上，对金属氢化物吸附剂加热，吹净残留杂质气体后，即可得到第二级氢气产品。

7.根据权利要求6所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的系统，其特征在于：所述水煤气变换膜反应器（7）包括壳体（7-4），壳体（7-4）的两端设有入口和出口，壳体（7-4）内设置有与入口和出口相连通的选择渗透性膜（7-3），选择渗透性膜（7-3）将壳体（7-4）分为反应侧（7-1）和渗透侧（7-2），反应侧（7-1）中填充有反应材料，壳体（7-4）上设置有与渗透侧（7-2）相连通的渗透侧出口。

8.根据权利要求7所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的系统，其特征在于：所述选择渗透性膜（7-3）包括金属密度膜、无机材料多孔膜或金属-无机多孔复合膜，其中，所述金属密度膜包括Pd、Pd75Ag25或V-Ni，所述无机材料多孔膜包括陶瓷或硅石材料多孔膜，所述多孔复合膜包括Pd-陶瓷复合膜、Pd75Ag25-陶瓷复合膜、Pd-硅石复合膜、Pd75Ag25-硅石复合膜。