[发明专利]一种甲烷二氧化碳催化制氢装置及方法

权利要求书

1. 一种甲烷二氧化碳催化制氢装置，其特征在于：包括上部的水煤气转化与氢气膜分离段和下部的合成气产生段，合成气产生段的底部和水煤气转化与氢气膜分离段的顶部均设有法兰密封板，合成气产生段和水煤气转化与氢气膜分离段通过气体单向阀分隔开，单向阀固定在合成气产生段顶部；合成气段下部设置有甲烷、二氧化碳气体入口，甲烷、二氧化碳入口与第一气体混合室连接，第一气体混合室上端设有第一气体分布板，第一气体分布板上端为重整反应催化剂床层，催化剂床层为圆柱状结构，催化剂床层外侧设有燃烧加热室，燃烧加热室为环形结构，燃烧加热室的上端设有甲烷、空气入口，下端设有第一尾气排放口；单向阀与反应器内壁上的支撑筋板连接，单向阀上端为第二气体混合室，第二气体混合室与水蒸气入口相通，第二气体混合室上端设有第二气体分布板，第二气体分布板上方即为第二催化剂床层，第二催化剂床层内设有折流板和膜组件，折流板与反应器内壁上的支撑筋板连接，膜组件包括合金膜和氢气通道，膜组件固定在折流板下方，折流板侧面与反应器内壁接触处设有氢气导管，氢气导管沿反应器内壁向上通往氢气出口，氢气出口端部设有真空泵，水煤气转化与氢气膜分离段顶部侧面设有第二尾气排放口。

2.根据权利要求1所述的甲烷二氧化碳催化制氢装置，其特征在于：所述甲烷、二氧化碳入口端部设有搅拌装置。

3.根据权利要求1所述的甲烷二氧化碳催化制氢装置，其特征在于：所述第一尾气排放口与换热器连接，换热器另一端接水泵，换热器出口通往甲烷二氧化碳重整制氢装置的水煤气转化段。

4.根据权利要求1所述的甲烷二氧化碳催化制氢装置，其特征在于：所述第一气体分布板和第二气体分布板是由不锈钢丝网经层层叠加压制、烧结而成，并使分布板上的孔呈锥形，气体分布板与反应器内壁上的支撑筋板连接，作为重整反应催化剂的支撑体和气体分布装置。

5.一种甲烷二氧化碳催化制氢方法，采用权利要求1~4任一项所述的装置，其特征在于：包括以下步骤：

（1）原料气甲烷、二氧化碳从气体入口进入气体混合室，经气体分布板混合后进入下部合成气产生段的催化剂床层，与催化剂接触，反应生成合成气a；

气体燃烧室内的甲烷、氧气通过燃烧为上述重整反应提供热量，燃烧生成的尾气从第一尾气排放口通往换热器为水煤气转化与氢气分离段提供水蒸汽；

（2）步骤（1）中的合成气a经合成气产生段顶部的气体单向阀向上流出，进入第二气体混合室，与从水煤气转化及氢气膜分离段底部水蒸气入口进入的水蒸气在第二气体分布器中混合，进入上部水煤气转化反应装置的催化剂床层中，与催化剂接触，生成混合气b；

（3）混合气b与氢气膜分离组件接触，氢气从氢气导管排出，尾气中的水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳流出反应器，经过冷凝、分离，再次进入反应器循环反应。

6.根据权利要求5所述的甲烷二氧化碳催化制氢方法，其特征在于：所述步骤（1）中，甲烷和二氧化碳经过搅拌装置的预混合，再进入第一气体混合器中充分混合，然后进入合成气产生段进行反应，反应温度为700-1000度；甲烷与二氧化碳进气体积比为1:1.25~1.45。

7.根据权利要求5所述的甲烷二氧化碳催化制氢方法，其特征在于：所述步骤（2）中水蒸汽进气量为甲烷进气量的2~2.3倍；水煤气转化反应温度为200-300度。

8.根据权利要求5所述的甲烷二氧化碳催化制氢方法，其特征在于：所述步骤（3）中混合气b与氢气膜分离组件接触生成混合气，由于真空泵作用产生的负压，氢气进入膜分离组件中，经氢气导管导出；尾气经反应器顶部流入冷凝、分离装置，水进入蒸汽发生器， CO进入上部反应器，CO₂进入下部反应器或收集得到高纯产品气。