[发明专利]一种甲烷二氧化碳催化制氢装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲烷二氧化碳催化制氢装置及方法，具体涉及一种催化重整与膜分离制氢装置及其方法，属于化工技术领域。

背景技术

氢能作为一种二次能源，被广泛应用于冶金、航天、炼油、合成氨等工业中。而且氢能源作为一种真正意义上的清洁能源和可持续能源，对于环境保护、能源的可持续发展、降低污染等将产生重要的影响。目前，氢能源的制备主要分为两类，一种是天然气与水蒸气重整制氢，另一种是以水为原料，通过电解制氢。但是这两类方法需要消耗大量的能源，并且会放出大量温室气体。利用甲烷二氧化碳重整制氢，不仅能制备出满足需求的氢能，而且对于节能减排具有重要意义。

专利CN102452642A提供了一种紧凑式天然气重整制氢反应器，该反应器提高了燃烧效率和传热效率，减少了吸热过程和放热过程的传热阻力。但是重整制氢反应器的内部空间相对较小，加工工艺复杂，加工难度大，并且燃烧加热过程产生大量含碳气体，没有很好的方法解决含碳气体排放问题。

专利CN201545695U公开了一种天然气自热重整制氢流化床膜反应器，目的是解决现有技术不能满足天然气小规模分布式制氢要求。并且添加了膜反应区，能很好地分离得到高纯氢。但是由于热能是由天然气部分氧化重整提供的，所以会产生大量的CO2，并且反应器主体加工难度大。

专利CN102464299A公开了一种流化床甲烷水蒸气重整制氢的方法，包括将低堆积密度的吸附催化剂在再生器中高温分解再生，再生吸附催化剂在反应器底部与外循环输送的高堆积密度的重整催化剂混合。其中实现了催化剂的再生，但是催化剂再生生成的CO2直接排入到大气中，并且工艺复杂，耗能比较多。

专利CN101973522A公开了一种天然气自热重整制氢的装置，包括自热重整反应器、燃烧室外壁、燃烧器、内换热盘管、外换热盘管、燃烧尾气出口、法兰和混合阀；燃烧室外壁为空心圆管，空心圆管内设有自热重整反应器；外换热盘管包括天然气换热管及水换热管，都分别呈螺旋状从下到上缠绕在燃烧室外壁外部；内换热盘管从上到下呈螺旋状缠绕在反应器管上，原料进气管位于反应器管侧面底部，一端接入反应器管，另一端与内换热盘管通过耐高温接头连接。该装置能很好地满足小规模用氢，但是对于尾气中的CO2没有重新利用，排入空气中会对环境产生影响。

专利CN101837955A公开了一种耦合催化重整与膜分离反应制氢方法及其装置，主体结构包括原料气入口、预分布室、气体分布板、钯膜组件、催化剂床层、采样口、流化床反应区床体、金属连接管、加热系统、氢气导管、扩大段、超纯氢气出口、真空泵、背压阀、液体转子流量计、水泵、尾气出口、换热器、气体转子流量计、气体泵和预热器等，该装置采用膜分离装置分离出氢气，但是膜反应区温度过高，对于膜的损害性比较大，并且工艺采用的是甲烷水蒸汽重整耗能多。

综上可以看出，在现有工艺技术下，通过甲烷水蒸汽重整等方式制氢耗能多，并且产生的尾气难以处理。

通过甲烷二氧化碳重整两步制氢不仅能实现资源的合理利用，制备出解决全球能源危机的清洁能源，而且可以处理大气中的温室气体。

发明内容

本发明旨在提供一种甲烷二氧化碳催化制氢装置及方法，是一种催化重整与膜分离反应制氢方法及其装置，通过甲烷二氧化碳重整制氢不仅能实现资源的合理利用，制备出解决全球能源危机的清洁能源，而且可以处理大气中的温室气体。该工艺和装置能很好地满足小规模工业用氢或者大规模氢产品消耗。