[发明专利]进行蒸汽重整和水煤气反应来生产氢气的交换器-反应器

说明书

本发明涉及一种包括至少三个级的交换器‑反应器，其中至少一个级包括以下两者：至少部分地被促进蒸汽重整反应的催化剂覆盖的毫米级通道，以及至少部分地被促进水煤气反应的催化剂覆盖的毫米级通道。

本发明涉及一种集合了蒸汽重整反应和水煤气变换反应来生产氢气的交换器-反应器。

目前，用于生产氢气的最常见工艺是对基于烃的原料进行蒸汽重整。这个反应是催化的且吸热的，甲烷的转化在高温下是有利的。这个反应所需要的热量是通过辐射炉中的燃烧获得的。因此合成气是以高温获得的(即，以大约900℃)。在目前的工艺中，如此生产的合成气随后经历冷却和若干纯化步骤。在这些纯化步骤中有水煤气变换反应，水煤气变换反应在于将在重整器出口处的合成气中所含的CO通过与蒸汽在催化剂的存在下按以下反应进行反应而转化成H₂和CO₂：

CO+H₂O＝H₂+CO₂

这个反应是放热的，因此氢气的产生在低温下是热力学有利的。这个反应可以取决于所使用的催化剂类型在不同温度下进行。在工业上，取决于操作温度和所用催化剂来区分四种“类型”的水煤气变换反应。

对于350℃与450℃之间的温度，称为高温水煤气变换反应(也称为HT变换)。

对于200℃与350℃之间的温度，称为中温水煤气变换反应(也称为MT变换)。

对于190℃与235℃之间的温度，称为低温水煤气变换反应(也称为LT变换)。

对于500℃与650℃之间的温度，还可以称为超高温水煤气变换反应(也称为S-HT变换)。

前三种“类型”的水煤气变换反应现今是工业单位中常见的并且在绝热固定床催化反应器中进行。

现今，一种已经普及的优化方法提出了在交换器-反应器中并且更尤其在板式交换器-反应器中进行蒸汽重整或水煤气变换反应。另一方面，并未提出将蒸汽重整反应与水煤气变换反应整合在同一板式交换器-反应器中、更不用说整合在单体交换器-反应器——即，在各级之间没有组装界面的交换器-反应器中。

在根据文献US 7250151的解决方案中，甲烷蒸汽重整反应所需的热量是在交换器-反应器自身内(在燃烧板上发生了催化燃烧)上产生的。然而，这个解决方案复杂，因为通道内的催化燃烧难以稳定。此外，这个解决方案不含可以发生水煤气变换反应的区。

因此，所面临的一个问题是提供能够在同一交换器-反应器内实现蒸汽重整和水煤气变换反应的改进的交换器-反应器。

本发明的一个解决方案是一种包括至少三个级的交换器-反应器，其中至少一个级包括以下两者：

-至少部分地被适合于促进蒸汽重整反应的催化剂覆盖的毫米级通道，以及

-至少部分地被适合于促进水煤气变换反应的催化剂覆盖的毫米级通道。

在本发明的上下文内，“级”是关于任何类型的交换器-反应器(即具有板且具有板之间的组装界面的交换器-反应器)、以及是单体部件(即，在各级之间没有组装界面的部件)的交换器-反应器来指称的。这样的单体部件可以通过例如增材方法来获得。

毫米级通道应理解为是指矩形、圆柱形、或半圆柱形或任何其他形状的通道，其水力直径在0.1mm与5mm之间。水力直径(Dh)被定义为以下比率：

其中A是通道的截面并且P是通道的湿周。

优选地，根据本发明的所述交换器-反应器

包括以下三个级的叠加：