[发明专利]一种吸附强化甲烷水蒸气重整制氢装置及方法

说明书

本发明公开了一种吸附强化甲烷水蒸气重整制氢装置，包括：格栅式流化固定复合反应器、旋风分离器和再生反应器；所述格栅式流化固定复合反应器上设有多个催化剂涂层；其上端出气口与所述旋风分离器的进气口连通；所述旋风分离器下端的出料口与所述再生反应器连通；该装置还包括一出料管，所述一端与所述再生反应器的中部相连通，另一端与所述格栅式流化固定复合反应器的下端相连通。本发明实现了将催化剂和吸附剂的分离，该过程能够连续操作，进一步降低了生产的成本以及劳作强度；而且完全避免了催化剂进入高温再生区的可能以及催化剂升温能耗，降低催化剂活性及使用寿命的损失，节约了设备投资和能耗，更加节约成本。

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，更具体的说是涉及一种吸附强化甲烷水蒸气重整制氢装置及方法。

背景技术

甲烷水蒸汽重整自1926年第一次应用至今，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％。 制氢装置的技术核心是蒸汽转化工序，关键设备是转化炉，其类型通常以烧嘴的位置来命名，已经商业化的转化炉主要有顶烧式、侧烧式、梯台式等，最常用的是顶烧式。并且反应需要在昂贵的耐高温不锈钢管制作的反应器内进行，设备成本高。

现有一种新型蒸汽重整工艺，吸附增强式水蒸气重整，它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。

因此，提供一种不但能够实现连续操作，并且能够实现催化剂和吸附剂分离的吸附强化甲烷水蒸气重整制氢装置及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种吸附强化甲烷水蒸气重整制氢装置。

为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

一种吸附强化甲烷水蒸气重整制氢装置，包括：格栅式流化固定复合反应器、旋风分离器和再生反应器；

所述格栅式流化固定复合反应器上设有多个催化剂涂层；其上端出气口与所述旋风分离器的进气口连通；所述旋风分离器下端的出料口与所述再生反应器连通；

该装置还包括一出料管，所述一端与所述再生反应器的中部相连通，另一端与所述格栅式流化固定复合反应器的下端相连通。

优选的，所述出料管上还设置有一冷凝器。

优选的，所述每个催化剂涂层之间的间距为25-35mm。

优选的，所述流化固定复合反应器内下部设置有第一气布器。

优选的，所述再生反应器内下部设置有第二气布器。

本发明还提供了一种吸附强化甲烷水蒸气重整制氢装置的方法，包括以下步骤：

a、将预热后的水蒸气和甲烷的混合气与再生反应器过来的吸附剂一起通入格栅式流化固定反应器中，与格栅式流化固定反应器内部的催化剂涂层接触发生反应吸附强化重整反应；所述的水蒸气和甲烷的摩尔比为4:1;格栅式流化固定反应器的操作压力为1-2MPa；反应的温度为500-600℃；