[发明专利]一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法

权利要求书

1.一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)天然气预处理：天然气脱硫后，分成两股气，一股气经脱烃、干燥脱水、预热器预热和加热炉加热后，得到温度为450～700℃的进料气1，另一股气作为进料气2；

(2)甲烷催化热裂解：进料气1进入甲烷催化热裂解反应器中，进行催化热裂解反应，生成反应混合气体1，经过滤和换热后进入提氢系统；

(3)甲烷催化热裂解再生：甲烷催化热裂解反应器待反应结束后，采用经过滤后的反应混合气体1作为吹扫载气，与进料气1流动方向相反进行逆向吹扫反应器中催化剂表面上副产生成的碳产品，使催化剂再生，吹扫尾气经过滤后循环使用；

(4)甲烷水蒸气重整转化反应：进料气2与水蒸气混合并预热至300～500℃后进入甲烷水蒸气重整转化炉中，进行重整转化反应，生成重整转化气；

(5)转化气变换反应：重整转化气进入中低温变换炉中，进行重整转化气的变换反应，生成反应混合气体2，经换热冷却和脱碳后进入提氢系统；

所述的甲烷水蒸气重整转化炉产生的烟气余热和加热进料气1产生的烟气余热，均作为进料气1的预热热源。

2.根据权利要求1所述的一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法，其特征在于，所述步骤(2)中甲烷催化热裂解反应器有两台，且两台并联设置，当一台甲烷催化热裂解反应器进入甲烷催化热裂解再生工序时，另一台与之并联的甲烷催化热裂解反应器则进行甲烷催化热裂解反应，两台甲烷催化热裂解反应器交替进行甲烷催化热裂解和再生。

3.根据权利要求1所述的一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的甲烷催化热裂解反应器中装载有活性金属组分的碳纳米管催化剂，所述碳纳米管催化剂包括活性组分，载体，基体，助催化组分和促进剂，活性组分为镍、钴、铁金属及其氧化物，助催化组分为镧系金属及其氧化物，促进剂为钾，负载活性组分、助催化剂与促进剂组分的载体为碳纳米管，基体为三氧化二铝。

4.根据权利要求1所述的一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法，其特征在于，步骤(4)中所述的甲烷水蒸气重整转化炉中装载有镍基活性金属组分的催化剂。

5.根据权利要求1所述的一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法，其特征在于，步骤(5)中反应混合气体2脱碳采用二氧化碳吸收脱碳：以有机胺为吸收溶剂，从吸收脱碳塔顶部进入，与自下而上的反应混合气体2逆向接触，形成的富含二氧化碳的吸收液，从吸收脱碳塔底部流出，经过循环泵输入二氧化碳解吸塔上部进行解吸，二氧化碳从解吸塔顶部溢出排放，经再生后得到的有机胺吸收溶剂，重新返回到吸收塔循环使用，从吸收塔顶部流出的富氢气，进入提氢系统。

6.根据权利要求1所述的一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法，其特征在于，步骤(5)中反应混合气体2脱碳采用PSA吸附脱碳：经过换热冷却和脱碳后的反应混合气体2，进入由多个吸附塔组成的PSA吸附脱碳系统，从吸附塔顶部流出纯度为95～98％(v/v)的富氢气，进入提氢系统。

7.根据权利要求1所述的一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法，其特征在于，所述反应混合气体1和反应混合气体2的换热是与脱水后预热前的进料气1或脱硫后的进料气2进行冷热交换的。

8.根据权利要求1所述的一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法，其特征在于，所述提氢系统为PSA提氢系统，经过滤和换热后的反应混合气体1与经换热冷却和脱碳后的反应混合气体2混合进入PSA提氢系统，从吸附塔顶部流出纯度大于等于99.99％(v/v)的氢气产品，从吸附塔底部流出解吸气。

9.根据权利要求8所述的一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法，其特征在于，所述解吸气进行循环利用，具体为：一部分作为反应循环气，在脱硫后与一股天然气混合，经脱烃、脱水、预热与加热后，形成进料气1；一部分作为甲烷水蒸气重整转化炉的燃料气；一部分作为加热进料气1用的燃料气。

10.根据权利要求1所述的一种天然气直裂解与水蒸气重整耦合制氢的方法，其特征在于，所述提氢系统为选择性透氢气的渗透膜分离提氢系统，经过滤和换热后的反应混合气体1与经换热冷却和脱碳后的反应混合气体2混合进入一级或多级选择性透氢的渗透膜分离提氢系统，从渗透侧流出纯度为98.0～99.9％的氢气产品，非渗透侧流出富甲烷气体。