[发明专利]一种焦炉煤气膜分离、蒸汽重整、变压吸附联用制氢方法

说明书

本发明属于化工技术领域，提供了一种焦炉煤气膜分离、蒸汽重整、变压吸附联用制氢方法，膜分离装置用于提浓Hsubgt;2/subgt;、反应装置用于生成大量Hsubgt;2/subgt;，变压吸附装置用于提纯Hsubgt;2/subgt;。首先，净化后的焦炉煤气通过氢膜分离器富集Hsubgt;2/subgt;，渗透侧的富Hsubgt;2/subgt;进入变压吸附装置制取燃料电池氢产品，渗余侧的富CHsubgt;4/subgt;气进入重整反应器与水蒸汽发生重整反应，生成的大量Hsubgt;2/subgt;进入氢膜分离器提纯，渗透侧的富Hsubgt;2/subgt;进入变压吸附装置。变压吸附的解吸气通过氢膜分离器回收Hsubgt;2/subgt;，同样，渗透侧的富Hsubgt;2/subgt;进入变压吸附装置获得燃料电池氢产品。本发明利用分离和反应单元协同增效和能量集成，实现了由焦炉煤气高效低耗制取燃料电池用超纯Hsubgt;2/subgt;，具有很好的经济和环境效益。

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种焦炉煤气膜分离、蒸汽重整、变压吸附联用制氢方法。

背景技术

随着氢燃料电池汽车销量的快速增长，低杂质高纯H₂(氢气)的需求大幅增加。H₂是未来动力系统的替代能源，其具有较高的含能特性、较高的能源转化效率以及碳的零排放等优点，是碳达峰、碳中和规划下具有前景的清洁能源。

含氢尾气是获得H₂的重要来源，例如焦炉煤气是焦炭工业的副产物，其含有大量的H₂、较多的CH₄(甲烷)和CO(一氧化碳)组分。焦炉煤气资源丰富，但60％以上被烧掉，导致潜在的氢源浪费和严重的环境问题，从焦炉煤气制取燃料电池氢是一种合理的途径。

变压吸附是H₂分离提纯过程中常见的气体物理分离技术，它有如下优点：产品纯度高，可达99％～99.99％，适合提纯燃料电池氢，该技术发展迅速，日益成熟。虽然变压吸附法操作灵活，但其也具有一些缺点：H₂进料要求浓度较大，回收率不高，产品H₂中部分杂质的含量不易达到氢燃料电池指标。

膜分离技术以其占地面积小、操作简单、分离效率高、投资及能耗低等明显优势，近几十年来得到快速发展。膜分离技术可以应用于从各种气体混合物中提纯H₂，而且分离的H₂纯度可达到90％～99.9％，回收率达到85％～90％。同时，气体膜分离技术操作难度低，易于与其他分离技术耦合。

甲烷蒸汽重整制氢是目前最为成熟的化学制氢方法，甲烷通过与水蒸汽发生重整反应，生成CO和H₂，大幅提高H₂产量。

实际石化工业生产中，焦炉煤气一般使用变压吸附装置提纯H₂，产品H₂纯度可以满足氢燃料电池指标，但部分杂质含量较高和氢气回收率较低。而且解吸气中较多的CH₄没有得到高效的利用，可作为甲烷水蒸汽重整的原料气。

发明内容

本发明目的在于提供一种焦炉煤气膜分离、蒸汽重整、变压吸附联用制氢方法，使用膜分离装置提浓H₂、反应装置生成大量H₂、变压吸附装置提纯H₂，通过分离和反应单元协同增效和能量集成，实现由焦炉煤气高效低耗制取燃料电池用超纯H₂，具有很好的经济和环境效益。

为达到上述目的，本发明的技术方案：