专利名称：天然气双级流化床重整制氢装置的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及一种烃类制氢装置，尤其涉及一种天然气双级流化床重整制氢装置。
二、技术背景随着社会和经济的发展，能源的需求量日益增加，人类赖已生存的环境要求越来越高。因而，人类面临开发高效、洁净的二次能源的挑战。氢作为高效、洁净的二次能源愈来愈受到人类的高度重视，并在诸多行业中广泛应用。近年来，氢气以高热值、无空气污染等无可比拟的优点作为燃料电池的燃料应用，受到世界各国政府和学者的积极关注。天然气是一种非常丰富的石油化工燃料资源，现已探明的世界天然气储量为142.1万亿立方米，远景储量为250～350万亿立方米。因此，天然气资源优化利用受到高度重视。合理、高效地将天然气重整转化为二次能源——氢气的技术显得极为重要。传统的制氢工艺方法有水电解法、烃类的水蒸汽重整方法和部分氧化重整方法，但都存在较大问题。水电解方法效率低，能源浪费；烃类的水蒸汽重整方法需要外部供热，系统复杂，热效率较低，反应温度高，反应过程中水用量大，能耗较高，资源浪费；烃类的部分氧化重整方法，除反应温度较高、系统复杂外，制得的氢气纯度低，不利于能源的综合利用。由于传统的制氢工艺方法存在诸多弊端，世界各国特别是发达国家纷纷研制新的制氢工艺方法。
三、技术内容技术问题 本实用新型提供一种能够降低能耗的低成本天然气双级流化床重整制氢装置。
技术方案本实用新型所述装置为一种天然气双级流化床重整制氢装置，由一级流化床重整器、二级流化床重整器和再热燃烧室组成，在再热燃烧室内设有再热燃烧器，一级流化床重整器的余气出口与再热燃烧室的入气口相连，再热燃烧室的出气口与二级流化床重整器的风室相连通，在二级流化床重整器上设有合成气出气口，一级流化床重整器由风室、流化器、内置式双夹套选择透氢型膜分离器、催化剂和流化床体组成，风室、流化器、催化剂自下而上的顺序分布于流化床体内，内置式双夹套选择透氢型膜分离器横向穿过流化床体并位于催化剂内，内置式双夹套选择透氢型膜分离器由内膜套和外膜套组成，内膜套采用以由里向外为透氢方向的选择透氢型膜套，外膜套采用以由外向里为透氢方向的选择透氢型膜套，在一级流化床重整器的风室的天燃气入气口上设有废气循环再燃烧室，在废气循环再燃烧室上设有天燃气进气口和天燃气出气口，天燃气出气口与一级流化床重整器的风室的天燃气入气口连接，在废气循环再燃烧室内设有废气循环再燃烧器，在废气循环再燃烧器上设有含一氧化碳的废气入气口和燃烧用天燃气的入气口，该燃烧用天燃气的入气口与内置式双夹套选择透氢型膜分离器的内膜套的废气出气端相通，内膜套的进气端与二级流化床重整器的合成气出气口连通，在内膜套和外膜套之间的空腔上设有氢气出口。
有益效果①本实用新型采用废气循环再燃烧技术，对氢气被分离后的废气进行循环再燃烧，其热量用于加热天燃气，使得传统的制氢技术中复杂的CO变换、净化工序得以删除，大大简化了整体系统结构，降低了成本并有效利用了废气燃烧的热量，降低了能耗。②本实用新型利用二级流化床重整器产生的合成气的热量对需加热的天燃气进行加热，进一步利用了合成气的余热，降低了能耗。③利用氢气的余热对天燃气的加热可进一步降低能耗。④第一级重整器中采用内置式双夹套选择透氢型膜分离器，既提高了第一级重整器内的天然气制氢的转换效率；同时又将来自第二级重整器的合成气分离成氢气和废气，为后续的废气循环再燃烧提供了可行性。由于本工艺无须复杂的CO变换、净化工序，这使得整体设备紧凑，易于实现设备的小型、高效化。双级重整器均采用流化床技术。利用特殊的流化器和合理的流化床结构，使得流化床内固体颗粒整体均匀流化，这样既使传热均匀迅速、反应充分，制氢转化效率提高；同时又减少气流阻力，以及固体颗粒的磨损和破裂。利用强化传热技术和自热系统，使得系统整体热利用效率高、能耗低。
四
图1是本实用新型的双级流化床天然气蒸汽自热重整制氢装置和方法的系统流程图，其中有换热器3、二级除尘器4、一级流化床重整器5、净化器6、废气循环再燃烧器7、控制阀门8、换热器组9、再热燃烧器10、再热燃烧室11、二级流化床重整器12、一级除尘器13、压缩空气A、水B、压缩天然气C、成品氢气D、排放废气E。
图2是一级流化床重整器的结构简图，其中有风室14、流化器15、内置式双夹套选择透氢型膜分离器16、催化剂17和流化床体18，催化剂21采用镍基催化剂，钌基催化剂等。
图3是二级流化床重整器的结构简图，其中有风室19、流化器20、催化剂21和流化床体22。
图4是本实用新型选择透氢型膜分离器实施例的结构示意图。
五、具体实施方案实施例 本实用新型所述装置为一种天然气双级流化床重整制氢装置，由一级流化床重整器5、二级流化床重整器12和再热燃烧室11组成，在再热燃烧室11内设有再热燃烧器10，一级流化床重整器5的余气出口5b与再热燃烧室11的入气口11a相连，再热燃烧室11的出气口11b与二级流化床重整器12的风室19相连通，在二级流化床重整器12上设有合成气出气口12b，一级流化床重整器5由风室14、流化器15、内置式双夹套选择透氢型膜分离器16、催化剂17和流化床体18组成，风室14、流化器15、催化剂17自下而上的顺序分布于流化床体18内，内置式双夹套选择透氢型膜分离器16横向穿过流化床体18并位于催化剂17内，内置式双夹套选择透氢型膜分离器16由内膜套和外膜套组成，内膜套采用以由里向外为透氢方向的选择透氢型膜套，外膜套采用以由外向里为透氢方向的选择透氢型膜套，在一级流化床重整器5的风室14的天燃气入气口上设有废气循环再燃烧室7，在废气循环再燃烧室7上设有天燃气进气口7a和天燃气出气口，天燃气出气口与一级流化床重整器5的风室14的天燃气入气口连接，在废气循环再燃烧室7内设有废气循环再燃烧器7f，在废气循环再燃烧器7f上设有含一氧化碳的废气入气口和燃烧用天燃气的入气口，该燃烧用天燃气的入气口与内置式双夹套选择透氢型膜分离器16的内膜套的废气出气端相通，内膜套的进气端与二级流化床重整器12的合成气出气口12b连通，在内膜套和外膜套之间的空腔上设有氢气出口5c，在本实施例中，二级流化床重整器12的合成气出气口12b经换热器组9的板外通道与内膜套的进气端连通，用于输送天燃气的换热器组9的第二板内通道出气端92b分别与废气循环再燃烧室7的天燃气进气口7a及再热燃烧器10的进气口相连，用于输送水蒸气的换热器组9的第三板内通道出气端93b分别与分别与废气循环再燃烧室7的天燃气进气口7a及再热燃烧室11相通，用于输送空气的换热器组9的第四板内通道出气端94b分别与废气循环再燃烧器7f及再热燃烧器10相通，天燃气经换热器3的板内通道输至换热器组9的第二板内通道进气端，来自氢气出口5c的氢气经换热器3的板外通道输出，二级流化床重整器12的合成气出气口12b通过一级除尘器13与换热器组9的板外通道的进气端连通，换热器组9的板外通道的出气端经二级除尘器4与内膜套的进气端连通，来自一级流化床重整器5的余气经净化器6进入再热燃烧室11，上述二级流化床重整器12由风室19、流化器20、催化剂21和流化床体22组成，风室19、流化器20及催化剂21自下而上的设在流化床体22内，催化剂21采用镍基催化剂，钌基催化剂等。
权利要求1.一种用于烃类制氢的天然气双级流化床重整制氢装置，由一级流化床重整器(5)、二级流化床重整器(12)和再热燃烧室(11)组成，在再热燃烧室(11)内设有再热燃烧器(10)，一级流化床重整器(5)的余气出口(5b)与再热燃烧室(11)的入气口(11a)相连，再热燃烧室(11)的出气口(11b)与二级流化床重整器(12)的风室(19)相连通，在二级流化床重整器(12)上设有合成气出气口(12b)，其特征在于一级流化床重整器(5)由风室(14)、流化器(1 5)、内置式双夹套选择透氢型膜分离器(16)、催化剂(17)和流化床体(18)组成，风室(14)、流化器(15)、催化剂(17)自下而上的顺序分布于流化床体(18)内，内置式双夹套选择透氢型膜分离器(16)横向穿过流化床体(18)并位于催化剂(17)内，内置式双夹套选择透氢型膜分离器(16)由内膜套和外膜套组成，内膜套采用以由里向外为透氢方向的选择透氢型膜套，外膜套采用以由外向里为透氢方向的选择透氢型膜套，在一级流化床重整器(5)的风室(14)的天燃气入气口上设有废气循环再燃烧室(7)，在废气循环再燃烧室(7)上设有天燃气进气口(7a)和天燃气出气口，天燃气出气口与一级流化床重整器(5)的风室(14)的天燃气入气口连接，在废气循环再燃烧室(7)内设有废气循环再燃烧器(7f)，在废气循环再燃烧器(7f)上设有含一氧化碳的废气入气口和燃烧用天燃气的入气口，该燃烧用天燃气的入气口与内置式双夹套选择透氢型膜分离器(16)的内膜套的废气出气端相通，内膜套的进气端与二级流化床重整器(12)的合成气出气口(12b)连通，在内膜套和外膜套之间的空腔上设有氢气出口(5c)。
2.根据权利要求1所述的天然气双级流化床重整制氢装置，其特征在于二级流化床重整器(12)的合成气出气口(12b)经换热器组(9)的板外通道与内膜套的进气端连通，用于输送天燃气的换热器组(9)的第二板内通道出气端(92b)分别与废气循环再燃烧室(7)的天燃气进气口(7a)及再热燃烧器(10)的进气口相连，用于输送水蒸气的换热器组(9)的第三板内通道出气端(93b)分别与分别与废气循环再燃烧室(7)的天燃气进气口(7a)及再热燃烧室(11)相通，用于输送空气的换热器组(9)的第四板内通道出气端(94b)分别与废气循环再燃烧器(7f)及再热燃烧器(10)相通。
3.根据权利要求2所述的天然气双级流化床重整制氢装置，其特征在于天燃气经换热器(3)的板内通道输至换热器组(9)的第二板内通道进气端，来自氢气出口(5c)的氢气经换热器(3)的板外通道输出。
4.根据权利要求3所述的天然气双级流化床重整制氢装置，其特征在于二级流化床重整器(12)的合成气出气口(12b)通过一级除尘器(13)与换热器组(9)的板外通道的进气端连通，换热器组(9)的板外通道的出气端经二级除尘器(4)与内膜套的进气端连通，来自一级流化床重整器(5)的余气经净化器(6)进入再热燃烧室(11)。
专利摘要天然气双级流化床重整制氢装置，由一、二级流化床重整器和再热燃烧室组成，在再热燃烧室内设再热燃烧器，一级流化床重整器的余气出口与再热燃烧室的入气口相连，再热燃烧室的出气口与二级流化床重整器的风室相连通，在二级流化床重整器上设合成气出气口，内置式双夹套选择透氢型膜分离器横向穿过一级流化床重整器的催化剂内，一级流化床重整器的风室的天然气入气口设废气循环再燃烧室，其上设天然气进气口和天然气出气口且与一级流化床重整器天然气入气口连接，废气循环再燃烧室内有废气循环再燃烧器，其上设废气入气口和天然气入气口且与内置式双夹套选择透氢型膜分离器废气出气端相通，进气端与合成气出气口连通。
文档编号C01B3/30GK2675634SQ20042002432
公开日2005年2月2日 申请日期2004年1月16日 优先权日2004年1月16日
发明者姚志彪, 熊源泉 申请人:东南大学