专利名称：耦合催化重整-膜分离反应的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制氢领域，具体涉及一种耦合催化重整一膜分离反应的方法及装青。
技术背景氢作为高效、洁净的二次能源越来越受到人们的重视，并在诸多行业中得到了广泛应用。 从过去的宇航领域扩展到今天的民用工业领域，特别是燃料电池的使用，为氢能的高效和洁 净利用带来了良好经济前景和环保优势，也更加促进了人们对氢能的广泛重视；目甜，利用 天然气水耦合催化重整一膜分离反应仍然是大规模制氢的最主要的方式，人们通过研究发现， 在一定催化剂和反应条件下，各种原料如天然气、甲垸、丙烷、甲醇、乙醇、乙醚、石脑油、 焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、煤层气、垃圾填埋气、生物质和垃圾气化气或沼气、生物 油等都能与水蒸汽发生重整反应，产生氢气，这大大扩展了制氢原料的选择范围，也为大力发展氢能提供了多条生产途径。但现有技术中，无法在一台设备上直接实现重整制氢及氢气分离，由于氢气无法快速的 收集，极易造成甲烷化等副反应，制氢的效率低。发明内容本发明的目的在于提供一种耦合催化重整一膜分离反应的方法及装置，本发明在一个反 应装置中同时实现重整催化反应及氢气的分离，结构简单、紧凑，制氢的效率高。本发明所述耦合催化重整一膜分离反应的方法包括如下步骤a、 将碳氢化合物和水蒸汽混合加热到300摄氏度至1500摄氏度，并通过调节水蒸汽流 量使反应器中的水碳比为1.0至10.0后，送入反应器；b、 混合气与反应器内的重整催化剂颗粒充分接触，反应生成含氢气的混合气；C、混合气经内置于该反应器的高选择性透氢的膜分离组件，氢气在反应时及时分离，收 集得到高纯度的氢气。本发明的主要特点是直接将高选择性透氢的膜分离组件内置于流化床反应器中，使得 催化重整产生的氢气从含碳氢物质和蒸汽反应生成的混合气中及时分离，避免了甲烷化等副 反应，提高了制氢效率；耦合了膜分离组件的反应器结构简单、紧凑；具有良好的热稳定性， 能延长透氢膜的寿命；所述方法制得的氢气纯度高，无需再经工艺处理，直接获取了廉价的 氢源。本方法所采用的催化剂可为能催化重整原料和蒸汽产生氢气的金属催化剂、双金属催化 剂、金属氧化物催化剂或上述催化剂的组合。本发明所述方法中的含碳氢物质，即常见的含烃、醇或醚等原料的物质，具体而自'，选 自如下之一或一种以上的混合物天然气、甲烷、丙烷、甲醇、乙醇、乙醚、石脑油、焦炉 煤气、高炉煤气、转炉煤气、煤层气、垃圾填埋气、生物质、垃圾气化气、沼气或生物油。本发明方法所用的耦合催化重整一膜分离反应装置，包括反应器；其中，直接将高选择性透氢的膜分离组件内置于该反应器中，实现了高效率重整碳氢化合物制氢的过程。 所述反应器内的空间为反应空间，反应器的器壁设有与反应空间相通的原料进料孔、催化剂进料口、催化剂卸料口、余气出气口；所述高选择性透氢的膜分离组件上设有出氢口。进一步结构是，所述高选择性透氢的膜分离组件为管状，该管状的膜分离组件的一端闭 合，另一端开孔，开孔端可以穿过所述反应器的器壁，所述出氢口设于该开孔端，氢气靠负 压等手段进行收集；所述膜分离组件也可以两端开孔，利用水蒸汽或惰性气体等载气从一端 进入、另一端出去来清扫透过膜分离组件的氢气，再进行分离产生高纯度的氢气。所述高选 择性透氢的膜分离组件可以为单根管、多根管或排管；所述膜分离组件可以是单独的高选择 性透氢膜材料，也可以是附着在多孔支撑体上的高选择性透氢膜；所述膜分离组件可以为圆 管、方管等各种形式的管状结构；所述膜分离组件在反应器内可以垂直、水平或倾斜放置； 其原料进料口可以是单个，也可以多个；其催化剂进料口可以是单个，也可以多个；同理， 余气出气口可以单个，也可以多个，或者余气通过环室排出，经余气出气口所排出的余气还 可输入下一个所述耦合催化重整一膜分离反应装置进行重复利用。
图1是本发明所述方法的流程图；图2是本发明方法所用装置的结构图；图3是图2的A处放大图；图4是图2的B处放大图；附图标记说明1、反应器，2、反应空间，3、催化剂进料口， 4、催化剂卸料口， 5、原料进料孔，6、 余气出气口， 7、膜分离组件，8、出氢口。
具体实施方式
如图l所示， 一种耦合催化重整一膜分离反应的方法，该方法包括如下步骤a、 将含碳氢物质和水蒸汽加热到400摄氏度至1200摄氏度，并通过调节水蒸汽流量使 反应器l中的水碳比为1.0至10.0后，送入反应器l;b、 混合气与反应器l内的重整催化剂颗粒充分接触，反应生成含氢气的混合气；c、 混合气经内置于该反应器1的高选择性透氢的膜分离组件7，氢气在反应时及时分离， 收集得到高纯度的氢气。本发明所采用的含碳氢物质为以下其中之一或一种以上的混合物天然气、甲烷、丙垸、 甲醇、乙醇、乙醚、石脑油、焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、煤层气、垃圾填埋气、生物 质、垃圾气化气、沼气或生物油其中之一；在本发明中，所用的催化剂可以是能催化重整原 料和蒸汽产生氢气的金属催化剂、双金属催化剂、金属氧化物催化剂或-卜.述催化剂的组合。本发明方法所用的耦合催化重整一膜分离反应装置，包括反应器1;其中，直接将高选 择性透氢的膜分离组件7内置于该反应器中。具体而言可以是所述反应器l内的空间为反 应空间2，反应器1的器壁设有与反应空间2相通的原料进料孔5、催化剂进料口3、催化剂 卸料口4、余气出气口6;所述高选择性透氢的膜分离组件7 (即钯膜分离器)为多个排管， 该排管的其中一端部穿过所述反应器1的器壁顶部并浸于催化剂内，排管上端设有出氢口 8， 高选择性透过的氢气在出氢口 8处被收集。甲烷(或其它含碳氢物质)和水蒸汽作为原料以 水碳比2.5至3的比例由反应器1的底部进入，使置于反应器1内的镍/氧化铝催化剂颗粒 充分流化，原料气的进口温度为650摄氏度至750摄氏度；在催化剂的作用下，原料气发生 重整反应，生成H2， CO， C02以及未反应的甲烷和水的混合气；氢气透过高选择性透氢的膜分离组件7，并在其空腔富集，从高选择性透氢的膜分离组件7顶端收集得到纯度高达99.99% 99.999%的氢气，剩余的气体则经余气出气口 6排出反应器1，以进行下一歩处理。
权利要求
1、一种利用耦合催化重整-膜分离反应装置制取高纯度氢气的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤a、将含碳氢物质和水蒸汽加热到300摄氏度至1500摄氏度，并通过调节水蒸汽流量使反应器中的水碳比为1.0至10.0后，送入反应器；b、混合气与反应器内的重整催化剂颗粒充分接触，反应生成含氢气的混合气；c、混合气经内置于该反应器的高选择性透氢的膜分离组件，氢气在反应时及时分离，收集得到高纯度的氢气。
2、 根据权利要求1所述的利用耦合催化重整一膜分离反应装置制取高纯度氢气的方法，其特 征在于，经上述C步骤所处理后的余气输入下一个所述耦合催化重整一膜分离反应装置进 行重复利用。
3、 根据权利要求1所述的利用耦合催化重整一膜分离反应装置制取高纯度氢气的方法，其特征在于，所述含碳氢物质选自如下之一或一种以上的混合物天然气、甲垸、丙烷、甲醇、 乙醇、乙醚、石脑油、焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、煤层气、垃圾填埋气、生物质、 垃圾气化气、沼气或生物油。
4、 根据权利要求1所述的利用耦合催化重整一膜分离反应装置制取高纯度氢气的方法，其特 征在于，所述催化剂为能催化重整原料和蒸汽产生氢气的金属催化剂、双金属催化剂、金 属氧化物催化剂或上述催化剂的组合。
5、 一种耦合催化重整一膜分离反应装置，包括反应器，其特征在于，直接将高选择性透氢的 膜分离组件内置于该反应器中。
6、 根据权利要求5所述耦合催化重整一膜分离反应装置，其特征在于，所述反应器内的空间为反应空间，反应器的器壁设有与反应空间相通的原料进料孔、催化剂进料口、催化剂卸 料口、余气出气口；所述高选择性透氢的膜分离组件上设有出氢口。
7、 根据权利要求5所述耦合催化重整一膜分离反应装置，其特征在于，所述高选择性透氢的 膜分离组件为管状，该管状的膜分离组件的一端闭合，另一端开孔，幵孔端可以穿过所述 反应器的器壁，所述出氢口设于该开孔端。
8、 根据权利要求5所述的耦合催化重整一膜分离反应装置，其特征在于所述膜分离组件两 端开孔，载气从一端进入、另一端出去来清扫透过膜分离组件的氢气，再进行分离产生高 纯度的氢气。
9、 根据权利要求7或8所述耦合催化重整一膜分离反应装置，其特征在于，高选择性透氢的 膜分离组件为单根管或多根管或若干管排。
10、 根据权利要求5所述的耦合催化重整一膜分离反应装置，其特征在于所述膜分离组 件可以为圆管或方管。
11、 根据权利要5所述的耦合催化重整一膜分离反应装置，其特征在于高选择性透氢膜的材料可以为金属、合金、无机物、有机物其中之一或其组合。
12、 根据权利要求5所述的耦合催化重整一膜分离反应装置，其特征在于所述膜分离组件可以为单独的高选择性透氢膜材料或附着在多孔支撑体上的高选择性透氢膜。
全文摘要
本发明公开了一种利用耦合催化重整-膜分离反应装置制取高纯度氢气的方法及装置，该方法包括如下步骤a.将含碳氢物质和水蒸汽加热到300摄氏度至1500摄氏度，并通过调节水蒸汽流量使反应器中的水碳比为1.0至10.0后，送入反应器；b.混合气与反应器内的重整催化剂颗粒充分接触，反应生成含氢气的混合气；c.混合气经内置于该反应器的高选择性透氢的膜分离组件，氢气在反应时及时分离，收集得到高纯度的氢气。本发明直接将高选择性透氢的膜分离组件内置于反应器中，使得催化重整产生的氢气从碳氢原料和蒸汽反应生成的混合气中及时分离，避免了甲烷化等副反应，提高了制氢效率；耦合了膜分离组件的反应器系统结构简单。
文档编号C01B3/00GK101214921SQ20081002574
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月10日 优先权日2008年1月10日
发明者胡蓉蓉, 闫常峰 申请人:中国科学院广州能源研究所