一种甲烷重整制氢方法技术

一种甲烷重整制氢方法，采用固定床-流化床反应器，反应器自上而下分为颗粒沉降区、反应区和气体缓冲区，所述的反应区沿径向由外向内或者由内向外分为固定床层和流化床层；所述的固定床层下部和所述的流化床层与所述的气体缓冲区之间设置气体可通过、催化剂颗粒不可通过的隔离板，所述的固定床层上部与所述的颗粒沉降区之间封闭，所述的流化床层上部与所述的颗粒沉降区相通，所述的固定床层上部设置流体进料口，所述的颗粒沉降区内设置气固分离器，所述的气固分离器的气相出口为反应器的流体出料口，所述的流化床层还设置流化催化剂进口和出口。本发明专利技术提供的甲烷重整制氢方法简化了装置建设及操作过程、节省了能耗，并有利于实现生产的连续化反应、再生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种甲烷重整制氢方法。技术背景氢气是一种重要的气体原料，在炼油、化工、冶金等行业应用较广，也是一种清洁的电池燃料。甲烷水蒸汽重整是目前制氢中成本最低、制氢量最大的方法，约有50％的氢气通过天然气蒸气转化法制取。甲烷水蒸气重整制氢多采用固定床反应器，制氢过程包括在800-820℃的一段或两段转化反应，副产品CO和水蒸气在300-450℃发生水煤气变换为CO2和H2，通过溶剂吸收或甲醇洗涤进一步脱除CO和CO2，最终平衡产物中CO2含量为15-20％，H2含量小于75％，可通过变压吸附得到高纯度H2。甲烷水蒸气重整制氢是强吸热、可逆反应，工艺方面存在反应温度高，氢气浓度低，反应、提纯过程步骤多，生产能力低、投资大等缺点；在催化剂方面，由于催化剂颗粒大，内部热量传递存在温度梯度，催化剂寿命短等缺陷。CN1974375A公开了一种利用化学法吸附CO2来强化甲烷水蒸气重整制氢的方法。将甲烷重整催化剂与CO2吸附剂制成复合催化剂，其中重整剂的活性组分为Ni、CO2吸附剂的活性组分为CaO，通过化学反应的方法将CO2及时从反应体系中移走，强化甲烷的水蒸气重整反应，且CaO和CO2反应放出的热量还可弥补重整制氢的强吸热要求。在CN1974375A公开的方法的基础上，CN100497160C提出了一种采用循环流化床的吸附强化甲烷水蒸气重整制氢工艺。通过采用一种复合式粉状固体催化剂实现了反应和再生的流化连续操作，有效解决了固定床传热、传质速率低的缺点，但再生过程中镍转化成氧化镍，而氧化镍并不具有甲烷水蒸气重整反应活性，需用氢气对复合催化剂上的氧化镍进行还原，除反应器、再生器外，还需再增设还原器，增加了设备投资和操作复杂度。CN101559924B提出了一种甲烷水蒸气重整制氢工艺。甲烷和水蒸气与吸附剂在混合器混合后进入反应器反应，反应器内设有催化剂。反应后的气体与吸附剂离开反应器进行分离，分离后的部分吸附剂进行煅烧再生，另一部分吸附剂移出并补加等量的新鲜吸附剂，与来自再生器的吸附剂一同进入混合器混合，实现了连续操作及催化剂和吸附剂的分离。在其基础上，CN102070125A提出的甲烷重整制氢反应装置及方法中，所用反应器为格栅式流化床反应器，格栅上涂有金属催化剂涂层。反应气夹带吸附剂通过流化床，进行甲烷重整反应。由于吸附剂的磨损性能较差，流化床会造成吸附剂的细粉增多。另外，和传统的颗粒催化剂相比，采用涂有金属的格栅作为催化剂，催化剂的表面相对较小。针对在甲烷重整制氢过程增加CO2吸附剂强化反应过程，传统的反应器已经不在适合，需要采用新的反应器结构型式，既能满足过程强化的要求，又要避免催化剂活性组元随着吸附剂再生而再生，额外增加还原过程，浪费了能量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种装填两种不同性质的重整催化剂和吸附剂的甲烷制氢方法。一种甲烷重整制氢方法，采用固定床-流化床反应器，反应器自上而下分为颗粒沉降区、反应区和气体缓冲区，所述的反应区沿径向由外向内或者由内向外分为固定床层和流化床层；所述的固定床层下部经所述的气体缓冲区与所述的流化床层相通，固定床层、流化床层与气体缓冲区之间设置气体可通过、催化剂颗粒不可通过的隔离板，所述的固定床层上部与所述的颗粒沉降区之间封闭，所述的流化床层上部与所述的颗粒沉降区相通，所述的固定床层上部设置流体进料口，所述的颗粒沉降区内设置气固分离器，所述的气固分离器的气相出口为反应器的流体出料口，所述的流化床层还设置流化催化剂进口和出口；采用两种具有协同作用的催化剂，所述的固定床层内装填不易失活的重整催化剂，易失活的CO2吸附剂经流化催化剂进口进入流化床层，甲烷与水蒸汽由流体进料口进入固定床层，与重整催化剂接触发生重整反应生成H2和CO，CO和水蒸汽反应生成CO2和H2，产物气体流出固定床层进入气体缓冲区，由气体缓冲区进入流化床层，CO2被化学吸附在CO2吸附剂上，反应气体经过流化床层进入颗粒沉降区，经气固分离器进行气固分离，分离出的反应气体流出反应器，得到氢气；分离出的CO2吸附剂返回流化床层，流化床层中的CO2吸附剂逐渐失活，经流化催化剂出口移出反应器，进入吸附剂再生器中再生后返回循环利用。本专利技术所提供的甲烷重整制氢方法的有益效果为：本专利技术提供的甲烷重整制氢方法，采用的固定床-流化床耦合反应器中分别设置催化剂固定床层和流化床层，固定床层装填重整催化剂实现甲烷重整反应，流化床层装填CO2吸附剂捕集反应过程产生的CO2，在CO2吸附剂频繁再生的过程中，重整催化剂不随CO2吸附剂再生而再生、还原。可减少催化剂的磨损，简化了装置建设及操作过程、节省了能耗、降低操作成本，并有利于实现生产的连续化反应、再生。另外，本专利技术提供的反应装置结构简单，生产效率高。附图说明图1为本专利技术采用的第一种固定床-流化床反应器结构示意图；图2为本专利技术采用的第二种固定床-流化床反应器结构示意图；图3为本专利技术采用的固定床-流化床反应装置流程示意图。具体实施方式本专利技术提供的甲烷重整制氢方法是这样具体实施的：一种甲烷重整制氢方法，采用固定床-流化床反应器，反应器自上而下分为颗粒沉降区、反应区和气体缓冲区，所述的反应区沿径向由外向内或者由内向外分为固定床层和流化床层；所述的固定床层下部经所述的气体缓冲区与所述的流化床层相通，固定床层、流化床层与气体缓冲区之间设置气体可通过、催化剂颗粒不可通过的隔离板，所述的固定床层上部与所述的颗粒沉降区之间封闭，所述的流化床层上部与所述的颗粒沉降区相通，所述的固定床层上部设置流体进料口，所述的颗粒沉降区内设置气固分离器，所述的气固分离器的气相出口为反应器的流体出料口，所述的流化床层还设置流化催化剂进口和出口；采用两种具有协同作用的催化剂，所述的固定床层内装填不易失活的重整催化剂，易失活的CO2吸附剂经流化催化剂进口进入流化床层，甲烷与水蒸汽由流体进料口进入固定床层，与重整催化剂接触发生重整反应生成H2和CO，CO和水蒸汽反应生成CO2和H2，产物气体流出固定床层进入气体缓冲区，由气体缓冲区进入流化床层，CO2被化学吸附在CO2吸附剂上，反应气体经过流化床层进入颗粒沉降区，经气固分离器进行气固分离，分离出的反应气体流出反应器，得到氢气；分离出的CO2吸附剂返回流化床层，流化床层中的CO2吸附剂逐渐失活，经流化催化剂出口移出反应器，进入吸附剂再生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲烷重整制氢方法，其特征在于，采用固定床‑流化床反应器，反应器自上而下分为颗粒沉降区、反应区和气体缓冲区，所述的反应区沿径向由外向内或者由内向外分为固定床层和流化床层；所述的固定床层下部经所述的气体缓冲区与所述的流化床层相通，固定床层、流化床层与气体缓冲区之间设置气体可通过、催化剂颗粒不可通过的隔离板，所述的固定床层上部与所述的颗粒沉降区之间封闭，所述的流化床层上部与所述的颗粒沉降区相通，所述的固定床层上部设置流体进料口，所述的颗粒沉降区内设置气固分离器，所述的气固分离器的气相出口为反应器的流体出料口，所述的流化床层还设置流化催化剂进口和出口；采用两种具有协同作用的催化剂，所述的固定床层内装填不易失活的重整催化剂，易失活的CO2吸附剂经流化催化剂进口进入流化床层，甲烷与水蒸汽由流体进料口进入固定床层，与重整催化剂接触发生重整反应生成H2和CO，CO和水蒸汽反应生成CO2和H2，产物气体流出固定床层进入气体缓冲区，由气体缓冲区进入流化床层，CO2被化学吸附在CO2吸附剂上，反应气体经过流化床层进入颗粒沉降区，经气固分离器进行气固分离，分离出的反应气体流出反应器，得到氢气；分离出的CO2吸附剂返回流化床层，流化床层中的CO2吸附剂逐渐失活，经流化催化剂出口移出反应器，进入吸附剂再生器中再生后返回循环利用。...

【技术特征摘要】
1.一种甲烷重整制氢方法，其特征在于，采用固定床-流化床反应器，
反应器自上而下分为颗粒沉降区、反应区和气体缓冲区，所述的反应区沿
径向由外向内或者由内向外分为固定床层和流化床层；所述的固定床层下
部经所述的气体缓冲区与所述的流化床层相通，固定床层、流化床层与气
体缓冲区之间设置气体可通过、催化剂颗粒不可通过的隔离板，所述的固
定床层上部与所述的颗粒沉降区之间封闭，所述的流化床层上部与所述的
颗粒沉降区相通，所述的固定床层上部设置流体进料口，所述的颗粒沉降
区内设置气固分离器，所述的气固分离器的气相出口为反应器的流体出料
口，所述的流化床层还设置流化催化剂进口和出口；
采用两种具有协同作用的催化剂，所述的固定床层内装填不易失活的
重整催化剂，易失活的CO2吸附剂经流化催化剂进口进入流化床层，甲烷
与水蒸汽由流体进料口进入固定床层，与重整催化剂接触发生重整反应生
成H2和CO，CO和水蒸汽反应生成CO2和H2，产物气体流出固定床层进
入气体缓冲区，由气体缓冲区进入流化床层，CO2被化学吸附在CO2吸附
剂上，反应气体经过流化床层进入颗粒沉降区，经气固分离器进行气固分
离，分离出的反应气体流出反应器，得到氢气；分离出的CO2吸附剂返回
流化床层，流化床层中的CO2吸附剂逐渐失活，经流化催化剂出口移出反
应器，进入吸附剂再生器中再生后返回循环利用。
2.按照权利要求1的甲烷重整制氢方法，其特征在于，所述的固定床
-流化床反应器中，所述的的颗粒沉降区、反应区和气体缓冲区的高度比范
围为：(0.2～0.4)：1：(0.2～0.4)。
3.按照权利要求1或2的甲烷重整制氢方法，其特征在于，所述的固
定床-流化床反应器中，所述的固定床层与所述的流化床层的截面积之比为

\t1：(0.4～1.5)。
4.按照权利要求1或2的甲烷重整制氢方法，其特征在于，所述的固
定床-流化床反应器中，所述的流化催化剂入口设置于流化床层的底部，所
述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丙田，侯栓弟，武雪峰，汪燮卿，李锐，张久顺，毛安国，张哲民，张同旺，赵俊杰，刘凌涛，宋宁宁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11