用于制造氢气的方法技术

描述了用于在包含被选择性氢气可渗透膜分开的第一和第二区域的反应器中由含氢化合物制备氢气的方法，其中产生氢气的反应发生在第一区域和氢气从第一区域通过选择性氢气可渗透膜渗透到第二区域，其中吹扫气物流与渗透的氢气在第二区域中结合，其中在反应器的第二区域中的分压被维持在大于３０ｐｓｉ（２０７ｋＰａ）的水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制备用于电力产生的氢气，更具体地涉及在包含可选 择性渗透氢气的膜的反应器中由含氢化合物(如，烃)制备氢气。燃烧化石燃料以产生电力和/或加压蒸汽导致二氧化碳的形成，其 为所谓的温室气体。为了减少上述温室气体向大气的大气排放，越来 越多的注意被集中在将氢气作为燃料，因为单位质量产生的能量高， 并且唯一燃烧产物是水。然而，现在所生产的大多数的氢气来源于化 石燃料，例如来自提炼过程，如催化重整，或通过由烃产生合成气的 过程，如蒸汽重整、自热重整或部分氧化。因此，氢气的制备仍然导 致了二氧化碳的产生。因此，如果二氧化碳向大气的排放可以被消除， 或至少被减少，同时还可以从使用氢气作为能源得到益处将是有利 的。从碳基燃料制备氬气的方法和氬气与其他气体(碳的氧化物)的分离一皮描述在例如US4， 810, 485中，其涉及用于氢气形成反应(例如， 蒸汽重整或水煤气变换反应)的反应器，反应器另外包括氢气离子多孔 箔，如镍箔。氢气离子多孔箔能够选择性移出在氢气形成反应中产生 的氢气。从所述反应器的蒸汽重整部分移出氬气不断地移动在其中的 平衡，导致制备更多的氢气和能够获得更高的氢气产率。描述了在方 法中使用反应器以便通过蒸汽重整由曱烷产生氲气以使氲气产率可 到达90%。WO 02/70402还描述了用于转化可蒸汽化烃以产生氢气和二氧化 碳的反应器，这种反应器包括氢气可渗透膜。所述反应器通过在反应 器的与发生蒸汽重整和氢气分离过程的区域分离的区域中的无焰分 散燃烧(flameless distributed combustion)进4亍力口热。该方法涉及制备氬 气和二氧化碳，同时将一氧化碳的产生减少到最小。氢气适合于在燃 料电池中使用以产生电流。据宣称，98%的甲烷转化和99%的氢气渗 入比率是可以达到的。US 5，741,474描述了通过向反应器进料烃或包含氧原子的烃、水 和氧气制备高纯度氢气，所述反应器包括用于蒸汽重整和部分氧化的 催化剂，其中制备的氩气通过利用选择性氬气可渗透膜管在反应器中进行分离以产生高纯度氢气物流。据宣称，将蒸汽重整与部分氧化结 合改善该方法的热效率以及改善氢气产率。Itoh等在Catalysis Today, 2003, vol 82， pp 119-125中描述了使用 用于选择性移出氢气的钯膜反应器的环己烷的脱氢的方法，其中当穿 过该膜的压差被提高时，脱氢的速率和氲气回收的速率被提高。据宣 称，使所述膜的渗透侧上的压力保持在尽可能低是有利的，以便改善 氢气的制备速率。据宣称，将该膜的氢气回收侧保持在大气压力或更 低以便保持氢气流量(flux)。虽然使反应物转化率和氢气产率最大是合意的，需要使穿过该膜 的氢气分压梯度最大一般地意味着仅仅低的压力或分压的氬气得以 制备。因此，对于要求高氢气压力的应用(例如使用燃气涡轮机的燃烧) 将需要昂贵的压缩技术。因此，减少或甚至除去气体压缩的需求是合 意的。根据本专利技术的第 一方面，提供了在反应器中从含氢化合物制备氢 气的方法，所述反应器具有被选择性氬气可渗透膜分开的第 一 区域和 第二区域，所述方法包括步骤(a) 将含氢化合物进料到反应器的第一区域；(b) 维持在其中的条件，这样含氢化合物反应以产生氬气；(c) 维持反应器的第二区域中的条件，这样在第一区域中产生的 氢气渗透过该选择性氢气可渗透膜到第二区域；(d) 从反应器的第一区域移出包括没有渗透过选择性氬气可渗透 膜的组分的物流；和(e) 从反应器的第二区域移出包括已渗透穿过该选择性氢气可渗 透膜的氢气的物流，氢气分压维持在大于30psi(207kPa)的值，特征在于还向反应器的第二区域进料吹扫气(sweep gas)。 当使用包括选择性氩气可渗透膜的反应器时，本专利技术的方法可以 获得高氢气压力。在反应器的第二区域中的氢气分压被维持在大于 30psi (207kPa)的水平，优选地为3 bar (300kPa)或更高，如10bar或更 高(lMPa)。这是有利的，因为它使得减少能源消耗量大的和昂贵的装 置的使用，否则，将要求使渗透的氢气压缩到更高压力，如，用作燃 气涡轮机的燃料。向反应器的第二区域以 一定压力进料吹扫气。使用被吹扫气稀释的氢气物流对其中纯氢气进料是不适合的应用是有利的，如氢气在燃 气涡轮机中的燃烧。由纯的氢气进料释放的热量，特别地在燃气涡轮 机一般地需要的压力下，将损坏涡轮设备和使得它的运行不安全。使 用吹扫气的另一个优点是，它可以在该方法的下游可能进一步要求的 压力下被进料到反应器的第二区域，这减少了膜的表面面积，该表面 面积否则将是在上述压力下产生纯氢气物流所必需的。使用吹扫气可以提供氢气物流，该氢气物流不仅为使用所需要的 压力，而且具有适合于保证安全和有效的燃气涡轮机运行的氢气浓 度。通过在制备源制备合适浓度的稀释的氢气物流，除去了对附加的 处理步骤(以在被供应给燃气涡轮机之前进一步改变氢气物流的组成) 的需要，这降低了方法的复杂性和相关的运行和投资成本。吹扫气优选地是惰性气体，其在反应器的第二区域内的条件下不 会与氢气反应。吹扫气优选地选自氮气、氩气和蒸汽中的一种或多种。 在吹扫气和氢气的混合物中的氢气(H2)的摩尔浓度优选地最高为80%,更优选地在10%-70%的范围内。还更优选地，氢气的摩尔分数 在40%-60%范围内。使用蒸汽和/或氮气作为吹扫气对于已经具有现有的加压蒸汽和/ 或氮气的供给的生产现场(production sites)是特别有利的，这因此避免 或至少减少了对附加的加压设备的需要，否则需要该加压设备以获得 需要的吹扫气压力。一般地，供应给燃气涡轮机的氬气物流要求至少15 bara(1.5MPa) 的总压力，如在20-30 bara (2-3MPa)的范围内。优选地，氩气和吹扫 气在反应器的第二区域的总压力为至少3 bara (0.3MPa)。还可以使用 更高的压力，如至少10 bara (lMPa),例如至少15 bara (1.5MPa)，或 至少20 bara (2MPa),如在20-30 bara (2-3MPa)的范围内。维持在反应器的第 一 区域中的条件，这样氢气能够从第 一 区域渗 透通过选择性氩气可渗透膜到第二区域。这通过在第 一 区域内维持较 高的氢气分压(与第二区域相比较)来获得。本专利技术的反应器具有两个区域。在第一区域中，反应发生，其中 氢气由通过合适的进口被进料到第 一反应区域的含氢化合物进行制 备。第二区域接收渗透过分开该两个区域的选择性氢气可渗透膜的氢在反应器的第 一 区域中的反应优选地是蒸汽重整和/或部分氧化 反应，该反应一般地在蒸汽和/或氧气存在下由含氢化合物(如烃或含氧(oxygenated)有机化合物)产生氢气。合适的含氩化合物包括天然气 (或者从天然气田通过管道被直接提供，例如或以液化天然气的形式)， 液化石油气(例如丙烷、丁烷)，醇如曱醇或乙醇，或者高级烃，如C6-C10 烷烃。优选地，该含氢化合物是天然气。蒸汽重整反应引起氢气和碳的氧化物的产生。措辞"碳的氧化物" 指一氧化碳和二氧化碳的混合物，在下文中将被称为COx。优选地， 该过程被蒸汽重整催化剂进行催化，该催化剂的实例包括包含选自 镍、钌、柏、本文档来自技高网...

【技术保护点】
在具有用选择性氢气可渗透膜分开的第一区域和第二区域的反应器中由含氢化合物制备氢气的方法，所述方法包括步骤：　（ａ）将含氢化合物进料到反应器的第一区域；　（ｂ）维持在其中的条件，这样含氢化合物反应以产生氢气；　（ｃ）维持反应 器的第二区域中的条件，这样在第一区域中产生的氢气渗透过该选择性氢气可渗透膜到第二区域；　（ｄ）从反应器的第一区域移出包括没有渗透过选择性氢气可渗透膜的组分的物流；和　（ｅ）从反应器的第二区域移出包括已渗透穿过该选择性氢气可渗透膜 的氢气的物流，氢气分压维持在大于３０ｐｓｉ（２０７ｋＰａ）的值，　特征在于：还向反应器的第二区域进料吹扫气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA富尔塞斯，RN哈珀，
申请(专利权)人：英国石油有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]