一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置及方法。本发明专利技术甲烷水蒸气重整制氢反应装置结构简单，仅使吸附剂进行定期再生，而使用寿命较长的催化剂不必随吸附剂进行频繁再生，在确保吸附剂的吸附作用始终能够满足使用要求的同时，不仅降低了再生过程的能耗，也避免了催化剂的活性下降；向上流动的原料与向下流动的吸附剂逆流接触，大粒径、高密度的吸附剂不会在反应器内滑落或滞留，可以及时并快速地从反应器底部排出；原料与固定的催化剂能够充分地接触并发生反应，生成的CO2立刻被吸附剂吸附，打破化学平衡限制，有利于甲烷转化率的提高。本发明专利技术所得氢气纯度高，制氢效率高，成本低，可实现连续、高效、稳定的制氢过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油化工
，具体而言，涉及一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置及方法。
技术介绍
氢气是一种重要的化工原料，广泛应用于化工、冶金及航天等领域。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续性的能源，被视为本世纪最具发展潜力的清洁能源，也被视为解决温室效应、提高能量利用率的有效替代能源。甲烷水蒸气重整制氢自1926年第一次应用至今，经过近百年的不断发展，目前已成为工业上天然气制氢最广泛应用的方法。传统的甲烷水蒸汽重整制氢过程包括：原料的预热和预处理，蒸汽转化，一氧化碳的高、低温变换，氢气提纯等工序。其中，采用固定床反应器进行甲烷水蒸气重整反应为强吸热反应，温度一般控制在750～950℃，反应压力为2～3MPa，催化剂通常为镍系催化剂。吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢技术是在甲烷水蒸汽重整反应的基础上，通过添加二氧化碳吸附剂，将重整反应过程中产生的二氧化碳脱除，从而打破化学反应平衡，提高甲烷的转化率，得到高纯度的氢气。中国专利CN1935634A提出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及装置，将甲烷水蒸气重整制氢工艺中的催化作用与吸附过程同时在复合催化剂上进行。复合吸附剂在使用一段时间由于达到吸附平衡需要进行再生，以恢复吸附活性。因此需要将复合催化剂定期送入再生单元中进行再生。但是，频繁再生过程增加了催化剂的还原过程，同时也使催化剂经历了不必要的高低温变换，催化剂中的活性组分易被氧化钙包覆，从而导致催化剂活性下降，影响制氢效果。中国专利CN103288049A提出一种流化-固定复合床反应吸附强化甲烷水蒸气重整制氢的装置及方法。将镍基重整催化剂以特定方式固定填装于复合反应器内，在反应器内原料和吸附剂同向上行，吸附剂颗粒吸附重整反应放出的CO2。存在的问题是：大粒径吸附剂(指粒径高于平均粒径的吸附剂)会在流化床反应器内滑落或滞留，这将降低吸附剂的吸附效率，影响甲烷转化率及产品收率。中国专利CN104587912A提出在流化床反应区内设置具有催化活性的泡沫金属板或将催化剂负载在泡沫金属板上，将吸附剂制成可流态化颗粒定期进行再生，泡沫金属板之间的空间和/或泡沫金属板与反应区的内壁之间的空间用于容纳可流态化颗粒，横向设置的泡沫金属板上的孔隙足以使可流态化颗粒通过。其中，泡沫金属板对甲烷水蒸汽重整反应具有催化活性，可流态化颗粒对二氧化碳具有吸附作用。但是，该方法中，由于泡沫金属板的孔隙率较低，并不能保证甲烷和水蒸气与催化剂充分的接触反应，甲烷转化率较低。将催化剂涂覆在泡沫金属板上，制备工艺较复杂，生产成本高，而且当催化剂失活后替换较为困难。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置，所述的甲烷水蒸气重整制氢反应装置结构简单，原料不易在床层中产生沟流或边壁效应，能够使吸附剂进行定期再生，有效提高催化剂利用率，所得氢气纯度高，制氢效率高，成本低，可实现连续、高效、稳定的制氢过程。本专利技术的第二目的在于提供一种采用上述的装置进行甲烷水蒸气重整制氢反应的方法，该方法工艺简单，所得氢气纯度高，制氢效率高，成本低，可实现连续、高效、稳定的制氢过程。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置，包括反应器、待生斜管、待生吸附剂输送管、再生器、再生吸附剂输送管和沉降器；反应器内设置挡板槽，挡板槽内装填催化剂；反应器顶部与沉降器连通；反应器底部设置待生斜管，待生斜管的出口与待生吸附剂输送管的下部连接；待生吸附剂输送管上部连接再生器；再生器与沉降器之间通过再生吸附剂输送管连通。本专利技术甲烷水蒸气重整制氢反应装置结构简单，将催化剂装填在挡板槽中，固定在反应器内，吸附剂制备成可流态化颗粒，仅使吸附剂进行定期再生，而使用寿命较长的催化剂不必随吸附剂进行频繁再生，在确保吸附剂的吸附作用始终能够满足使用要求的同时，不仅降低了再生过程的能耗，也避免了寿命较长的催化剂由于非必要地频繁再生而导致的活性下降；在反应器内设置挡板槽，原料不易在床层中产生沟流或边壁效应，能够使吸附剂进行定期再生，有效提高催化剂利用率，所得氢气纯度高，制氢效率高，成本低，可实现连续、高效、稳定的制氢过程。优选地，所述反应器为管式反应器。优选地，所述挡板槽为人字形挡板槽。采用管式反应器，在反应器内设置人字形挡板槽，原料不易在床层中产生沟流或边壁效应。优选地，所述挡板槽四周开孔。优选地，所述待生吸附剂输送管底部设置提升气体分布器。优选地，所述再生器底部设置再生气体分布器。优选地，所述再生吸附剂输送管上设置冷却器。再生吸附剂输送管上的冷却器可以对在再生吸附剂输送管内流动的再生吸附剂进行冷却、降温，使温度较低的再生吸附剂落入沉降器内的密相吸附剂床层，再进入反应器，有利于控制反应器的温度。优选地，所述反应器的下部设置进料分布器，进料分布器上方的区段设置挡板槽。优选地，所述待生斜管上设置待生吸附剂流量控制阀。优选地，所述再生吸附剂输送管上设置再生吸附剂流量控制阀。优选地，所述沉降器和再生器内分别设置分离器。进一步优选地，所述分离器为旋风分离器。优选地，所述沉降器的上部设置沉降器集气室，沉降器顶部设置沉降器气体出口管。优选地，所述再生器上部设置再生器集气室，再生器顶部设置再生器气体出口管。采用上述的装置进行甲烷水蒸气重整制氢的方法，包括如下步骤：沉降器内的吸附剂从反应器的顶部进入反应器并向下流动，甲烷和水蒸气混合气进入反应器并向上流动，与反应器内固定的催化剂接触进行水蒸气重整制氢反应，反应生成的CO2气体被流动的吸附剂吸附；吸附后的待生吸附剂经待生斜管进入待生吸附剂输送管的下部，在待生吸附剂输送管内向上流动，进入再生器进行高温分解反应；再生后的吸附剂进入再生吸附剂输送管，从再生吸附剂输送管的出口进入沉降器；沉降器内的气体进行气固分离，分离出的气体经处理后得到较纯净的氢气产品。向上流动的原料与向下流动的吸附剂逆流接触，由于吸附剂向下流动，大粒径、高密度的吸附剂不会在反应器内滑落或滞留，可以及时并快速地从反应器底部排出；同时，原料与固定的催化剂能够充分地接触并发生反应，生成的CO2立刻被吸附剂吸附，打破化学平衡限制，有利于甲烷转化率的提高。此外，本专利技术方法工艺简单，所得氢气纯度高，制氢效率高，成本低，可实现连续、高效、稳定的制氢过程。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术甲烷水蒸气重整制氢反应装置结构简单，将催化剂装填在挡板槽中，固定在反应器内，吸附剂制备成可流态化颗粒，仅使吸附剂进行定期再生，而使用寿命较长的催化剂不必随吸附剂进行频繁再生，在确保吸附剂的吸附作用始终能够满足使用要求的同时，不仅降低了再生过程的能耗，也避免了寿命较长的催化剂由于非必要地频繁再生而导致的活性下降；在反应器内设置挡板槽，原料不易在床层中产生沟流或边壁效应，能够使吸附剂进行定期再生，有效提高催化剂利用率，所得氢气纯度高，制氢效率高，成本低，可实现连续、高效、稳定的制氢过程。向上流动的原料与向下流动的吸附剂逆流接触，由于吸附剂向下流动，大粒径、高密度的吸附剂不会在反应器内滑落或滞留，可以及时并快速地从反应器底部排出；同时，原料与固定的催化剂能够充分地接触并发生反应，生成的CO2立刻被吸附剂吸附，打破化学平衡限制，有利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置，其特征在于，包括反应器、待生斜管、待生吸附剂输送管、再生器、再生吸附剂输送管和沉降器；反应器内设置挡板槽，挡板槽内装填催化剂；反应器顶部与沉降器连通；反应器底部设置待生斜管，待生斜管的出口与待生吸附剂输送管的下部连接；待生吸附剂输送管上部连接再生器；再生器与沉降器之间通过再生吸附剂输送管连通。

【技术特征摘要】
1.一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置，其特征在于，包括反应器、待生斜管、待生吸附剂输送管、再生器、再生吸附剂输送管和沉降器；反应器内设置挡板槽，挡板槽内装填催化剂；反应器顶部与沉降器连通；反应器底部设置待生斜管，待生斜管的出口与待生吸附剂输送管的下部连接；待生吸附剂输送管上部连接再生器；再生器与沉降器之间通过再生吸附剂输送管连通。2.根据权利要求1所述的一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置，其特征在于，所述反应器为管式反应器。3.根据权利要求1所述的一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置，其特征在于，所述挡板槽四周开孔。4.根据权利要求1所述的一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置，其特征在于，所述挡板槽为人字形挡板槽。5.根据权利要求1所述的一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置，其特征在于，所述待生吸附剂输送管底部设置提升气体分布器；所述再生器底部设置再生气体分布器。6.根据权利要求1所述的一种甲烷水蒸气重整制氢反应装置，其特征在于，所述再生吸附剂输送管上设置冷却器。7.根据权利要求1所述的一种甲烷水蒸气重整制氢反...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝石，郝代军，宋业恒，王文柯，王明党，郑红霞，岳建伟，郭巧玲，吴辰捷，席清波，唐娉玺，
申请(专利权)人：中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11