本实用新型专利技术公开了一种甲烷催化裂解制备氢气的反应装置，包括反应器、催化剂料仓、换热器、加热器、冷却器、分离器、过滤器和料斗；反应器上开设原料入口、催化剂入口和反应物出口，催化剂料仓的出料口与催化剂入口相连通，反应物出口依次与换热器内第一换热通道、冷却器的进口端相连通，冷却器的出口端与分离器的进口端相连通，分离器的气体出口端与过滤器的进口端相连通，分离器的固体出口端和过滤器的固体出口端均与料斗的进口端相连通，原料气体输送管路依次与换热器内的第二换热通道和加热器的进口端相连通，加热器的出口端与原料入口相连通。其实现了氢气的连续稳定生产，整个过程无任何CO2排放，保证甲烷具有较高转化率。保证甲烷具有较高转化率。保证甲烷具有较高转化率。
【技术实现步骤摘要】
一种甲烷催化裂解制备氢气的反应装置
[0001]本技术涉及氢气制备
，具体涉及一种甲烷催化裂解制备氢气的反应装置。
技术介绍
[0002]随着化石能源消耗的加剧，碳排放量的逐年上升，寻找新的替代能源已经成为当前的一个重要任务。氢作为现今最具有发展潜力的一种能源，来源广泛，几乎不产生污染，转化效率高，应用前景广泛。利用甲烷制取氢气，可以在一定程度上缓解我国能源危机，进一步促进我国能源利用结构的转变。
[0003]目前，甲烷制氢主要的方式为重整制氢，工艺原理是：首先对甲烷进行预处理，然后在转化炉内800～900℃高温以及氧化镍催化剂的作用下，将甲烷和水蒸汽转化为一氧化碳和氢气等，余热回收后，在变换塔内300
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400℃的温度条件以及三氧化二铁催化剂作用下，将一氧化碳变换成二氧化碳和氢气。甲烷重整制氢技术成熟，工艺安全可靠，氢转化率高，环境污染小，是目前普遍采用的制氢方式，在天然气制氢市场占有率90％以上。但是，上述制氢过程中无法避免在重整反应完成后产生二氧化碳排放，根据国际能源署IEA的数据，天然气重整制氢单位碳排放量约为10kgCO2/kgH2，如果对排放的CO2进行捕捉封存，那么制氢成本会急剧上升，经济性大幅降低。随着甲烷催化裂解制备氢气技术基础研究的突破，天然气催化裂解制氢将逐渐显现其优势并将成为制氢方式的新选择。
[0004]甲烷催化裂解制备氢气技术原理是在650℃左右的高温环境，在催化剂的作用下，甲烷的碳氢键发生断裂，生成氢气和固态碳，固态碳在催化剂的表面生长，形成一种碳纳米材料。反应后的气固混合物冷却后经分离，混合气经提纯即可得到高纯度氢气。整个工艺过程并不产生任何CO2，而且反应生成的固态碳材料也具有较高的经济价值。
[0005]甲烷催化裂解制氢技术关键在于催化剂选型以及催化裂解反应装置的设计。目前，越来越多的厂家投入到这种工艺的研究当中，催化剂的选型已经取得一定的突破，可以预见这种催化裂解制备氢气工艺将具有良好的应用前景。
[0006]但是，目前的甲烷催化裂解制备氢气的反应装置的连续生产能力较差，运行成本较高，生产效率低，而且固态碳得不到很好的回收利用，降低了整个工艺过程的经济效益。
技术实现思路
[0007]为了解决上述
技术介绍
中存在的问题，本技术提供一种甲烷催化裂解制备氢气的反应装置，其实现了氢气的连续稳定生产，整个过程无任何CO2排放，并可对裂解气和原料气体之间进行热交换，以回收热量，降低设备运行成本，还可对固态碳材料进行有效的回收利用。
[0008]为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：
[0009]本技术提供一种甲烷催化裂解制备氢气的反应装置，包括反应器、催化剂料仓、换热器、加热器、冷却器、分离器、过滤器和料斗；
[0010]所述反应器上开设有原料入口、催化剂入口和反应物出口，所述催化剂料仓的出料口通过管路与所述催化剂入口相连通，所述反应物出口通过管路与所述换热器内第一换热通道的进口端相连通，所述换热器内第一换热通道的出口端通过管路与所述冷却器的进口端相连通，所述冷却器的出口端通过管路与所述分离器的进口端相连通，所述分离器的气体出口端与所述过滤器的进口端相连通，所述分离器的固体出口端和所述过滤器的固体出口端均与所述料斗的进口端相连通，所述换热器内第二换热通道的进口端与原料气体输送管路相连通，所述换热器内的第二换热通道的出口端通过管路与加热器的进口端相连通，所述加热器的出口端通过管路与所述原料入口相连通，加热器为电加热器，其具有温度调节和控制功能。
[0011]具体工作原理如下：
[0012]催化剂料仓内的催化剂与经换热器和加热器加热至650℃的原料气体
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甲烷按照一定的配比通入到反应器内，在反应器内充分接触，在催化剂的作用下，甲烷的碳氢键发生断裂生成氢气和固态碳，固态碳在催化剂表面生长，形成碳纳米材料；
[0013]换热器用于对反应器内制得的裂解气的热量进行回收，裂解气由反应器的反应物出口进入至换热器的第一换热通道中，其与换热器内第二换热通道中的原料气体进行热交换，降低裂解气温度同时对原料气体进行预热；
[0014]加热器用于将预热后的原料气体
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甲烷进一步加热到甲烷裂解所需的最佳温度650℃；
[0015]冷却器用于将经换热器换热处理后裂解气(气固混合物)快速冷却到40℃以下并进入分离器下部的进口端；
[0016]分离器可将经冷却器冷却后的气固混合物进行分离，分离出来的固态碳材料由分离器底部的固体出口端进入至料斗，分离出来的气体由分离器顶部的气体出口端进入至过滤器；
[0017]气体经过滤器过滤处理后，进入至后端的PSA装置进行氢气提纯，过滤器过滤出的固态碳材料由过滤器底部的固体出口端进入至料斗。
[0018]进一步地改进在于，所述催化剂料仓的出料口处安装有计量装置，所述催化剂料仓的出料口与所述反应器上催化剂入口之间的管路上还设有用于输送助推气的助推气管路，所述助推气管路上安装有控制阀门。
[0019]催化剂料仓中的催化剂经计量装置精准计量后，在助推气管路内助推气的作用下，以一定的速率由催化剂入口进入至反应器中。
[0020]进一步地改进在于，所述催化剂料仓为密闭结构，且所述催化剂料仓上设有加料口、保护气入口和排放口。
[0021]通过加料口可及时向催化剂料仓中补加催化剂，保证设备的连续生产，通过保护气入口和排放口的配合使用，可对催化剂料仓内催化剂加压，便于催化剂由管路进入至反应器。
[0022]进一步地改进在于，所述反应器上原料入口处安装有流量控制器。
[0023]通过设置，可控制催化剂和加热到合适温度的原料气体
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甲烷按照一定的配比通入至反应器内进行反应。
[0024]进一步地改进在于，所述换热器为多级管式换热器，保证了裂解气和原料气体在
换热器内充分进行热交换。
[0025]进一步地改进在于，所述料斗为密闭结构，所述料斗上设有充压口和压力释放口，所述料斗底端开设有固态碳回收口。
[0026]当回收固态碳材料时，首先关闭分离器底部的程控阀，打开压力释放口排尽料斗内的气体然后关闭，再从充压口充入保护气N2，从压力释放口排空，重复操作2
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3次，保持料斗内微正压，打开料斗底部的阀门，在重力的作用下，固态碳材料从料斗底部排出。
[0027]进一步地改进在于，所述过滤器的滤芯为金属网滤芯，过滤精度为25μm，所述过滤器上设有压差变送器，所述压差变送器两端分别与所述过滤器的进口端和所述过滤器的气体出口端相连接。
[0028]进一步地改进在于，所述反应器为流化床反应器。
[0029]与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：
[0030]本技术中的反应装置，催化剂和原料气体可持续定量输送至反应器中进行反应，经换热器对反应器内制得的裂解气的热量进行回收，并将热量用于对原料气体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种甲烷催化裂解制备氢气的反应装置，其特征在于，包括反应器、催化剂料仓、换热器、加热器、冷却器、分离器、过滤器和料斗；所述反应器上开设有原料入口、催化剂入口和反应物出口，所述催化剂料仓的出料口通过管路与所述催化剂入口相连通，所述反应物出口通过管路与所述换热器内第一换热通道的进口端相连通，所述换热器内第一换热通道的出口端通过管路与所述冷却器的进口端相连通，所述冷却器的出口端通过管路与所述分离器的进口端相连通，所述分离器的气体出口端与所述过滤器的进口端相连通，所述分离器的固体出口端和所述过滤器的固体出口端均与所述料斗的进口端相连通，所述换热器内第二换热通道的进口端与原料气体输送管路相连通，所述换热器内的第二换热通道的出口端通过管路与加热器的进口端相连通，所述加热器的出口端通过管路与所述原料入口相连通。2.根据权利要求1所述的甲烷催化裂解制备氢气的反应装置，其特征在于，所述催化剂料仓的出料口处安装有计量装置，所述催化剂料仓的出料口与所述反应器上催化剂入口之间的管路上...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶建立，
申请(专利权)人：中晶城康资源再生利用技术有限公司，
类型：新型
国别省市：
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