[发明专利]用于制造氢气的方法

说明书

本发明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。

从碳基燃料制备氢气的方法和氢气与其他气体(碳的氧化物)的分 离被描述在例如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氢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甲烷产生氢气以使氢气产率可 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)进行加热。该方法涉及制备氢 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，其中制备的氢气通过利用选择性氢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，脱氢的速率和氢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氢气得以 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。

根据本发明的第一方面，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氢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(sweep gas)。

当使用包括选择性氢气可渗透膜的反应器时，本发明的方法可以 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3bar(300kPa)或更高，如10bar或更 高(1MPa)。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。