[发明专利]用于焦炉粗煤气混合重整制氢工艺中的透氧膜反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于焦炉粗煤气混合重整制氢工艺中的透氧膜反应器，属于焦炉煤气重整反应装置技术领域。

背景技术

为促进未来清洁氢能经济的发展，开发高效、经济、大规模的氢气制备技术是亟待解决的关键问题之一。现有氢气制备方法很多，虽然利用太阳能、风能、地热等可再生能源制氢是最理想的模式，但现在利用这些可再生能源通过光解、热解、电解或微生物分解等方法制备的氢能都不具备规模化和经济性。目前世界上可用于规模制氢的成熟方法主要是水电解和化石能源制氢(煤、天然气和液体化石能源)。利用化石能源制氢中，主要包括甲烷的水蒸汽重整、石脑油的重整和净焦炉煤气的分离等。作为焦化过程的副产品，焦炉煤气不仅量大价廉，而且富含50％以上的氢气，是一种优质的制氢原料。目前通过变压吸附(PSA)技术对净焦炉煤气中的原始H₂组分进行分离和纯化制氢已是比较成熟的工业化工艺，分离效率可以达到70％以上。但是，此工艺只回收了焦炉煤气中的原始H₂组分。在现阶段，净焦炉煤气是通过焦炉粗煤气的焦油回收、煤气脱硫、煤气脱萘和粗苯等净化处理工序后得到的。实际上从焦炉排出的焦炉粗煤气，未身不仅具有800℃以上的高温物理显热，还含H₂、H₂O、CH₄、CO和CO₂等永久性气体成分和焦油等易挥发高碳氢化合物成分。在焦炉粗煤气的净化处理过程，冷凝过程损失了焦炉粗煤气的高物理显热，许多没有煤气净化工序的焦化厂把焦化过程产生的大量焦炉粗煤气直接放空燃烧，造成了能源的巨大浪费和严重的环境污染。从经济、环保和资源的有效利用方面来说，如果把高温焦炉粗煤气整体作为一种资源，充分利用焦炉粗煤气的高物理显热，直接将焦炉粗煤气中的碳氢化合物组分进行裂解重整，而不是冷凝净化，把焦炉粗煤气的高物理显热和高化学能组分尽可能地转为清洁氢气。这样不仅使从焦炉粗煤气制得氢气的量比利用变压吸附技术分离净焦炉煤气中原始氢的产氢量大幅度甚至成倍增加，也为促进清洁氢能经济的发展解决规模制氢的问题。

另外，研究设计出一种新型的透氧膜反应器，就成为当前的迫切需要解决的技术核心问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于焦炉粗煤气混合重整制氢工艺中的透氧膜反应器，这是煤气重整反应中的关键性的、至为重要的装置。

本发明一种用于焦炉粗煤气混合重整制氢工艺中的透氧膜反应器，它包括有焦炉粗煤气进气口、不锈钢密封构件、反应产物出口、催化剂床、透氧膜、电加热器、富氮气出口、金属密封圈、空气入口、上套管、下套管和中心套管；其特征在于：整个透氧膜反应器为纵向立式布置形式，装置中心套管内设置有催化剂床及位于其下的透氧膜和与透氧膜上下表面接触的上套管和下套管，透氧膜与上下两套管之间通过金属密封圈密封；中心套管外侧周围设置有一电加热器；在装置中心套管顶部设置有焦炉粗煤气进气口；其外侧与上套管内测的空间与反应产物出口连通；焦炉煤气进气口插入催化剂床内；在装置中心套管的底部设置有空气入口；在其稍上的位置设置有与下套管内侧相通、且位于侧面的富氮气出口；本装置的主体上、下部均设有防止漏气的不锈钢密封构件；本装置中的催化剂床和透氧膜的化学物质的组成如下：

(a)催化剂床中的催化剂为水滑石型催化剂，其分子式为Ni_0.5Mg_2.5AlO_δ；

(b)透氧膜为一种混合导体透氧膜，其分子式为：BaCo_0.4Fe_0.4Nb_0.2O_3-δ(0＜δ＜3)。

将焦炉粗煤气直接引入本发明的混合导体透氧膜反应器中，在催化剂作用下，利用焦炉粗煤气本身携带的水蒸汽以及空气渗透过透氧膜所提供的氧，从而发生重整反应，得到H₂、CO和CO₂等小分子气体。

附图说明

图1为本发明的透氧膜反应器装置的结构示意图。

图2为本发明所用的水滑石型催化剂的X射线衍射(XRD)图。

图3为反应前后小分子气体流量的变化图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1