[发明专利]一种催化重整制氢方法与催化装置

说明书

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，更具体地说，涉及一种催化重整制氢方法与催化装置。

背景技术

催化重整是一种高效的制氢方法，包括甲烷水蒸气重整制氢、乙醇水蒸气重整制氢等，其中，常用的催化剂包括镍基催化剂和铜基催化剂等，按形状可以分为颗粒状催化剂和整体蜂窝式催化剂等，其中，颗粒状催化剂分为纳米颗粒状催化剂和非纳米颗粒状催化剂，整体蜂窝式催化剂则是由纳米颗粒状催化剂和非纳米颗粒状催化剂经过挤压成型制备得到。

现有的催化装置通常采用尺寸细小的颗粒状催化剂填装，随着纳米技术的发展，人们发现颗粒的表面积与催化剂的活性有密切相关，从而制造颗粒状催化剂成为了催化重整制氢装置的首要步骤。以颗粒状催化剂填装催化装置时，通入的原料气体在催化剂表面充分混合，然而，原料气体经过填装的颗粒状催化剂表面时，颗粒状催化剂之间杂乱无章的分布无形之中给气体流动形成了阻力，形成了紊流的流场。因此，原料气体经过该以颗粒状催化剂填装的催化装置时，易在颗粒状催化剂表面形成积碳，堵塞催化剂气体通道，使得催化剂易于失效，缩短催化剂的使用寿命。此外，颗粒状催化剂填装的催化装置气体流阻较大，要求原料气体的进口压力和流量需较大，当气体压力和流量较小时，原料气体几乎难以通过颗粒状催化剂填装的催化重整装置，催化重整效果大打折扣。

为了解决催化剂因积碳引起的失效，延长催化剂的使用寿命，相关研究人员进一步研制了整体式蜂窝状催化剂，例如申请号为200510086319.1和申请号为99806550.1的中国专利申请分别报道了采用整体式蜂窝状催化剂填装的催化装置，与颗粒状催化剂填装相比，整体式蜂窝状催化剂填装的催化装置在一定程度上降低了催化剂因积碳引起的失效。但是，目前制备的整体式蜂窝状催化剂的长度较短，长径比较小，需要多个层叠使用才会产生催化制氢的效果，因此，当原料气体通入时，该催化装置内流场分布趋于层流和紊流共存。由于该催化装置内部气流存在紊流，使得气体在催化剂表面通过时易于在紊流产生处堆积碳黑，堵塞催化剂的气体通道，降低了催化寿命。此外，整体式蜂窝状催化剂在工作过程中易发生粉化现象，从而使催化剂失效。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种催化重整制氢方法，该方法避免了制氢过程中积碳现象的发生，催化重整制氢的转化效率较高。另外，本发明要解决的技术问题还在于提供一种用于催化重整制氢的催化装置，该装置可以降低积碳现象的发生，避免催化剂粉化。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种催化重整制氢方法，包括：

以长径比≥20的金属催化管为催化装置，将第一气体原料与水蒸气的混合气体通入所述金属催化管内，反应后得到氢气。

优选的，所述第一气体原料为天然气、气态乙醇或甲烷。

优选的，所述反应温度为200～950℃。

优选的，所述金属催化管的材质为镍、铜、钛、钯、金、银、铂或锰。

相应的，本发明还提供一种用于催化重整制氢的催化装置，包括：

分别具有通气孔的第一连接板和第二连接板；

设置于所述第一连接板与第二连接板之间的金属催化管，所述金属催化管通过所述通气孔分别与所述第一连接板和第二连接板相连接，所述金属催化管的长径比≥20。

优选的，还包括分别设置于所述金属催化管两端的第一缓冲室腔壁和第二缓冲室腔壁，所述第一缓冲室腔壁与所述第一连接板围成第一缓冲室，所述第一缓冲室腔壁上设置有进气口，所述第二缓冲室腔壁与所述第二连接板围成第二缓冲室，所述第二缓冲室腔壁上设置有出气口。

优选的，还包括设置于所述第一缓冲室内的进气分散管。

优选的，还包括套置于所述金属催化管外的套管，所述金属催化管为单根金属催化管或多根平行放置的金属催化管。

优选的，所述金属催化管的材质为镍、铜、钛、钯、金、银、铂或锰。

优选的，所述金属催化管的长径比为40～80。

本发明提供一种催化重整制氢方法，包括：以长径比≥20的金属催化管为催化装置，将第一气体原料与水蒸气的混合气体通入所述金属催化管内，反应后得到氢气。与现有技术相比，由于本发明以长径比≥20的金属催化管为催化装置，因此，第一气体原料与水蒸气在该催化装置内形成层流，避免了在制氢过程中由于紊流带来的积碳现象的发生，提高了催化剂的寿命和催化重整制氢的转化效率。另外，由于该金属催化管具有很好的强度，不易发生粉化现象，从而保证了在催化重整制氢过程中催化效果。