[发明专利]复合式反应器水蒸汽重整制氢方法及装置

权利要求书

1.一种复合式反应器水蒸汽重整制氢装置，包括固定床反应器(1)，其特征在于所述装置还包括半循环流化床反应器，所述的半循环流化床反应器主要包括流化床提升管反应器(2-1)、旋风分离器(2-2)和吸附剂再生器(2-3)；

在所述的固定床反应器(1)中，装有工业圆柱形镍基催化剂，原料和水蒸汽从所述固定床反应器(1)顶端的气体入口(1-1)通入后，在所述固定床反应器(1)中，在所述的工业圆柱形镍基催化剂作用下，进行高温催化重整反应而产生混合气体，所述的混合气体通过所述固定床反应器(1)底端的气体出口(1-2)和气管及所述流化床提升管反应器(2-1)底端的气体入口(2-1-3)，输送到所述流化床提升管反应器(2-1)中；

所述流化床提升管反应器(2-1)的形状为上部呈圆管形、底端呈截锥管形，所述流化床提升管反应器(2-1)的内径为300～3000mm，且所述底端截锥管的下底面不封口，即底端气体入口(2-1-3)，在所述的上部圆管与底端截锥管的结合处装设有第一气体分布板(2-1-4)，所述的第一气体分布板(2-1-4)开孔率为1％～10％、孔直径为0.5～2.5mm，在所述上部圆管的下部一侧设置有一圆通孔，即进料口，在所述进料口处固接一进料管(2-1-5)，所述的镍基催化剂颗粒和二氧化碳吸附剂颗粒通过所述进料管(2-1-5)和所述进料口装入所述的流化床提升管反应器(2-1)中，所述镍基催化剂颗粒的粒径为500～800μm，所述二氧化碳吸附剂颗粒的粒径为45～150μm，所述镍基催化剂颗粒的质量∶二氧化碳吸附剂颗粒的质量之比为1∶2～10，在所述上部圆管顶端的一侧设置一圆通孔，即顶部出口(2-1-7)，并通过气管与所述旋风分离器(2-2)的上部一侧的旋风分离器入口(2-2-1)连通，在所述上部圆管的底端的同一侧设置一圆通孔，即循环颗粒入口(2-1-6)；

所述旋风分离器(2-2)的回料腿(2-2-3)与所述吸附剂再生器(2-3)的固体颗粒入口(2-3-2)连通，所述的回料腿(2-2-3)与所述吸附剂再生器(2-3)的夹角为15°～45°，所述旋风分离器(2-2)顶部的气体出口(2-2-2)将旋风分离器(2-2)分离出的气体经除尘器后获得氢气产品；

所述吸附剂再生器(2-3)形状为上部呈圆管形、底端呈漏斗形，所述上部圆管形内径为500～5000mm，并在顶端面的轴向中心设置一圆孔，即吸附剂再生器(2-3)的气体出口(2-3-1)，在所述的吸附剂再生器(2-3)上部一侧设置一固体颗粒入口(2-3-2)，所述的吸附剂再生器(2-3)通过所述固体颗粒入口(2-3-2)和所述回料腿(2-2-3)与所述旋风分离器(2-2)的底端连通，在所述的吸附剂再生器(2-3)的底端同一侧设置一固体颗粒出口(2-3-3)，在所述吸附剂再生器(2-3)的固体颗粒出口(2-3-3)与所述流化床提升管反应器(2-1)的循环颗粒入口(2-1-6)之间固接一倾斜管(2-3-7)，所述倾斜管(2-3-7)与所述流化床提升管反应器(2-1)的夹角为15°～30°，在所述的倾斜管(2-3-7)上，装设有调节阀(2-3-6)，在所述吸附剂再生器(2-3)的底部设置辅助气体入口(2-3-5)；在所述上部圆管形与底端漏斗形的结合处装设有第二气体分布板(2-3-4)，所述第二气体分布板(2-3-4)开孔率为1％～15％、孔直径为0.5～2.5mm。

2.一种复合式反应器水蒸汽重整制氢的方法，利用权利要求1所述的装置制得氢气产品，其特征在于所述方法的具体步骤如下：

(1)镍基催化剂还原

先在权利要求1所述装置的固定床反应器(1)中装入工业圆柱形镍基催化剂，并从权利要求1所述装置的流化床提升管反应器(2-1)的进料管(2-1-5)处装入镍基催化剂颗粒和二氧化碳吸附剂颗粒，所述镍基催化剂颗粒的粒径为500～850μm，所述二氧化碳吸附剂颗粒的粒径为45～150μm，所述镍基催化剂颗粒的质量∶二氧化碳吸附剂颗粒的质量之比为1∶2～10，然后从所述固定床反应器(1)的顶端气体入口(1-1)处和所述流化床提升管反应器(2-1)的底端气体入口(2-1-3)处分别通入纯氢气，分别在400～550℃下分别对镍基催化剂进行还原反应2～6h；

(2)在固定床反应器内进行催化重整反应

第(1)步完成后，以天然气或炼油干气或轻质油或其中任两种的任意比例或其中任三种的任意比例为原料，按水蒸汽的摩尔量∶原料中碳的摩尔量之比为1∶0.12～0.33的比例，将水蒸汽和原料从所述固定床反应器(1)的顶端气体入口(1-1)通入所述固定床反应器(1)内，在第(1)步进行还原反应后的圆柱形镍基催化剂作用下，在650～850℃高温下进行催化重整反应，反应后的混合气体从所述固定床反应器(1)的底端气体出口(1-2)和气管及所述流化床提升管反应器(2-1)的底端气体入口(2-1-3)通入所述流化床提升管反应器(2-1)内；

(3)在流化床提升管反应器内进行再催化重整和吸附二氧化碳反应

第(2)步完成后，再按水蒸汽的摩尔量∶原料中碳的摩尔量之比为1∶0.1～0.25的比例，从所述流化床提升管反应器(2-1)的底端气体入口(2-1-3)将水蒸汽通入所述流化床提升管反应器(2-1)内，在温度为450～650℃和气速为0.5～5m/s的条件下，在第(1)步进行还原反应后的镍基催化剂颗粒和二氧化碳吸附剂颗粒作用下，进行再催化重整及吸附二氧化碳的反应，反应后的气固混合物，即流化床提升管反应器(2-1)内的混合气体和二氧化碳吸附剂颗粒，从所述流化床提升管反应器(2-1)的顶部出口(2-1-7)排出，并通过气管及权利要求1所述装置的旋风分离器(2-2)的顶部入口(2-2-1)通入所述旋风分离器(2-2)中；

(4)在旋风分离器内进行气固分离

第(3)步完成后，在所述的旋风分离器(2-2)中，对从所述流化床提升管反应器(2-1)顶部出口(2-1-7)排出的气固混合物进行旋风分离，分离出的气体经冷凝后再经除尘器回收细粉后得到氢气产品；分离出的固体颗粒，即二氧化碳吸附剂颗粒，从所述旋风料腿(2-2-3)进入权利要求1所述装置的吸附剂再生器(2-3)内进行再生；

(5)在吸附剂再生器内再生吸附剂

第(4)步完成后，在所述吸附剂再生器(2-3)中，对从所述旋风料腿(2-2-3)进入所述吸附剂再生器(2-3)的固体颗粒在750～1000℃下高温煅烧脱出二氧化碳后，从所述吸附剂再生器(2-3)的固体颗粒出口(2-3-3)通过所述倾斜管(2-3-7)返回到所述流化床提升管反应器(2-1)中；热分解产生的二氧化碳从所述吸附剂再生器(2-3)顶部气体出口(2-3-1)排出。