[发明专利]一种甲烷水蒸气重整催化剂、其制备方法及燃气发电机烟气利用的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气发电技术领域，尤其涉及一种甲烷水蒸气重整催化剂、其制备方法及燃气发电机烟气利用的方法。

背景技术

自从20世纪70年代的能源危机发生以来，能源问题成为全世界科学家们最为关注的问题之一。如何实现能源、环境和经济的协调发展已成为困扰人们的难题。集中式发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电能生产、输送和分配的主要方式。但也存在一些固有的弊端，例如，不能灵活跟踪负荷的变化；局部事故容易扩散；能量损失大及环境污染等。2003年美国东北部和加拿大部分地区发生的大面积停电事故，使人们开始认识到大电网供电模式的弊端，以及发展分布式能源的必要性与重要性。

分布式能源系统是位于或邻近负荷中心的，不以大规模、远距离输送电力为主要目的，满足环保要求的发电系统或由电能输出的多联产系统，主要是由发电系统，供热或制冷设备、锅炉或蓄热系统、热换器、调节装置以及控制系统组成。分布式能源系统遵循了科学用能原理，采用各种先进技术，通过“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的方式优化资源，提高能源的综合利用效率。但也会有很大一部分能量随烟气及缸套水消耗掉，如何有效利用这部分能量是进一步提高能源利用率的关键。

余热回收换热器是回收烟气及缸套水余热的重要设备，它不仅可以提高热效率，而且可以提高能源的有效能效率。高温烟气的热能由于温度高，因此很容易加以利用，一般都是最大限度地将其转化成机械能用于动力。而数量庞大的中低温烟气余热利用则显得开发不足。中低温烟气及缸套水主要用于吸收式制冷、采暖、供热等，其他方面的应用则相对较少。

以甲烷和水蒸气重整反应利用燃气发电机排出的高温烟气是一种更加有效和环保的烟气利用技术，不仅大大提高了燃气发电机的能源利用效率，更重要的是达到了环境保护的新要求。但是目前这项技术也存在不尽人意之处：1）甲烷水蒸气重整反应普遍使用的是镍基催化剂，现有的镍基催化剂面临的重要问题是抗积碳能力较弱，使用寿命较短；2）镍基催化剂一般使用温度在800~900℃，燃气发电机烟气温度为500~600℃，普通的镍基催化剂很难在这个温区范围内发挥催化作用，必须额外补充反应所需热量。

CN 101224427A公开了一种甲烷水蒸气重整制氢催化剂及其制备方法，具体涉及一种以纳米铈锆复合氧化物为载体的镍基甲烷水蒸气重整制氢催化剂及其制备方法，属于甲烷重整催化剂领域。所述催化剂包括含量为5~30wt%的活性组分镍、含量为0~l0wt%贵金属催化助剂、含量为0~10wt%稀土和/或碱土金属氧化物催化助剂、含量为50~95wt%的纳米铈锆复合氧化物载体，铈锆复合氧化物载体的粒子直径为5~20nm之间。但是这种催化剂的反应温度在750℃以上，当使用燃气发电机排出的500~600℃的烟气提供热量时，甲烷转化率极低，很难发挥其催化作用。

CN 101191084A公开了以甲烷重整方式利用煤气化显热的多联产能源方法及系统。该方法中，气化炉生产的高温气化煤气以换热方式向甲烷水蒸气重整反应器提供反应热量，将部分高品位物理能转化为合成气化学能，并利用气化煤气富碳和重整反应气体富氢的特点，根据化工产品的生产要求将二者按不同比例混合，免去传统煤基化工产品生产过程中的变换流程，并降低了天然气/焦炉煤气中甲烷处理的能耗。该发明以甲烷重整方式利用煤气化显热，并利用气化煤气富碳和重整反应气体富氢的特点，根据化工产品的生产要求将二者按不同比例混合，又降低了天然气/焦炉煤气中甲烷处理的能耗。此方案虽然在一定程度上避免了能量利用方面的不利因素，但是，气化煤成分复杂，进入甲烷重整子系统后，甲烷和水蒸气的比例不好协调，且有固体粉尘颗粒、H₂S等其他物质存在，重整反应温度高（850~920℃），增加了反应器材质的热负荷，很容易造成催化剂中毒。另外气化煤成分中甲烷的含量很低，甲烷重整对碳-氢比例的改变也只能有限量的，只能有限度地满足化工产品生产中不同碳-氢比例的要求。

CN 102213142A公开了一种基于甲烷重整提高燃气轮机再热循环热效率的方法。利用吸热的甲烷重整反应用于吸收甲烷燃烧释放的高温热量，来改善燃气轮机循环的热力性能，同时具有较高的热效率。与现有的燃气轮机简单循环相比，循环热效率可提高约25%，燃气循环的比功也得到提高，使燃气轮机的整个设计在相同功率下结构更紧凑。该发明主要是以在重整反应中补充甲烷气，以二氧化碳和甲烷的重整反应为主反应，这种方法更容易造成积碳，使催化剂中毒，使整个反应无法长时间进行，并不能从根本上改变燃气轮机再热循环热效率。

发明内容