[发明专利]一种采用流化床进行深度脱除CO的优先氧化方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及深度脱除富氢气体中CO的CO优先氧化工艺及装置，尤其涉及一种采用流化床进行深度脱除CO的优先氧化方法及装置。

背景技术

燃料电池是一种将燃料的化学能转化为电能的高效能源转换装置。目前，技术发展比较成熟的质子交换膜燃料电池在应用过程中对燃料中CO含量有着严格的要求，一般要求小于10ppm。因此，需将富氢气中的CO进行深度脱除(＜10ppm)才能作为燃料电池的燃料。CO优先氧化是目前除去富氢气体中CO的最有效方法之一，富氢气体中CO优先氧化是燃料电池原料气制备的关键技术之一。

采用优先氧化技术，将重整气中的CO脱除至10ppm以下，减少空气通入量，提高氢气收率，优先氧化反应器的设计是其中一项关键技术。目前，优先氧化反应器主要有以下几种：多段加氧反应器、膜反应器和微通道反应器。多段进氧反应器的结构相对简单，反应性能较好，但仍需要进一步优化进氧区域的配置、进氧量和传热结构，提高反应催化剂的选择性，改善多段进氧反应器的性能。膜反应器有着它独特的优点，即获得高纯度的目标产物，但反应气通过膜的动力来源是气体在膜两侧的压力差，需要原料气有较高的压力。微通道反应器可以强化反应器的传热、传质性能，相对于传统的流化床反应器，应用于CO优先氧化反应具有一定优势。

CO优先氧化的工作原理是在重整气中通入O₂，O₂相对于氢气优先氧化CO，这样既脱除了CO，同时避免了氢气的消耗。CO优先氧化过程通过优化的反应器设计和高选择性的催化剂可将CO的浓度降至10ppm以下，在氧化CO的同时，尽可能减少H₂的氧化，保证整个燃料电池系统的效率。其主要的反应过程是：

ΔH₍₂₉₈₎＝-283kJ/mol(1)

可能产生的副反应是：

ΔH₍₂₉₈₎＝-242kJ/mol(2)

ΔH₍₂₉₈₎＝-41.1kJ/mol(3)。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种采用流化床进行深度脱除CO的优先氧化方法及装置。与传统的固定床反应器相比，本发明具有床层温度均匀、催化效率高、床层阻力小等优点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种采用流化床进行深度脱除CO的优先氧化装置，包括反应器筒体6、水蒸汽夹套15；所述水蒸汽夹套15套设于反应器筒体6的外部，水蒸汽夹套15内壁与反应器筒体6外壁之间的空隙形成水蒸汽夹套层16；

所述反应器筒体6及水蒸汽夹套15的上端均通过一盖板9密封，在盖板9上设有一合成气引出管13伸入反应器筒体6内；

所述反应器筒体6的下端开口，依次安装有用于将催化剂7承载在其上的原料气分布器4和具有一原料进气管1的下封头2；

所述水蒸汽夹套15的下端侧壁及上端侧壁分别设有水蒸汽引入管17和水蒸汽引出管18；

所述反应器筒体6的内部设有一空气分布器11。

所述空气分布器11为一根由盖板9伸入反应器筒体6内部的管体，在其管壁上贯穿有用于引入空气的孔洞12。

所述孔洞12的数量为3至5个，各孔洞12以交错的方式沿着管体的轴向方向间隔分布；各孔洞12均埋没于催化剂7中。

所述反应器筒体6的内部设置有多点热电偶10。

所述下封头2为圆弧形结构。

所述反应器筒体6、盖板9和下封头2的外部，均包覆有保温层19，其厚度为30mm～50mm。

水蒸汽引入管17上设置有阀门20。

上述采用流化床进行深度脱除CO的优先氧化方法如下：

(1)、将过热水蒸汽接入水蒸汽引入管17，并引入到水蒸汽夹套层16中，水蒸汽夹套层16中的过热水蒸汽包覆着反应器筒体6的外壁，以对热反应器筒体6内的催化剂7进行预加热，直到多点热电偶10的各测温点测得的温度平均值稳定在110℃～120℃；

(2)、接着，将需要深度去除CO的含氢原料气60L/min由原料进气管1通入到反应器筒体6中，含氢原料气按体积百分数组成：0.45％CO、0.34％CH₄、16.55％CO₂、50.25％H₂、N₂平衡，将空气通过空气分布器11引入到反应器筒体6中，空气的流量控制在空气中的氧气的摩尔流量与含氢合成气中的CO的摩尔流量的比值为2.5，流量为0.675L/min；