[发明专利]大气煅烧下吸附剂强化重整制氢

说明书

技术领域

本发明总体涉及制氢，更具体地说，涉及大气煅烧下吸附剂强化重整制氢。

背景技术

吸附剂强化重整（Sorbent Enhanced Reforming，SER）是一种新兴的整合二氧化碳捕集的制氢处理技术。

这种处理通常采用Le Chatelier原理（勒夏特列原理）来协助生产高纯度的氢气。实质上，这种处理利用吸附剂材料来吸附重整反应过程中产生的二氧化碳，使得反应产生更多的二氧化碳，随后将其除去。二氧化碳的去除优先将热力学平衡转换为高纯度氢平衡。

SER处理的第二个好处是，几乎所有的二氧化碳都被吸附剂材料保留或保留在吸附剂材料中。为了有利地使吸附剂材料能够重复使用，捕集的二氧化碳必须随后从吸附剂材料中释放出来。吸附剂材料的再生通常在称为煅烧炉的部件中进行。

有两种典型的煅烧处理类型：直接燃烧和间接燃烧。直接燃烧煅烧利用高温气体，例如来自燃烧或电加热过程的高温气体，并将这种高温气体直接与吸附剂材料混合。这种直接燃烧煅烧处理通常简化了固体处理方法，并降低了减小二氧化碳分压所需的煅烧温度。间接燃烧煅烧利用与吸附剂材料物理分离的热量，例如由外部来源提供的热量。这种间接燃烧煅烧处理通常使传热过程复杂化并且提高了所需的煅烧温度，但是提供了近纯的二氧化碳流，例如被发现可用于碳捕集和碳封存或共生产的需要。

以往，煅烧处理通常在反应器系统压力的5%以内的压力下进行，反应器系统压力通常在30～363 psia。

发明内容

本改进的总体目的是提供或实现改善的氢气产量。

根据一实施方式，本改进的总体目的可以至少部分地通过一种生产氢气的方法来实现，所述方法包括将进料引入吸附剂强化重整器以产生二氧化碳和氢气。所述吸附剂强化重整器较佳地包含一定量的吸附剂材料以吸附二氧化碳并形成已用吸附剂。所述方法还包括将已用吸附剂引入在大气压下运行的煅烧炉中以加热所述已用吸附剂而从所述已用吸附剂中解吸二氧化碳以产生再生吸附剂。再生吸附剂的至少一部分可以较佳地再循环至吸附剂强化重整器，以用于进一步处理。

根据另一实施方式，本改进提供一种生产氢气的方法，该方法包括将含有天然气和H₂O的进料引入在至少35psia压力下运行的吸附剂强化重整器中以产生二氧化碳和氢气。所述吸附剂强化重整器较佳地包含一定量的CO₂吸附剂材料以吸附二氧化碳并形成已用吸附剂。将包含氢气的吸附剂强化重整器产物气体从所述已用吸附剂中分离。将所述已用吸附剂引入在大气压下运行的直接燃烧煅烧炉中以加热所述已用吸附剂而从所述已用吸附剂中解吸二氧化碳以产生再生吸附剂。如果需要，分离出的吸附剂强化重整器产品氢气的至少一部分随后可例如通过变压吸附纯化。此外，再生吸附剂的至少一部分再循环至吸附剂强化重整器。

根据本发明的另一方面，提供一种用于生产氢气的系统。该系统可以包含或包括吸附剂强化重整器，所述吸附剂强化重整器例如包含一定量的吸附剂材料，在所述吸附剂强化重整器中，进料产生二氧化碳和氢气，且所述吸附剂材料吸附二氧化碳并形成已用吸附剂。该系统还可以包括分离器，所述分离器用于从吸附剂强化重整器产物气体中分离出已用吸附剂。提供或包括在大气压下运行的煅烧炉以加热已用吸附剂而从已用吸附剂中解吸二氧化碳以产生再生吸附剂。该系统还包括再循环管线，以将再生吸附剂的至少一部分从所述煅烧炉引入至所述吸附剂强化重整器中。

通过吸附剂去除二氧化碳有利地优先将平衡转换成高纯度氢平衡。

此外，几乎所有的二氧化碳都保留在吸附剂材料中。本改进中，使用在本地环境压力下运行的大气煅烧炉有利地使煅烧炉脱离反应器的运行压力。

本领域技术人员以及被在此提供的教导指导的人员可以理解，煅烧炉较佳地可以在为大气压（例如，直至高于或低于大气压的25%、20%或10%）的CO₂分压下运行，或者在引入蒸汽或其他稀释剂的情况下在低于大气压的CO₂分压下运行。煅烧炉的输入可包括燃料、空气和来自SER氢气发生器的高压吸附剂。煅烧过程使得吸附剂升至更高压。来自煅烧过程的排气可以被捕获和/或进一步被处理。

如本文中所使用的，提及“大气”煅烧炉、在“大气压”下运行的煅烧炉等类似术语应理解为指在大气压±25%、大气压±20%或大气压±10%下的煅烧炉和运行。

从以下结合所附权利要求和附图的详细描述中，本领域技术人员将明了其他目的和优点。

附图说明

图1是示出根据本改进的一个方面的用于生产氢气的处理系统的简化示意图；