利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法及其系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103359688A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103359688103359688A(43)申请公布日2013.10.23(21)申请号201310289552.4(22)申请日2013.07.10(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号申请人西北大学(72)发明人杨福胜李云王玉琪张诗伟张凡魏凌霄(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人汪人和(51)Int.Cl.C01B3/38(2006.01)C01B3/50(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书7页说明书7页附图1页附图1页(54)发明名称利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法及其系统(57)摘要一种利用兰炭焦炉煤气为原料制取不同纯度等级氢气的方法及其系统，属于煤化工技术领域。包括以下步骤：炼制兰炭的伴生焦炉煤气，首先经过加压冷冻除杂，接下来与过量水蒸汽混合进行甲烷的催化重整反应制取氢气，产物冷却后进入水煤气变换膜反应器，一边反应、一边分离。经过膜分离出第一级氢气产品，同时，促进水煤气反应一氧化碳向氢气的深度转化，将前者浓度降至1%以下。水煤气变换反应的产物在脱除水分后进入金属氢化物变温吸附分离装置，得到第二级氢气，且最终以氮气和二氧化碳为主的驰放气较易进行处理。本发明使用兰炭焦炉煤气制取氢气，并利用膜分离和基于金属氢化物的变温吸附分离技术获得了不同纯度等级的氢气产品，实现了回收资源和减量排放的双重目的。CN103359688ACN1035968ACN103359688A权利要求书1/2页1.一种利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）、对兰炭焦炉煤气加压后冷却，分离出焦炉煤气中的重组分杂质，得到净煤气；2）、将净煤气进行二次加压后与过热水蒸汽混合，在高温、加压和催化剂A的作用下，使净煤气中的甲烷与过热水蒸汽发生反应，得到混合气体A；3）、混合气体A经过冷却降温后，在催化剂B的作用下进行反应，使混合气体A中的一氧化碳与水发生反应，得到包含氢气的混合气体B，同时，混合气体B中的氢气组分透过水煤气变换膜反应器的选择渗透性膜被分离，得到第一级氢气产品；4）、将混合气体B脱去水蒸汽后，通入装填有金属氢化物吸附剂的金属氢化物吸附装置进行吸附，待金属氢化物吸附剂达到饱和状态后停止混合气体B进气；5）、对金属氢化物吸附剂加热，使金属氢化物吸附剂中的氢气排出，并吹净残余杂质气体后，得到第二级氢气。2.根据权利要求1所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法，其特征在于：所述步骤2）中在高温、加压和催化剂A的作用下，使净煤气中的甲烷与水发生反应的条件为：温度范围为600～900℃，压力范围为1～2MPa。3.根据权利要求1所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法，其特征在于：所述步骤2）甲烷与过热水蒸汽发生反应中，过热水蒸汽摩尔数与碳原子摩尔数之比值范围为2.5～4.5。4.根据权利要求1所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法，其特征在于：所述催化剂A为以Ni或贵金属为活性成分，以Al2O3、MgO、SiO2、ZrO2、TiO2或MgAl2O4的一种或一种以上为载体制备而成，其中，所述贵金属包括Au,Pt,Pd或Rh。5.根据权利要求1所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的方法，其特征在于：所述催化剂B包括Fe-Cr催化剂、Co-Mo催化剂或Pt-CeO2催化剂中的一种或一种以上。6.一种基于权利要求1所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的系统，其特征在于：包括甲烷重整反应器（5）、第一换热器（6）、水煤气变换膜反应器（7）、第一分离装置（8）、以及金属氢化物吸附装置（9）；净煤气以及过热水蒸气的混合气体在甲烷重整反应器（5）中发生反应，得到包含氢气和一氧化碳的混合气体A，混合气体A经过第一换热器（6）冷却降温后进入水煤气变换膜反应器（7），混合气体A中的一氧化碳与水在水煤气变换膜反应器（7）中发生反应，得到包含氢气的混合气体B，氢气通过水煤气变换膜反应器（7）的渗透侧出口排出，得到第一级氢气产品，混合气体B进入第一分离装置（8），并在第一分离装置（8）中脱去水蒸汽，脱去水蒸汽的混合气体B经过金属氢化物吸附装置（9）吸附后，杂质气体通过排出口排放，氢气被吸附到金属氢化物吸附装置（9）中的金属氢化物吸附剂上，对金属氢化物吸附剂加热，吹净残留杂质气体后，即可得到第二级氢气产品。7.根据权利要求6所述的利用兰炭焦炉煤气制取不同纯度等级氢气的系统，其特征在于：所述水煤气变换膜反应器（7）包括壳体（7-4），壳体（7-4）的两端设有入口和出口，壳体（7-4）内设置有与入口和出口相连