專利名稱：天然氣雙級流化床重整制氫裝置的制作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型涉及一種烴類制氫裝置，尤其涉及一種天然氣雙級流化床重整制氫裝置。
二、技術背景隨著社會和經濟的發(fā)展，能源的需求量日益增加，人類賴已生存的環(huán)境要求越來越高。因而，人類面臨開發(fā)高效、潔凈的二次能源的挑戰(zhàn)。氫作為高效、潔凈的二次能源愈來愈受到人類的高度重視，并在諸多行業(yè)中廣泛應用。近年來，氫氣以高熱值、無空氣污染等無可比擬的優(yōu)點作為燃料電池的燃料應用，受到世界各國政府和學者的積極關注。天然氣是一種非常豐富的石油化工燃料資源，現已探明的世界天然氣儲量為142.1萬億立方米，遠景儲量為250～350萬億立方米。因此，天然氣資源優(yōu)化利用受到高度重視。合理、高效地將天然氣重整轉化為二次能源——氫氣的技術顯得極為重要。傳統(tǒng)的制氫工藝方法有水電解法、烴類的水蒸汽重整方法和部分氧化重整方法，但都存在較大問題。水電解方法效率低，能源浪費；烴類的水蒸汽重整方法需要外部供熱，系統(tǒng)復雜，熱效率較低，反應溫度高，反應過程中水用量大，能耗較高，資源浪費；烴類的部分氧化重整方法，除反應溫度較高、系統(tǒng)復雜外，制得的氫氣純度低，不利于能源的綜合利用。由于傳統(tǒng)的制氫工藝方法存在諸多弊端，世界各國特別是發(fā)達國家紛紛研制新的制氫工藝方法。
三、技術內容技術問題 本實用新型提供一種能夠降低能耗的低成本天然氣雙級流化床重整制氫裝置。
技術方案本實用新型所述裝置為一種天然氣雙級流化床重整制氫裝置，由一級流化床重整器、二級流化床重整器和再熱燃燒室組成，在再熱燃燒室內設有再熱燃燒器，一級流化床重整器的余氣出口與再熱燃燒室的入氣口相連，再熱燃燒室的出氣口與二級流化床重整器的風室相連通，在二級流化床重整器上設有合成氣出氣口，一級流化床重整器由風室、流化器、內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器、催化劑和流化床體組成，風室、流化器、催化劑自下而上的順序分布于流化床體內，內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器橫向穿過流化床體并位于催化劑內，內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器由內膜套和外膜套組成，內膜套采用以由里向外為透氫方向的選擇透氫型膜套，外膜套采用以由外向里為透氫方向的選擇透氫型膜套，在一級流化床重整器的風室的天燃氣入氣口上設有廢氣循環(huán)再燃燒室，在廢氣循環(huán)再燃燒室上設有天燃氣進氣口和天燃氣出氣口，天燃氣出氣口與一級流化床重整器的風室的天燃氣入氣口連接，在廢氣循環(huán)再燃燒室內設有廢氣循環(huán)再燃燒器，在廢氣循環(huán)再燃燒器上設有含一氧化碳的廢氣入氣口和燃燒用天燃氣的入氣口，該燃燒用天燃氣的入氣口與內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器的內膜套的廢氣出氣端相通，內膜套的進氣端與二級流化床重整器的合成氣出氣口連通，在內膜套和外膜套之間的空腔上設有氫氣出口。
有益效果①本實用新型采用廢氣循環(huán)再燃燒技術，對氫氣被分離后的廢氣進行循環(huán)再燃燒，其熱量用于加熱天燃氣，使得傳統(tǒng)的制氫技術中復雜的CO變換、凈化工序得以刪除，大大簡化了整體系統(tǒng)結構，降低了成本并有效利用了廢氣燃燒的熱量，降低了能耗。②本實用新型利用二級流化床重整器產生的合成氣的熱量對需加熱的天燃氣進行加熱，進一步利用了合成氣的余熱，降低了能耗。③利用氫氣的余熱對天燃氣的加熱可進一步降低能耗。④第一級重整器中采用內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器，既提高了第一級重整器內的天然氣制氫的轉換效率；同時又將來自第二級重整器的合成氣分離成氫氣和廢氣，為后續(xù)的廢氣循環(huán)再燃燒提供了可行性。由于本工藝無須復雜的CO變換、凈化工序，這使得整體設備緊湊，易于實現設備的小型、高效化。雙級重整器均采用流化床技術。利用特殊的流化器和合理的流化床結構，使得流化床內固體顆粒整體均勻流化，這樣既使傳熱均勻迅速、反應充分，制氫轉化效率提高；同時又減少氣流阻力，以及固體顆粒的磨損和破裂。利用強化傳熱技術和自熱系統(tǒng)，使得系統(tǒng)整體熱利用效率高、能耗低。
四

圖1是本實用新型的雙級流化床天然氣蒸汽自熱重整制氫裝置和方法的系統(tǒng)流程圖，其中有換熱器3、二級除塵器4、一級流化床重整器5、凈化器6、廢氣循環(huán)再燃燒器7、控制閥門8、換熱器組9、再熱燃燒器10、再熱燃燒室11、二級流化床重整器12、一級除塵器13、壓縮空氣A、水B、壓縮天然氣C、成品氫氣D、排放廢氣E。
圖2是一級流化床重整器的結構簡圖，其中有風室14、流化器15、內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器16、催化劑17和流化床體18，催化劑21采用鎳基催化劑，釕基催化劑等。
圖3是二級流化床重整器的結構簡圖，其中有風室19、流化器20、催化劑21和流化床體22。
圖4是本實用新型選擇透氫型膜分離器實施例的結構示意圖。
五、具體實施方案實施例 本實用新型所述裝置為一種天然氣雙級流化床重整制氫裝置，由一級流化床重整器5、二級流化床重整器12和再熱燃燒室11組成，在再熱燃燒室11內設有再熱燃燒器10，一級流化床重整器5的余氣出口5b與再熱燃燒室11的入氣口11a相連，再熱燃燒室11的出氣口11b與二級流化床重整器12的風室19相連通，在二級流化床重整器12上設有合成氣出氣口12b，一級流化床重整器5由風室14、流化器15、內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器16、催化劑17和流化床體18組成，風室14、流化器15、催化劑17自下而上的順序分布于流化床體18內，內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器16橫向穿過流化床體18并位于催化劑17內，內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器16由內膜套和外膜套組成，內膜套采用以由里向外為透氫方向的選擇透氫型膜套，外膜套采用以由外向里為透氫方向的選擇透氫型膜套，在一級流化床重整器5的風室14的天燃氣入氣口上設有廢氣循環(huán)再燃燒室7，在廢氣循環(huán)再燃燒室7上設有天燃氣進氣口7a和天燃氣出氣口，天燃氣出氣口與一級流化床重整器5的風室14的天燃氣入氣口連接，在廢氣循環(huán)再燃燒室7內設有廢氣循環(huán)再燃燒器7f，在廢氣循環(huán)再燃燒器7f上設有含一氧化碳的廢氣入氣口和燃燒用天燃氣的入氣口，該燃燒用天燃氣的入氣口與內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器16的內膜套的廢氣出氣端相通，內膜套的進氣端與二級流化床重整器12的合成氣出氣口12b連通，在內膜套和外膜套之間的空腔上設有氫氣出口5c，在本實施例中，二級流化床重整器12的合成氣出氣口12b經換熱器組9的板外通道與內膜套的進氣端連通，用于輸送天燃氣的換熱器組9的第二板內通道出氣端92b分別與廢氣循環(huán)再燃燒室7的天燃氣進氣口7a及再熱燃燒器10的進氣口相連，用于輸送水蒸氣的換熱器組9的第三板內通道出氣端93b分別與分別與廢氣循環(huán)再燃燒室7的天燃氣進氣口7a及再熱燃燒室11相通，用于輸送空氣的換熱器組9的第四板內通道出氣端94b分別與廢氣循環(huán)再燃燒器7f及再熱燃燒器10相通，天燃氣經換熱器3的板內通道輸至換熱器組9的第二板內通道進氣端，來自氫氣出口5c的氫氣經換熱器3的板外通道輸出，二級流化床重整器12的合成氣出氣口12b通過一級除塵器13與換熱器組9的板外通道的進氣端連通，換熱器組9的板外通道的出氣端經二級除塵器4與內膜套的進氣端連通，來自一級流化床重整器5的余氣經凈化器6進入再熱燃燒室11，上述二級流化床重整器12由風室19、流化器20、催化劑21和流化床體22組成，風室19、流化器20及催化劑21自下而上的設在流化床體22內，催化劑21采用鎳基催化劑，釕基催化劑等。
權利要求1.一種用于烴類制氫的天然氣雙級流化床重整制氫裝置，由一級流化床重整器(5)、二級流化床重整器(12)和再熱燃燒室(11)組成，在再熱燃燒室(11)內設有再熱燃燒器(10)，一級流化床重整器(5)的余氣出口(5b)與再熱燃燒室(11)的入氣口(11a)相連，再熱燃燒室(11)的出氣口(11b)與二級流化床重整器(12)的風室(19)相連通，在二級流化床重整器(12)上設有合成氣出氣口(12b)，其特征在于一級流化床重整器(5)由風室(14)、流化器(1 5)、內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器(16)、催化劑(17)和流化床體(18)組成，風室(14)、流化器(15)、催化劑(17)自下而上的順序分布于流化床體(18)內，內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器(16)橫向穿過流化床體(18)并位于催化劑(17)內，內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器(16)由內膜套和外膜套組成，內膜套采用以由里向外為透氫方向的選擇透氫型膜套，外膜套采用以由外向里為透氫方向的選擇透氫型膜套，在一級流化床重整器(5)的風室(14)的天燃氣入氣口上設有廢氣循環(huán)再燃燒室(7)，在廢氣循環(huán)再燃燒室(7)上設有天燃氣進氣口(7a)和天燃氣出氣口，天燃氣出氣口與一級流化床重整器(5)的風室(14)的天燃氣入氣口連接，在廢氣循環(huán)再燃燒室(7)內設有廢氣循環(huán)再燃燒器(7f)，在廢氣循環(huán)再燃燒器(7f)上設有含一氧化碳的廢氣入氣口和燃燒用天燃氣的入氣口，該燃燒用天燃氣的入氣口與內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器(16)的內膜套的廢氣出氣端相通，內膜套的進氣端與二級流化床重整器(12)的合成氣出氣口(12b)連通，在內膜套和外膜套之間的空腔上設有氫氣出口(5c)。
2.根據權利要求1所述的天然氣雙級流化床重整制氫裝置，其特征在于二級流化床重整器(12)的合成氣出氣口(12b)經換熱器組(9)的板外通道與內膜套的進氣端連通，用于輸送天燃氣的換熱器組(9)的第二板內通道出氣端(92b)分別與廢氣循環(huán)再燃燒室(7)的天燃氣進氣口(7a)及再熱燃燒器(10)的進氣口相連，用于輸送水蒸氣的換熱器組(9)的第三板內通道出氣端(93b)分別與分別與廢氣循環(huán)再燃燒室(7)的天燃氣進氣口(7a)及再熱燃燒室(11)相通，用于輸送空氣的換熱器組(9)的第四板內通道出氣端(94b)分別與廢氣循環(huán)再燃燒器(7f)及再熱燃燒器(10)相通。
3.根據權利要求2所述的天然氣雙級流化床重整制氫裝置，其特征在于天燃氣經換熱器(3)的板內通道輸至換熱器組(9)的第二板內通道進氣端，來自氫氣出口(5c)的氫氣經換熱器(3)的板外通道輸出。
4.根據權利要求3所述的天然氣雙級流化床重整制氫裝置，其特征在于二級流化床重整器(12)的合成氣出氣口(12b)通過一級除塵器(13)與換熱器組(9)的板外通道的進氣端連通，換熱器組(9)的板外通道的出氣端經二級除塵器(4)與內膜套的進氣端連通，來自一級流化床重整器(5)的余氣經凈化器(6)進入再熱燃燒室(11)。
專利摘要天然氣雙級流化床重整制氫裝置，由一、二級流化床重整器和再熱燃燒室組成，在再熱燃燒室內設再熱燃燒器，一級流化床重整器的余氣出口與再熱燃燒室的入氣口相連，再熱燃燒室的出氣口與二級流化床重整器的風室相連通，在二級流化床重整器上設合成氣出氣口，內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器橫向穿過一級流化床重整器的催化劑內，一級流化床重整器的風室的天然氣入氣口設廢氣循環(huán)再燃燒室，其上設天然氣進氣口和天然氣出氣口且與一級流化床重整器天然氣入氣口連接，廢氣循環(huán)再燃燒室內有廢氣循環(huán)再燃燒器，其上設廢氣入氣口和天然氣入氣口且與內置式雙夾套選擇透氫型膜分離器廢氣出氣端相通，進氣端與合成氣出氣口連通。
文檔編號C01B3/30GK2675634SQ20042002432
公開日2005年2月2日 申請日期2004年1月16日 優(yōu)先權日2004年1月16日
發(fā)明者姚志彪, 熊源泉 申請人:東南大學