[发明专利]一种甲烷重整制氢方法及装置

权利要求书

1.一种甲烷重整制氢方法，其特征在于，包括：

(1)含有NiO和CaO的复合催化剂由底部进入重整反应器中并向上流动，氢气和甲烷由底部进入重整反应器中，与复合催化剂接触反应，复合催化剂中的NiO被还原为Ni；

(2)甲烷和水蒸气由中部进入重整反应器，与含有Ni和CaO的复合催化剂接触，在蒸汽重整条件下反应生成H₂、CO和CO₂，所述的CO₂与复合催化剂中的CaO反应转化为CaCO₃；

(3)反应产物气体和待生复合催化剂在重整反应器顶部气固分离，分离出的产物气体进入后续分离提纯装置得到高纯度氢气，分离出的待生复合催化剂进入再生器，在700～800℃下分解再生，得到含有NiO和CaO的再生复合催化剂进入重整反应器中循环使用。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的重整反应器和所述的再生器之间设置换热器，来自再生器的温度为700-800℃的再生复合催化剂与来自重整反应器的相对较低温度的待生复合催化剂换热，换热后温度降低的再生复合催化剂进入重整反应器中，温度升高的待生复合催化剂进入再生器中加热分解再生。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，所述的重整反应器由两个反应区组成，上部的第I反应区的体积大于下部的第II反应区的体积，第II反应区与第I反应区的体积比为1∶(2～20)。

4.按照权利要求3的方法，其特征在于，所述的下部的第II反应区和上部的第I反应区的直径比为1∶(1.2～5)。

5.按照权利要求1、2或4的方法，其特征在于，所述的重整反应器底部还原反应的条件为：温度为600～700℃，压力为0.05～0.65MPa，气体表观速率为0.3～9.0m/s，反应时间为3～300秒。

6.按照权利要求1、2或4的方法，其特征在于，所述的蒸汽重整条件为：温度为600～700℃，压力为0.05～0.65MPa，气体表观速率为0.1～8.0m/s，反应时间为2～900秒。

7.按照权利要求1、2或4的方法，其特征在于，所述的由重整反应器底部通入的甲烷与氢气的摩尔比为1∶(0.05～1.0)，所述的反应器中部通入的甲烷与水蒸气总的摩尔比为1∶(2～10)。

8.按照权利要求1、2或4的方法，其特征在于，所述的再生器操作条件为：温度为700～800℃，压力为0.05～0.65MPa，气体表观速率为0.1～3.0m/s，再生时间为2～50min。

9.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，所述的含有NiO和CaO的复合催化剂中含有5～50wt％的氧化钙，5～50wt％的氧化镍和余量的耐热无机氧化物。

10.按照权利要求9的方法，其特征在于，所述的耐热无机氧化物选自氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化锑、氧化铁、氧化铜、氧化镁、氧化钼、氧化钨和粘土中的一种或几种的混合物。

11.按照权利要求9的方法，其特征在于，所述的复合催化剂为微球，粒径在10～180μm之间，平均粒径在60～100μm之间，堆比为0.5～1.5g/cm³。

12.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，所述的再生器中通入含氧气体和燃料。

13.按照权利要求12的方法，其特征在于，所述的燃料选自天然气和/或后系统的可燃尾气。

14.按照权利要求2的方法，其特征在于，所述的换热器中，来自再生器的再生复合催化剂物流中引入水蒸气汽提，脱除再生复合催化剂中吸附的氮气和少量氧气。

15.一种甲烷重整制氢装置，其特征在于，包括流态化重整反应器和再生器，所述的反应器分为上下两部分，下部分直径小于上部分，重整反应器顶部为气固分离系统，重整反应器上部的待生催化剂斜管连通再生器底部；再生器上部通过再生催化剂斜管与重整反应器底部连通。

16.按照权利要求15的装置，其特征在于，还包括换热器，所述的换热器分为管程和壳程，重整反应器上部通过待生催化剂斜管连通换热器的管程或壳程，再通过待生催化剂进料管连通再生器底部；再生器通过再生催化剂出料管连通换热器的另一程，再经再生催化剂斜管与重整反应器底部连通。