[发明专利]一种将双功能吸附剂应用于吸附增强式水蒸气重整和水气变换反应的中温变压吸附方法

说明书

技术领域

本发明属于清洁能源技术领域，具体涉及一种利用双功能吸附剂进行吸附增强式水蒸气重整和水气变换反应和中温变压吸附的方法。 

背景技术

随着能源环境问题日益凸显，H₂作为一种清洁高效的燃料备受关注，同时氢气也是化工行业中重要的原材料。甲烷水蒸气重整是传统大规模工业制氢的主要方式，此外其它烃类燃料经水蒸气重整以及煤气化合成气经水气变换反应也可以制备氢气。以甲烷水蒸气重整为例，传统工业路线中，原料气需通过重整反应器、水气变换反应器和提纯装置三个工艺步骤才能最终制得高纯氢气。甲烷与水蒸气首先在重整器中发生反应（1）制得H₂和CO，然后进入水气变换反应器中发生反应（2）进一步提高H₂产率，最后通过提纯装置脱除产品气中的CO₂等获得高纯度H₂。 

重整反应：

水气变换反应：

重整反应和水气变换反应均为可逆反应，CH₄和CO难以实现完全转化。此外，重整反应是一个强的吸热反应，为了提高转化率，需要使用外热源供热，通常需要保持操作温度在800-900℃，压力在1.5-2MPa，通过水气变换反应制得的产品气温度通常在200-450℃之间。但是，已成熟应用的CO₂/H₂分离工艺路 线主要包括常温或低温湿法脱碳技术（如Selexol/NHD技术、活性MDEA技术、低温甲醇洗技术），需首先对水气变换后合成气进行降温处理，浪费气体显热。 

吸收（吸附）增强式水蒸气重整（或合成气水气变换）在传统的重整（或合成气水气变换）反应器中加入了CO₂吸收（吸附）剂。根据勒夏特列原理，当重整反应和水气变换反应生成的CO₂被吸收，反应会向着H₂增加的方向进行，从而显著提高原料转化率。由于CO₂吸收（吸附）的增强作用，烃类燃料水蒸气重整制氢在一个反应器内即可完成重整反应、水气变换反应和H₂提纯；煤气化合成气水气变换反应和H₂提纯也可在一个反应器内完成。 

重整（或水气变换）反应器中CO₂脱除工艺包括化学吸收法和变压吸附法（Pressure Swing Adsorption,PSA）。化学吸收法以钙基吸附剂为代表，其原理是：钙基吸附剂在重整（或水气变换）反应器内与CO₂发生化学反应后，气体中CO₂被脱除，吸附饱和的吸附剂进入再生反应器煅烧分解出CO₂，吸附与再生交替进行，从而实现二氧化碳的分离回收。但是，钙基吸附剂的再生温度较高，能耗很大，且易造成吸附剂颗粒烧结，影响循环的稳定性。