绿色化工技术

一种基于高纯气体产物全回收的甲烷蒸汽重整反应装置及其使用方法，属于能源化工和制氢技术领域。该装置包括湿热条件下可长期使用的陶瓷复合膜及其附属设施。使用方法：将催化剂装填在陶瓷复合膜反应器内部并活化；甲烷和水蒸气通入陶瓷复合膜反应器，发生甲烷蒸汽重整制氢反应；氢气产生的同时通过陶瓷复合膜被原位分离，使用吹扫气将分离后的高纯氢气带出陶瓷复合膜反应器并收集；反应后的混合气体通入加热装置辅助加热；燃烧后的气体通过吸附剂将高纯二氧化碳收集；剩余的水蒸气再次通入陶瓷复合膜反应器回用。本发明所用陶瓷复合膜成本低廉，制得氢气纯度高，甲烷转化率大幅提升，高纯气体产物全部回收，能耗显著减少，无污染物排放。

甲烷蒸汽重整属于吸热反应，通常需要500℃以上的温度，为了达到高转化率和反应速率，实际温度往往还要900℃及以上，虽然膜反应器可以在相同的温度达到比传统反应器高得多的转化率，从而大大降低了能耗，但是为了使反应器温度达到500℃左右仍需要大量能耗，此外甲烷蒸汽重整反应需要以水蒸气为原料气，加热蒸发液态水同样会大量耗能。为解决这一问题，本发明将反应后的含有甲烷和氢气的可燃混合气体用于加热装置的供能，有效节约能耗的同时，得到了仅含有二氧化碳和水蒸气的高温尾气，然后通过二氧化碳吸附剂回收高纯二氧化碳，并将剩余的高温水蒸气再次通入陶瓷复合膜反应器回用，完成了高纯气体产物的全回收和系统的零排放。

本发明提供了一种基于高纯气体产物全回收的甲烷蒸汽重整反应装置，并提供了一种基于高纯气体产物全回收的甲烷蒸汽重整反应方法，将甲烷的转化效率提高了30％以上，同时制得了纯度高于90％的高纯氢气。