一种蓄热式煤气化制氢透氢膜反应器的制作方法

技术特征：

1.一种蓄热式煤气化制氢透氢膜反应器，其特征在于，反应器内部设有蓄热催化床，蓄热催化床上部设有上套段，蓄热催化床下部设有下套段，蓄热催化床外周设有热源，蓄热催化床中的催化剂为镍基尖晶石负载活性组分，其组分为nio-sba-15/al-mcm-41/mmt/al2o3；热催化床中的蓄热材料为镍基多孔介质，其孔隙率为60％-98％和孔密度为5ppi–5000ppi；所述下段套形成预混段，预混段设有煤粉进口和水蒸气进口，上套段的腔体内设有提纯段，所述提纯段包括金属镍膜透氢膜，其组分为:40-70wt％的镍粉、4-7wt％聚砜和20-40wt％n-甲基吡咯烷酮；废气出口与提纯段联通，上套段还设有氢气出口。

2.根据权利要求1所述的蓄热式煤气化制氢透氢膜反应器，其特征在于，所述提纯段为多个并间隔设置在上套段内。

3.根据权利要求2所述的蓄热式煤气化制氢透氢膜反应器，其特征在于，所述提纯段在上套段内形成水平阵列。

4.根据权利要求1所述的蓄热式煤气化制氢透氢膜反应器，其特征在于，所述蓄热催化床与上套段和下套段之间通过金属密封圈密封连接。

5.根据权利要求1所述的蓄热式煤气化制氢透氢膜反应器，其特征在于，所述煤粉进口设置在预混段的侧部，所述水蒸气进口设置在预混段底部，所述氢气出口设置在上套段的侧部，所述废气出口设置在上套段的顶部。

6.一种制备权利要求1所述镍基尖晶石负载活性组分的方法，其特征在于：包括以下步骤：

将8.0gp123溶解于300ml浓度为2m的盐酸水溶液中，控温在35～40℃搅拌直至表面活性剂全部溶解后加入21.5ml正硅酸四乙酯，在相同温度下搅拌24h，然后将上述白色乳液转入至聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在100℃水热处理24h；

釜内产物用去离子水充分洗涤后在100℃烘干12h，再于550℃焙烧6h除去有机模板剂后得到载体sba-15；

以柠檬酸镍为前驱体，称取一定量的六水合硝酸镍溶于去离子水中，然后加入与六水合硝酸镍摩尔比为1:1的柠檬酸，将上述混合物在100℃回流24h，得到1m柠檬酸镍水溶液，将一定量预先干燥的sba-15载体浸渍于lm柠檬酸镍水溶液中，所得的混合物于80℃水浴上搅拌蒸干，然后置于120℃烘箱中干燥过夜；

干燥后的样品在流速为90ml/min的模拟空气流以1℃/min的速率升温至550℃焙烧6h制得催化剂。

7.根据权利要求6镍基尖晶石负载活性组分的方法，其特征在于：所述的模拟空气由高纯o2和n2配制。

8.一种制备权利要求1所述镍基多孔介质的方法，其特征在于：包括以下步骤

首先将镍粉或镍合金粉与少量的发泡剂混匀，发泡剂为金属氢化物，用量通常不超过1％，将混匀的混合物压制成无残余通孔的密实块体；

压实后进行轧制、模锻或挤压，以使其成为半成品；

然后，将可发泡的半成品加热到接近或高于混合物熔点的高温，在加热过程中，发泡剂分解，释放出大量的气体，迫使致密的压实材料膨胀，形成多孔隙的泡沫材料。

9.一种制备权利要求1所述透氢膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：

将有机聚合物聚砜分解到n-甲基-2-吡咯烷酮中，搅拌24小时形成聚合物溶液；

平均粒径在1-1.5μm、纯度为99.9％的镍粉加入到聚合物溶液中，充分搅拌36小时以保证镍粉粒子均匀分散；

在室温下将纺丝溶液转移到不锈钢储料罐中进行脱气，铸膜液通过氮气加压通过喷丝板孔直径在1.5-3.0mm挤到自来水中，留有空气距0.5mm，以去离子水为芯液，芯液流速设定为0.14cm3/s，形成中金属镍膜前驱体；

金属镍膜前驱体在水中充分浸泡24h使相转化完全形成稳固的多孔结构；

然后，将金属镍膜前驱体放置在管式炉中，以3℃/min的升温速率升温到600℃，然后在600℃下保温1h；

然后，50mol％h2-n2混合气体以30ml/min的流速通入炉中，然后以升温速率30℃/min升温到1200℃以上，保温3h以获得致密的金属镍膜；

烧结后，金属膜在氢气的气氛下以3℃/min的降温速率降到室温得到需要的透氢膜材料。

10.根据权利要求9所述的制备权利要求1所述透氢膜的方法，其特征在于：所述纺丝溶液包括40-70wt％的镍粉、4-7wt％聚砜和20-40wt％n-甲基吡咯烷酮。

技术总结
本发明公开了一种蓄热式煤气化制氢透氢膜反应器，属于煤气化重整制氢技术领域。本发明的透氢膜反应器采用镍基尖晶石负载活性组分为催化剂，金属镍纤维膜为透氢膜，以煤气化本身所携带的水蒸汽和空气中的氧为氧化剂，在透氢膜反应器中进行煤气化制氢反应，并转化为氢气、一氧化碳和二氧化碳等混合气体，而后通过金属镍纤维膜，得到高纯度氢气。本发明装置使制氢和提纯过程耦合到一起进行，反应效率高，所用催化剂活性好，操作稳定，而且氢气产率高和纯度高，并将具有十分巨大的经济、社会和环境效益。

技术研发人员：王子龙
受保护的技术使用者：苏州铧泷磬能新能源科技有限公司
技术研发日：2021.03.21
技术公布日：2021.08.06