容易启动、操作稳定并且高效的氢发生器制造技术

技术编号:5431366 阅读:185 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术提供一种利用烃作为原料、通过蒸汽转化工艺来产生氢气的氢发生器及其操作方法,更具体的说,本发明专利技术提供一种通过蒸汽转化工艺来产生氢气的氢发生器及其操作方法,其中由于水以单相蒸汽的方式被引入到所述氢发生器中,因此可稳定地对该氢发生器进行操作,并且可以利用适当的热交换法使所述氢发生器实现高的热效率。根据本发明专利技术,提供一种热交换网络,其中通过高温废气或转化气体的热交换来获得转化反应所需的热量,并且,在水气变换反应和PSA反应(它们的反应温度低于转化反应的温度)中,通过低温空气或水进行热交换,并且热交换后的空气以及PSA反应中的残余气体与烃燃料一起被用作转化反应器的供热源,从而最大程度地降低了氢发生器的热损耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及容易启动、操作稳定并且热效率高的氢发生器及其操作方法,更具体的说,本专利技术涉及利用蒸汽转化的氢发生器及其操作方法,其中由于水以单相蒸汽的方式 被引入到所述氢发生器中,因此能够稳定地对所述氢发生器进行操作,并且可以利用合适 的热交换法使所述氢发生器实现高的热效率。
技术介绍
在用于供应精炼工艺(加氢脱硫工艺、重油提质工艺等)所需的氢气的大型制氢 装置中,已经额外地采用蒸汽锅炉以稳定地供应氢气。然而,在中型或小型(1 IOOONm3/ h)的制氢装置(如用于汽车、家电、分布式发电等的燃料电池系统)中,为了增加热效率并 且降低其尺寸,需要通过自回收废气或转化气体的热量来供应蒸汽。在蒸汽转化工艺中, 保持蒸汽与烃的比例恒定是非常重要的,并且在水未被不完全蒸发的状态下产生两相蒸汽 时,产物的流速和组成由于原料的波动而发生变化,使得系统的操作变得非常不稳定,从而 导致测量装置的破坏。此外,当蒸汽与烃(S/C)的比例瞬间改变时,催化剂的活性由于焦化 等而发生劣化,从而降低了装置的耐久性。因此,必须设计并且操作能够通过自回收热量来 稳定地供应蒸汽的热交换网络或热交换器。另外,在实现操作稳定的同时,需要获得高的热效率,而不需要额外的装置或成 本。特别是,在用于发电用燃料电池的氢发生器的情况下,可以通过利用热水来回收额外的 热量并且将所回收的热量转换为可用热量以提高氢发生器的热效率。此外,必须通过以下过程平稳地对氢发生器进行操作,而不会在采用常用的电热 器对主装置进行预热时发生额外的问题(与氢气相关的安全认证、相关装置的供应和需 求、能耗等)、以及批准或许可氢发生器所涉及的问题,所述过程为将氮气(N2)引入到供 料管路中,从而将主装置(用于将转化气体中的一氧化碳(CO)转化为氢气(H2)和二氧化 碳(CO2)的水气变换器,如果需要的话,还包括脱硫反应器)预热到其反应温度并且通过将 水气变换器的末端的反应气体回收利用。
技术实现思路
[技术问题]因此,为了克服以上的问题,本专利技术人对热交换方法进行了研究,采用该方法,可 以通过稳定地供应不含两相水蒸气的蒸汽而稳定地对热交换器进行操作,并且采用该方 法,可以通过附加的热交换过程而提高热交换器的热效率。结果,他们发现,用从转化装置 中排出的废气对供应到所述转化装置中的水预先进行热交换,从而使水过热,可以使得水 转化为单相蒸汽,从而克服了供料蒸汽的波动,并且在利用制氢工艺的各步骤的放热和吸 热特性而安装热交换器时,可以显著地改善热效率。基于这些发现而完成本专利技术。因此,考虑到现有技术中发生的以上问题而进行本专利技术,并且本专利技术的一个目的 是提供一种利用蒸汽转化的氢发生器,其设置有其中水不发生相分离并且热效率高的热交换系统。本专利技术的另一个目的是提供一种操作所述氢发生器的方法。[技术方案]为了实现以上目的,本专利技术的一方面提供一种利用蒸汽转化的氢发生器,该氢发 生器包括脱硫器,其用于对烃原料进行脱硫;转化器(reformer),其用于通过将脱硫后的 烃原料与水原料混合、然后利用燃烧炉加热该混合物来进行蒸汽转化反应,从而形成转化 气体(reformed gas);水气变换器(water gas converter),其用于将由所述转化器得到 的所述转化气体中的一氧化碳(CO)变换为由氢气(H2)和二氧化碳(CO2)组成的变换气体 (converted gas);变压吸附单元(pressure swing unit, PSA),其用于从所述变换气体中 分离氢气(H2);第一热交换器,其用于在将所述水原料与脱硫后的烃混合之前,利用从所述 燃烧炉中排出的废气将所述水原料过热到水的蒸发温度;第二热交换器,其利用从所述转 化器中排出的所述转化气体对由脱硫后的烃原料和过热的水形成的混合物进行预热;第三 热交换器,其用于在将所述转化气体引入到水气变换器之前,利用外部空气来降低所述转 化气体的温度;以及第四热交换器,其用于在将所述变换气体引入到PSA单元之前,利用自 来水来降低从所述水气变换器中排出的气体的温度。本专利技术的另一方面提供一种操作权利要求1或2所述的蒸汽转化氢发生器的方 法,该方法包括(a)重复预热过程,直至预先引入到第一热交换器中的水原料形成为蒸汽 时为止,所述预热过程包括下列步骤向转化器中填充氮气,使得转化器的内压为6-8巴, 利用烃原料和外部空气将转化器加热到700°C至800°C的温度,以排出高温氮气,接着使所 排出的高温氮气依次通过第二热交换器、第三交换器、水气变换器和第四热交换器,并且使 从第四热交换器末端排出的氮气循环到脱硫器的末端;以及(b)当在(a)中通过第一热交 换器形成了蒸汽时,停止向所述转化器中供应氮气,并且将烃原料引入到所述转化器中,使 得基于供入的纯水而言,蒸汽与碳的比例(S/C比)为2. 5 3. 5。[有益效果]本专利技术的利用蒸汽转化的氢发生器的优点在于由于除去了两相水蒸气从而能够 稳定地对所述氢发生器进行操作,并且被蒸汽转化反应加热后的所得产物可以用来对转化 反应的原料进行预热,并且额外地安装有热交换器,重复利用了热交换介质,从而最大程度 地改善了氢发生器的热效率。附图说明图1为示出本专利技术的利用蒸汽转化的氢发生器的示意性流程图。〈附图中的部件说明〉1 脱硫器2:转化器3:水气变换器4:PSA 单元5 燃烧炉6:旁通管路10 第一热交换器20 第二热交换器30 第三热交换器40:第四热交换器最佳实施方式以下将参照附图对本专利技术的优选实施方案进行详细说明。如上所述,本专利技术提供一种利用蒸汽转化并且具有热交换网络的氢发生器,其中通过高温废气或转化气体的热交换来获得转化反应所需的热量,并且单相水被引入到转化 反应器内,并且其中,在水气变换反应和PSA反应(它们的反应温度低于转化反应)中,通 过低温空气或水进行热交换,并且热交换后的空气以及PSA反应中的残余气体与烃燃料一 起被用作转化反应器的供热源,从而最大程度地降低了氢发生器的热损耗。图1为示出本专利技术的利用蒸汽转化的氢发生器的示意性流程图。所述氢发生器包 括脱硫器1,其用于对烃原料进行脱硫;转化器2,其用于通过将脱硫后的烃原料与过热水 混合、然后利用燃烧炉5加热该混合物来进行蒸汽转化反应,从而形成转化气体;水气变换 器3,其用于将由转化器2得到的转化气体中的一氧化碳(CO)变换为由氢气(H2)和二氧 化碳(CO2)组成的变换气体;变压吸附(PSA)单元4,其用于分离氢气(H2);第一热交换器 10,其用于在将水原料与脱硫后的烃混合之前,利用从燃烧炉5中排出的废气将水原料过 热;第二热交换器20,其用于通过从转化器2中排出的转化气体对由脱硫后的烃和过热的 水形成的混合物进行预热;第三热交换器30,其用于在将所述转化气体引入到水气变换器 3之前,利用外部空气来降低所述转化气体的温度;以及第四热交换器40,其用于在将所述 变换气体引入到PSA单元4之前,利用自来水来额外地降低从水气变换器3中排出的气体 的温度。具体而言,一部分烃被引入到脱硫器1中,而另一部分烃、通过在第三热交换器中 的所述转化气体与空气之间进行的热交换而被加热后的空气、以及流经PSA单元4的残余 气体可被用作燃烧炉5的燃料。更具体而言,例如,将LNG本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种利用蒸汽转化的氢发生器,具有:脱硫器,其用于对烃原料进行脱硫;转化器,其用于通过将脱硫后的烃原料与水原料混合、然后利用燃烧炉加热该混合物来进行蒸汽转化反应,从而形成转化气体;水气变换器,其用于将由所述转化器得到的所述转化气体中的一氧化碳(CO)变换为由氢气(H↓[2])和二氧化碳(CO↓[2])组成的变换气体;以及变压吸附单元(PSA),其用于从所述变换气体中分离氢气(H↓[2]);所述氢发生器的特征在于,该氢发生器包括:第一热交换器,其用于在将所述水原料与所述脱硫后的烃混合之前,利用从所述燃烧炉中排出的废气将所述水原料过热到水的蒸发温度;第二热交换器,其通过利用从所述转化器中排出的所述转化气体对由脱硫后的烃原料和过热的水组成的混合物进行预热;第三热交换器,其用于在将所述转化气体引入到所述水气变换器之前,利用外部空气来降低所述转化气体的温度;以及第四热交换器,其用于在将所述变换气体引入到PSA单元之前,利用自来水额外地降低从所述水气变换器中排出的气体的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2007-11-1 10-2007-0111068一种利用蒸汽转化的氢发生器,具有脱硫器,其用于对烃原料进行脱硫;转化器,其用于通过将脱硫后的烃原料与水原料混合、然后利用燃烧炉加热该混合物来进行蒸汽转化反应,从而形成转化气体;水气变换器,其用于将由所述转化器得到的所述转化气体中的一氧化碳(CO)变换为由氢气(H2)和二氧化碳(CO2)组成的变换气体;以及变压吸附单元(PSA),其用于从所述变换气体中分离氢气(H2);所述氢发生器的特征在于,该氢发生器包括第一热交换器,其用于在将所述水原料与所述脱硫后的烃混合之前,利用从所述燃烧炉中排出的废气将所述水原料过热到水的蒸发温度;第二热交换器,其通过利用从所述转化器中排出的所述转化气体对由脱硫后的烃原料和过热的水组成的混合物进行预热;第三热交换器,其用于在将所述转化气体引入到所述水气变换器之前,利用外部空气来降低所述转化气体的温度;以及第四热交换器,其用于在将所述变换气体引入到PSA单元之前,利用自来水额外地降低从所述水气变换器中排出的气体的温度。2.根据权利要求1所述的氢发生器,其中,所述烃原料、通过在所述第三热交换器中进 行的所述转化气体与空气之间的热交换而被加热的空气、以及流经所述PSA单元4后的残 余气体被用作所述燃烧炉的燃料。3.根据权利要求1所述的氢...

【专利技术属性】
技术研发人员:金一洙金荣大金明俊
申请(专利权)人:SK能源株式会社
类型:发明
国别省市:KR[韩国]

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