用于制氢设备冷却的方法和装置制造方法及图纸

一种制氢设备，包括接收和处理烃原料并排出湿的、包括含氢气的气流的重整产物的燃料重整设备和冷却所述湿重整产物的冷凝器。所述制氢设备还包括脱水器，用于接受冷的湿润重整产物、从湿重整产物除去水和排出干燥的重整产物。所述制氢设备进一步包括氢气提纯器，用于接收所述干燥的重整产物、处理所述干燥的重整产物和排出纯的或基本上纯的氢气。在所述制氢设备提供了附加的冷却系统，用于在所述冷凝器之外冷却所述湿重整产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
专利
本专利技术涉及用于冷却制氢设备中重整产物气体的方法和装置。
技术介绍
从19世纪未20世纪初以来，工业上已经由烃类原料生产氢气。对于合成氨、石油炼制和其它工业目的，使用天然气、诸如丙烷的液化石油气(LPG)或其它烃类作为燃料的现代制氢设备是重要的氢源。这些制氢设备共用一系列通用的工序，其被称为″重整″，将烃原料转化为含氢气的气流，称为″重整产物″。在离开重整过程设备时，重整产物气体通常含至少25体积％的水蒸汽。由重整产物气体制成纯氢气或基本上纯的氢气。该氢气也许具有低到99％的纯度，但是特定的应用往往需要更高的纯度，通常需要总杂质小于5ppm。纯的或基本上纯的氢气的生产通常使用变压吸附(PSA)实现。在提纯步骤之前，重整产物气体应从高温基本上冷却。所述冷却导致水的饱和压力降低，因此导致液态水冷凝。在提纯之前，这些液态水随后从重整产物气体除去。在一般的系统中，重整产物气体在上游的温度和压力以饱和状态或接近饱和状态传输到氢气净化装置。在PSA系统中使用的吸附剂是对水蒸汽高度敏感的。过剩的水蒸汽可以被PSA吸附剂非常强烈地吸附，有效地使吸附剂失活。因此，通常设计PSA系统具有有限持水量的干爆官能度。重整产物气体的最高可接受温度决定所需干燥剂的尺寸。通常，干燥剂被引入到PSA容器，产生孔隙体积，降低了氢气的回收率。因此，希望将重整产物温度的最大值最小化，以便在PSA装置中得到可能的最好的氢气回收率。用于除去一般的重整产物杂质(如碳氧化物、未反应的烃、氮气和其它的气体)的吸附剂的性能和选择性还特别取决于温度。低温大大地改进了吸附剂的选择性和性能，不过非常低的温度可能对吸附剂的动力学参数有不利影响。因此，正确控制PSA装置需要小心控制重整产物的温度。如果重整产物温度降到低于水的冰点，那么制氢设备的管道可能被冰堵塞。所述的阻塞可能导致安全危险，并且为了有充足的时间除去冰阻塞，势必导致需要制氢设备停车。因此，重整产物不应冷却到低于水的冰点。相关领域的制氢设备包括冷却水或冷却液冷却的冷凝系统。这些换热器然后被连接到冷却器系统，比如水冷却塔或机械制冷装置。这样的系统受到高投资和生产费用的困扰。机械制冷循环需要相当大的运行能量，冷却塔或其它的蒸发冷却系统需要小心维护以防生成水垢、生物污垢和腐蚀。这样冷却系统还需要大量补给水，其带来显著的成本和处理负荷。在冰冻季节期间，冷却塔和蒸发冷却器需要小心保养以防面临与重整产物冷凝器和管道系统相同的结冰问题。或者，相关领域制氢设备用空气冷却，使用环境空气冷却重整产物冷凝器。在受高环境温度影响的地区，由于温度控制不良，空气冷却受到限制。这限制了空气冷却系统对温带气候地区、低氢气纯度要求或允许高运行温度的PSA吸附剂的适用性。相关领域制氢设备冷却系统的局限性需要专职操作员管理或多方面的自动化和控制以确保有效运行。这些步骤产生的花费妨碍了非常小规模的基于重整装置的制氢设备在经济上的可行性，尽管在更大生产规模它们有优势，其中所述成本和复杂性是可接受的。专利技术概述本专利技术人致力于改进制氢设备的效率和可操作性，已经提出了如下所述的多方面改进。例如，本专利技术提供用于生产纯化氢气的改进的制氢设备和方法，其可在高环境温度条件下运行，在能量消耗和操作的复杂性方面无需本领域其它方法承担的高额负担。本专利技术有利地提供了一种制氢设备，包括用于接受和处理烃原料的燃料重整装置和排出湿润的重整产物(包括含氢气的气流)和冷却湿润重整产物的冷凝器。所述制氢设备还包括至少一个脱水器，用于接受冷却的湿润重整产物、从湿润的重整产物除去水和排出干燥的重整产物。所述制氢设备更进一步包括氢气纯化器，用于接受所述干燥的重整产物、处理所述干燥的重整产物和排出纯的或基本上纯的氢气。本专利技术除了所述冷凝器，包括附加的冷却系统以冷却湿润的重整产物。在本专利技术的一个有利的实施方案中，所述附加的冷却系统是地下的冷却系统，包括第一热交换部分，用附加的冷却液从湿润的重整产物吸收热量；和第二地下热交换部分，用以从附加的冷却液释放热到地下环境。在本专利技术另一个有利的实施方案中，所述附加的冷却系统包括一个进口，连接到纯水水源；和一个出口，连接燃料重整设备的纯水进口。在该实施方案中，所述纯水用供水系统提供到附加冷却系统的进口，用于冷却作为散热器的地下环境，从而冷却的水可用作附加冷却系统中的冷却液。在本专利技术的另一个有利的实施方案中，制氢设备进一步包括一个净水器，其具有连接接受未净化水的进口、排出纯水的第一出口和排放废水的第二出口。第一出口连接燃料重整设备的纯水进口。附加冷却系统包括连接到净水器第二出口的一个进口和一个出口。净水器可以是例如逆向渗透提纯器。净水器的进口优选连在具有冷地下环境作为散热器的供水系统上。此外，本专利技术有利地提供生产纯化氢气的方法，包括处理烃原料生成湿的重整产物，所述重整产物包括含氢气的气流，用冷凝器冷却所述湿重整产物，然后用附加的冷却系统冷却所述湿重整产物。所述方法还包括从湿重整产物除去水生成干燥的重整产物，以及处理所述干燥重整产物生成纯的或基本上纯的氢气。在本专利技术一个有利的实施方案中，所述附加的冷却系统为了冷却湿重整产物，除了克服流体摩擦所需的能量之外，不需要能量输入。在本专利技术的另一个有利的实施方案中，烃原料的处理用燃料重整设备进行，湿重整产物排出物的温度高于100摄氏度。在另一个优选实施方案中，干燥重整产物用变压吸附系统处理，并且干燥重整产物进入变压吸附系统的温度用冷凝器和附加的冷却系统控制。优选干燥重整产物进入变压吸附系统时的温度低于45摄氏度。更优选干燥重整产物进入变压吸附系统时的温度低于25摄氏度并高于0摄氏度。在本专利技术的另一个一个有利的实施方案中，所述附加的冷却系统是地下的冷却系统，包括第一热交换部分，用附加的冷却液从湿重整产物吸收热量；和第二地下热交换部分，用以从附加的冷却液释放热到地下环境。在本专利技术的再一个有利的实施方案中，烃原料的处理用燃料重整设备进行，并且所述附加的冷却系统包括一个进口和一个出口，所述进口连接到净化水源，所述出口连接到燃料重整设备净化水进口。在该实施方案中，所述净化水用供水系统提供到附加冷却系统的进口，用于冷却作为散热器的地下环境，从而冷却的水可用作附加冷却系统中的冷却液。在本专利技术的另外一个有利的实施方案中，所述方法更进一步包括纯化未净化水，排出净化水用于烃原料处理，排出废水用作附加冷却系统中的冷却液。未净化水优选来自供水系统，其温度处于或接近当地地下温度。另外，本专利技术有利地提供一种方法，用于将用于变压吸附装置的干燥剂的量减到最少。所述方法包括控制进入所述变压吸附装置的重整产物的温度和水含量，所述重整产物包括含氢气的气流。重整产物的温度和水含量的控制是使用用冷凝器冷却所述重整产物，用附加冷却系统进一步冷却所述重整产物，并且用脱水器从所述冷却的重整产物除去水。另外，本专利技术提供一种用于生产氢气的改进方法，其中冷凝器和附加冷却系统两者中的水蒸汽对碳的比例的最佳值增加到高于单独使用冷凝器时采用的所述最佳值。附图说明参考下列详细说明，将容易地理解对于本专利技术更完整的评价和许多优点，特别时结合附图进行考虑，其中图1是本专利技术制氢设备的第一实施方案的框图；图2是本专利技术制氢设备的第二实施方案的框图；图3是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
制氢设备，包括：燃料重整设备，用于接收和处理烃原料并排出湿重整产物，所述湿重整产物包括含氢气的气流；冷凝器，用于冷却所述湿重整产物；附加的冷却系统，冷却所述湿重整产物；脱水器，用于接收所述冷却的湿重整产物，从所述湿重整产物中除去水，并且排放干燥的重整产物；和氢气纯化器，用于接收所述干燥的重整产物，处理所述干燥的重整产物和排出纯的或基本上纯的氢气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：FD小洛马克斯，KM纳瑟尔，
申请(专利权)人：H二GEN创新公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]