加氢站输送氢气的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种加氢站输送氢气的系统及方法，通过脱油、脱硫、脱苯工序对焦炉煤气进行净化处理后，将焦炉煤气与管道天然气混合，利用混合气组份在线分析装置检测混合气中的氢气含量，DCS控制系统控制焦炉煤气和天然气的流量，使混合燃气中氢气含量保持在15~20%以内，混合燃气输送至加氢站后，利用变压吸附装置将混合燃气中的氢气与其它组分分离，分离后的氢气经超精脱硫、压缩后输送至氢气储罐供加氢站使用。本发明专利技术解决了现有焦炉煤气制氢后氢气运输成本高、安全隐患大的问题。

System and method for hydrogen transportation in hydrogenation station

The invention discloses a hydrogen conveying system and a method for a hydrogen station. After purifying the coke oven gas by the processes of deoiling, desulfurization and benzol removal, the coke oven gas is mixed with the pipeline natural gas, and the hydrogen content in the mixed gas is detected by the on-line analysis device of the components of the mixed gas, and the coke oven gas and the weather are controlled by the DCS control system. The flow rate of natural gas keeps the hydrogen content in the mixed gas within 15-20%. After the mixed gas is transported to the hydrogenation station, the hydrogen in the mixed gas is separated from other components by pressure swing adsorption device, and the separated hydrogen is transported to the hydrogen tank for use in the hydrogenation station after super-fine desulfurization and compression. The invention solves the problems of high cost of hydrogen transportation and great safety hazard after hydrogen production from coke oven gas.

【技术实现步骤摘要】
加氢站输送氢气的系统和方法
本专利技术涉及输送氢气领域，具体是一种将焦炉煤气掺混到天然气中，利用天然气管将氢气输送至加氢站，再通过变压吸附为加氢站提供高纯氢气的方法和系统。
技术介绍
氢气是一种重要的清洁能源，被誉为人类社会发展的“终极能源”。我国是焦炭生产大国，据统计2017年焦炭产能4.31亿吨，同时年产焦炉煤气1724亿m3。焦炭企业大多只重视焦炭生产，副产的焦炉煤气资源未被合理利用或直接燃烧排空，造成大量能源浪费和环境污染。现虽已对部分焦炉煤气中的甲烷提纯利用，但氢气未予以回收，更没有对其进行综合开发利用。焦炉煤气中的氢气资源非常丰富，平均氢气含量在55%左右，将焦炉煤气中的氢气提纯加以综合利用，不仅可以充分利用焦炉煤气中的氢气资源，还能够降低制氢成本，推动加氢站及氢能产业的进一步发展。我国的焦化企业位置大多较为偏远，而加氢站等氢气使用单位多位于人员密集的城市区域，目前大多采用氢气长管拖车运输，不仅运输成本高昂，而且运输过程中存在安全隐患，氢气运输成为制约氢能产业发展的关键因素。针对目前焦炉煤气制氢方法氢气运输成本高、安全隐患大的问题，有必要开发一种既能利用焦炉煤气中丰富的氢气资源，又能够降低氢气运输成本的为加氢站输送氢气的加气方法和装置具有重要的经济价值和环境效益。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有焦炉煤气制氢后氢气运输成本高、安全隐患大的问题，提供了一种可行的利用现有天然气管道运输氢气，并在加氢站内将混合燃气中的氢气提纯利用的方法和系统。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种加氢站输送氢气的系统，包括焦炉煤气脱焦油塔，所述焦炉煤气脱焦油塔进口通入焦炉煤气、其出口连接焦炉煤气脱硫塔进口，所述焦炉煤气脱硫塔出口连接焦炉煤气脱苯塔进口，所述焦炉煤气脱苯塔出口通过焦炉煤气压缩机连接焦炉煤气缓冲罐进口，所述焦炉煤气缓冲罐出口通过气动调节阀Ⅰ连接燃气混合装置的焦炉煤气入口，所述燃气混合装置的天然气入口通过气动调节阀Ⅱ连接天然气缓冲罐出口，所述天然气缓冲罐进口通入天然气；所述气动调节阀Ⅰ和气动调节阀Ⅱ均与DCS控制系统联锁，所述燃气混合装置出口连接有混合气组份在线分析装置。所述燃气混合装置的混合气出口连接混合气缓冲罐进口，所述混合气缓冲罐出口并接进气阀Ⅰ和进气阀Ⅱ，所述进气阀Ⅰ连接变压吸附塔Ⅰ底部进口，所述变压吸附塔Ⅰ顶部出口连接氢气出气阀Ⅰ；所述进气阀Ⅱ连接变压吸附塔Ⅱ底部进口，所述变压吸附塔Ⅱ顶部出口连接氢气出气阀Ⅱ；所述变压吸附塔Ⅰ底部进口连接排气阀Ⅰ，所述变压吸附塔Ⅱ底部进口连接排气阀Ⅱ，所述排气阀Ⅰ和排气阀Ⅱ之间连接下均压阀；所述变压吸附塔Ⅰ顶部出口和变压吸附塔Ⅱ顶部出口之间连接上均压阀；所述氢气出气阀Ⅰ和氢气出气阀Ⅱ并接于超精脱硫塔进口，所述超精脱硫塔出口通过氢气压缩机连接氢气储罐。基于上述系统，加氢站输送氢气的方法，如下：焦炉煤气依次经过焦炉煤气脱焦油塔、焦炉煤气脱硫塔、焦炉煤气脱苯塔脱除焦炉煤气中的焦油、含硫化合物和苯，净化后的焦炉煤气经过焦炉煤气压缩机压缩至2.0MPa后进入焦炉煤气缓冲罐，焦炉煤气在焦炉煤气缓冲罐内稳压平衡后进入燃气混合装置，燃气混合装置的焦炉煤气入口侧设有气动调节阀Ⅰ，用于调节焦炉煤气的体积流量；管道天然气经调压2.0MPa后进入天然气缓冲罐，天然气在天然气缓冲罐内稳压平衡后进入燃气混合装置，燃气混合装置的天然气入口侧设有气动调节阀Ⅱ，用于调节天然气的体积流量；调节焦炉煤气和天然气的气动调节阀Ⅰ和气动调节阀Ⅱ与DCS控制系统联锁，燃气混合装置出口设有混合气组份在线分析装置，用于分析混合燃气的氢气含量，当氢气含量超过20%时，DCS控制系统通过气动调节阀Ⅱ增大天然气流量、通过气动调节阀Ⅰ减小焦炉煤气流量；当氢气含量低于15%时，DCS控制系统通过气动调节阀Ⅱ减小天然气流量、气动调节阀Ⅰ增大焦炉煤气流量，使混合燃气中氢气含量保持在15~20%之间，含有氢气混合燃气经过混合气缓冲罐后进入天然气管道，并通过天然气管道输送至加氢站。混合燃气经进气阀Ⅰ进入变压吸附塔Ⅰ，吸附塔内压力升高，混合气中的甲烷、氮气气体分子被吸附剂吸附，未吸附的氢气穿过吸附床层，经氢气出气阀Ⅰ进入超精脱硫塔；变压吸附塔Ⅰ吸附结束后，进气阀Ⅰ和氢气出气阀Ⅰ关闭；在变压吸附塔Ⅰ进行吸附的同时，变压吸附塔Ⅱ内被吸附的甲烷、氮气气体开始解吸，解吸后的气体经排气阀Ⅱ进入甲烷回收系统；变压吸附塔Ⅱ解吸结束后，变压吸附塔Ⅰ和变压吸附塔Ⅱ通过上均压阀和下均压阀连通，两塔压力达到平衡后，上、下均压阀关闭；变压吸附塔Ⅰ内被吸附的甲烷、氮气气体开始解吸，解吸后的气体经排气阀Ⅰ进入甲烷回收系统，变压吸附塔Ⅰ进行解吸的同时，混合燃气通过进气阀Ⅱ进入变压吸附塔Ⅱ，混合气中的甲烷、氮气气体分子被吸附剂吸附，未吸附的氢气穿过吸附床层，经氢气出气阀Ⅱ进入超精脱硫塔。混合燃气按上述过程在变压吸附塔Ⅰ和变压吸附塔Ⅱ内依次进行循环吸附、解吸，连续不间断进行。超精脱硫后的氢气中硫含量低于10ppb，经氢气压缩机加压后，进入氢气储罐，供加氢站运行使用。本专利技术的优点是：该氢气输送方法利用燃气混合装置将净化后的焦炉煤气与管道天然气均匀混合，混合装置出口设有混合气组份在线分析装置和DCS控制系统，能够及时调节焦炉煤气和天然气的流量，使混合气中氢气含量维持在15~20%左右。利用现有天然气管道输送混合燃气，混合燃气输送至加氢站后，利用变压吸附装置对氢气进行预提纯，预提纯后的氢气进入加氢超精脱硫工序，超精脱硫塔出口得到硫含量低于10ppb超纯氢气，超纯氢气经氢气压缩机加压后输送至氢气储罐供加氢站使用。优选的，所述燃气混合装置包括壳体，所述壳体内设有转轴，所述转轴上安装有叶轮，所述壳体两侧分别设有焦炉煤气入口和天然气入口，所述焦炉煤气入口内端连接焦炉煤气分布器，所述天然气入口内端连接天然气分布器，所述转轴顶端安装气体二次分布器。该加气站气体混合装置内装有旋转叶轮，焦炉煤气和天然气初始动能转化为叶轮的动能，混合燃气在叶轮的搅拌下均匀混合；混合装置出口侧内置有圆饼状的气体二次分布器，其中心与转轴连接，二次分布器上开有若干均匀孔隙，混合气经孔隙从燃气混合器顶部进入混合燃气缓冲罐，二次分布器能够使混合气在混合装置内侧发生返混，增加了混合气的停留时间，强化了传质过程，有助于混合气进一步均匀混合，保障了氢气在燃气输送管道内均匀分布，避免了氢气局部浓度过高，产生氢脆或氢蚀对燃气输送管道造成破坏。整个气体混合装置结构紧凑，利用燃气初始动能做功使得混合燃气，能耗低，操作简单，具有节能高效的优点。本专利技术设计合理，有效解决了现有焦炉煤气制氢后氢气运输成本高、安全隐患大的问题，具有很好的市场应用及推广价值。附图说明图1表示本专利技术的结构示意图。图2表示本专利技术气体混合装置的结构示意图。图中：1-焦炉煤气脱焦油塔，2-焦炉煤气脱硫塔，3-焦炉煤气脱苯塔，4-焦炉煤气压缩机，5-焦炉煤气缓冲罐，6-燃气混合装置，7-气动调节阀Ⅰ，8-天然气缓冲罐，9-气动调节阀Ⅱ，10-DCS控制系统，11-混合气组份在线分析装置，12-混合气缓冲罐，13-进气阀Ⅰ，14-变压吸附塔Ⅰ，15-氢气出气阀Ⅰ，16-超精脱硫塔，17-变压吸附塔Ⅱ，18-上均压阀，19-下均压阀，20-进气阀Ⅱ，21-氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加氢站输送氢气的系统，其特征在于：包括焦炉煤气脱焦油塔（1），所述焦炉煤气脱焦油塔（1）进口通入焦炉煤气、其出口连接焦炉煤气脱硫塔（2）进口，所述焦炉煤气脱硫塔（2）出口连接焦炉煤气脱苯塔（3）进口，所述焦炉煤气脱苯塔（3）出口通过焦炉煤气压缩机（4）连接焦炉煤气缓冲罐（5）进口，所述焦炉煤气缓冲罐（5）出口通过气动调节阀Ⅰ（7）连接燃气混合装置（6）的焦炉煤气入口（28），所述燃气混合装置（6）的天然气入口（30）通过气动调节阀Ⅱ（9）连接天然气缓冲罐（8）出口，所述天然气缓冲罐（8）进口通入天然气；所述气动调节阀Ⅰ（7）和气动调节阀Ⅱ（9）均与DCS控制系统（10）联锁，所述燃气混合装置（6）出口连接有混合气组份在线分析装置（11）；所述燃气混合装置（6）的混合气出口连接混合气缓冲罐（12）进口，所述混合气缓冲罐（12）出口并接进气阀Ⅰ（13）和进气阀Ⅱ（20），所述进气阀Ⅰ（13）连接变压吸附塔Ⅰ（14）底部进口，所述变压吸附塔Ⅰ（14）顶部出口连接氢气出气阀Ⅰ（15）；所述进气阀Ⅱ（20）连接变压吸附塔Ⅱ（17）底部进口，所述变压吸附塔Ⅱ（17）顶部出口连接氢气出气阀Ⅱ（21）；所述变压吸附塔Ⅰ（14）底部进口连接排气阀Ⅰ（22），所述变压吸附塔Ⅱ（17）底部进口连接排气阀Ⅱ（23），所述排气阀Ⅰ（22）和排气阀Ⅱ（23）之间连接下均压阀（19）；所述变压吸附塔Ⅰ（14）顶部出口和变压吸附塔Ⅱ（17）顶部出口之间连接上均压阀（18）；所述氢气出气阀Ⅰ（15）和氢气出气阀Ⅱ（21）并接于超精脱硫塔（16）进口，所述超精脱硫塔（16）出口通过氢气压缩机（24）连接氢气储罐（25）。...

【技术特征摘要】
1.一种加氢站输送氢气的系统，其特征在于：包括焦炉煤气脱焦油塔（1），所述焦炉煤气脱焦油塔（1）进口通入焦炉煤气、其出口连接焦炉煤气脱硫塔（2）进口，所述焦炉煤气脱硫塔（2）出口连接焦炉煤气脱苯塔（3）进口，所述焦炉煤气脱苯塔（3）出口通过焦炉煤气压缩机（4）连接焦炉煤气缓冲罐（5）进口，所述焦炉煤气缓冲罐（5）出口通过气动调节阀Ⅰ（7）连接燃气混合装置（6）的焦炉煤气入口（28），所述燃气混合装置（6）的天然气入口（30）通过气动调节阀Ⅱ（9）连接天然气缓冲罐（8）出口，所述天然气缓冲罐（8）进口通入天然气；所述气动调节阀Ⅰ（7）和气动调节阀Ⅱ（9）均与DCS控制系统（10）联锁，所述燃气混合装置（6）出口连接有混合气组份在线分析装置（11）；所述燃气混合装置（6）的混合气出口连接混合气缓冲罐（12）进口，所述混合气缓冲罐（12）出口并接进气阀Ⅰ（13）和进气阀Ⅱ（20），所述进气阀Ⅰ（13）连接变压吸附塔Ⅰ（14）底部进口，所述变压吸附塔Ⅰ（14）顶部出口连接氢气出气阀Ⅰ（15）；所述进气阀Ⅱ（20）连接变压吸附塔Ⅱ（17）底部进口，所述变压吸附塔Ⅱ（17）顶部出口连接氢气出气阀Ⅱ（21）；所述变压吸附塔Ⅰ（14）底部进口连接排气阀Ⅰ（22），所述变压吸附塔Ⅱ（17）底部进口连接排气阀Ⅱ（23），所述排气阀Ⅰ（22）和排气阀Ⅱ（23）之间连接下均压阀（19）；所述变压吸附塔Ⅰ（14）顶部出口和变压吸附塔Ⅱ（17）顶部出口之间连接上均压阀（18）；所述氢气出气阀Ⅰ（15）和氢气出气阀Ⅱ（21）并接于超精脱硫塔（16）进口，所述超精脱硫塔（16）出口通过氢气压缩机（24）连接氢气储罐（25）。2.根据权利要求1所述的加氢站输送氢气的系统，其特征在于：所述燃气混合装置（6）包括壳体（33），所述壳体（33）内设有转轴（26），所述转轴（26）上安装有叶轮（27），所述壳体（33）两侧分别设有焦炉煤气入口（28）和天然气入口（30），所述焦炉煤气入口（28）内端连接焦炉煤气分布器（29），所述天然气入口（30）内端连接天然气分布器（31），所述转轴（26）顶端安装气体二次分布器（32）。3.根据权利要求2所述的加氢站输送氢气的系统，其特征在于：所述焦炉煤气分布器（29）上的焦炉煤气出口倾斜分布于其表面，所述天热气分布器（31）上的天然气出口倾斜分布于其表面。4.一种加氢站输送氢气的方法，其特征在于：焦炉煤气依次经过焦炉煤气脱焦油塔（1）、焦炉煤气脱硫塔（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钢，郭武杰，刘祺，
申请(专利权)人：山西高碳能源低碳化利用研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14