天然气制氢系统中的多管程换热设备技术方案

本实用新型专利技术提供了一种用于天然气制氢系统中的多管程换热设备，包括第一烟气管束、转化气管束以及锅炉给水壳体。本实用新型专利技术提供的多管程换热设备，能够在同一个换热装置中完成锅炉给水与烟气和转化气的换热，节省换热设备的数量，优化锅炉给水的管道设计，降低投资成本和整个系统设备的占地面积。

【技术实现步骤摘要】
天然气制氢系统中的多管程换热设备
本技术涉及一种换热设备，尤其是涉及应用于天然气制氢系统中的多管程换热设备。
技术介绍
当前，天然气制氢装置中对高温烟气的热量利用一般是采用对流段的方式，所述的对流段由若干独立的换热列管组成。高温烟气通过对流段时，依次与天然气蒸汽混合气、原料天然气、锅炉给水、空气等进行换热，最后通过引风机排入大气。对转化气的热量回收则是通过一个独立的转化气废热锅炉进行余热回收，所述的废热锅炉一般是列管式换热器，其中管程走转化气，壳程走锅炉给水，转化气与锅炉给水换热后产生饱和蒸汽。在现有的方案中，烟气对流段都会设置烟气废热锅炉，将剩余的烟气热量与锅炉给水换热，而转化气通过独立的转化气废热锅炉与锅炉给水换热，这造成了设备和资源的重复和浪费。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了一种天然气制氢系统中的多管程换热设备，将转化气、与原料天然气和天然气蒸汽混合气换热后的富热烟气以及锅炉给水三种介质联合起来换热。本技术提出了一种天然气制氢系统中的多管程换热设备，包括第一烟气管束、转化气管束以及锅炉给水壳体。优选的，所述多管程换热设备还包括第二烟气管束，用于使所述第一烟气管束输出的烟气再次与锅炉给水换热。优选的，所述第一烟气管束、所述第二烟气管束以及所述转化气管束的布局与圆筒形的锅炉给水壳体相适配，使得所述换热装置的体积或占地面积最小化。具体的，所述第二烟气管束位于所述第一烟气管束的上侧或下侧，所述转化气管束位于所述第一烟气管束和第二烟气管束的前侧或后侧。通过上述多管程换热设备，锅炉给水同时与经过第一烟气管束中的烟气和经过转化气管束的转化气换热，相较于传统换热设计方案，提高了废热锅炉设备和锅炉给水资源的复用率，进而降低了整个系统换热设备的数量，优化了换热管道布局，降低了整个系统的占地面积和运行成本。附图说明图1为一示例性的天然气制氢工艺流程示意图；图2为一示例性实施例的多管程换热设备的主视示意图；图3为一示例性实施例的多管程换热设备的左视示意图；附图标记说明：110-原料天然气，111-燃烧气，112-脱硫，113-转化，114-蒸汽，115-中变，116-PSA，117-产品氢气，310-转化气入口，311-烟气入口，312-表面温度计接口，313-烟气出口，314-现场压力表接口，315-远传液位计口，316-安全阀接口，317-蒸汽出口，318-现场液位计口，319-现场温度计接口，320-调节阀接口，321-锅炉给水入口，322-排污口。具体实施方式以下结合附图对本技术进行更详细地阐述。本技术提出一种应用于天然气制氢系统中的集成式换热装置。参考图1，传统的天然气制氢工艺包括以下步骤。脱硫步骤：将原料天然气预热至约300～400℃左右后进行脱硫处理。本实施例中的原料天然气是以甲烷为主的天然气，含有多种杂质，通常含有微量硫。脱硫的目的在于避免后面步骤中的催化剂中毒，转化催化剂在使用过程中极易受到毒害而丧失活性，对原料中的杂质含量有严格的要求，尤其是硫的含量。由于天然气中含微量硫，因此必须先对天然气进行脱硫处理。转化步骤：转化过程在转化炉中进行。一般的转化炉包括对流段和辐射段，脱硫处理后的天然气与蒸汽混合气先在转化炉的对流段中预热至约500～600℃，再进入转化炉的辐射段进行转化反应。所述转化炉所需的热量由燃料气提供，燃料气包括原料天然气。在催化剂(优选为金属镍)的作用下，转化反应包括：CH4+H2O＝CO+3H2，CO+3H2＝CH4+H2O，CO+H2O＝CO2+H2，生成的转化气主要包括氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气。需要说明的是，上述脱硫步骤中提及的原料天然气的预热过程也是在转化炉的其中一个对流段中完成的。转化炉中燃烧加热产生的烟气温度为800-900℃。变换步骤：高温转化气(一般在750～850℃之间)经一个转化气蒸汽发生器(废热锅炉)换热后，降低温度进入变换工序，中温变换的温度为330-360℃。在催化剂Fe2O3.Cr2O3的作用下发生变换反应：CO+H2O＝CO2+H2。通过中温变换反应，将气体中CO含量降低到2％以下，同时继续生产氢气。中变换气经过热交换回收部分余热后，再经冷却器冷却分水后进入PSA部分。纯化步骤：采用PSA净化工艺。具体地，经过冷却、分水后的中变气，进入PSA单元，吸附除去氢气以外的其它杂质(CH4、CO、CO2、H2O等)，使产品氢气得以净化，杂质解吸后送至转化炉中作为燃料气。需要进一步说明的是，在上述的天然气制氢工艺流程中，转化炉中产生的烟气热量通过与原料天然气、天然气蒸汽混合气换热后，仍有大量余热，一般的流程是，将富热烟气进一步依次通过废热锅炉(与锅炉给水换热)和空气换热设备(与空气换热)，然后由烟囱排出。基于前述的天然气制氢工艺的背景说明，本专利技术提出一种多管程换热设备，将转化气、与原料天然气和天然气蒸汽混合气换热后的富热烟气以及锅炉给水三种介质联合起来换热。相较于传统方案，能够减少废热锅炉设备的用量，优化锅炉给水管道的布线，提高锅炉给水与烟气和转化气的换热效率。具体的，请一并参考图2及图3。所述的多管程换热设备包括转化气管束214、第一烟气管束216以及锅炉给水壳体212。由于整个系统中的烟气的温度较高，前期先经过例如对流段与天然气蒸汽混合气以及原料天然气换热，再经过锅炉给水换热后进入空气换热之前的温度一般需要达到250℃左右；优选的，为控制第一烟气管束216的长度以减少整个装置的占地面积，增加设置第二烟气管束218，其中第二烟气管束218可位于第一烟气管束226上侧或下侧，第一烟气管束216输出的烟气经过一烟气罩222后进入第二烟气管束218与锅炉给水换热。根据本公开的示例，转化气管束214设置于第一烟气管束216和第二烟气管束218的后侧，本领域技术人员容易想到，转化气管束214也可以设置于第一烟气管束216和第二烟气管束218前侧，可根据具体施工环境灵活设计。具体的，前述转化气管束214、第一烟气管束216以及第二烟气管束218的布局应考虑与圆筒形的锅炉给水壳体相适配，使得所述的多管程换热设备的体积或占地面积最小化。通过上述多管程换热设备，锅炉给水同时与经过第一烟气管束中的烟气和经过转化气管束的转化气换热，提高了废热锅炉设备和锅炉给水资源的复用率，进而降低了整个系统换热设备的数量，优化了换热管道布局，降低了整个系统的占地面积和运行成本。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气制氢系统中的多管程换热设备，其特征在于，包括第一烟气管束、转化气管束以及锅炉给水壳体。

【技术特征摘要】
1.一种天然气制氢系统中的多管程换热设备，其特征在于，包括第一烟气管束、转化气管束以及锅炉给水壳体。2.根据权利要求1所述的多管程换热设备，其特征在于，还包括第二烟气管束，用于使所述第一烟气管束输出的烟气再次与锅炉给水换热。3.根据权利要求2所述的多管程换热设备，其特征在于，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张维，杨帆，
申请(专利权)人：四川创达新能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51