一种蒸汽烃类重整方法技术

本发明专利技术公开了一种蒸汽烃类重整方法，包含如下步骤：将含烃和蒸汽的原料流输入蒸汽重整炉得到合成气流；将合成气流输入第一变压吸附模块(PSA)得到提纯后的第一富氢流和第一PSA尾气流；将第一PSA尾气流输入CO

A steam hydrocarbon reforming method

【技术实现步骤摘要】
一种蒸汽烃类重整方法
本专利技术属于制氢领域，涉及一种蒸汽烃类重整的工艺。
技术介绍
氢气在工业和能源的各个领域都有广泛的应用。制备氢气的主要技术包括烃(特别是甲烷)的蒸汽重整，自热重整和催化或非催化部分氧化，这取决于待处理的原料的类型。在较普遍的甲烷的蒸汽重整反应中，甲烷和水蒸汽在高温(800～950℃)和20～35bar的压力下经催化反应生成H2和CO的混合物(称为合成气)。甲烷的蒸汽重整反应一般在重整炉，有时也称作转化炉中进行。反应式为CH4+H2O+热量→CO+3H2。在绝热的壳体中布置有多排填充着镍基重整催化剂的催化剂管，有时也称作转化炉管，含有甲烷和水蒸汽的经预重整的原料流进入催化剂管发生重整反应。由于蒸汽重整反应是高度吸热的，在催化剂管之间还需布置多个燃烧器，通过一般来自空气和燃料气体的燃烧而生成温度高于1000℃的烟道气，如此高温的烟道气通过对流、辐射等方式将热量传导到催化剂管上，促进重整反应的进行。为了进一步利用烟道气的余热，在重整炉和相应的烟道气通路、烟道气锅炉等设备中，用烟道气的对流、辐射等方式来分别预热重整炉原料，预重整炉原料，生产蒸汽，过热蒸汽，加热燃烧空气等。在充分回收完余热之后烟道气温度降到大约145℃左右，可继续净化之后排入大气或回收利用。离开重整炉出口的合成气流主要含有氢气，一氧化碳，二氧化碳，氮气和少量残余的甲烷。现有技术中可选地通过水煤气变换反应CO+H2O→O2+H2+热量进一步增加合成气流中H2和CO2的含量。将合成气流输入氢气变压吸附模块(PSA)得到富含H2的产品和PSA尾气流，其主要成分为一氧化碳，二氧化碳，氮气，甲烷，水和少量残余的氢气。PSA尾气通常被循环至重整炉作为燃料气体的一部分参与燃烧。随着温室效应造成的全球变暖越来越明显，二氧化碳的捕获和再利用也越来越得到全社会的重视。具体到蒸汽烃类重整的工艺，二氧化碳的去除可以通过精馏，吸收，或冷凝分离等方法实现。CN106458581A公开了一种从混合物中使用CO2纯化单元(CPU)分离二氧化碳和氢气的方法，包括通过换热器将混合物冷却并部分冷凝，后续在相分离器中得到CO2液体，剩余的气体送入氢气变压吸附模块中进行处理以得到富含氢气的气体和贫氢气的残余气体。这种CO2纯化单元(CPU)和分离方法可以被整合到甲烷蒸汽重整的工艺中。与只使用氢气变压吸附模块时产生的PSA尾气相比，使用CPU时得到的贫氢气的残余气体含有更少量的CO2，该气体也可被循环至重整炉作为燃料气体的一部分参与燃烧。CN106458581A的全部内容通过引用并入本公开中。
技术实现思路
重整炉的结构在设计时即需考虑烟道气热能的转化利用，从而使能量利用效率在重整工艺的各环节-包括重整催化反应本身，原料气的预热，蒸汽的产生等都得到优化。当在甲烷蒸汽重整反应的工艺中整合入上文所述的CO2纯化单元，并将其产生的贫氢气的残余气体流循环至重整炉作为燃料气体的一部分参与燃烧时，与直接使用氢气变压吸附模块(PSA)的尾气作为燃料气体的一部分参与燃烧相比，烟道气热能的转化利用降低了。表现在，即便燃料气体中的可燃气体，例如CO、CH4等的含量保持基本不变，燃烧产生烟道气气体的初始温度大致一致，但是烟道气的余热不能得到充分回收，烟道气的最终排放温度增高。针对这一技术问题，本专利技术通过研究重整过程中热量传导、转化的理论基础和实际应用，发现重整炉中的气氛组成对热量传送、转化有显著影响，并据此提供了如下的解决方案。在一方面，提供了一种蒸汽烃类重整方法，包含如下步骤：a)将含烃和蒸汽的原料流输入重整炉并得到合成气流；b)将合成气流输入第一变压吸附模块得到提纯后的第一富氢流和第一PSA尾气流；c)将第一PSA尾气流输入CO2纯化单元并得到富含CO2的CO2产品流，第二富氢流和CPU残余气体流；d)循环利用至少部分第二富氢流，使之与合成气流混合并输入第一变压吸附模块；e)将至少部分CO2产品流气化后与CPU残余气体流合并作为燃料气体的一部分输入重整炉中。前文所述的CO2纯化单元包含换热器，第一、第二相分离器和第二变压吸附模块；将第一PSA尾气流经换热器冷却后，在第一相分离器中分离出第一相分离器液体流，将第一相分离器气体流取出并输入所述换热器的冷端，经复热后送入用于H2的第二变压吸附模块，并得到第二富氢流和第二PSA尾气流，所述第二PSA尾气流自热端进入所述换热器冷却后，在第二相分离器中分离出第二相分离器液体流，第二相分离器中的剩余气体经所述换热器复热后即为CPU残余气体流，至少部分第一相分离器液体流和第二相分离器液体流分别或合并后经膨胀进入所述换热器的冷端，经复热后得到CO2气体补充流。其中，燃料气体包含天然气，且CO2气体补充流与CPU残余气体流合并后CO2的摩尔流量(Molarflowrate)接近于第一PSA尾气流中CO2的摩尔流量。与现有技术相比，本专利技术所提供的技术方案具有以下优点：通过在燃料气体中添加CO2的方式，使得在使用CO2纯化单元(CPU)后，重整工艺中烟道气热能转化利用率不变；使用CO2纯化单元(CPU)，既减少了温室气体的排放，又能回收CO2，作为产品输出；CO2纯化单元(CPU)还包含增加的氢气变压吸附模块(PSA)，提高了H2的回收，增加了同一重整工艺H2的产率。附图说明关于本专利技术的优点与精神可以通过以下的专利技术详述及所附图得到进一步的了解。图1是现有技术中蒸汽甲烷重整的流程图；图2是现有技术中包含CO2纯化单元的蒸汽甲烷重整的流程图；图3是本专利技术中包含CO2纯化单元的蒸汽甲烷重整的流程图；图4是CO2纯化单元的流程图。图中：1-原料流，2-离开SMR的合成气流，3-进入第一PSA的混合流，4-第一PSA尾气流，5-第一富氢流，6-原料燃料补充流，7-CO2产品流，7’-CO2燃料补充流，8-第二富氢流，9-CPU残余气体流，10-混合燃料补充流，11-烟道气，12-第一相分离器液体流，13-第二相分离器液体流，14-CO2液体流，15-CO2气体流，16-第一相分离器气体流，17-第二PSA尾气流，21-重整炉，22-用于H2的第一变压吸附模块(PSA)，23-CO2纯化单元(CPU)，24-换热器，25-用于H2的第一变压吸附模块(PSA)，26-第一相分离器，27-第二相分离器，28-阀门，29-膨胀器，30-压缩机。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施例。然而，应当将本专利技术理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本专利技术的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本专利技术的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“轴向”、“径向”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。在以下具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蒸汽烃类重整方法，其特征在于，包含如下步骤：/na)将含烃和蒸汽的原料流输入重整炉并得到合成气流；/nb)将合成气流输入第一变压吸附模块得到提纯后的第一富氢流和第一PSA尾气流；/nc)将第一PSA尾气流输入CO

【技术特征摘要】
1.一种蒸汽烃类重整方法，其特征在于，包含如下步骤：
a)将含烃和蒸汽的原料流输入重整炉并得到合成气流；
b)将合成气流输入第一变压吸附模块得到提纯后的第一富氢流和第一PSA尾气流；
c)将第一PSA尾气流输入CO2纯化单元并得到富含CO2的CO2产品流，第二富氢流和CPU残余气体流；
d)循环利用至少部分第二富氢流，使之与合成气流混合并输入第一变压吸附模块；
e)将至少部分CO2产品流气化后与CPU残余气体流合并作为燃料气体的一部分输入重整炉中。


2.如权利要求1所述的蒸汽烃类重整方法，其特征在于，所述燃料气体还包含天然气。


3.如权利要求2所述的蒸汽烃类重整方法，其特征在于，所述CO2纯化单元包含换热器，第一、第二相分离器和第二变压吸附模块；将第一PSA尾气流经换热器冷却后，在第一相分离器中分离出第一相分离器液体流，将第一相...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰·布里格利亚，巴普蒂斯特·法拉，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR