一种天然气制氢中温变换系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种天然气制氢中温变换系统，包括供气单元、加氢脱硫单元、蒸汽发生单元、蒸汽转化单元、中温变换单元、提氢单元以及纯化单元，所述中温变换单元和所述提氢单元之间依次设有第一变换气输送段和第二变换气输送段，所述蒸汽发生单元设有沿给水流动方向依次设置的第一给水段和第二给水段，所述第一变换气输送段与所述第二给水段热交换设置，所述第二变换气输送段与所述第一给水段热交换设置。本实用新型专利技术公开的天然气制氢中温变换单元，变换气作为锅炉给水的预热热源，分两次对锅炉给水进行降温，充分合理利用余热，同时可对变换气进行降温，充分利用系统产生的热量。充分利用系统产生的热量。充分利用系统产生的热量。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气制氢中温变换系统


[0001]本技术涉及天然气制氢领域，具体涉及一种天然气制氢中温变换系统。

技术介绍

[0002]随着能源消耗地加剧，寻找新的能源已经成为当前的一个重要任务。氢作为现今最具有发展潜力的一种能源，来源广泛，几乎不产生污染，转化效率高，应用前景广泛。
[0003]利用天然气制取氢气，可以在一定程度上缓解我国能源危机，进一步促进我国能源利用结构的转变。天然气制氢工艺的原理就是先对天然气进行预处理，然后在转化炉中将甲烷和水蒸汽转化为一氧化碳和氢气等，余热回收后，在变换塔中将一氧化碳变换成二氧化碳和氢气的过程，这一工艺技术的基础是在天然气蒸汽转化技术的基础上实现的。在变换塔中，在催化剂存在的条件下，控制反应温度，转化气中的一氧化碳和水反应，生成氢气和二氧化碳。
[0004]天然气中的烷烃在适当的压力和温度下，就会发生一系列化学反应生成转化气，转化气再经过热换、冷凝等过程，使气体在自动化的控制下通过装有多种吸附剂的PAS装置后，一氧化碳、二氧化碳等杂质被吸附塔吸附，氢气送往用气单位，吸附了杂质的吸附剂，经解吸后，解析气可送往变换炉作为燃料，吸附剂也完成再生。
[0005]其主要反应式如下：
[0006]天然气和水在800～900℃高温和氧化镍催化剂的条件下反应生成一氧化碳和氢气。反应式为：CH4+H2O
→
CO+H2
‑
Q
[0007]一氧化碳和水在300
‑
400℃条件下和三氧化二铁催化剂的条件下反应生成二氧化碳和氢气。反应式为：CO+H2O
→
CO2+H2+Q
[0008]另外，在制取过程相关的技术指标要求如下：
[0009]压力一般在1.5～2.5MPa，天然气单耗为0.4～0.5m3/m3氢气；运行时间：>8000h；工业规模：1000m3/h～100000m3/h。
[0010]天然气的制取氢流程主要包括四个：原料气预处理、天然气蒸汽转化、一氧化碳变换、氢气提纯。
[0011]首先是原料预处理步骤，这里的预处理主要指的就是原料气的脱硫，实际工艺运行当中一般采用天然气钴钼加氢串联氧化锌作为脱硫剂将天然气中的有机硫转化为无机硫再进行去除。
[0012]其次就是进行天然气蒸汽转化的步骤，在转化炉中采用镍系催化剂，将天然气中的烷烃转化成为主要成分是一氧化碳和氢气的原料气。
[0013]然后就是一氧化碳变换，使其在催化剂存在的条件下和水蒸气发生反应，从而生成氢气和二氧化碳，得到主要成分是氢气和二氧化碳的变换气。根据变换温度的不同可以将一氧化碳的变换工艺分为两种：中温变换、高温变换。其中高温变换的温度大概在360℃左右，中温变换的工艺大概在320℃左右。随着技术对策发展，近年来开始采用一氧化碳高温变换加低温变换的两段工艺设置，这样可以近一步节省对资源的消耗，但对于转化气中
一氧化碳含量不高的情况，可只采用中温变换。
[0014]最后一个步骤就是提纯氢气，现在最常用的一种氢气提纯系统就是PAS 系统，又叫变压吸附净化分离系统，这种系统能耗低、流程简单、制取氢气的纯度较高，最高时氢气的纯度可达99.99％。
[0015]中温变换后的变换气温度较高，需要进行冷却后再进行提氢和纯化，如何充分利用中温变换后产生的余热是本申请即将解决的问题。

技术实现思路

[0016]本技术的目的是提供一种充分合理利用余热的天然气制氢中温变换系统。
[0017]为达到上述目的，本技术采用的技术方案是：一种天然气制氢中温变换系统，包括供气单元、加氢脱硫单元、蒸汽发生单元、蒸汽转化单元、中温变换单元、提氢单元以及纯化单元，所述中温变换单元和所述提氢单元之间依次设有第一变换气输送段和第二变换气输送段，所述蒸汽发生单元设有沿给水流动方向依次设置的第一给水段和第二给水段，所述第一变换气输送段与所述第二给水段热交换设置，所述第二变换气输送段与所述第一给水段热交换设置。
[0018]上述技术方案中，所述中温变换单元包括中温变换炉、变换气水冷器、变换气气水分离器以及变换气缓冲罐，所述中温变换炉的进料口作为所述中温变换单元的转化气输入端，所述变换气缓冲罐的出料口作为所述中温变换单元的变换气输出端，所述第一变换气输送段和所述第二变换气输送段依次设于所述中温变换炉和所述变换气水冷器之间。
[0019]上述技术方案中，所述蒸汽发生单元包括脱盐水供水装置、脱盐水预热器、除氧器、磷酸盐加药装置、给水预热器、汽包、锅炉以及蒸汽气水分离器，所述脱盐水预热器的管程进水口与所述脱盐水供水装置的出水口连接，所述除氧器的进水口与所述脱盐水预热器的管程出水口连接，所述给水预热器的管程进水口连接所述除氧器的出水口和所述磷酸盐加药装置，所述锅炉的壳程进水口和壳程蒸汽出口连接所述汽包，所述汽包分别连接所述给水预热器的管程出口和所述蒸汽气水分离器的蒸汽入口，所述蒸汽气水分离器的蒸汽出口为所述蒸汽发生单元的蒸汽输出端，所述锅炉的管程入口与所述蒸汽转化单元的转化气输出端连接，
[0020]所述中温变换炉的出料口与所述给水预热器的壳程入口连接，所述脱盐水换热器的壳程入口与所述给水预热器的壳程出口连接，所述变换气水冷器的壳程与所述脱盐水换热器的壳程出口连接，所述变换气气水分离器的壳程入口与所述变换气水冷器的壳程出口连接，所述变换气缓冲罐的进料口与所述变换气气水分离器的壳程出口连接；
[0021]所述脱盐水预热器的壳程为所述第二变换气输送段，所述给水预热器的壳程为所述第一变换气输送段，所述脱盐水预热器的管程为所述第一给水段，所述给水预热器的管程为所述第二给水段。
[0022]上述技术方案中，所述供气单元包括中压槽车、第一天然气缓冲罐、第二天然气缓冲罐以及第三天然气缓冲罐，所述第一天然气缓冲罐的进料口连接所述中压槽车，所述第二天然气缓冲罐的进料口和所述第三天然气缓冲罐的进料口并联连接所述第一天然气缓冲罐的出料口，所述第二天然气缓冲罐的出料口为所述供气单元的原料输出端，所述第三天然气缓冲罐的出料口为所述供气单元的燃料输出端。
[0023]由于上述技术方案运用，本技术与现有技术相比具有下列优点：本技术公开的天然气制氢中温变换单元，变换气作为锅炉给水的预热热源，分两次对锅炉给水进行降温，充分合理利用余热，同时可对变换气进行降温，充分利用系统产生的热量。
附图说明
[0024]图1是本技术公开的天然气制氢中温变换系统的组成示意图。
具体实施方式
[0025]结合附图及实施例对本技术作进一步描述：
[0026]参见图1，如其中的图例所示，一种天然气制氢系统，包括：
[0027]天然气供给单元，其用于提供天然气，天然气供给单元包括中压槽车 11、第一天然气缓冲罐12、第二天然气缓冲罐13以及第三天然气缓冲罐14，第一天然气缓冲罐12的进料口连接中压槽车11，第二天然气缓冲罐13的进料口和第三天然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气制氢中温变换系统，包括供气单元、加氢脱硫单元、蒸汽发生单元、蒸汽转化单元、中温变换单元、提氢单元以及纯化单元，其特征在于，所述中温变换单元和所述提氢单元之间依次设有第一变换气输送段和第二变换气输送段，所述蒸汽发生单元设有沿给水流动方向依次设置的第一给水段和第二给水段，所述第一变换气输送段与所述第二给水段热交换设置，所述第二变换气输送段与所述第一给水段热交换设置。2.如权利要求1所述的天然气制氢中温变换系统，其特征在于，所述中温变换单元包括中温变换炉、变换气水冷器、变换气气水分离器以及变换气缓冲罐，所述中温变换炉的进料口作为所述中温变换单元的转化气输入端，所述变换气缓冲罐的出料口作为所述中温变换单元的变换气输出端，所述第一变换气输送段和所述第二变换气输送段依次设于所述中温变换炉和所述变换气水冷器之间。3.如权利要求2所述的天然气制氢中温变换系统，其特征在于，所述蒸汽发生单元包括脱盐水供水装置、脱盐水预热器、除氧器、磷酸盐加药装置、给水预热器、汽包、锅炉以及蒸汽气水分离器，所述脱盐水预热器的管程进水口与所述脱盐水供水装置的出水口连接，所述除氧器的进水口与所述脱盐水预热器的管程出水口连接，所述给水预热器的管程进水口连接所述除氧器的出水口和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：金向华，孙猛，张友圣，王新喜，徐聪，
申请(专利权)人：重庆金苏化工有限公司，
类型：新型
国别省市：