使用废气作为冷却介质的重整系统和重整方法技术方案

公开了使用废气作为冷却介质的重整系统和重整方法，该重整系统包括：压缩机，被配置为压缩原料气；冷却系统，包括连接至压缩机的热交换器，并且被配置为通过包括冷却水的冷却介质来冷却在压缩过程中温度已经升高的原料气；重整器，被配置为通过使穿过热交换器的原料气与水反应来生成包括氢的合成气体；变压吸附(PSA)单元，被配置为从由重整器生成的合成气体中分离氢，并且排出废气；以及废气管线，被配置为将从PSA单元排出的废气馈送至热交换器，使得热交换器利用废气作为冷却介质。使得热交换器利用废气作为冷却介质。使得热交换器利用废气作为冷却介质。

【技术实现步骤摘要】
使用废气作为冷却介质的重整系统和重整方法


[0001]本公开涉及一种使用废气作为冷却介质的重整系统和重整方法，更具体地，涉及一种用于将从PSA单元排出的废气引入到热交换器中以使用废气作为冷却介质，并且通过将废气引入燃烧器中并燃烧废气来提高重整器的效率的重整系统(reforming system)和重整方法。

技术介绍

[0002]当氢用作燃料时，除氮氧化物外，它不会产生对环境有害的产物，并且可以容易地以各种形式存储，诸如，高压气体、液态气体和金属氢化物。因此，在各个领域中已经开发了使用氢作为能源的技术。蒸汽的重整是作为制造氢的方法最商业化的技术，并且在使用诸如民用燃气的天然气作为材料的同时通过重整器制造氢。天然气的重整是将天然气快速且廉价地转变成氢燃料的技术，并且可以是分配具有高效率、小尺寸、轻量、并且稳定以及迅速启动的燃料电池的核心技术。
[0003]压缩重整系统压缩原料气(feed gas，进气)并将原料气供应至重整器，并且系统所需的原料气的流速根据过程的负载来确定。为了控制所需流速，将其设计成使得已经穿过压缩机的一部分原料气循环，并且被重新引入到压缩机中。因为在压缩过程中原料气的温度增加，所以在压缩机的后端安装了冷却原料气的热交换器，使得原料气的温度与引入到压缩机中的原料气的温度条件一致。传统的重整系统使用冷却水作为热交换器的致冷剂，并且由于与原料气已经交换热量、温度已经升高的冷却水再次被冷却，热能没有被利用和消耗。
[0004]此外，因为甲烷-蒸汽重整反应是强吸热反应，所以原料气由燃烧器燃烧，并且重整器被加热至750度以上的温度以供应反应所需的热量。为了在蒸汽-甲烷重整反应之后纯化生成的气体中的氢，超高纯度的氢气通过变压吸附(PSA)来生成。将PSA的废气引入到燃烧器中，并且在热反应中与燃烧气体一起使用。在使用传统的重整系统的情况下，因为当废气引入到燃烧器中并且被加热时，应该供应原料气以提高废气的温度，所以重整系统的热效率降低。
[0005]本领域在提高热效率方面存在局限性，并且尚未提出可以利用冷却水中消耗的热能的重整系统和重整方法。

技术实现思路

[0006]本公开致力于解决上述问题，并且提供了一种重整系统和重整方法，该重整系统和重整方法可以通过使用废气作为冷却介质使用在冷却系统中浪费的热量来提高废气的温度，并且通过将温度升高的废气引入到燃烧器中的系统来利用所浪费的废热。
[0007]根据本公开的一方面，使用废气作为冷却介质的重整系统可以包括：压缩机，被配置为压缩原料气；冷却系统，包括连接至压缩机的热交换器，并且被配置为通过包括冷却水的冷却介质，来冷却在压缩过程中温度已经升高的原料气；重整器，被配置为通过使穿过热
交换器的原料气与水反应来生成包括氢的合成气体。变压吸附(PSA)单元，被配置为从由重整器生成的合成气体中分离氢，并且排出废气；以及废气管线，被配置为将从变压吸附(PSA)单元排出的废气馈送至热交换器，使得热交换器利用废气作为冷却介质。
[0008]冷却系统可以进一步包括：冷却塔，被配置为冷却穿过热交换器的冷却水；冷却水循环管线，连接至冷却塔和热交换器，并且冷却水穿过冷却水循环管线进行循环；以及第一阀，设置在冷却水循环管线上，以控制从冷却塔中排出并且引入到热交换器中的冷却水的流速。
[0009]温度传感器，被配置为测量原料气的温度信息，可以设置在热交换器和重整器之间，并且第一阀可以反馈由温度传感器测量的原料气的温度信息以控制冷却水的流速。
[0010]废气管线可以包括：废气引入管线，是从PSA单元排出的废气穿过其被引入到换热器中的通道；以及废气排出管线，是通过与原料气进行热交换而温度已经升高的废气穿过其被排出的通道；以及第二阀，被配置为控制废气的流速，可以设置在废气引入管线中。
[0011]如果废气的流速变为废气的预设额定流速的参考值，则打开第二阀。
[0012]在由重整器生成的氢的纯度为99.99％以上的条件下，废气管线可以连接至热交换器。
[0013]重整系统可以进一步包括：燃烧器，被配置为通过燃烧原料气和从废气管线排出的废气来向重整器供应热量，并且重整系统可以进一步包括反应器，连接至重整器并且被配置为通过使由重整器生成的合成气体的CO发生反应而产生氢。
[0014]根据本公开的一个方面，使用重整系统的重整方法可以包括：第一操作模式步骤，通过使热交换器的冷却介质为冷却水来操作重整器；旁路条件检测步骤，检测废气和由重整器产生的合成气体的状态条件是否对应于旁路条件；第二操作模式步骤，在使用由变压吸附单元产生的废气与冷却水一起作为冷却介质的同时，燃烧从热交换器排出的废气；氢纯度检测步骤，检测产生的氢的纯度是否大于或等于目标纯度；以及第三操作模式步骤，在使用废气作为冷却介质的同时操作重整系统。
[0015]在旁路条件检测步骤中的旁路条件中，合成气体和废气的流速可以为额定流速的40％以下。
[0016]在氢纯度检测步骤中，氢的检测纯度为99.99％以上。
[0017]第一操作模式步骤可以包括：重整器启动步骤，启动重整器；第一阀打开步骤，打开设置在冷却系统中并被配置为控制冷却水的流速的第一阀；冷却水系统操作步骤，通过热交换器启动冷却水的循环；压缩机操作步骤，启动压缩机；原料气引入步骤，将原料气引入到压缩机中；以及燃烧器和重整器操作步骤，启动燃烧器和重整器。
[0018]第二操作模式步骤可以包括：PSA单元操作步骤，启动PSA单元；第二阀打开步骤，打开设置在废气管线中并被配置为控制废气的流速的第二阀；第一阀温度控制操作启动步骤，通过反馈由温度传感器测量的温度信息来启动温度控制操作，温度传感器设置在热交换器和重整器之间并且被配置为测量原料气的温度信息，使得设置在冷却系统中并且被配置为控制冷却水的流速的第一阀保持预定的温度；以及重整器负载控制操作步骤，增加热交换器的废气的流速。
[0019]第三操作模式步骤可以包括：重整器负载额定操作步骤，操作以使热交换器的冷却介质为废气；以及第一阀温度控制操作保持步骤，控制温度以准备停止由第一阀供应废
气，第一阀形成在管线中，冷却水穿过该管线而引入到热交换器中，并且被配置为控制冷却水的流速。
[0020]根据本公开，根据使用废气作为冷却介质的重整系统和重整方法，因为作为冷却介质使用的废气与原料气交换热量并且被引入燃烧器，可以减少由燃烧器消耗的原料气量，所以可以提高系统的经济效率。
[0021]此外，可以通过降低在燃烧器中消耗的原料气量，来增加重整系统的整体效率。
附图说明
[0022]从下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其它方面、特征和优点将变得更加明显，其中：
[0023]图1是根据本公开的实施方式的使用废气作为冷却介质的重整系统的示意图；
[0024]图2是示出根据本公开的实施方式的使用废气作为冷却介质的重整系统的冷却系统的示图；
[0025]图3是根据本公开的实施方式的使用废气作为冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用废气作为冷却介质的重整系统，所述重整系统包括：压缩机，被配置为压缩原料气；冷却系统，包括连接至所述压缩机的热交换器，并且被配置为由包括冷却水的冷却介质，来冷却在压缩过程中温度升高的所述原料气；重整器，被配置为通过使穿过所述热交换器的所述原料气与水反应来生成包括氢的合成气体；变压吸附单元，被配置为从由所述重整器生成的所述合成气体中分离氢，并且排出所述废气；以及废气管线，被配置为将从所述变压吸附单元排出的所述废气馈送至所述热交换器，使得所述热交换器利用所述废气作为所述冷却介质。2.根据权利要求1所述的重整系统，其中，所述冷却系统还包括：冷却塔，被配置为冷却穿过所述热交换器的所述冷却水；冷却水循环管线，连接至所述冷却塔和所述热交换器，并且所述冷却水穿过所述冷却水循环管线进行循环；以及在所述冷却水循环管线上设置有第一阀，以控制从所述冷却塔中排出并且引入到所述热交换器中的所述冷却水的流速。3.根据权利要求2所述的重整系统，其中，温度传感器设置在所述热交换器与所述重整器之间，并被配置为测量所述原料气的温度信息，并且所述第一阀反馈由所述温度传感器测量的所述原料气的所述温度信息以控制所述冷却水的流速。4.根据权利要求1所述的重整系统，其中，所述废气管线包括：废气引入管线，是从所述变压吸附单元排出的所述废气引入到所述热交换器中所经由的通道；以及废气排出管线，是通过与所述原料气进行热交换而温度已经升高的所述废气被排出所经由的通道，以及其中，在所述废气引入管线中设置有第二阀，所述第二阀被配置为控制所述废气的流速。5.根据权利要求4所述的重整系统，其中，在所述热交换器在所述重整系统的初始阶段使用所述冷却水作为所述冷却介质之后，如果所述废气的流速变为所述废气的预设额定流速的参考值，则打开所述第二阀，使得所述冷却水的流速逐渐减小，并且所述废气的流速逐渐增加，并且所述冷却介质最终被所述废气替代。6.根据权利要求1所述的重整系统，其中，在由所述重整器产生的氢的纯度为99.99％以上的情况下，所述废气管线连接至所述热交换器。7.根据权利要求1所述的重整系统，还包括：燃烧器，被配置为通过燃烧所述原料气和从所述废气管线排出的所述废气，来向所述重整器供应热量。8.根据权利要求1所述的重整系统，还包括：反应器，连接至所述重整器，并且被配置为通过使由所述重整器生成的所述合成气体的CO发...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋韩佑，高东石，
申请(专利权)人：起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：