一种天然气制氢系统及制氢方法技术方案

本发明专利技术公开了一种天然气制氢系统及制氢方法，改变传统的安装方法，解决在用户现场施工带来的质量管控风险，做到全程质量控制。它包括蒸汽转化装置、蒸汽变换装置及吸附塔（8）；所述蒸汽转化装置包括脱硫器（1）和转化器（2），转化器（2）与蒸汽变换装置相连接，蒸汽变换装置包括锅炉给水预热器（4）、转化气水冷器（5）和转化气水分离器（6），转化气水分离器（6）与吸附塔（8）相连接转化器（2）,转化器(2)底部设有烧咀（3），甲烷转化所需热量由底部烧咀（3）燃烧燃料混合气提供。本发明专利技术实现产品的标准化生产，形成标准系列化产品，便于用户的设备管理，备件通用，降低装置的运行成本。降低装置的运行成本。降低装置的运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气制氢系统及制氢方法


[0001]本专利技术涉及制氢
，具体涉及一种天然气制氢系统及制氢方法。

技术介绍

[0002]氢气，化学式为H2，分子量为2.01588，常温常压下，是一种极易燃烧的气体。无色透明、无臭无味且难溶于水的气体。氢气是世界上已知的密度最小的气体，氢气的密度只有空气的1/14，即在101.325千帕(1标准大气压)和0℃，氢气的密度为0.089g/L。所以氢气可作为飞艇、氢气球的填充气体(由于氢气具有可燃性，安全性不高，飞艇现多用氦气填充)。氢气是相对分子质量最小的物质，还原性较强，常作为还原剂参与化学反应。
[0003]工业上一般从天然气或水煤气制氢气，而不采用高耗能的电解水的方法。制得的氢气大量用于石化行业的裂化反应和生产氨气。氢气分子可以进入许多金属的晶格中，造成“氢脆”现象，使得氢气的存储罐和管道需要使用特殊材料(如蒙耐尔合金)，设计也更加复杂。
[0004]目前制氢行业普遍采用的技术主要有：水电解、甲醇裂解、天然气裂解、氨分解、煤气化制氢、富氢尾气回收等。目前氢气的主要来源分为三大类:
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是传统的水电解制氢；二是利用工业废气提纯氢；三是采用化石燃料，如煤气、天然气、重油等造气或丙烷、液氨、甲醇裂解等方法得到含氢气源再分离提纯的氢气。而这三类中,技术成熟,能获得高纯氢用于工业使用的制氢技术主要有水电解、天然气裂解、氨分解、煤造气、甲醇裂解五种。
[0005]我国天然气资源丰富，大部分主要分布在西部、西北部等偏远地区，导致其压缩、运输、储存、利用等成本较高。目前，为了实现天然气的经济利用，通常把天然气作为初始原料进行加工，生产多碳烃和醇等化合物，主要分两步完成:首先将甲烷转化成CO和H2(即合成气),然后将合成气转化成多碳烃和醇类化合物，如采用F
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T合成等方式。几乎含碳化合物均可制备合成气,如煤、天然气等，制备合成气的成本可变,主要由H2/C0比、原料、制备工艺过程、规模、系统集成度和其它一些等因素决定。合成气用途广泛，可作为工业原料生产氨气、氢气、甲醇等。
[0006]天然气中主要成分为甲烷(CH4)，是各类化合物中氢原子质量占比最大的化合物，储氢量为25％。同时天然气属地球三大化石能源之一，储量巨大(最近盛行的页岩气、可然冰与此也类似)，因此很早就发展成为工业中最主流的氢气制备技术，在许多国家中占压倒性优势地位。由于甲烷化学结构稳定，所以工业上常采用便宜易得的水蒸气、氧气介质与甲烷反应，先生成合成气，再经化学转化与分离，制备氢气。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种天然气制氢系统及制氢方法，改变传统的安装方法，解决在用户现场施工带来的质量管控风险，做到全程质量控制。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0009]本专利技术提供的一种天然气制氢系统，其特征在于，包括蒸汽转化装置、蒸汽变换装
置及吸附塔；所述蒸汽转化装置包括脱硫器和转化器，转化器与蒸汽变换装置相连接，蒸汽变换装置包括锅炉给水预热器、转化气水冷器和转化气水分离器，转化气水分离器与吸附塔相连接。
[0010]进一步的，所述转化器底部设有烧咀，甲烷转化所需热量由底部烧咀燃烧燃料混合气提供。
[0011]进一步的，还包括脱盐水预热器，脱盐水经过脱盐水预热器和锅炉给水预热器预热，进入转化器进行副产蒸汽。
[0012]进一步的，所述吸附塔设置有4～6个，在任意时刻都有1台吸附塔处于吸附状态。
[0013]本专利技术提供的天然气制氢系统用于天然气的制氢方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0014]步骤一原料预处理：将界区外的天然气首先经过压缩机增压，然后经蒸汽转化炉对流段的原料气预热器升温；
[0015]步骤二蒸汽转化：天然气进入脱硫器进行脱硫处理，在脱硫器中将原料气中的硫脱至0.1PPM以下，脱硫后的原料气与工艺蒸汽进入自动化值调节混合气预热器，进一步预热到510℃以上，从上集气总管及上猪尾管，均匀地进入转化器中，在催化剂层中，甲烷与水蒸汽反应生成CO和H2；
[0016]步骤三变换过程：转化气经过升降温度，再依次进入锅炉给水预热器、转化气水冷器、转化气水分离器，将冷凝液分离出工艺冷凝液，工艺气体送至变压吸附；作为燃料的天然气与变压吸附的脱附气混合，再根据转化炉出口气体温度的高低调节入燃料气预热器的燃料气量，燃料气经过流量调节后进入顶部烧嘴燃烧，向转化炉提供热量；
[0017]步骤四吸附过程：转化气中的甲烷、二氧化碳和一氧化碳等组分被停留在吸附剂的表面，氢气作为非吸附组分从吸附塔的顶部收集得到，送往界外，被杂质组分饱和的吸附剂通过再生步骤，从吸附剂上脱附出来，通过收集后送往转化炉作为燃料，再生结束，吸附塔又重新具备处理转化气并生产氢气的能力。
[0018]进一步的，所述步骤一中，天然气气压经压缩机增压到1.6MPa，原料气预热升温至370～390℃。
[0019]进一步的，所述步骤二中，脱硫后的原料气与工艺蒸汽按H2O/∑C＝3～4的含量比例进行混合。
[0020]进一步的，所述步骤三中，转化气出转化炉的温度为840～860℃，高温转化气进入废热锅炉的管程产生3.0MPa的饱和蒸汽，出废热锅炉的转化气温度降至290～310℃。
[0021]进一步的，所述步骤四中，吸附塔的再生步骤由一均降、二均降、三均降、顺放、逆放、冲洗、三均升、二均升、一均升和终升这些步骤组成。
[0022]进一步的，向锅炉装置中加入磷酸盐溶液和脱氧剂，以改善炉水的结垢情况和腐蚀情况，汽包需连续排出部分锅炉水以控制汽包内炉水的总溶固量。
[0023]基于上述技术方案，本专利技术实施例至少可以产生如下技术效果：
[0024](1)整体撬装化设计，改变传统的现场安装方式，通过在公司内加工生产、配管、成撬，完全实现在公司内进行材料、探伤、试压等全过程的生产管控，从根本上解决在用户现场施工带来的质量管控风险，真正做到了全程质量控制。
[0025](2)产品在公司内全部成撬，采用在工厂内制造工厂的思路，完成厂内验证合格
后，按既定的拆装方案进行拆装，发往用户现场进行复装，现场施工量小，施工周期短。
[0026](3)自动化程度非常高，通过上位系统可以对装置的运行情况进行全自动监测和控制，并对关键数据实时上传至云服务器，进行远程检测，实现现场的无人化管理。
[0027](4)装置的移动性非常强，可以根据项目的具体情况，进行搬迁异地后再次成撬安后使用，实现设备的重复利用，保证设备价值的最大利益化
[0028](5)根据加氢站对氢气量需求，进行标准的工艺设计，以及按工艺模块进行组合的设计原则，实现产品的标准化生产，形成标准系列化产品，便于用户的设备管理，备件通用，降低装置的运行成本。
[0029]上面对本专利技术的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利技术并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气制氢系统，其特征在于，包括蒸汽转化装置、蒸汽变换装置及吸附塔（8）；所述蒸汽转化装置包括脱硫器（1）和转化器（2），转化器（2）与蒸汽变换装置相连接，蒸汽变换装置包括锅炉给水预热器（4）、转化气水冷器（5）和转化气水分离器（6），转化气水分离器（6）与吸附塔（8）相连接。2. 根据权利要求1所述的天然气制氢系统，其特征在于：转化器（2）底部设有烧咀（3） ，甲烷转化所需热量由底部烧咀（3）燃烧燃料混合气提供。3.根据权利要求1所述的天然气制氢系统，其特征在于：还包括脱盐水预热器（7）， 脱盐水经过脱盐水预热器（7）和锅炉给水预热器（4）预热，进入转化器（2）进行副产蒸汽。4. 根据权利要求1所述的天然气制氢系统，其特征在于：所述吸附塔（8）设置有4～6个，在任意时刻都有 1 台吸附塔处于吸附状态。5.一种天然气制氢方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一原料预处理：将界区外的天然气首先经过压缩机增压，然后经蒸汽转化炉对流段的原料气预热器升温；步骤二蒸汽转化：天然气进入脱硫器（1）进行脱硫处理，在脱硫器（1）中将原料气中的硫脱至0.1PPM以下，脱硫后的原料气与工艺蒸汽进入自动化值调节混合气预热器，进一步预热到510℃以上，从上集气总管及上猪尾管，均匀地进入转化器（2）中，在催化剂层中，甲烷与水蒸汽反应生成CO和H2；步骤三变换过程：转化气经过升降温度，再依次进入锅炉给水预热器（4）、转化气水冷器（5）、转化气水分离器（6），将冷凝液分离出工艺冷凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗钦予，罗斌峰，何金平，赵成林，
申请(专利权)人：四川金星清洁能源装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：