一种调节氢碳比生产天然气联产燃料电池用氢的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于焦炉气综合利用领域，具体为一种调节氢碳比生产天然气联产燃料电池用氢的装置。该装置包括预净化单元、深度净化单元、脱氢单元、燃料电池单元、甲烷化单元和甲烷纯化单元；其中原料气管道与预净化单元连接，在预净化单元后依次设立深度净化单元、脱氢单元、燃料电池单元、甲烷化单元和甲烷纯化单元，各单元之间通过管道连接。通过该装置能提高天然气产能；解决焦炉气中氢碳比失调、天然气热值不够的问题，同时将产生的富氢尾气的附加值提高至最大。提高至最大。提高至最大。

【技术实现步骤摘要】
一种调节氢碳比生产天然气联产燃料电池用氢的装置


[0001]本技术属于焦炉气综合利用领域，具体为一种调节氢碳比生产天然气联产燃料电池用氢的装置。

技术介绍

[0002]我国是世界第一焦炭大国，总产能约6.3亿吨。每生产一吨焦炭会产生约400Nm3/h焦炉气，其中约一半回用于焦炉加热燃料，其余部分焦炉气的综合利用是一个重要的领域。可用于发电、化工生产，也可用于制备SNG、CNG、LNG同时联产甲醇、合成氨、乙二醇等。
[0003]采用焦炉气生产天然气是一种十分环保的途径。不仅可以减少碳排放，还可以增加天然气产能。
[0004]在实际的焦炉气制备天然气的生产中，有如下问题：
[0005]1)化产出来的焦炉煤气中苯含量约4000mg/Nm3，传统用焦炉煤气生产天然气的工艺中，如专利CN201510850839.9等需要采用活性炭将苯和氨一起脱除，而苯中含有六个碳原子，是可靠的碳来源，如不脱除，甲烷化后天然气产能可以增加0.95％以上。
[0006]2)焦炉生产中会有氮气进入焦炉煤气中，氮气含量的多少完全有赖于焦化的技术水平及管理水平，当入口氮气含量大于7％(体积比)时，天然气中氮气含量会大于15％(体积比)，天然气热值不满足二类天然气热值要求。对热值要求较高，如一类天然气，或者高于一类天然气热值时，需要对甲烷提纯。
[0007]3)焦化生产冶金焦时，氢碳比过高，为降低动力消耗，需要将氢气脱除；当焦化生产气化焦时，氢碳比又会降低，甲烷化需要的合理氢碳比为3～3.2，如何有效的动态调整氢碳比是个问题。
[0008]4)氢碳比调节工艺中排放掉的富氢气如何利用也是一个问题，氢能是世界公认的清洁能源，如将该部分氢气提纯为燃料电池用氢，可以极大的提高氢气的附加值。

技术实现思路

[0009]基于上述思路，本技术对传统焦炉煤气制天然气的流程进行了优化和改进，提供了一种调节氢碳比生产天然气联产燃料电池用氢的装置。在该装置中，将PSA脱苯脱氨改进为湿法脱氨装置，可以增加产能0.95％以上；增加提氢装置I和提氢装置Ⅱ，在有效的范围内，尽量投资最小产出最大；将提氢尾气通过PSA提纯的方式，获得满足GB/T37244
‑
2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》要求的氢气，将富氢气附加值提高到最大；设置PSA
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CH4工序，将氮气脱除掉，出口气热值≥31.4MJ/Nm3，甚至达到36MJ/Nm3以上，可以根据需要调节。
[0010]本技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0011]一种调节氢碳比生产天然气联产燃料电池用氢的装置，装置包括预净化单元、深度净化单元、脱氢单元、燃料电池单元、甲烷化单元和甲烷纯化单元；其中原料气管道与预净化单元连接，在预净化单元后依次设立深度净化单元、脱氢单元、燃料电池单元、甲烷化
单元和甲烷纯化单元，各单元之间通过管道连接。
[0012]作为本申请中一种较好的实施方式，所述的预净化单元包括预净化装置、气柜和螺杆压缩装置；原料气管道与预净化装置连接，预净化装置与气柜连接，气柜与螺杆压缩装置连接。预净化单元中的各装置均为现有技术常用设备，经过预净化单元后，焦炉气中焦油、萘、尘脱除到15mg/Nm3以下，压力提高至0.2MPaG以上。
[0013]作为本申请中一种较好的实施方式，所述的深度净化单元包括精脱油脱萘装置、粗脱硫装置、往复压缩装置、湿法脱氨装置和加氢脱硫装置；其中精脱油脱萘装置的入口与预净化单元中的螺杆压缩装置的出口连接，精脱油脱萘装置的出口与粗脱硫装置连接；粗脱硫装置与往复压缩装置连接；往复压缩装置与湿法脱氨装置连接；湿法脱氨装置与加氢脱硫装置连接。
[0014]深度净化单元中的各装置均为现有技术常用设备，其中湿法脱氨采用脱盐水喷淋吸收，吸收塔建立低浓度吸收液循环，定期外排氨吸收浓液，污水站处理达标后外排；湿法脱氨出口氨浓度不大于1mg/Nm3。经过深度净化单元后，焦油、萘、尘脱除到1mg/Nm3以下，有机硫和无机硫脱除到0.1ppm以下，氨脱除到1mg/Nm3以下，压力提高至1.0MPaG以上。
[0015]作为本申请中一种较好的实施方式，所述的脱氢单元包括提氢装置Ⅰ、提氢装置Ⅱ和氢碳比自动调节装置；加氢脱硫装置分别与提氢装置Ⅰ和氢碳比自动调节装置连接，提氢装置Ⅰ和提氢装置Ⅱ连接。提氢装置Ⅰ采用一种贮氢合金分离床吸收氢气，贮氢合金分离床≥2组，一组处于吸收状态，其余处于解吸或降温准备状态。贮氢合金分离床吸收时温度≤60℃，采用氢碳比自动调节系统出口气间接换热冷却，解吸时温度≥180℃，采用加氢脱硫后净化气间接换热加热。提氢装置Ⅱ采用常规的膜分离或者变压吸附；膜组件≥2，吸附塔≥2。
[0016]提氢装置I解吸的氢气纯度高、杂质少，满足GB/T37244
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2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》中的指标要求。提氢装置I解吸的氢气经隔膜压缩后压力提高至0.1MPaG以上。
[0017]作为本申请中一种较好的实施方式，所述的燃料电池单元包括隔膜压缩装置和变压吸附制氢装置(PSA
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H2)；提氢装置Ⅰ与隔膜压缩装置连接；提氢装置Ⅱ与变压吸附制氢装置(PSA
‑
H2)连接；变压吸附制氢装置(PSA
‑
H2)与氢碳比自动调节装置连接。
[0018]PSA
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H2吸附剂采用不同配比的分子筛、活性炭、硅胶的混合吸附剂。优选PSA
‑
H2采用1级及以上的变压吸附。PSA
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H2出口气体指标满足GB/T37244
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2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》的要求。
[0019]作为本申请中一种较好的实施方式，所述的甲烷化单元包括甲烷化装置及TSA干燥装置；氢碳比自动调节装置与甲烷化装置连接，甲烷化装置与TSA干燥装置连接。
[0020]作为本申请中一种较好的实施方式，所述的甲烷纯化单元包括变压吸附分离甲烷装置(PSA
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CH4)、真空泵、CNG压缩装置和SNG装置；TSA干燥装置与变压吸附分离甲烷装置(PSA
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CH4)连接，变压吸附分离甲烷装置(PSA
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CH4)通过真空泵分别与CNG压缩装置和SNG装置连接；变压吸附分离甲烷装置(PSA
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CH4)与变压吸附制氢装置(PSA
‑
H2)连接。
[0021]PSA
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CH4采用变压吸附提纯甲烷，甲烷是吸附相，吸附塔≥2个，吸附剂采用不同配比的分子筛、活性炭、硅胶的混合吸附剂。PSA
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CH4的解析气作为PSA
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H2的再生气。真空泵出口气热值≥31.4MJ/Nm3，可以达到36MJ/Nm3以上，可以根据需要控制出口热值。
[0022]作为本申请中一种较好的实施方式，所述的湿法脱氨装置采用脱盐水喷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调节氢碳比生产天然气联产燃料电池用氢的装置，其特征在于该装置包括预净化单元、深度净化单元、脱氢单元、燃料电池单元、甲烷化单元和甲烷纯化单元；其中原料气管道与预净化单元连接，在预净化单元后依次设立深度净化单元、脱氢单元、燃料电池单元、甲烷化单元和甲烷纯化单元，各单元之间通过管道连接。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的预净化单元包括预净化装置、气柜和螺杆压缩装置；原料气管道与预净化装置连接，预净化装置与气柜连接，气柜与螺杆压缩装置连接。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的深度净化单元包括精脱油脱萘装置、粗脱硫装置、往复压缩装置、湿法脱氨装置和加氢脱硫装置；其中精脱油脱萘装置的入口与预净化单元中的螺杆压缩装置的出口连接，精脱油脱萘装置的出口与粗脱硫装置连接；粗脱硫装置与往复压缩装置连接；往复压缩装置与湿法脱氨装置连接；湿法脱氨装置与加氢脱硫装置连接。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的脱氢单元包括提氢装置Ⅰ、提氢装置Ⅱ和氢碳比自动调节装置；加氢脱硫装置分别与提氢装置Ⅰ和氢碳比自动...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴子波，李林，黄鹂，王妮，吴路平，周政宏，申莉，王继锋，袁家均，敬晓珺，
申请(专利权)人：西南化工研究设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：