一种天然气制氢方法及其制氢控制系统技术方案

本发明专利技术涉及天然气制氢领域，具体涉及一种天然气制氢方法及其制氢控制系统

【技术实现步骤摘要】
一种天然气制氢方法及其制氢控制系统


[0001]本专利技术涉及天然气制氢领域，具体涉及一种天然气制氢方法及其制氢控制系统
。

技术介绍

[0002]氢能，作为一种高热值
、
零污染的能源，对于促进全球经济脱碳，特别是在工业和交通领域将发挥不可或缺的替代作用
。
目前，氢能产业发展已经到了加速期
。
主要工业化国家和地区已经将氢能纳入国家能源战略规划，氢能产业的商业化步伐不断加快
。
到
2050
年，氢能产业将创造
3000
万个工作岗位，减少
60
亿吨二氧化碳排放，创造
2.5
万亿美元的市场规模，并在全球能源消费占比达到
18
％
。
[0003]天然气制氢，其工艺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，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，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
。
由于天然气制氢中存在气体纯度不高的问题，需要最后进行氢气纯化；
[0004]当前氢气纯化主要采用变压吸附方法，变压吸附方法的主要影响因素是吸附材料的吸附性能，如何开发新的吸附材料以及如何进一步提高吸附材料的吸附性能是当前需要解决的重要技术难题
。r/>
技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种天然气制氢方法，包括如下步骤：
[0006]天然气引入
、
一级脱硫
、
二级脱硫
、
蒸汽转化
、
一氧化碳变换
、
催化脱硫和氢气提纯；
[0007]天然气引入步骤将天然气引入一级脱硫塔进行一级脱硫，一级脱硫将天然气中大部分硫元素脱除；
[0008]之后气体进行二级脱硫，二级脱硫将天然气中的硫元素加氢制成
H2S
进行脱除；脱除后的
H2S
进入催化脱硫塔进行催化脱硫；
[0009]催化脱硫将
H2S
与催化剂接触，催化剂将硫元素化学反应吸附，从而将氢气提出；
[0010]二级脱硫后的天然气进行蒸汽转化，得到一氧化碳和氢气；之后气体进入一氧化碳变换塔进行进一步转化，得到二氧化碳和氢气；
[0011]催化脱硫和一氧化碳变换之后的氢气进入氢气提纯塔进行氢气提纯；提纯后的氢气通过氢气输出管道进行输出
。
[0012]氢气提纯的步骤采用变压吸附方法，变压吸附至少包括如下步骤：
[0013]还原除氧
、
加压吸附
、
减压解吸
、
低压冲洗和充压；
[0014]还原除氧，将氢气产品气中的氧气以及可氧化的气体进行氧化，提高后续的加压吸附和减压解吸步骤的安全性；
[0015]加压吸附，将氢气充入加压吸附塔进行吸附，杂质气体被吸附塔内的吸附材料吸
附；
[0016]减压解吸，将氢气排出后减压，减压后的吸附材料中的杂质气体解吸排出；
[0017]低压冲洗，对吸附材料进行冲洗，使得吸附材料再生；
[0018]充压，将气体充入，使得杂质气体向上压缩至吸附塔顶部
。
[0019]所述吸附材料使用掺杂石墨烯静电吸附材料；
[0020]所述掺杂石墨烯静电吸附材料为掺杂石墨烯硅胶；将石墨烯掺入硅胶颗粒，得到多孔的静电可控吸附材料为掺杂石墨烯硅胶
。
[0021]掺杂石墨烯硅胶的制备方法如下：
[0022]取一定量的硅酸钠，加入3‑5倍的水稀释
、
过滤，得到硅酸钠溶液；
[0023]称取硅酸钠溶液在超声振荡状态下加入2‑3倍质量的碳酸氢钠溶液，之后振荡加入石墨烯粉末，并持续搅拌3‑
5min
，使得液体充分混合均匀，之后持续振荡1‑2小时；振荡完成后静置沉淀，将沉淀物调节
pH
值至
3.2
‑
3.5
，然后静置
24
小时以上，常温下烘干得到掺杂石墨烯硅胶颗粒
。
[0024]碳酸氢钠的浓度为3％至4％；调节
pH
值使用稀硫酸
。
[0025]加压吸附在吸附塔中进行，吸附塔中设置了多层吸附材料，吸附材料选择掺杂石墨烯硅胶；掺杂石墨烯硅胶可以导电；
[0026]在加压吸附过程中，使用电压控制单元对掺杂石墨烯硅胶加载电压，加载电压的大小根据杂质气体的浓度调节；
[0027]在减压解吸过程中，使用电压控制单元对掺杂石墨烯硅胶加载电压，加载电压的大小根据气体的浓度调节
。
[0028]还包括掺杂石墨烯硅胶测定步骤，掺杂石墨烯硅胶测定步骤在所有步骤之前，具体如下：
[0029]首先将掺杂石墨烯硅胶放置于真空环境中，在确定杂质气体浓度条件下测定掺杂石墨烯硅胶的最大吸附量随加载电压的变化，找到吸附量最大的加载电压，为最佳吸附电压，吸附量最低的加载电压为最佳解吸电压；
[0030]改变杂质气体的浓度，测定在不同杂质气体浓度下的最佳吸附电压和最佳解吸电压；从而得到最佳吸附电压随着杂质气体浓度变化的函数
U
M
(c)
和最佳解吸电压随着杂质气体浓度变化的函数
U
m
(c)。
[0031]在加压吸附过程中，使用电压控制单元对掺杂石墨烯硅胶加载电压，加载电压的大小根据杂质气体的浓度调节，利用最佳吸附电压随着杂质气体浓度变化的函数
U
M
(c)
；
[0032]在减压解吸过程中，使用电压控制单元对掺杂石墨烯硅胶加载电压，加载电压的大小根据气体的浓度调节，利用最佳解吸电压随着杂质气体浓度变化的函数
U
m
(c)。
[0033]掺杂石墨烯硅胶测定步骤中，加载的电压不得高于
100v。
[0034]一种天然气制氢控制系统，用于实现上述天然气制氢方法，系统包括：
[0035]天然气引入模块
、
一级脱硫模块
、
二级脱硫模块
、
蒸汽转化模块
、
一氧化碳变换模块
、
催化脱硫模块和氢气提纯模块；
[0036]天然气引入模块将天然气引入一级脱硫塔进行一级脱硫，一级脱硫将天然气中大部分硫元素脱除；
[0037]之后气体进入二级脱硫模块，二级脱硫模块将天然气中的硫元素加氢制成
H2S
进
行脱除；脱除后的
H2S
进入催化脱硫塔进行催化脱硫；
[0038]催化脱硫模块将
H2S<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种天然气制氢方法，其特征在于包括如下步骤：天然气引入
、
一级脱硫
、
二级脱硫
、
蒸汽转化
、
一氧化碳变换
、
催化脱硫和氢气提纯；天然气引入步骤将天然气引入一级脱硫塔进行一级脱硫，一级脱硫将天然气中大部分硫元素脱除；之后气体进行二级脱硫，二级脱硫将天然气中的硫元素加氢制成
H2S
进行脱除；脱除后的
H2S
进入催化脱硫塔进行催化脱硫；催化脱硫将
H2S
与催化剂接触，催化剂将硫元素化学反应吸附，从而将氢气提出；二级脱硫后的天然气进行蒸汽转化，得到一氧化碳和氢气；之后气体进入一氧化碳变换塔进行进一步转化，得到二氧化碳和氢气；催化脱硫和一氧化碳变换之后的氢气进入氢气提纯塔进行氢气提纯；提纯后的氢气通过氢气输出管道进行输出
。2.
根据权利要求1所述的一种天然气制氢方法，其特征在于：氢气提纯的步骤采用变压吸附方法，变压吸附至少包括如下步骤：还原除氧
、
加压吸附
、
减压解吸
、
低压冲洗和充压；还原除氧，将氢气产品气中的氧气以及可氧化的气体进行氧化，提高后续的加压吸附和减压解吸步骤的安全性；加压吸附，将氢气充入加压吸附塔进行吸附，杂质气体被吸附塔内的吸附材料吸附；减压解吸，将氢气排出后减压，减压后的吸附材料中的杂质气体解吸排出；低压冲洗，对吸附材料进行冲洗，使得吸附材料再生；充压，将气体充入，使得杂质气体向上压缩至吸附塔顶部
。3.
根据权利要求2所述的一种天然气制氢方法，其特征在于：所述吸附材料使用掺杂石墨烯静电吸附材料；所述掺杂石墨烯静电吸附材料为掺杂石墨烯硅胶；将石墨烯掺入硅胶颗粒，得到多孔的静电可控吸附材料为掺杂石墨烯硅胶
。4.
根据权利要求3所述的一种天然气制氢方法，其特征在于：掺杂石墨烯硅胶的制备方法如下：取一定量的硅酸钠，加入3‑5倍的水稀释
、
过滤，得到硅酸钠溶液；称取硅酸钠溶液在超声振荡状态下加入2‑3倍质量的碳酸氢钠溶液，之后振荡加入石墨烯粉末，并持续搅拌3‑
5min
，使得液体充分混合均匀，之后持续振荡1‑2小时；振荡完成后静置沉淀，将沉淀物调节
pH
值至
3.2
‑
3.5
，然后静置
24
小时以上，常温下烘干得到掺杂石墨烯硅胶颗粒
。5.
根据权利要求4所述的一种天然气制氢方法，其特征在于：碳酸氢钠的浓度为3％至4％；调节
pH
值使用稀硫酸
。6.
根据权利要求3所述的一种天然气制氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄浩然，李新中，刘冬梅，张云，
申请(专利权)人：芜湖朗卓新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：