【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天然气处理，特别是涉及一种掺氢天然气氢气提纯系统及方法。
技术介绍
1、相比于其他输氢方式，利用天然气管网长距离输送氢气具有运输成本低、减少基础设施投资的优势。但为了将氢气用于化工原料或燃料电池用燃料，从掺氢天然气中分离出纯氢至关重要(根据iso 14687-2:2012，用于燃料电池的氢气纯度至少为99.97％)。
2、基于目前掺氢天然气管网安全运行以及下游用户可承受掺氢量的限制，掺氢天然气中氢气浓度一般小于20％，常用膜分离和变压吸附的组合对掺氢天然气进行提氢。多数沸石类吸附剂在低温下具有更高的吸附容量及分离系数，例如5a沸石分子筛在-30℃时饱和吸附量最高。而变压吸附获得纯氢的同时，需要将解吸后的天然气继续增压注入管网。如何降低天然气再压缩能耗和减少吸附剂成为降低提氢成本的重要因素之一。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够充分利用天然气压力能，降低提氢成本的掺氢天然气氢气提纯系统及方法。
2、本专利技术提供的一个技术方案，一种掺氢天然气氢气提纯系统包括天然气压力能利用系统和提氢系统，天然气压力能利用系统包括三通阀门，三通阀门的进口连接高压掺氢天然气管网，三通阀门的第一出口连接膨胀机的进口，膨胀机的出口连接第一换热器的第一进口，第一换热器的第一出口连接到第二换热器的第一进口，第二换热器的第一出口连接到低压天然气管网；
3、天然气提氢系统包括膜分离器、吸附塔和压缩机，三通阀门的第二出口连接膜分离器的进口，膜
4、本专利技术掺氢天然气氢气提纯系统，其中所述膜分离器的第二出口连接背压阀的进口，背压阀的出口连接膨胀机的进口。
5、本专利技术掺氢天然气氢气提纯系统，其中所述第一吸附塔上设置有第一吸附塔第一出口阀门，第一吸附塔第一出口阀门连接下游用氢端。
6、本专利技术掺氢天然气氢气提纯系统，其中所述第二吸附塔上设置有第二吸附塔第一出口阀门，第二吸附塔第一出口阀门连接下游用氢端。
7、本专利技术掺氢天然气氢气提纯系统，其中所述膜分离器和吸附塔包括有多组。
8、本专利技术掺氢天然气氢气提纯系统，其中所述膨胀机和压缩机设置有多组。
9、本专利技术提供的另一个技术方案，一种掺氢天然气氢气提纯方法，包括以下步骤：
10、s10，将高压掺氢天然气部分通入膜分离器进行气体分离，部分通入膨胀机用于提供压力能；
11、s20，经过膜分离器分离提纯的掺氢天然气与在膨胀机中释放压力能后膨胀做功后的低温天然气在第一换热器换热后进入处于吸附状态的第一吸附塔进行气体分离，达到标准的纯氢去往下游用氢端；
12、s30，第一吸附塔达到吸附平衡时转换为解吸状态，由第二吸附塔继续吸附，第一吸附塔和第二吸附塔轮流处于吸附和解吸状态，；
13、s40，吸附塔的解吸出的天然气利用步骤s10中的压力能压缩后去往下游用氢端。
14、本专利技术掺氢天然气氢气提纯方法，其中第一吸附塔或第二吸附塔的解吸天然气利用压力能压缩后，再进入第二换热器与失去压力能后经过第一换热器换热后的天然气进行换热，然后去往下游低压天然气管网。
15、本专利技术掺氢天然气氢气提纯方法，其中步骤s40中，利用压力能的设备为膨胀机和压缩机。
16、本专利技术掺氢天然气氢气提纯系统及方法与现有技术不同之处在于，本专利技术掺氢天然气氢气提纯系统将高压天然气的压力能充分用于提氢系统，一方面将压力能用于解吸天然气进入天然气管网的再压缩，无额外的压缩能耗，减少了设备投资，降低提氢系统成本；另一方面将膨胀后的冷量用于降温掺氢天然气，减小吸附热对性能的影响，提高吸附剂的吸附容量，有效减小了吸附塔内吸附剂量，提高了吸附效率。
17、下面结合附图对本专利技术的掺氢天然气氢气提纯系统及方法作进一步说明。
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1.一种掺氢天然气氢气提纯系统，其特征在于：包括天然气压力能利用系统和提氢系统，天然气压力能利用系统包括三通阀门，三通阀门的进口连接高压掺氢天然气管网，三通阀门的第一出口连接膨胀机的进口，膨胀机的出口连接第一换热器的第一进口，第一换热器的第一出口连接到第二换热器第一进口，第二换热器第一出口连接到低压天然气管网；
2.根据权利要求1所述的掺氢天然气氢气提纯系统，其特征在于：所述膜分离器的第二出口连接背压阀的进口，背压阀的出口连接膨胀机的进口。
3.根据权利要求1所述的掺氢天然气氢气提纯系统，其特征在于：所述第一吸附塔上设置有第一吸附塔第一出口阀门，第一吸附塔第一出口阀门连接下游用氢端。
4.根据权利要求1或3所述的掺氢天然气氢气提纯系统，其特征在于：所述第二吸附塔上设置有第二吸附塔第一出口阀门，第二吸附塔第一出口阀门连接下游用氢端。
5.根据权利要求1所述的掺氢天然气氢气提纯系统，其特征在于：所述膜分离器和吸附塔包括有多组。
6.根据权利要求1所述的掺氢天然气氢气提纯系统，其特征在于：所述膨胀机和压缩机设置有多组。
...【技术特征摘要】
1.一种掺氢天然气氢气提纯系统，其特征在于：包括天然气压力能利用系统和提氢系统，天然气压力能利用系统包括三通阀门，三通阀门的进口连接高压掺氢天然气管网，三通阀门的第一出口连接膨胀机的进口，膨胀机的出口连接第一换热器的第一进口，第一换热器的第一出口连接到第二换热器第一进口，第二换热器第一出口连接到低压天然气管网；
2.根据权利要求1所述的掺氢天然气氢气提纯系统，其特征在于：所述膜分离器的第二出口连接背压阀的进口，背压阀的出口连接膨胀机的进口。
3.根据权利要求1所述的掺氢天然气氢气提纯系统，其特征在于：所述第一吸附塔上设置有第一吸附塔第一出口阀门，第一吸附塔第一出口阀门连接下游用氢端。
4.根据权利要求1或3所述的掺氢天然气氢气提纯系统，其特征在于：所述第二吸附...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛祥，白俊，吴媛媛，姜鑫，常旭宁，铁宇，郭蕙心，谢雨桐，
申请(专利权)人：北京市燃气集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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