一种天然气重整制氢系统及其方法与流程

本发明涉及制氢，尤其涉及一种天然气重整制氢系统及其方法。

背景技术：

1、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。

2、由于氢气在工业上有广泛的用途，大量制取氢气是我们所研究的课题。工业上制取氢气的方法一般有以下5种：1甲醇裂解制取氢气；2水煤气制取氢气；3电解水制取氢气；4氯碱工业电解食盐水制取氢气；5天然气制取氢气；利用甲醇裂解制取氢气，因甲醇有毒，易对生产操作工人产生职业健康危害；水煤气法制取氢气在生产过程中存在大量的co，众所周知，co是高毒物品，极易造成人员中毒而亡；电解水制取氢气，耗能高，况且高耗能下，有一半的产品氧气直接或间接直接排放至大气，造成能源损耗；氯碱工业电解食盐水制取氢气，投资高，能耗大，投资动辄十多亿元，甚至几十亿元，不适宜灵巧轻便的生产使用氢气；因此，天然气制取氢气工艺技术就受到越来越多氢气生产者的青睐。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术的缺陷，提供一种天然气重整制氢系统及其方法，以解决现有技术存在的问题。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、提供一种天然气重整制氢系统，包括脱硫反应器、转化炉、蒸汽变换装置以及变压吸附装置，所述转化炉的预料气预热盘管入口端连接有天然气压缩机，所述天然气压缩机的入口端连接有原料气缓冲罐，所述转化炉的预料气预热盘管出口连接有加氢反应器，所述加氢反应器的出口端与所述脱硫反应器的入口端相连，所述脱硫反应器的出口通过第一管道与所述转化炉的混合气预热盘管的入口端相连，所述转化炉的混合气预热盘管出口与所述转化炉的转化管入口端相连，所述转化炉的转化管的出口通过第二管道与所述蒸汽变换装置相连，所述蒸汽变换装置的出口分别连接有产品氢缓冲罐和解析气缓冲罐，所述产品氢缓冲罐的出口连接有过滤器。

4、进一步地，所述解析气缓冲罐出口连通有精馏提纯系统入口，所述精馏提纯系统出口通过第三管道连接所述原料气缓冲罐，所述第三管道上连通有第六管道。

5、进一步地，所述蒸汽变换装置包括依次通过管道连接的蒸汽发生器、中变器、蒸汽过热器、锅炉给水预热器、脱盐水预热器、变化气水冷器、变化气分离器以及变换器缓冲罐，所述脱盐水预热器连接有反渗透制水装置。

6、进一步地，所述锅炉给水预热器通过第四管道连接有汽包，所述汽包分别通过管道连接所述蒸汽发生器和蒸汽分离器，所述蒸汽分离器的出口连接所述蒸汽过热器的入口端，所述蒸汽过热器还通过第五管道连通所述第一管道。

7、进一步地，所述蒸汽变换装置还包括膜蒸馏装置，所述膜蒸馏装置的入口端连接所述锅炉给水预热器，出口连接所述脱盐水预热器，其中，所述膜蒸馏装置为直接接触式膜蒸馏dcmd、气隙式膜蒸馏agmd、真空式膜蒸馏vmd以及气流吹扫式膜蒸馏sgmd中的其中一种。

8、本发明还提供一种上述天然气重整制氢系统制备氢气的方法，步骤包括：

9、步骤一、压力为0.25mpa(g)的天然气少部分经减压后进入转化炉做为燃料，大部分的天然气则与氢气混合后则经天然气压缩机加压，然后用流量调节阀调节流量，进入至转化炉的原料气预热盘管进行一次预热，然后进入加氢反应器和脱硫反应器中进行脱硫；

10、步骤二、脱硫后的天然气和脱盐水与第五管道中的工艺蒸汽按水碳比混合后由第一管道进入转化炉的混合气预热盘管，进行二次预热，然后进入转化炉的转化管中，并在镍系催化剂层中使甲烷与水蒸汽反应生成h2、co和co2；

11、步骤三、转化气出转化炉的温度为800-830℃，残余甲烷含量<4.5％，进入蒸汽发生器副产2.2mpa(g)饱和蒸汽自用，出蒸汽发生器的转化气温降至320-340℃，再进入中变器，转化气中的co和未反应的过量水蒸气在中变器fe2o3催化剂的作用下，与水蒸汽反应生成h2和co2，并放出大量的反应热，使气体温度升高到390-410度，出中变器的气体中co含量小于1.5％；

12、步骤四、出中变器的饱和蒸汽再进入蒸汽过热器加热成过热蒸汽，再经锅炉给水预热器回收热量后，温度降至160-170℃，再进入脱盐水预热器，出口变换气再进入变换气水冷却器冷到30-50℃，经变换气分离器出冷凝液后，经变换气缓冲罐送至变压吸附装置，后得到的纯度为99.999％的产品氢，然后送至产品氢缓冲罐，补充加氢反应中的氢气量，解析气送至解析气换罐；将解析气缓冲罐中的气体通过精馏提纯系统后得到的高纯co2以及轻组分h2和ch4，h2和ch4通过第三管道进入至原料气缓冲罐。

13、进一步地，所述步骤一中，混合后的天然气增压至2.0mpa(g)；一次预热温度在320-340℃；硫脱至0.1ppm以下。

14、进一步地，所述步骤一中，二次预热温度为550-580℃。

15、进一步地，所述步骤四中，过热蒸汽经锅炉给水预热器回收热量后，先经膜蒸馏装置换热后再进入脱盐水预热器中。

16、进一步地，所述步骤四中，精馏提纯系统依次包括mdea吸收法/低温甲醇洗法、co2气体干燥、co2液化以及co2提纯。

17、本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术优点：

18、本发明提供的天然气重整制氢系统，工艺简单，运行可靠，利用天然气制取氢气，并通过转化炉和蒸汽变换装置，进一步提高转化气中氢气的比例，再由变压吸附装置生产出纯度为99.9％的氢气，工艺流程短，几乎无毒，设备设施投资少，占地面积小，易于安全稳定生产。

19、本发明提供的天然气重整制氢系统，通过将变压吸附装置解析后的气体ch4、h2和co2通过精馏提纯进行co2捕获，获得的高纯co2以获得较高经济价值，可应用于工业行业，食品行业和农业，同时剩下的ch4和h2进入至原料气缓冲罐中，与天然气混合作为原料气，降低了天然气制氢的反应单耗。

20、本发明提供的天然气重整制氢系统，通过加入膜蒸馏装置，减少了热量的浪费以及变换气水冷器运行系统负荷，同时制备成脱盐水，给锅炉给水预热器做为原料。

技术特征：

1.一种天然气重整制氢系统，其特征在于，包括脱硫反应器、转化炉、蒸汽变换装置以及变压吸附装置，所述转化炉的预料气预热盘管入口端连接有天然气压缩机，所述天然气压缩机的入口端连接有原料气缓冲罐，所述转化炉的预料气预热盘管出口连接有加氢反应器，所述加氢反应器的出口端与所述脱硫反应器的入口端相连，所述脱硫反应器的出口通过第一管道(1)与所述转化炉的混合气预热盘管的入口端相连，所述转化炉的混合气预热盘管出口与所述转化炉的转化管入口端相连，所述转化炉的转化管的出口通过第二管道(2)与所述蒸汽变换装置相连，所述蒸汽变换装置出口与所述变压吸附装置入口端相连，所述变压吸附装置的出口分别连接有产品氢缓冲罐和解析气缓冲罐，所述产品氢缓冲罐的出口连接有过滤器。

2.根据权利要求1所述的天然气重整制氢系统，其特征在于，所述解析气缓冲罐出口连通有精馏提纯系统入口，所述精馏提纯系统出口通过第三管道(3)连接所述原料气缓冲罐，所述第三管道(3)上连通有第六管道(6)。

3.根据权利要求2所述的天然气重整制氢系统，其特征在于，所述蒸汽变换装置包括依次通过管道连接的蒸汽发生器、中变器、蒸汽过热器、锅炉给水预热器、脱盐水预热器、变化气水冷器、变化气分离器以及变换器缓冲罐。

4.根据权利要求3所述的天然气重整制氢系统，其特征在于，所述锅炉给水预热器通过第四管道(4)连接有汽包，所述汽包分别通过管道连接所述蒸汽发生器和蒸汽分离器，所述蒸汽分离器的出口连接所述蒸汽过热器的入口端，所述蒸汽过热器还通过第五管道(5)连通所述第一管道(1)。

5.根据权利要求3所述的天然气重整制氢系统，其特征在于，所述蒸汽变换装置还包括膜蒸馏装置，所述膜蒸馏装置的入口端连接所述锅炉给水预热器，出口连接所述脱盐水预热器，其中，所述膜蒸馏装置为直接接触式膜蒸馏dcmd、气隙式膜蒸馏agmd、真空式膜蒸馏vmd以及气流吹扫式膜蒸馏sgmd中的其中一种。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的天然气重整制氢系统制备氢气的方法，其特征在于，步骤包括：

7.根据权利要求6所述的制备氢气的方法，其特征在于，所述步骤一中，混合后的天然气增压至2.0mpa(g)；一次预热温度在320-340℃；硫脱至0.1ppm以下。

8.根据权利要求6所述的制备氢气的方法，其特征在于，所述步骤二中，二次预热温度为550-580℃。

9.根据权利要求6所述的制备氢气的方法，其特征在于，所述步骤四中，过热蒸汽经锅炉给水预热器回收热量后，先经膜蒸馏装置换热后再进入脱盐水预热器中。

10.根据权利要求6所述的制备氢气的方法，其特征在于，所述步骤四中，精馏提纯系统依次包括mdea吸收法/低温甲醇洗法、co2气体干燥、co2液化以及co2提纯。

技术总结本发明提供一种天然气重整制氢系统，包括脱硫反应器、转化炉、蒸汽变换装置以及变压吸附装置，原料天然气经天然气压缩机加压后，进入转化炉的原料气预热盘管进行一次预热，然后进入加氢反应器和脱硫反应器进行硫脱，脱硫后进入转化炉的混合气预热盘管进行二次预热，转化气再经蒸汽变换装置以及变压吸附装置提纯氢气，得到纯度为99.999％的H<subgt;2</subgt;，并将解析后的气体通过精馏提纯后得到高纯CO<subgt;2</subgt;以及轻组分H<subgt;2</subgt;和CH<subgt;4</subgt;，H<subgt;2</subgt;和CH<subgt;4</subgt;再进入原料气缓冲罐。本发明通过利用天然气制取H<subgt;2</subgt;，并通过转化炉和蒸汽变换装置，进一步提高转化气H<subgt;2</subgt;的比例，再由变压吸附装置产出纯度为99.999％的H<subgt;2</subgt;，其纯度更高，同时可以获得高纯CO<subgt;2</subgt;，将其应用于工业、食品、农业等，还降低了制氢的反应单耗。技术研发人员：童大庆受保护的技术使用者：瑞必科净化设备（上海）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18