一种余热梯级利用的甲烷重整制氢系统

本申请涉及一种余热梯级利用的甲烷重整制氢系统。

背景技术：

1、甲烷高温重整反应是大规模产氢的主要方式之一。碳原子数目相同的情况下，烃类物质的碳氢比越小，理论产氢量越高。甲烷因只含有碳氢键，且碳氢比最小，是理想制氢原材料。甲烷还具有可利用性高、价格低廉、来源广泛等优势。因此利用甲烷进行重整制氢具有不可比拟的独特优势。就甲烷重整制氢而言，氢气产量及产氢纯度与所采用的重整工艺、重整反应器结构和类型有着密切联系。由于甲烷重整本身需要供热的地方非常多，现有的供热方式一般是采用独立供热进行，但这对于能源的消耗极大，因此有必要对于整个系统进行改进，以实现能量的梯级应用，但是需要说明的是，该梯级应用的基础是保证整个重整反应的可靠性。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提出了一种余热梯级利用的甲烷重整制氢系统，包括一重整炉和与重整炉相连的水煤气变换器，在水煤气变换器后设置一喷淋冷却塔，在喷淋冷却塔后设置一氢气变压吸附器，氢气变压吸附器后通过一回收管线与重整炉相连；在喷淋冷却塔和氢气变压吸附器之间设置第一加热器，在水煤气变换器和喷淋冷却塔之间设置有第二加热器，在重整炉和水煤气变换器之间设置有第三加热器，水导入管线依次通过第一加热器、第二加热器以及第三加热器导入到重整炉中；还包括一甲烷导入管线，所述甲烷导入管线连接到重整炉中。本申请通过水导入管线通过第一加热器、第二加热器、第三加热器的逐级加热，既作为冷源满足了工艺要求，还回收了热量，实现了余热的梯级换热，大大的提高了能源利用率。

2、优选的，在水煤气变换器中设置一内换热器，甲烷导入管线与内换热器连通设置，所述水导入管线与甲烷导入管线通过一混合器相连，所述混合器后通过一混合管道与第三加热器相连。本申请的水蒸气和甲烷进行预混，可以使得在重整炉中水蒸气和甲烷的混合更加均匀，保证重整反应的效果。

3、优选的，还包括一高温热泵，所述高温热泵设置在第一加热器和第二加热器之间，所述水导入管线导入到高温热泵当中。

4、优选的，所述喷淋冷却塔的下部设置一循环管道，循环管道上设置一循环泵，循环管道导入到高温热泵当中，然后导入到喷淋冷却塔的顶部，并设置有喷淋管道，在喷淋管道上设置有喷淋头。本申请的热泵可以充分的冷却导入的反应气体，采用该种方式能够保证喷淋冷却塔的操作工况的基础上，尽可能的回收热量。

5、优选的，所述循环管道作为高温热泵的热源；所述水导入管线作为高温热泵的冷源。

6、优选的，还包括一设置在水导入管线上的导入水泵。

7、本申请能够带来如下有益效果：

8、1.本申请通过水导入管线通过第一加热器、第二加热器、第三加热器的逐级加热，既作为冷源满足了工艺要求，还回收了热量，实现了余热的梯级换热，大大的提高了能源利用率。

9、2.本申请的水蒸气和甲烷进行预混，可以使得在重整炉中水蒸气和甲烷的混合更加均匀，保证重整反应的效果。

10、3.本申请的热泵可以充分的冷却导入的反应气体，采用该种方式能够保证喷淋冷却塔的操作工况的基础上，尽可能的回收热量。

技术特征：

1.一种余热梯级利用的甲烷重整制氢系统，其特征在于：包括一重整炉和与重整炉相连的水煤气变换器，在水煤气变换器后设置一喷淋冷却塔，在喷淋冷却塔后设置一氢气变压吸附器，氢气变压吸附器后通过一回收管线与重整炉相连；在喷淋冷却塔和氢气变压吸附器之间设置第一加热器，在水煤气变换器和喷淋冷却塔之间设置有第二加热器，在重整炉和水煤气变换器之间设置有第三加热器，水导入管线依次通过第一加热器、第二加热器以及第三加热器导入到重整炉中；还包括一甲烷导入管线，所述甲烷导入管线连接到重整炉中。

2.根据权利要求1所述的一种余热梯级利用的甲烷重整制氢系统，其特征在于：在水煤气变换器中设置一内换热器，甲烷导入管线与内换热器连通设置，所述水导入管线与甲烷导入管线通过一混合器相连，所述混合器后通过一混合管道与第三加热器相连。

3.根据权利要求1所述的一种余热梯级利用的甲烷重整制氢系统，其特征在于：还包括一高温热泵，所述高温热泵设置在第一加热器和第二加热器之间，所述水导入管线导入到高温热泵当中。

4.根据权利要求3所述的一种余热梯级利用的甲烷重整制氢系统，其特征在于：所述喷淋冷却塔的下部设置一循环管道，循环管道上设置一循环泵，循环管道导入到高温热泵当中，然后导入到喷淋冷却塔的顶部，并设置有喷淋管道，在喷淋管道上设置有喷淋头。

5.根据权利要求4所述的一种余热梯级利用的甲烷重整制氢系统，其特征在于：所述循环管道作为高温热泵的热源；所述水导入管线作为高温热泵的冷源。

6.根据权利要求1所述的一种余热梯级利用的甲烷重整制氢系统，其特征在于：还包括一设置在水导入管线上的导入水泵。

技术总结一种余热梯级利用的甲烷重整制氢系统，包括一重整炉和与重整炉相连的水煤气变换器，在水煤气变换器后设置一喷淋冷却塔，在喷淋冷却塔后设置一氢气变压吸附器，氢气变压吸附器后通过一回收管线与重整炉相连；在喷淋冷却塔和氢气变压吸附器之间设置第一加热器，在水煤气变换器和喷淋冷却塔之间设置有第二加热器，在重整炉和水煤气变换器之间设置有第三加热器，水导入管线依次通过第一加热器、第二加热器以及第三加热器导入到重整炉中；还包括一甲烷导入管线，所述甲烷导入管线连接到重整炉中。本申请通过水导入管线通过加热器的逐级加热，既作为冷源满足了工艺要求，还回收了热量，实现了余热的梯级换热，大大的提高了能源利用率。技术研发人员：李显,任金丽,陈心悦,薛璐,陈艳,程嘉仪,闫敏受保护的技术使用者：山东建筑大学技术研发日：20240123技术公布日：2024/9/17