[發明專利]一種利用天然氣制備高純度氫氣的方法

在審

• 申請號: 201911293322.9
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN110950304A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 李洪;蔡陽
• 申請（專利權）人: 簡陽綠杉新能源設備有限公司
• 主分類號: C01B3/48
• 分類號: C01B3/48;C01B3/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種利用天然氣制備高純度氫氣的方法，包括天然氣原料中加入脫硫劑和脫氯劑凈化后獲得脫硫天然氣；將脫硫天然氣和預熱的蒸汽通入轉化爐管中，在高溫催化劑作用下發生烴?蒸汽轉化反應，經過預轉化后獲得轉化氣；轉化氣經過廢熱鍋爐換熱至300℃~400℃后進入變換爐使一氧化碳和水反應變換成氫氣和二氧化碳；再經過換熱、冷凝、汽水分離，通過程序控制將氣體依序通過裝有三種特定吸附劑的吸附塔；由變壓吸附PSA升壓吸附氮氣、一氧化碳、甲烷、二氧化碳提取產品氫氣；降壓解析放出雜質并使吸附劑得到再生。本發明的制氫方法能夠利用天然氣制備氫氣，能夠獲得高純度的氫氣。

技術領域

本發明涉及制氫技術領域，具體涉及到一種利用天然氣制備高純度氫氣的方法。

背景技術

常溫常壓下，氫氣是一種極易燃燒，無色透明、無臭無味且難溶于水的氣體。氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，氫氣的密度只有空氣的1/14，即在0℃時，一個標準大氣壓下，氫氣的密度為0.089g/L。所以氫氣可作為飛艇、氫氣球的填充氣體（由于氫氣具有可燃性，安全性不高，飛艇現多用氦氣填充）。氫氣是相對分子質量最小的物質，主要用作還原劑。

工業上一般從天然氣或水煤氣制氫氣，而不采用高耗能的電解水的方法。制得的氫氣大量用于石化行業的裂化反應和生產氨氣。氫氣分子可以進入許多金屬的晶格中，造成“氫脆”現象，使得氫氣的存儲罐和管道需要使用特殊材料（如蒙耐爾合金），設計也更加復雜。

天然氣中主要成分為甲烷；是各類化合物中氫原子質量占比最大的化合物,儲氫量為25%。同時天然氣屬地球三大化石能源之一,儲量巨大(最近盛行的頁巖氣、可然冰與此也類似),因此很早就發展成為工業中最主流的氫氣制備技術,在許多國家中占壓倒性優勢地位。由于甲烷化學結構穩定,所以工業上常采用便宜易得的水蒸氣、氧氣介質與甲烷反應,先生成合成氣,再經化學轉化與分離,制備氫氣。另外針對含CO2酸性氣的天然氣礦源,有著CO干重整制氫的技術需求。最近,發展了天然氣的直接無氧芳構化技術可以得到不含CO的氫氣及大量高價值的芳烴產品。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用天然氣制備高純度氫氣的方法。

為達上述目的，本發明的一個實施例中提供了一種利用天然氣制備高純度氫氣的方法，包括以下步驟：

（1）原料預處理：

天然氣原料中通入氫氣，加入加氫催化劑，然后升溫至400℃~450℃，加入脫硫劑和脫氯劑；凈化完畢后獲得脫硫天然氣；

（2）蒸汽預轉化：

將脫硫天然氣和預熱的蒸汽通入轉化爐管中，脫硫天然氣與蒸汽按照碳水比4~5:1的比值混合，在高溫催化劑作用下發生烴-蒸汽轉化反應，反應溫度為700℃~800℃，；轉化管外用天然氣和回收的尾氣燃燒加熱為反應提供能量；經過預轉化后獲得的轉化氣為含有氫氣、一氧化碳和二氧化碳的轉化氣；

（3）變換反應：

轉化氣經過廢熱鍋爐換熱至300℃~400℃后進入變換爐使一氧化碳和水反應變換成氫氣和二氧化碳；再經過換熱、冷凝、汽水分離，通過程序控制將氣體依序通過裝有三種特定吸附劑的吸附塔；由變壓吸附PSA升壓吸附氮氣、一氧化碳、甲烷、二氧化碳提取產品氫氣；降壓解析放出雜質并使吸附劑得到再生。

本發明優化的方案之一，原料預處理過程中，天然氣原料中通入的氫氣體積百分比為2%~6%；加氫催化劑為鐵錳催化劑。

本發明優化的方案之一，天然氣壓縮至2MPa~3MPa后加熱至400℃~450℃后進行脫硫和脫氯。

本發明優化的方案之一，脫硫劑為氧化鋅；天然氣脫硫至0.2ppm以下。

本發明優化的方案之一，蒸汽預轉化的高溫催化劑為鎳類催化劑。

綜上所述，本發明具有以下優點：