[發(fā)明專利]一種便于橇裝的高效天然氣轉(zhuǎn)化制氫方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010908074.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111960382A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王良輝;單彤文;汪濤;張瑜;汪恒;侯建國(guó);孫炳;王秀林;鄭珩;宋鵬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司;中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C01B3/48
• 分類號(hào): C01B3/48;C01B3/38;C01B3/34;F28D21/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 吳彥峰

本發(fā)明提供一種便于橇裝的高效天然氣轉(zhuǎn)化制氫方法，屬于天然氣制氫技術(shù)領(lǐng)域。包括：1)燃料氣在燃燒室燃燒生成高溫?zé)煔釩；2)高溫?zé)煔釩向上對(duì)轉(zhuǎn)化管傳熱，降低溫度后進(jìn)入煙氣廢鍋；3)天然氣經(jīng)加熱后與水蒸汽混合，進(jìn)入原料氣集氣室，然后再進(jìn)入轉(zhuǎn)化管內(nèi)反應(yīng)生成氣體B；4)出催化劑床層的氣體B隨即從底部進(jìn)入刺刀式中心管，由下往上在刺刀式中心管內(nèi)流動(dòng)，并同時(shí)向催化劑床層傳遞熱量后出刺刀式中心管；5)氣體B為混合原料氣A和天然氣預(yù)熱后經(jīng)變換，廢熱回收，冷卻分離，氫氣提取得到氫氣產(chǎn)品。本發(fā)明方法可減小占地面積80～90％，節(jié)省天然氣消耗5～10％，便于橇裝，非常適合于汽車加氫站等場(chǎng)地受限、不便于現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)火施工的制氫場(chǎng)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天然氣制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種便于橇裝的高效天然氣轉(zhuǎn)化制氫方法。

背景技術(shù)

用天然氣(包括井采天然氣、油田伴生氣、頁(yè)巖氣等)生產(chǎn)氫氣，首先需要將天然氣轉(zhuǎn)化為富含H₂的轉(zhuǎn)化氣，再用氣體分離方法，如變壓吸附分離法和冷凍分離法等，以達(dá)到生產(chǎn)氫氣的目的。

現(xiàn)行普遍采用的天然氣轉(zhuǎn)化制氫一般采用一段蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)轉(zhuǎn)化氣，轉(zhuǎn)化氣再經(jīng)變換即將轉(zhuǎn)化氣中的絕大部分CO與轉(zhuǎn)化氣中殘留的H₂O反應(yīng)變換為H₂和CO₂，最后用氣體分離方法分離出變換氣中的氫氣產(chǎn)品。

轉(zhuǎn)化爐采用的是排管式燃燒輻射傳熱轉(zhuǎn)化爐，根據(jù)爐體外形分為方箱爐、圓筒爐、梯臺(tái)爐等，排管由一系列獨(dú)立的轉(zhuǎn)化管并聯(lián)組成，在爐體內(nèi)一般按立式有序排列，內(nèi)裝填轉(zhuǎn)化催化劑，轉(zhuǎn)化原料混合氣(天然氣+水蒸汽)從頭到尾通過(guò)轉(zhuǎn)化管內(nèi)的催化劑床層發(fā)生烴類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，爐體為鋼結(jié)構(gòu)+耐火絕熱材料。由于天然氣的水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，轉(zhuǎn)化管內(nèi)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需熱量通過(guò)爐體內(nèi)轉(zhuǎn)化管排管之間的燃料燃燒以輻射傳熱方式提供，為了防止火焰直接燒到轉(zhuǎn)化管導(dǎo)致轉(zhuǎn)化管破壞，要求燃燒器與爐管間必須保持一定的水平距離，這就造成轉(zhuǎn)化爐體積非常龐大，即便是加氫站內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)制氫使用的小型制氫裝置也非常不便于橇裝。

轉(zhuǎn)化管出口轉(zhuǎn)化氣溫度一般為800～900℃，變換爐出口變換氣溫度一般為350～420℃，直接通過(guò)副產(chǎn)蒸汽、加熱廢鍋給水等方式盡量回收，然后采用介質(zhì)(空氣或冷卻水)冷卻到40℃以下，分離冷凝的水分后即得到提取氫氣用變換氣。轉(zhuǎn)化爐燃料主要為提取氫氣后的尾氣，但滿足不了轉(zhuǎn)化爐熱量需求，不足的燃料氣用少量天然氣補(bǔ)充，即氫氣生產(chǎn)過(guò)程的天然氣總消耗由原料天然氣和燃料天然氣組成。轉(zhuǎn)化制氫裝置利用高溫余熱副產(chǎn)的水蒸汽，除滿足本裝置使用外，還有大量的水蒸汽剩余，普遍存在的天然氣消耗高、副產(chǎn)的蒸汽需要外送消化的缺點(diǎn)，尤其是加氫站內(nèi)使用的制氫裝置，剩余的蒸汽根本就找不到消化的渠道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種便于橇裝的高效天然氣轉(zhuǎn)化制氫方法，本發(fā)明方法可大規(guī)模減小轉(zhuǎn)化爐尺寸，減少轉(zhuǎn)化所需燃料消耗，無(wú)需外送副產(chǎn)蒸汽，達(dá)到制氫系統(tǒng)便于橇裝并提高天然氣制氫效率的目的。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種便于橇裝的高效天然氣轉(zhuǎn)化制氫方法，包括原料氣加熱，混合氣預(yù)熱以及刺刀式對(duì)流傳熱轉(zhuǎn)化爐，刺刀式對(duì)流傳熱轉(zhuǎn)化爐內(nèi)設(shè)置有原料氣集氣室，轉(zhuǎn)化管和燃燒室，轉(zhuǎn)化管內(nèi)設(shè)置有催化劑床層和刺刀式中心管，包括以下步驟：

1)燃料氣在刺刀式對(duì)流傳熱轉(zhuǎn)化爐底部的燃燒室燃燒生成高溫?zé)煔釩；

2)高溫?zé)煔釩向上對(duì)轉(zhuǎn)化管傳熱，使轉(zhuǎn)化管內(nèi)催化劑床層溫度升高，為管內(nèi)催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供熱量，降低溫度后進(jìn)入煙氣廢鍋；

3)天然氣經(jīng)加熱后與煙氣廢鍋出來(lái)的水蒸汽混合，混合原料氣A經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入刺刀式對(duì)流傳熱轉(zhuǎn)化爐頂部的原料氣集氣室，然后再進(jìn)入裝有催化劑床層的轉(zhuǎn)化管內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，得氣體B；

4)出催化劑床層的氣體B隨即從底部進(jìn)入刺刀式中心管，由下往上在刺刀式中心管內(nèi)流動(dòng)，并同時(shí)向刺刀式中心管外催化劑床層傳遞氣體B的高溫?zé)崃亢蟪龃痰妒綄?duì)流傳熱轉(zhuǎn)化爐；