[實(shí)用新型]一種天然氣制氫蒸汽發(fā)生系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202022195117.3
• 申請(qǐng)日: 2020-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN213326722U
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金向華;孫猛;張友圣;王新喜;齊相前
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶金蘇化工有限公司
• 主分類號(hào): C01B3/48
• 分類號(hào): C01B3/48;C01B3/38;F22B1/18
• 代理公司: 蘇州翔遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32251
• 代理人: 陸金星

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種天然氣制氫蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，包括供氣單元、加氫脫硫單元、蒸汽發(fā)生單元、蒸汽轉(zhuǎn)化單元、中溫變換單元、提氫單元以及純化單元，蒸汽轉(zhuǎn)化單元的轉(zhuǎn)化氣輸出端與中溫變換單元的轉(zhuǎn)化氣輸入端之間設(shè)有轉(zhuǎn)化氣輸送段，中溫變換單元的轉(zhuǎn)化氣輸出端和提氫單元的變換氣輸入端之間設(shè)有變換氣輸送段，蒸汽發(fā)生單元設(shè)有鍋爐水段和給水段，轉(zhuǎn)化氣輸送段與鍋爐水段熱交換設(shè)置，變換氣輸送段與給水段熱交換設(shè)置。本實(shí)用新型公開(kāi)的天然氣制氫蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化氣溫度較高，作為鍋爐水的加熱熱源進(jìn)行加熱，變換氣作為鍋爐給水的預(yù)熱熱源，同時(shí)可對(duì)變換氣進(jìn)行降溫，充分合理利用系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及天然氣制氫領(lǐng)域，具體涉及一種天然氣制氫蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著能源消耗地加劇，尋找新的能源已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)重要任務(wù)。氫作為現(xiàn)今最具有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N能源，來(lái)源廣泛，幾乎不產(chǎn)生污染，轉(zhuǎn)化效率高，應(yīng)用前景廣泛。

利用天然氣制取氫氣，可以在一定程度上緩解我國(guó)能源危機(jī)，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)能源利用結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。天然氣制氫工藝的原理就是先對(duì)天然氣進(jìn)行預(yù)處理，然后在轉(zhuǎn)化爐中將甲烷和水蒸汽轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣等，余熱回收后，在變換塔中將一氧化碳變換成二氧化碳和氫氣的過(guò)程，這一工藝技術(shù)的基礎(chǔ)是在天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。在變換塔中，在催化劑存在的條件下，控制反應(yīng)溫度，轉(zhuǎn)化氣中的一氧化碳和水反應(yīng)，生成氫氣和二氧化碳。

天然氣中的烷烴在適當(dāng)?shù)膲毫蜏囟认拢蜁?huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)生成轉(zhuǎn)化氣，轉(zhuǎn)化氣再經(jīng)過(guò)熱換、冷凝等過(guò)程，使氣體在自動(dòng)化的控制下通過(guò)裝有多種吸附劑的PAS裝置后，一氧化碳、二氧化碳等雜質(zhì)被吸附塔吸附，氫氣送往用氣單位，吸附了雜質(zhì)的吸附劑，經(jīng)解吸后，解析氣可送往變換爐作為燃料，吸附劑也完成再生。

其主要反應(yīng)式如下：

天然氣和水在800～900℃高溫和氧化鎳催化劑的條件下反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣。反應(yīng)式為：CH4+H2O→CO+H2-Q

一氧化碳和水在300-400℃條件下和三氧化二鐵催化劑的條件下反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣。反應(yīng)式為：CO+H2O→CO2+H2+Q

另外，在制取過(guò)程相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)要求如下：

壓力一般在1.5～2.5MPa，天然氣單耗為0.4～0.5m3/m3氫氣；運(yùn)行時(shí)間：8000h；工業(yè)規(guī)模：1000m3/h～100000m3/h。

天然氣的制取氫流程主要包括四個(gè)：原料氣預(yù)處理、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化、一氧化碳變換、氫氣提純。

首先是原料預(yù)處理步驟，這里的預(yù)處理主要指的就是原料氣的脫硫，實(shí)際工藝運(yùn)行當(dāng)中一般采用天然氣鈷鉬加氫串聯(lián)氧化鋅作為脫硫劑將天然氣中的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)硫再進(jìn)行去除。

其次就是進(jìn)行天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化的步驟，在轉(zhuǎn)化爐中采用鎳系催化劑，將天然氣中的烷烴轉(zhuǎn)化成為主要成分是一氧化碳和氫氣的原料氣。

然后就是一氧化碳變換，使其在催化劑存在的條件下和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，從而生成氫氣和二氧化碳，得到主要成分是氫氣和二氧化碳的變換氣。根據(jù)變換溫度的不同可以將一氧化碳的變換工藝分為兩種：中溫變換、高溫變換。其中高溫變換的溫度大概在360℃左右，中溫變換的工藝大概在320℃左右。隨著技術(shù)對(duì)策發(fā)展，近年來(lái)開(kāi)始采用一氧化碳高溫變換加低溫變換的兩段工藝設(shè)置，這樣可以近一步節(jié)省對(duì)資源的消耗，但對(duì)于轉(zhuǎn)化氣中一氧化碳含量不高的情況，可只采用中溫變換。

最后一個(gè)步驟就是提純氫氣，現(xiàn)在最常用的一種氫氣提純系統(tǒng)就是PAS 系統(tǒng)，又叫變壓吸附凈化分離系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能耗低、流程簡(jiǎn)單、制取氫氣的純度較高，最高時(shí)氫氣的純度可達(dá)99.99％。

蒸汽轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)化氣溫度較高，需要冷卻后再進(jìn)行中溫變換，中溫變換后的變換氣溫度較高，需要進(jìn)行冷卻后再進(jìn)行提氫和純化，如何充分利用蒸汽轉(zhuǎn)化和中溫變換后產(chǎn)生的余熱是本申請(qǐng)即將解決的問(wèn)題如何充分合理利用余熱是本申請(qǐng)即將解決的問(wèn)題。