[發明專利]一種基于新能源消納的天然氣制備含氫產品的裝置及方法

在審

• 申請號: 202110559132.8
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113184808A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉銀河;宋虎潮;林嘯龍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C01B3/34
• 分類號: C01B3/34;C01B3/50;C01B3/58
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

1.一種基于新能源消納的天然氣制備含氫產品的裝置，其特征在于，包括天然氣原料入口(A)、精制脫硫單元(200)、原料預熱器(303)、變換反應單元(202)、電熱轉化單元(201)、給水預熱器(302)、高溫熱泵(400)、加氫口(504)、給水入口(B)和混流器(600)；變換反應單元(202)內設有天然氣預熱器(301)；

天然氣原料入口(A)通過天然氣預熱器(301)與精制脫硫單元(200)進口接通，精制脫硫單元(200)出口通過混流器(600)與原料預熱器(303)冷端入口接通，原料預熱器(303)熱端出口與電熱轉化單元(201)進口接通，電熱轉化單元(201)出口與原料預熱器(303)熱端入口接通，原料預熱器(303)冷端出口與變換反應單元(202)進口接通，變換反應單元(202)出口通過蒸汽過熱器(300)與給水預熱器(302)熱端入口接通，給水預熱器(302)冷端出口與和高溫熱泵(400)高溫側入口接通，高溫熱泵(400)低溫側出口經過變壓吸附單元(203)與氫氣分流器(500)進口接通，氫氣分流器(500)出口與加氫口(504)接通；

給水入口(B)與給水預熱器(302)冷端入口接通，給水預熱器(302)熱端出口與和高溫熱泵(400)高溫側入口接通，高溫熱泵(400)高溫側出口通過蒸汽過熱器(300)與混流器(600)接通。

2.根據權利要求1所述的一種基于新能源消納的天然氣制備含氫產品的裝置，其特征在于，氫氣分流器(500)出口與精制脫硫單元(200)進口接通；

變壓吸附單元(203)與氫氣分流器(500)進口之間的管路上還設有氣液分離單元(204)；變壓吸附單元(203)與天然氣預熱器(301)接通；

高溫熱泵(400)高溫側設有閃蒸器(401)，高溫熱泵(400)低溫側設有蓄熱容器(402)。

3.根據權利要求1所述的一種基于新能源消納的天然氣制備含氫產品的裝置，其特征在于，高溫熱泵(400)高溫側出口與蒸汽過熱器(300)之間的管路上設有蒸汽壓縮機(700)；

電熱轉化單元(201)內設有電熱爐膛(205)；

氫氣分流器(500)出口與加氫口(504)之間的管路上設有氫氣三通閥(502)，氫氣分流器(500)出口與氫氣三通閥(502)之間的管路上設有氫氣壓縮機(501)，氫氣三通閥(502)與加氫口(504)之間的管路上設有氫氣儲存單元(503)。

4.根據權利要求3所述的一種基于新能源消納的天然氣制備含氫產品的裝置，其特征在于，還包括可再生電源接口(C)，電熱爐膛(205)、高溫熱泵(400)、氫氣壓縮機(501)、蒸汽壓縮機(700)通過可再生電源接口(C)使用外接可再生能源電能。

5.一種利用權利要求1～4任意一項所述基于新能源消納的天然氣制備含氫產品的裝置的方法，其特征在于，包括以下運行步驟：

1)天然氣原料進入天然氣預熱器(301)，獲取來自變換反應單元(202)的反應放熱，溫度升高至300℃以上；同時給水進入給水預熱器(302)進行初步預熱到成飽和水；

2)初步預熱后天然氣原料與循環氫氣同時進入精制脫硫單元(200)，發生烯烴飽和反應以及有機含硫物脫硫反應；

3)脫硫后天然氣原料進入混流器(600)與水蒸氣混合，之后進入電熱轉化單元(201)進行轉化，電熱轉化單元(201)使用電能將爐膛加熱到800-890℃用來供給轉化反應吸熱；

4)電熱轉化單元(201)出口氣包含CO、H₂、CO₂、CH₄以及水蒸氣，溫度在700℃以上，出口氣先進入原料預熱器(303)對天然氣和水蒸氣混合原料預熱，同時降低自身溫度以便發生變換反應；變換反應的反應放熱將通過天然氣預熱器(301)帶離反應單元；

5)變換反應之后的產物氣體進入蒸汽過熱器(300)和給水預熱器(302)放熱，之后將熱量釋放于高溫熱泵(400)設有的蓄熱容器(402)中，作為高溫熱泵(400)的熱源；高溫熱泵(400)將熱量提取用電能將能源品位提升，使給水預熱器(302)出口的飽和水蒸發；

6)高溫熱泵(400)出口的產物進入變壓吸附裝置(203)對除氫氣外氣體進行吸附得到高純度氫氣。