[实用新型]一种天然气制氢蒸汽转化系统

说明书

本实用新型公开了一种天然气制氢蒸汽转化系统，包括供气单元、加氢脱硫单元、蒸汽发生单元、蒸汽转化单元、中温变换单元、提氢单元以及纯化单元，提氢单元包括并列设置的多个变压吸附塔A，多个变压吸附塔A的解析气出口依次切换连接至第一解析气缓冲罐的进料口，第一解析气缓冲罐的出料口连接第二解析气缓冲罐的进料口，第二解析气缓冲罐的出料口连接至蒸汽转化单元的燃料输入端。本实用新型通过设置多级缓冲罐和优化吸附运行状态，使得冲洗再生过程均匀连续，从而减少了气体来源的波动。

技术领域

本实用新型涉及天然气制氢领域，具体涉及一种天然气制氢蒸汽转化系统。

背景技术

随着能源消耗地加剧，寻找新的能源已经成为当前的一个重要任务。氢作为现今最具有发展潜力的一种能源，来源广泛，几乎不产生污染，转化效率高，应用前景广泛。

利用天然气制取氢气，可以在一定程度上缓解我国能源危机，进一步促进我国能源利用结构的转变。天然气制氢工艺的原理就是先对天然气进行预处理，然后在转化炉中将甲烷和水蒸汽转化为一氧化碳和氢气等，余热回收后，在变换塔中将一氧化碳变换成二氧化碳和氢气的过程，这一工艺技术的基础是在天然气蒸汽转化技术的基础上实现的。在变换塔中，在催化剂存在的条件下，控制反应温度，转化气中的一氧化碳和水反应，生成氢气和二氧化碳。

天然气中的烷烃在适当的压力和温度下，就会发生一系列化学反应生成转化气，转化气再经过热换、冷凝等过程，使气体在自动化的控制下通过装有多种吸附剂的PAS装置后，一氧化碳、二氧化碳等杂质被吸附塔吸附，氢气送往用气单位，吸附了杂质的吸附剂，经解吸后，解析气可送往变换炉作为燃料，吸附剂也完成再生。

其主要反应式如下：

天然气和水在800～900℃高温和氧化镍催化剂的条件下反应生成一氧化碳和氢气。反应式为：CH4+H2O→CO+H2-Q

一氧化碳和水在300-400℃条件下和三氧化二铁催化剂的条件下反应生成二氧化碳和氢气。反应式为：CO+H2O→CO2+H2+Q

另外，在制取过程相关的技术指标要求如下：

压力一般在1.5～2.5MPa，天然气单耗为0.4～0.5m3/m3氢气；运行时间：8000h；工业规模：1000m3/h～100000m3/h。

天然气的制取氢流程主要包括四个：原料气预处理、天然气蒸汽转化、一氧化碳变换、氢气提纯。

首先是原料预处理步骤，这里的预处理主要指的就是原料气的脱硫，实际工艺运行当中一般采用天然气钴钼加氢串联氧化锌作为脱硫剂将天然气中的有机硫转化为无机硫再进行去除。

其次就是进行天然气蒸汽转化的步骤，在转化炉中采用镍系催化剂，将天然气中的烷烃转化成为主要成分是一氧化碳和氢气的原料气。

然后就是一氧化碳变换，使其在催化剂存在的条件下和水蒸气发生反应，从而生成氢气和二氧化碳，得到主要成分是氢气和二氧化碳的变换气。根据变换温度的不同可以将一氧化碳的变换工艺分为两种：中温变换、高温变换。其中高温变换的温度大概在360℃左右，中温变换的工艺大概在320℃左右。随着技术对策发展，近年来开始采用一氧化碳高温变换加低温变换的两段工艺设置，这样可以近一步节省对资源的消耗，但对于转化气中一氧化碳含量不高的情况，可只采用中温变换。

最后一个步骤就是提纯氢气，现在最常用的一种氢气提纯系统就是PAS系统，又叫变压吸附净化分离系统，这种系统能耗低、流程简单、制取氢气的纯度较高，最高时氢气的纯度可达99.99％。

由于PSA装置的解吸气直接用于制氢装置转化炉的燃料，其压力、流量、热值的波动将直接影响转化炉工况，因而必须进行良好的控制。但由于PSA工艺的特点是解吸气的排放是间隙的，压力是脉动的，如何要控制好解吸气的波动必须是本领域亟待解决的问题。

发明内容