[发明专利]一种水蒸气甲烷重整制氢装置及工艺

说明书

本发明公开了一种水蒸气甲烷重整制氢装置及工艺。该装置包括顶部的进料管、出料主管、气体混合器、中部的多个双管水蒸气甲烷重整SMR反应器、燃烧室以及底部的燃料进气管、燃烧废气出口管。蒸汽和经加氢脱硫净化处理的天然气的混合原料气进入双管SMR反应器中进行重整反应；得到的合成气进入低温水煤气变换反应器使CO与水蒸汽反应生成H₂和CO₂，反应生成混合气经过换热器回收热量；降温后的反应气体进入变压吸附系统PSA进行气体分离，分离氢后残留得到的废气用作燃料进入燃烧器，为SMR反应提供能量。本发明工艺与现有工艺相比，能最大限度的提高热效率和产氢率，不仅适用于现场加氢站，也适用于沿海地区的海上运输工具的加氢系统。

技术领域

本发明涉及一种水蒸气甲烷重整制氢装置及工艺，属于化工技术领域。

背景技术

随着社会的发展与进步，我国受全球气候变化和环境问题影响，节能减排和能源清洁化步伐加快，氢能作为一种高效、清洁、安全、可持续的新型能源备受关注。

氢能作为一种二次能源，被广泛应用到炼油、电化学、航天、冶金等领域中。氢能虽好，但生产制备很受限制。目前，我国的工业制氢工艺比较成熟的主要是以化石能源为原料，与水在高温下反应来获得氢能，此外还有一些已成规模的其他技术，例如水电解制氢和生物质气化制氢。利用水蒸气甲烷重整制氢工艺是目前比较成熟的工艺，不但能产生人类需求的氢能，而且对我国的节能减排和能源高效利用都具有积极意义。

水蒸气甲烷重整制氢工艺一般包括原料的预热、脱硫预处理、催化重整、CO的转换、氢气提纯以及余热回收利用等过程，其装置的核心是水蒸气甲烷的催化重整过程。目前水蒸气甲烷重整制氢反应器大都采用圆筒式、单管式的固定床反应器，这种反应器结构简单，在催化反应方面有很大的局限性；要想提高催化效能，只能通过增大反应器中的催化剂的量和换热面积的方式，但同时也会带来一些缺点，例如在径向会产生温度分布不均匀的现象，这不但会产生一些不受控制的副反应，还会降低反应的转化率以及氢气的产率。

中国专利CN1616343A公开了一种可拆卸的样板式重整制氢反应器，该装置属于固定床结构，目的在于通过把多个不同腔体组合改进反应器温度分布不均匀的问题、反应体系的空间问题以及传热阻力问题，进而提高反应效率和反应选择性。该装置结构紧凑，能满足小规模制氢，但反应器主体内部空间相对狭小，反应器内部结构复杂，制造及维护成本较高。

中国专利CN103373706A公开了一种甲烷重整制氢方法及装置，主体结构包括流态化重整反应器、再生器和换热器，该方法和装置省去了催化剂再生后的还原装置，简化了工艺流程，节省了设备投资，但是催化剂再生会产生温室气体CO₂，排放到大气中，对环境产生影响。

中国专利CN201558692U公开了一种耐高温、高压装卸催化剂方便的反应器，该装置包括反应器筒体、上下堵头、焊接在反应器筒体两端的带外螺纹的压紧下模块和其相配的上压紧模块、锁紧螺母、热偶套管、催化剂托架和散热垫片等，该装置具有结构简单、易于密封、拆卸方便及成本低的优点，但其设计的结构复杂，要求较高，此外该装置的反应最高温度较低（为450℃），不足以满足温度较高的甲烷水蒸气催化重整反应以及甲烷二氧化碳的催化重整等反应。

发明内容

本发明旨在提供一种水蒸气甲烷重整制氢装置及工艺。

本发明装置的原理为：脱硫后的天然气和来自蒸汽发生器的蒸汽混合通过换热器进行预热，预热后通入到水蒸气甲烷重整反应器中，混合气在加热段被加热到所需的温度之后进入反应段发生SMR反应，得到重整气；重整反应后高温的重整气通过内管和催化剂管之间的壁继续向催化剂段提供热量，同时本发明装置的产生的燃烧废气携带的热量通过换热器产生反应所需的蒸汽，可以提高热效率。