CN112875644A - 一种lng制氢及液态二氧化碳的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LNG制氢及液态二氧化碳的系统及方法。所述LNG制氢及液态二氧化碳系统包括LNG储罐、天然气蒸汽重整制氢装置、变压吸附装置和二氧化碳液化装置；LNG储罐与二氧化碳液化装置连接，LNG储罐与二氧化碳液化装置之间布置LNG低压泵；二氧化碳液化装置的气体出口与天然气蒸汽重整制氢装置连接；天然气蒸汽重整制氢装置的气体出口与变压吸附装置连接；变压吸附装置的产品气出口与氢气收集装置连接，弛放气出口与二氧化碳液化装置连接，二氧化碳液化装置的液体出口与液态二氧化碳收集装置连接。本发明系统解决了天然气制氢的二氧化碳排放问题，以反应生成的二氧化碳为原料解决了二氧化碳来源问题，将变废为宝，实现了工艺系统物质利用率和能量利用率同步提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种LNG制氢及液态二氧化碳的系统及方法，属于天然气制氢技术领域。
背景技术
在目前已知的所有能源中，氢能是最为清洁能源，氢气使用过程中产物是水，可真正做到零排放，无污染，被看作是最具应用前景的能源之一，也被一些人成为“能源使用的终极形式”。
绿色、低碳、低成本制氢技术是氢能产业发展的关键。目前以天然气SMR制氢、煤气化制氢的化石能源制氢技术成熟、规模大、成本低，在氢能及氢燃料电池车产业发展初期，是氢燃料的主要来源，有利于推动产业发展。天然气制氢是目前国内外氢气的主要来源，尤其美国等天然气资源丰富的国家将天然气制氢作为氢能的主要来源重点发展。然后天然气制氢二氧化碳排放量大，大规模发展天然气制氢亟需找到二氧化碳排放的解决办法。
液体二氧化碳和干冰在工业和饮料食品行业有着广泛的用途。在金属焊接和铸造行业，可明显提高工件质量；在饮料食品行业，可以大幅改善饮料的品格风味。还可用于烟草行业的烟丝膨化、食品保鲜冷冻及食品添加、制药、制糖工业、印染、制酒、农林园艺、超临界萃取及科学研究等行业。液化天然气(LNG)蕴含宝贵的冷能资源，LNG在气化成气态天然气过程中放出巨大冷量。因此，有必要提供一种能够利用LNG同时制取氢气和液态二氧化碳的系统及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种LNG制氢及液态二氧化碳系统及方法，在利用LNG制取氢气的同时利用LNG冷能液化二氧化碳，具体是，采用LNG作为原料气气化后通过天然气重整反应得到氢气和二氧化碳，然后利用LNG的冷能将二氧化碳进行液化，最终连续生产得到氢气和液态二氧化碳。
本发明所提供的LNG制氢及液态二氧化碳系统，包括LNG储罐、天然气蒸汽重整制氢装置、变压吸附装置和二氧化碳液化装置；
所述LNG储罐与二氧化碳液化装置连接，所述LNG储罐与所述二氧化碳液化装置之间布置LNG低压泵；
所述二氧化碳液化装置的气体出口与所述天然气蒸汽重整制氢装置连接；
所述天然气蒸汽重整制氢装置的气体出口与所述变压吸附装置连接；
所述变压吸附装置的产品气出口与氢气收集装置连接，弛放气出口与所述二氧化碳液化装置连接，所述二氧化碳液化装置的液体出口与液态二氧化碳收集装置连接。
上述的系统中，所述天然气蒸汽重整制氢装置包括依次连接的天然气预热器、天然气加热器和天然气转化制氢装置；
所述天然气转化制氢装置的水蒸汽入口与一蒸汽发生器连接；
所述天然气转化制氢装置的重整气出口与一氧化碳变换装置连接；
所述一氧化碳变换装置的气体出口与所述变压吸附装置连接。
上述的系统中，所述天然气预热器与所述天然气加热器之间设有脱硫装置；
所述蒸汽发生器的入口依次与脱盐水加热器和除氧装置连接。
上述的系统中，所述天然气转化制氢装置的重整气出口依次连接所述蒸汽发生器、所述天然气加热器和所述一氧化碳变换装置；
所述一氧化碳变换装置的气体出口依次连接所述脱盐水加热器、所述天然气预热器、冷却换热装置、气液分离装置Ⅰ和所述变压吸附装置连接。
上述的系统中，所述变压吸附装置与所述二氧化碳液化装置之间设有干燥装置，以脱除其中的水分。
上述的系统中，所述干燥装置与所述二氧化碳液化装置之间设有气液分离器Ⅱ，以进一步脱除其中的水分。
利用本发明系统制取氢气和液态二氧化碳的方法，包括如下步骤：
S1、所述LNG储罐中的LNG通入至所述二氧化碳液化装置中进行换热得到气态的天然气；
S2、所述天然气通入至所述天然气蒸汽重整制氢装置中，通过天然气蒸汽重整和一氧化碳变换得到氢气和二氧化碳；
S3、步骤S2得到的所述氢气和所述二氧化碳通入至所述变压吸附装置中，经过提纯分离得到氢气，通过所述氢气收集装置收集，产生的弛放气通入至所述二氧化碳液化装置中，利用步骤S1中LNG气化产生的冷能液化得到液态二氧化碳，通过所述液态二氧化碳收集装置收集。
上述的方法中，步骤S1中，所
述LNG经加压至0.5MPa～5.0MPa后输入至所述二氧化碳液化装置中；
经换热后，所述天然气的温度为-10℃～25℃。
上述的方法中，步骤S2中，所述天然气预热至200℃～250℃，经脱硫后加热至380℃～480℃，然后进行所述天然气蒸汽重整得到重整气；
所述重整气加热至250℃～320℃后进行所述一氧化碳变换得到所述氢气和所述二氧化碳。
本发明首次提供了LNG制氢的同时利用冷能液化二氧化碳的系统及方法，具有以下有益效果：
(1)本发明系统以LNG作为原料制取氢气，同时LNG冷能回收反应生成的二氧化碳，连续生产氢气和液态二氧化碳，同时解决碳排放问题；
(2)本发明设置二氧化碳液化装置，充分利用LNG气化冷能液化二氧化碳，一方面减少LNG气化装置解决了LNG气化所需热源，另一方面解决了二氧化碳液化所需的冷源；
(3)本发明系统解决了天然气制氢的二氧化碳排放问题，以反应生成的二氧化碳为原料解决了二氧化碳来源问题，将变废为宝，实现了工艺系统物质利用率和能量利用率同步提升。
附图说明
图1为本发明LNG制氢及液态二氧化碳系统的结构示意图。
图中各标记如下：
1LNG储罐、2LNG低压泵、3二氧化碳液化装置、4变压吸附装置、5天然气预热器、6脱硫装置、7天然气加热器、8天然气转化制氢装置、9蒸汽发生器、10一氧化碳变换装置、11脱盐水加热器、12除氧装置、13冷却换热装置、14气液分离装置Ⅰ、15干燥装置、16气液分离装置Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
本发明LNG制氢及液态二氧化碳系统，在利用LNG制取氢气的同时利用LNG冷能液化二氧化碳，具体是，采用LNG作为原料气气化后通过天然气重整反应得到氢气和二氧化碳，然后利用LNG的冷能将二氧化碳进行液化，最终连续生产得到氢气和液态二氧化碳。
本发明基于以LNG为原料制备氢气，同时利用LNG的冷能回收反应产生二氧化碳，实现了二氧化碳减排的目的。
如图1所示，为本发明提供的LNG制氢及液态二氧化碳系统的结构示意图，包括LNG储罐1、LNG低压泵2、二氧化碳液化装置3、天然气蒸汽重整制氢装置和变压吸附装置4。其中，LNG低压泵2的入口和出口分别连接LNG储罐1和二氧化碳液化装置3，以将LNG增压并输入至二氧化碳液化装置3中进行换热得到气态的天然气。天然气蒸汽重整制氢装置包括依次连接的天然气预热器5、脱硫装置6、天然气加热器7和天然气转化制氢装置8，天然气转化制氢装置8的水蒸汽入口与蒸汽发生器9连接，天然气转化制氢装置8的重整气出口依次连接蒸汽发生器9和一氧化碳变换装置10，蒸汽发生器9的入口依次与脱盐水加热器11和除氧装置12连接。一氧化碳变换装置10的气体出口依次与脱盐水加热器11、天然气预热器5、冷却换热装置13、气液分离装置Ⅰ14和变压吸附装置4连接。变压吸附装置4的产品气出口得到提纯分离后的氢气，弛放气出口依次连接干燥装置15、气液分离装置Ⅱ16和二氧化碳液化装置3，在二氧化碳液化装置3中，弛放气利用加压后的LNG冷能转换成液态二氧化碳。
本发明LNG制氢及液态二氧化碳系统的工作过程如下：
首先利用LNG低压泵2从LNG储罐1中取出100kgLNG并加压到1.2MPa，加压后的LNG与二氧化碳液化装置3换热得到气态的天然气139.7Nm3，温度为22℃～25℃，气态天然气经过天然气预热器5进行升温至240℃～250℃，然后经过脱硫装置6进行脱硫至硫含量小于10ppb，再经过天然气加热器7加热至420℃～450℃并与一定比例水蒸气混合一同进入天然气转化制氢装置8进行转化反应得到750℃～800℃重整气，重整气依次经过蒸汽发生器9和天然气加热器7后温度达到300℃～310℃，进入一氧化碳变换装置10进行变换反应，反应后的气体依次经过脱盐水加热器11、天然气预热器5、冷却换热装置13后进入气液分离器Ⅰ14进行气液分离，分离后的气体进入变压吸附装置4进行氢气提纯分离，提纯后氢气450.8Nm3输出工艺界区外，提纯分离剩下的弛放气依次经过干燥装置15和气液分离器Ⅱ16，深度脱除其中的水分，干燥后的弛放气体进入二氧化碳液化装置3，利用加压后的LNG冷能转换成液态二氧化碳198.8kg。
Claims (9)
1.一种LNG制氢及液态二氧化碳系统，包括LNG储罐、天然气蒸汽重整制氢装置、变压吸附装置和二氧化碳液化装置；
所述LNG储罐与二氧化碳液化装置连接，所述LNG储罐与所述二氧化碳液化装置之间布置LNG低压泵；
所述二氧化碳液化装置的气体出口与所述天然气蒸汽重整制氢装置连接；
所述天然气蒸汽重整制氢装置的气体出口与所述变压吸附装置连接；
所述变压吸附装置的产品气出口与氢气收集装置连接，弛放气出口与所述二氧化碳液化装置连接，所述二氧化碳液化装置的液体出口与液态二氧化碳收集装置连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述天然气蒸汽重整制氢装置包括依次连接的天然气预热器、天然气加热器和天然气转化制氢装置；
所述天然气转化制氢装置的水蒸汽入口与一蒸汽发生器连接；
所述天然气转化制氢装置的重整气出口与一氧化碳变换装置连接；
所述一氧化碳变换装置的气体出口与所述变压吸附装置连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述天然气预热器与所述天然气加热器之间设有脱硫装置；
所述蒸汽发生器的入口依次与脱盐水加热器和除氧装置连接。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述天然气转化制氢装置的重整气出口依次连接所述蒸汽发生器、所述天然气加热器和所述一氧化碳变换装置；
所述一氧化碳变换装置的气体出口依次连接所述脱盐水加热器、所述天然气预热器、冷却换热装置、气液分离装置Ⅰ和所述变压吸附装置连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于：所述变压吸附装置与所述二氧化碳液化装置之间设有干燥装置。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述干燥装置与所述二氧化碳液化装置之间设有气液分离器Ⅱ。
7.利用权利要求1-6中任一项所述系统制取氢气和液态二氧化碳的方法，包括如下步骤：
S1、所述LNG储罐中的LNG通入至所述二氧化碳液化装置中进行换热得到气态的天然气；
S2、所述天然气通入至所述天然气蒸汽重整制氢装置中，通过天然气蒸汽重整和一氧化碳变换得到氢气和二氧化碳；
S3、步骤S2得到的所述氢气和所述二氧化碳通入至所述变压吸附装置中，经过提纯分离得到氢气，通过所述氢气收集装置收集，产生的弛放气通入至所述二氧化碳液化装置中，利用步骤S1中LNG气化产生的冷能液化得到液态二氧化碳，通过所述液态二氧化碳收集装置收集。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤S1中，所述LNG经加压至0.5MPa～5.0MPa后输入至所述二氧化碳液化装置中；
经换热后，所述天然气的温度为-10℃～25℃。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：步骤S2中，所述天然气预热至200℃～250℃，经脱硫后加热至380℃～480℃，然后进行所述天然气蒸汽重整得到重整气；
所述重整气加热至250℃～320℃后进行所述一氧化碳变换得到所述氢气和所述二氧化碳。
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