CN117566078A - 催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统及方法，该系统包括燃料气流混合单元，用于生成燃料气流B；燃料气流B的一部分燃料气分气流B3流经供热单元，供热单元为分解反应器中的分解反应提供热能，另一部分燃料气流B4流经燃料气流分解单元；燃料气流分解单元包括：原料气脱硫系统，原料气脱硫系统上连接有分解反应器，分解反应器用于预热原料气、进行催化裂解反应、进行气液固三相分离并冷却分解气；过滤纯化单元，用于接收分解反应器中输出的经冷却的分解气F，并输出经过滤的分解气G；及燃料气流消耗单元，用于接收经过滤的分解气G并实现能量转换。本发明缩短了工艺流程、避免了物料的返混现象。
Description
技术领域
本发明属于及船舶工业装备体系技术领域，具体为一种催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统及方法。
背景技术
根据国际海事组织（IMO）设定的目标，到2050年，航运业温室气体年排放量将比2008年减少50%以上。除此之外，为在21世纪内逐步实现国际船舶航运温室气体零排放的目标，即2030年国际航行船舶的碳排放量相较2008年的碳排量需降低至少40%，并力求2050年的碳排放强度比2008年的碳排放强度降低50%。甲烷高温热裂解制取氢气和固体碳产品的工艺，是一种重要的节能减排技术。
现有技术中，关于甲烷高温裂解制氢的工艺，存在以下问题：1）由于应用在船舶的使用场景，使用场地受限，工艺流程不宜过长且需要对设备的抗风浪性能有较高的要求。如图1所示，由于反应器与分离器为两个独立的设备，该专利流程过长，在船舶应用环境，很难实现应用。2）现行技术多采用传统鼓泡床反应器，为了较高的天然气转化率，气体通过催化床层，易造成在设备内部的返混，使得分离出的碳产品，被累积在反应器底部，无法向下游流动，液态金属催化剂在鼓泡床内易造成返混，极大影响固体碳产品的产量，同时由于物料的返混，对反应器的内部结构易造成连续冲击，损害反应器内部结构，形成安全隐患。3）反应器与分离器为两个独立的设备，净化剂、碳和催化剂通过高温管道进入分离器，首先由于净化剂、碳和催化剂在高温下的流动形态问题，易造成该段管道的堵塞，使得局部压力、温度过高； 例如(EP3693 337A1)专利中，如图1所示，盐碳分离通过高温管道14进入过滤器15，盐碳流动极易堵塞管道，造成下游工艺的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种催化热裂解近海设施短流程制氢系统及方法，缩短了工艺流程、避免了物料的返混现象。为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，包括：
燃料气流混合单元，用于生成燃料气流B；其中，燃料气流B的一部分燃料气分气流B3流经供热单元13，供热单元13为分解反应器6中的分解反应提供热能，另一部分燃料气流B4流经燃料气流分解单元；
所述燃料气流分解单元包括：原料气脱硫系统4，所述原料气脱硫系统上连接有所述分解反应器6，所述分解反应器6用于预热原料气、进行催化裂解反应、进行气液固三相分离并冷却分解气；
所述分解反应器6连接固体碳收集罐14和催化剂接收罐；
过滤纯化单元，用于接收分解反应器6中输出的经冷却的分解气F，并输出经过滤的分解气G；
及燃料气流消耗单元，用于接收经过滤的分解气G并实现能量转换。
优选地，所述分解反应器6包括：
反应器本体，高温换热模块5安装于反应器本体的内壁，所述高温换热模块5用于实现经催化热裂解反应后的高温解析气体与经脱硫的原料气体C的热量交换；所述高温换热模块5包括冷却腔和预热腔，其中冷却腔用于冷却经催化热裂解反应后的高温解析气体以形成经冷却的分解气F，经冷却的分解气F由反应器本体顶部开设的出气口N2输出；预热腔用于预热经脱硫的原料气体C，形成反应原料气D，反应原料气D由反应器本体底部的进气口N1进入反应器本体；
内筒，用于进行催化裂解反应，其置于反应器本体的空腔中并与其形成隔腔T2，所述隔腔T2用于容纳由内筒溢流出的固液相产品；所述内筒的顶部敞开；所述供热单元13安装于反应器本体，并伸入反应器本体内部；
所述内筒包括若干相互独立的腔室，每个腔室的上段开设净化剂加料口、下段开催化剂加料口，每个腔室的底部均设置布气元件，每个布气元件均与进气口N1连通；
及催化剂卸料口N9和净化剂/碳出口N11，均开设于反应器本体内部。
优选地，还包括液态催化剂出口N10，其开设于反应器本体并连通隔腔T2，其通过高温催化剂泵连通催化剂加料口，实现液态催化剂的循环使用。
优选地，净化剂加料口N6为固态催化剂加料口，N5/N6采用同一管道通入反应器内筒。
优选地，所述燃料气流混合单元包括：油气处理设施24，其输入端连接海上油气生产平台23，其输出端连接其他设施25；
从海上油气生产平台23开采出来的油气T经油气处理设施24将原料分为燃料气流B和其他产物U，其他产物U储存于其他的设施25中；
所述燃料气流消耗单元为发电设备26。
优选地，所述供热单元13为燃烧器。
优选地，所述燃料气流混合单元包括：海上设施燃料储罐1，所述海上设施燃料储罐1下部空间连接有低温泵2，所述海上设施燃料储罐1上部空间连接有加热器21，所述低温泵2上连接有气化器3并通过气化器3得到燃料气A6，所述加热器21上连接有燃料气压缩机22并通过燃料气压缩机22得到燃料气A5；
燃料气A5和燃料气A6实现混合，混合后形成燃料气流B；
所述燃料气流消耗单元包括：依次连接的压缩机9、分解气缓冲罐10和引擎系统12；过滤纯化单元连接压缩机9；
用于供能的分解气Q最后通过分解气缓冲罐10流出，通过控制阀20后进入引擎系统12燃烧后为引擎系统供能。
优选地，燃料气分气流B3和空气进入外加热源，在外加热源内燃烧下产生热量，热量导入供热单元13；所述供热单元13为导热装置。
优选地，所述过滤纯化单元通入经过滤的分解气G的一部分至外加热源。
一种催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢方法，基于所催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，包括以下步骤：
步骤1、从海上油气生产平台23开采出来的油气T经油气处理设施24将原料分为燃料气流B和其他产物U，其他产物U储存于其他的设施25中，燃料气流B分成两股燃料气流B4及B3，分别进入反应流程和燃烧流程；
步骤2、燃料气流B4经过原料气脱硫系统4脱除原料气中的硫组分，得到纯净的原料气C，通过高温换热模块5的预热腔被加热，得到反应原料气D，进入分解分解反应器6参与反应；
同时，燃料气流B3与空气分别或混合进入供热单元13中燃烧，燃烧产生的热量为分解反应器中的分解反应提供热能；
步骤3、经分解反应器后得到反应产物，反应产物中含有固体碳、氢气、未反应的原料气、少部分被夹带的催化剂，一并在内筒中实现气、液、固三相分离；
经分离得到的固体碳、净化剂均进入固体碳收集罐14，经分离得到的液态催化剂进入催化剂接收罐；
经分离得到的气相分解气进入高温换热模块5的冷却腔进行冷却，经冷却的分解气F经过滤纯化单元后形成经过滤的分解气G；
步骤4、经过滤的分解气G进入发电设备26发电。
一种催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢方法，基于催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，包括以下步骤：
步骤1、海上设施储罐1用于储存碳氢化合物燃料，低温液化燃料气A1通过低温泵2输送至气化器3，利用乙二醇水为低温液化燃料气加热使其气化成气体，得到气化后的燃料气A6；
海上设施储罐1上部气相空间存在气相低温燃料气A3，经加热器加热后进入燃料气压缩机22，得到已经具备一定压力的燃料气A5；
步骤2、燃料气A5与燃料气A6混合成燃料气流B，其中燃料气流B的一
部分B4作为反应原料气进入后续的反应流程，另一部分燃料气流B3用于燃烧为分解反应器6提供能量；
步骤3、燃料气流B4经过原料气脱硫系统4脱除原料气中的硫组分，得到纯净的原料气C，通过高温换热模块5的预热腔被加热，得到反应原料气D，进入分解分解反应器6参与反应；
同时，燃料气流B3与空气分别或混合进入外加热源中燃烧，燃烧产生的热量导入供热单元13，热量为分解反应器中的分解反应提供热能；
步骤4、经分解反应器后得到反应产物，反应产物中含有固体碳、氢气、未反应的原料气、少部分被夹带的催化剂，一并在内筒中实现气、液、固三相分离；
经分离得到的固体碳、净化剂均进入固体碳收集罐14，经分离得到的液态催化剂进入催化剂接收罐；
经分离得到的气相分解气进入高温换热模块5的冷却腔进行冷却，经冷却的分解气F经过滤纯化单元后形成经过滤的分解气G，经过滤的分解气G经压缩机压缩后，输送至分解气缓冲罐中10；
步骤5、当引擎系统需要燃料时，分解气缓冲罐中10中流出的过滤的分解气G通过控制阀20后进入引擎系统12燃烧后为引擎系统供能。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、将预热原料气、进行催化裂解反应、进行气液固三相分离并冷却分解气的功能集成于于一体，缩短了工艺流程。
2、原料气在内筒中与高温催化剂进行反应，当盐、产生的碳产品积累到顶部后，自然溢流到内筒外侧，通过密度与重力作用实现分层，第一层为密度低的碳产品，第二层为净化剂，第三层为熔融态催化。
熔态的净化剂与催化剂通过各自管口，分别流出反应设备，随着反应进行，碳产品累积至设备外腔出碳口，分解气由顶部出气口排出。由此，反应的同时，实现了气固液分离。由此，解决了物料的返混现象。
3、将高温换热模块与反应器集成一体化设计，解析气与原料气在分别顶部进行冷却、预热，气相中所携带的固体碳颗粒，受重力作用，留在反应器内部，从而避免了下游管道堵塞的风险。
4、在海上运行时，小腔室由于空间小限制了熔融催化剂的液面晃动的幅度和频率，能够保持液面的平稳，起到抗风浪摇摆的作用。
附图说明
图1为现有技术中制氢系统的结构图；
图2为分解反应器的结构图；
图3为一种过滤纯化单元的结构图；
图4为另一种过滤纯化单元的结构图；
图5为实施例一中催化热裂解近海设施短流程制氢系统的结构图；
图6为实施例二中催化热裂解近海设施短流程制氢系统的结构图；
图7为不同布气元件对气泡的形成效果对比图。
其中，1-船用LNG储罐；2 -低温泵；3-气化器；4-原料净化脱硫系统；5-高温换热模块；6-分解反应器；9-压缩机；10-分解气缓冲罐；12 -引擎系统；13-供热单元；14-固体碳收集罐； 16-高温泵；17-耐高温测液位仪表；18-耐高温测温系统；19 -压力表；20 -控制阀；21-加热器；22-燃料气压缩机；23-海上油气生产平台；24 -油气处理设施；25-其他设施；26-发电设备。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的催化热裂解近海设施短流程制氢系统及方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
实施例1
一种催化热裂解近海设施短流程制氢系统，包括：
燃料气流混合单元，用于生成燃料气流B；其中，燃料气流B的一部分燃料气分气流B3流经供热单元13，供热单元13燃烧产生的热量为分解反应器6中的分解反应提供热能，另一部分燃料气流B4流经燃料气流分解单元。
燃料气流分解单元包括：原料气脱硫系统4，原料气脱硫系统上连接有分解反应器6，分解反应器6用于预热原料气、进行催化裂解反应、进行气液固三相分离并冷却分解气。
分解反应器6连接固体碳收集罐14和催化剂接收罐。
过滤纯化单元，用于接收分解反应器6中输出的经冷却的分解气F，并输出经过滤的分解气G；
燃料气流消耗单元，用于接收经过滤的分解气G并实现能量转换。
如图2、图5所示，分解反应器6，原料气在内筒中与高温催化剂进行反应，当盐、产生的碳产品积累到顶部后，自然溢流到内筒外侧，通过密度与重力作用实现分层，第一层为密度低的碳产品，第二层为净化剂，第三层为熔融态催化。
熔态的净化剂与催化剂通过各自管口，分别流出反应设备，随着反应进行，碳产品累积至设备外腔出碳口，反应的同时，实现了固液分离。
固液分离是实现催化剂与净化剂的回收利用的同时，收集高附加值的碳产品，所必须具备的工艺单元，本设计节约了传统为了实现高温固液分离处理单元的设备及工艺流程，缩短反应流程的同时，降低了安全风险，更适用于船舶及短流程工艺的工业应用。
如图2、图5所示，分解反应器6具体包括：
反应器本体，高温换热模块5（图2中的高温换热模块T3）安装于反应器本体的内壁，高温换热模块5包括冷却腔和预热腔。
现有技术中，对高温换热器和反应器多采用分体式结构，即反应器的解析气通过管道与高温换热器连接，由于反应的特性，解析气中含有固体碳颗粒，极易堵塞连接管道，造成局部压力过高系统紧急关闭。在这样的工况下，管道材料和热膨胀的问题很难解决，长时间连续运行几乎不可能。
本工艺中，将高温换热模块与反应器集成一体化设计，解析气与原料气在分别顶部进行冷却、预热，气相中所携带的固体碳颗粒，受重力作用，留在反应器内部，从而避免了下游管道堵塞的风险。
由此，将高温换热模块与反应器集成一体化设计。原料气通过裂解反应后的解析气，温度较高，可以为原料气进行预热，实现热量回收利用，从而降低了反应器的热负荷。
高温换热模块5用于实现经催化热裂解反应后的高温解析气体与经脱硫的原料气体C的热量交换。
冷却腔用于冷却经催化热裂解反应后的高温解析气体以形成经冷却的分解气F，经冷却的分解气F由反应器本体顶部开设的出气口N2输出；预热腔用于预热经脱硫的原料气体C，形成反应原料气D，反应原料气D由反应器本体底部的进气口N1进入反应器本体。
在本实施例中，高温换热模块5为模块式结构，包括不限于管式、板式、发夹式、蜂窝式等设备，形式上可以是内盘管式、紧凑式换热模块，将冷气体或者液体通入冷却腔，与解析气进行热交换，通过多级冷却将分解气降至常温。通过“高温换热模块”降温后的解析气，从出气口N2排出。
内筒，用于进行催化裂解反应，其置于反应器本体的空腔中并与其形成隔腔T2，隔腔T2用于容纳由内筒顶部溢流出的固液相产品；内筒的顶部敞开；供热单元13安装于反应器本体，并伸入反应器本体内部。
内筒为圆筒形，包括若干相互独立的腔室，每个腔室的上段开设净化剂加料口N3,N4、下段开催化剂加料口N5,N6，每个腔室的底部均设置布气元件，每个布气元件均与进气口N1连通。
在海上运行时，小腔室由于空间小限制了熔融催化剂的液面晃动的幅度和频率，能够保持液面的平稳，起到抗风浪摇摆的作用。内筒及中间隔板采用高温耐腐蚀材料，包括耐高温镍基合金、耐高温陶瓷或其他合金陶瓷复合材料与反应器之间存在“隔腔”，隔腔是内筒与反应器本体之间的间隔空间，当反应后，产生的固液产品（固体产物、熔融态净化剂和少量携带出的催化剂），溢流至此空间中。
隔腔T2中上部为净化剂和碳的混合物，在降温室内通过外部设冷却管的方式将净化剂和碳的混合物降温至净化剂的熔点温度以上，利用高温泵16将净化剂和碳的混合物从N11管口抽出至下游分离罐中，进行下一步分离。
其中，布气元件采用耐高温耐腐蚀，带透气孔\缝结构的砖形分配器（材质类似于刚玉、耐高温陶瓷等。即布气元件采用耐高温耐腐蚀，带透气孔\缝结构的砖形分配器（材质类似于刚玉、耐高温陶瓷等），置于反应器底部的抗风浪小腔室，应用于海洋船体，在风浪颠簸工况下，保证了气体分布的均匀性。如图7的左图示，如果不采用布气元件，则在反应器中，不能构成良好的分配效果。而采用布气元件，如图7的右图所示，对气泡的形成效果良好，且返混少。其中，其中微孔陶瓷制品等，优选透气砖，材质包括不限于刚玉、莫来石等；曝气盘/管（布气元件）材质，优选617。
净化剂可以为NaBr，NaCl，KBr,KCl或复合盐等。
催化剂可以为Cu、Mn、Pt、Pd、Ni、Bi、Sn、Fe或其对应金属合金中的一种或多种。
现有技术中，对反应器的安全多在下游管道设置安全阀或者放空阀，但是由于解析气的高温环境，很难选取适合的设备。
本反应器“内筒”针对海上由于风浪导致设备内液体介质晃动的问题进行了特殊的结构设计，即抗风浪摇摆自适应装置，提高了设备的抗风浪摇摆自适应性。
根据IGF标准规定，内部有燃料的储罐均应设置压力泄放系统，通过本反应器的设计，只需要在顶部低温部分设计压力泄放系统即可，解决了高温压力泄放导致后续设备损坏的问题。
考虑到系统的运行和操作环境，反应器设置“内筒”结构，原料气的“布气元件”，置于内筒底部，催化剂置于内筒内部，催化裂解反应，在“内筒”进行，随着反应的进行，在反应器的侧部管口N5/N6，添加催化剂;在反应器管口N3/N4,添加净化剂。
催化剂卸料口N9和净化剂/碳出口N11，均开设于反应器本体并连通隔腔T2。催化剂卸料口N9连通催化剂接收罐，净化剂/碳出口N11通过高温泵16连通固体碳收集罐14。高温泵16为液下泵，由耐高温材料、流体通道结构、密封系统组成，在高温300-1500℃下用于输送液体催化剂、及前述净化剂和碳的混合物。
催化剂和净化剂在降温凝固的过程中会产生内应力，传递至壳体壁，损坏壳体壁的非金属衬里层，因此，当反应器需要检修时，将通过N9管口将液态催化剂和液态净化剂完全放净。
现有技术中，对紧急状态或停车检修时，反应器中催化剂的去向没有阐述。
本工艺，通过“催化剂接收罐”收集液态催化剂，由于催化剂为液态高温介质，催化剂接收罐在使用前必须进行预热至使用温度，催化剂接收罐底部采用“钢锭格结构”，即催化剂凝固后，可形成独立钢锭结构。
罐体内部采用浇注料、粘土砖结构，罐体中心部位设置耐冲击区，厚度是其他区域的2倍。
该罐体保温性能良好，一昼夜的温降在100℃以内，如果在短时间检修后，重新使用催化剂，可以通过高温催化剂泵，将罐内高温熔态催化剂重新注入反应器内。
“催化剂接收罐”，优选鱼雷车、钢包等结构。
“碳接收罐”中将净化剂与碳分离。
现有技术中，多采用“过滤装置”将盐碳进行分离，然而对该部分的使用，并未涉及过深。
本工艺对“碳接收罐”，采用水洗急冷降温，碳接收罐上游采用高温阀门控制流量，将高温浆态物料分批次，逐步加入到碳接收罐中。碳接收罐内采用纯水，用于冷却上游高温浆态物料，外壁采用冷却盘管降温，同时设有搅拌器，均匀搅拌，避免热量聚集，利用所使用的净化剂水溶性的特质，将净化剂和碳分离，从而获得高附加值的固体碳产品。
液态催化剂出口N10，其开设于反应器本体并连通隔腔T2，其通过高温催化剂泵16连通催化剂加料口，实现液态催化剂的循环使用。
在N10管口，通过高温循环泵，将熔融态催化剂抽出，从N5口，循环回“内筒”中循环使用，N6管口为固态催化剂加料口，N5/N6采用同一管道通入反应器内筒，通过软件控制，高温催化剂泵循环时，固态催化剂加料系统不启动。
在隔腔与N系列管道设计，实现了催化剂循环的使用，有利于催化剂脱碳净化，提高催化剂的使用周期；根据反应的工况，在反应过程中，通过N6管口添加新鲜固态催化剂，实现了连续生产中的催化剂补充，有利于提高反应的转化率。
其中，图2中，N1 进气口；N2 出气口；N3/N4 净化剂加料口；N5/N6 催化剂加料口；B1、B2 加热器（供热单元13）； N9 催化剂卸料口；N10 液态催化剂出口；N11 净化剂/碳出口；T1 内筒； T2 隔腔；T3 高温换热模块 ；SV 安全阀。
如图3所示，过滤纯化单元包括：依次连接的旋流分离器、干燥器、碳捕集单元和氢气提纯单元。
由于经冷却的分解气F，会夹带部分含尘颗粒，对后续的氢气提纯单元造成很大的问题，因此，解析气经过“旋流分离器”，对气相中的含尘颗粒进行洗涤后，气相经过干燥，进入到“氢气提纯单元”，取得产品氢气。“旋流分离器”是采用旋流形式，将气体与所携带的固体颗粒分离的装置，塔底的融态物质，可通过压滤机进行挤压后，分离处理。压滤机优选板框压滤机.
如图4所示，过滤纯化单元包括：碳捕集单元和氢气提纯单元。可采用高温催化剂循环泵，利用熔态催化剂作为吸收剂，将解析气中的含固颗粒，溶在反应器内。
其中，“氢气提纯单元”包括不限于，PSA、膜分离等装置。
在本实施例中，燃料气流混合单元包括：油气处理设施24，其输入端连接海上油气生产平台23，其输出端连接其他设施25；
从海上油气生产平台23开采出来的油气T经油气处理设施24将原料分为燃料气流B和其他产物U，其他产物U储存于其他的设施25中；
燃料气流消耗单元为发电设备26，或者蒸汽发生设备；其中，V 蒸汽，W 电。
供热单元13为燃烧器，即采用明火加热，则供热单元13上设置保护管，避免明火与催化剂和解析气直接接触，采用热辐射方式加热催化剂，确保系统安全运行。
即在加热设施外设保护管，保证加热设施不直接与催化剂和净化剂接触，因为催化剂和净化剂均由极强的腐蚀性，保证了加热设施的安全，保护管由耐高温耐腐蚀的材料制作而成，其材料可以为Si3N4，SiC，钨、钽、镍及其合金中的一种。反应器内下部为催化剂，上部为净化剂，通过供热单元13将反应器内催化剂及净化剂加热至所需的反应温度（30~2000℃），其中在工作环境下，催化剂和净化剂均为液态，由于液态催化剂和液态净化剂的密度差，其在反应器中将分成两层。
如图5所示，近海工程主要是在大陆架较浅水域的海上平台、人工岛等的建设工程，和在大陆架较深水域的建设工程，如浮船式平台、半潜式平台、自升式平台、石油和天然气勘探开采平台、浮式贮油库、浮式炼油厂、浮式飞机场等项建设工程。
近海工程设施相对船用设置，设备基础较稳定，风浪晃动的干扰较小，因此对于设备内的加热设施可以采用明火设备。
催化热裂解近海设施短流程制氢方法：
步骤1、从海上油气生产平台23开采出来的油气T经油气处理设施24将原料分为燃料气流B和其他产物U，其他产物U储存于其他的设施25中，燃料气流B分成两股燃料气流B4及B3，分别进入反应流程和燃烧流程。
其中，高温测液位仪表17，设置在分解反应器6的上部，其原理为激光或雷达，在高温下测量分解反应器内的液位高度。
步骤2、燃料气流B4经过原料气脱硫系统4脱除原料气中的硫组分，得到纯净的原料气C，通过高温换热模块5的预热腔被加热，得到反应原料气D，进入分解分解反应器6参与反应；
同时，燃料气流B3与空气分别或混合进入供热单元13中燃烧，燃烧产生的热量为分解反应器中的分解反应提供热能；
步骤3、经分解反应器后得到反应产物，反应产物中含有固体碳、氢气、未反应的原料气（未反应的原料气向设备顶部，随分解气换热后，分离提纯）、少部分被夹带的催化剂，一并在内筒中实现气、液、固三相分离；
经分离得到的固体碳、净化剂均进入固体碳收集罐14，经分离得到的液态催化剂通过高温熔盐泵进入催化剂接收罐；
经分离得到的气相分解气进入高温换热模块5的冷却腔进行冷却，经冷却的分解气F经过滤纯化单元后形成经过滤的分解气G。其中，耐高温测温系统18由热点电偶、保护管等组成，通过保护管防止热电偶受到高温催化剂以及高温分解气的腐蚀，确保热电偶正常工作。耐高温测温系统18和压力表9安装在管路上。
步骤4、经过滤的分解气G进入发电设备26发电。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中，对燃料气流混合单元、燃料气流消耗单元、供热单元13进行了重新设计以适应船舶。
本系统应用在船上，对系统抗风浪的要求较高，为防止在船舶晃动过程中，加热管的破裂，导致可燃气与明火相遇，造成安全隐患，因此，设备内部必须采用内筒一体化结构。
燃料气流混合单元包括：海上设施燃料储罐1，海上设施燃料储罐1下部空间连接有低温泵2，海上设施燃料储罐1上部空间连接有加热器21，低温泵2上连接有气化器3并通过气化器3得到燃料气A6，加热器21上连接有燃料气压缩机22并通过燃料气压缩机22得到燃料气A5；
燃料气A5和燃料气A6实现混合，混合后形成燃料气流B；
燃料气流消耗单元包括：依次连接的压缩机9、分解气缓冲罐10和引擎系统12；过滤纯化单元连接压缩机9；
用于供能的分解气Q最后通过分解气缓冲罐10流出，通过控制阀20后进入引擎系统12燃烧后为引擎系统供能。
燃料气分气流B3和空气进入外加热源，在外加热源内燃烧下产生热量，热量导入供热单元13。
供热单元13为导热装置。加热方式为外加热源，通过导热棒形式，将外部热源导入设备内部，即使再风浪中导热部件产生损坏，也不会对产生明火与可燃气体的接触。
考虑到船舶使用环境，在风浪颠簸中，加热设施如果采用明火，一旦出现高温保护套管破裂，会形成安全风险，因此，本实施例采用：“导热棒式结构”即，在设备外加热（采用非明火加热），通过导热棒将热源导入到设备中，保证反应器内的温度，即使出现极端的情况，也不会对反应造成安全风险。导热棒（供热单元13）材料，优选Si3N4，SiC，钨、钽、镍及其合金中的一种。
如图6所示，催化热裂解船舶短流程制氢方法：
步骤1、海上设施储罐1用于储存碳氢化合物燃料，低温液化燃料气A1通过低温泵2输送至气化器3，利用乙二醇水为低温液化燃料气加热使其气化成气体，得到气化后的燃料气A6；
海上设施储罐1上部气相空间存在气相低温燃料气A3，经加热器加热后进入燃料气压缩机22，得到已经具备一定压力的燃料气A5；
步骤2、燃料气A5与燃料气A6混合成燃料气流B，其中燃料气流B的一
部分B4作为反应原料气进入后续的反应流程，另一部分燃料气流B3用于燃烧为分解反应器6提供能量；
步骤3、燃料气流B4经过原料气脱硫系统4脱除原料气中的硫组分，得到纯净的原料气C，通过高温换热模块5的预热腔被加热，得到反应原料气D，进入分解分解反应器6参与反应；
同时，燃料气流B3与空气分别或混合进入外加热源中燃烧，燃烧产生的热量导入供热单元13，热量为分解反应器中的分解反应提供热能；
步骤4、经分解反应器后得到反应产物，反应产物中含有固体碳、氢气、未反应的原料气（未反应的原料气向设备顶部，随分解气换热后，分离提纯）、少部分被夹带的催化剂，一并在内筒中实现气、液、固三相分离；
经分离得到的固体碳、净化剂均进入固体碳收集罐14，经分离得到的液态催化剂通过高温熔盐泵进入催化剂接收罐；
经分离得到的气相分解气进入高温换热模块5的冷却腔进行冷却，经冷却的分解气F经过滤纯化单元后形成经过滤的分解气G，经过滤的分解气G经压缩机压缩后，输送至分解气缓冲罐中10。其中，过滤纯化单元通入经过滤的分解气G的一部分至外加热源。
步骤5、当引擎系统需要燃料时，分解气缓冲罐中10中流出的过滤的分解气G通过控制阀20后进入引擎系统12燃烧后为引擎系统供能。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于，包括：
燃料气流混合单元，用于生成燃料气流B；其中，燃料气流B的一部分燃料气分气流B3流经供热单元（13），供热单元（13）为分解反应器（6）中的分解反应提供热能，另一部分燃料气流B4流经燃料气流分解单元；
所述燃料气流分解单元包括：原料气脱硫系统（4），所述原料气脱硫系统上连接有所述分解反应器（6），所述分解反应器（6）用于预热原料气、进行催化裂解反应、进行气液固三相分离并冷却分解气；
所述分解反应器（6）连接固体碳收集罐（14）和催化剂接收罐；
过滤纯化单元，用于接收分解反应器（6）中输出的经冷却的分解气F，并输出经过滤的分解气G；
及燃料气流消耗单元，用于接收经过滤的分解气G并实现能量转换。
2.根据权利要求1所述的催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于，所述分解反应器（6）包括：
反应器本体，高温换热模块（5）安装于反应器本体的内壁，所述高温换热模块（5）用于实现经催化热裂解反应后的高温解析气体与经脱硫的原料气体C的热量交换；所述高温换热模块（5）包括冷却腔和预热腔，其中冷却腔用于冷却经催化热裂解反应后的高温解析气体以形成经冷却的分解气F，经冷却的分解气F由反应器本体顶部开设的出气口N2输出；预热腔用于预热经脱硫的原料气体C，形成反应原料气D，反应原料气D由反应器本体底部的进气口N1进入反应器本体；
内筒，用于进行催化裂解反应，其置于反应器本体的空腔中并与其形成隔腔T2，所述隔腔T2用于容纳由内筒溢流出的固液相产品；所述内筒的顶部敞开；所述供热单元（13）安装于反应器本体，并伸入反应器本体内部；
所述内筒包括若干相互独立的腔室，每个腔室的上段开设净化剂加料口、下段开催化剂加料口，每个腔室的底部均设置布气元件，每个布气元件均与进气口N1连通；
及催化剂卸料口N9和净化剂/碳出口N11，均开设于反应器本体内部。
3.根据权利要求2所述的催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于，还包括液态催化剂出口N10，其开设于反应器本体并连通隔腔T2，其通过高温催化剂泵连通催化剂加料口，实现液态催化剂的循环使用。
4.根据权利要求3所述的催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于，净化剂加料口N6为固态催化剂加料口，N5/N6采用同一管道通入反应器内筒。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于：
所述燃料气流混合单元包括：油气处理设施（24），其输入端连接海上油气生产平台（23），其输出端连接其他设施（25）；
从海上油气生产平台（23）开采出来的油气T经油气处理设施（24）将原料分为燃料气流B和其他产物U，其他产物U储存于其他的设施（25）中；
所述燃料气流消耗单元为发电设备（26）。
6.根据权利要求5所述的催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于：所述供热单元（13）为燃烧器。
7.根据权利要求2-4任一项所述的催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于：
所述燃料气流混合单元包括：海上设施燃料储罐（1），所述海上设施燃料储罐（1）下部空间连接有低温泵（2），所述海上设施燃料储罐（1）上部空间连接有加热器（21），所述低温泵（2）上连接有气化器（3）并通过气化器（3）得到燃料气A6，所述加热器（21）上连接有燃料气压缩机（22）并通过燃料气压缩机（22）得到燃料气A5；
燃料气A5和燃料气A6实现混合，混合后形成燃料气流B；
所述燃料气流消耗单元包括：依次连接的压缩机（9）、分解气缓冲罐（10）和引擎系统（12）；过滤纯化单元连接压缩机（9）；
用于供能的分解气Q最后通过分解气缓冲罐（10）流出，通过控制阀（20）后进入引擎系统（12）燃烧后为引擎系统供能。
8.根据权利要求7所述的催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于，燃料气分气流B3和空气进入外加热源，在外加热源内燃烧下产生热量，热量导入供热单元（13）；所述供热单元（13）为导热装置。
9.根据权利要求7所述的催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于：所述过滤纯化单元通入经过滤的分解气G的一部分至外加热源。
10.一种催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢方法，基于权利要求5-6之任一项所述的催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、从海上油气生产平台（23）开采出来的油气T经油气处理设施（24）将原料分为燃料气流B和其他产物U，其他产物U储存于其他的设施（25）中，燃料气流B分成两股燃料气流B4及B3，分别进入反应流程和燃烧流程；
步骤2、燃料气流B4经过原料气脱硫系统（4）脱除原料气中的硫组分，得到纯净的原料气C，通过高温换热模块（5）的预热腔被加热，得到反应原料气D，进入分解分解反应器（6）参与反应；
同时，燃料气流B3与空气分别或混合进入供热单元（13）中燃烧，燃烧产生的热量为分解反应器中的分解反应提供热能；
步骤3、经分解反应器后得到反应产物，反应产物中含有固体碳、氢气、未反应的原料气、少部分被夹带的催化剂，一并在内筒中实现气、液、固三相分离；
经分离得到的固体碳、净化剂均进入固体碳收集罐（14），经分离得到的液态催化剂进入催化剂接收罐；
经分离得到的气相分解气进入高温换热模块（5）的冷却腔进行冷却，经冷却的分解气F经过滤纯化单元后形成经过滤的分解气G；
步骤4、经过滤的分解气G进入发电设备（26）发电。
11.一种催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢方法，基于权利要求7-9之任一项所述的催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、海上设施储罐（1）用于储存碳氢化合物燃料，低温液化燃料气A1通过低温泵（2）输送至气化器（3），利用乙二醇水为低温液化燃料气加热使其气化成气体，得到气化后的燃料气A6；
海上设施储罐（1）上部气相空间存在气相低温燃料气A3，经加热器加热后进入燃料气压缩机（22），得到已经具备一定压力的燃料气A5；
步骤2、燃料气A5与燃料气A6混合成燃料气流B，其中燃料气流B的一
部分B4作为反应原料气进入后续的反应流程，另一部分燃料气流B3用于燃烧为分解反应器（6）提供能量；
步骤3、燃料气流B4经过原料气脱硫系统（4）脱除原料气中的硫组分，得到纯净的原料气C，通过高温换热模块（5）的预热腔被加热，得到反应原料气D，进入分解分解反应器（6）参与反应；
同时，燃料气流B3与空气分别或混合进入外加热源中燃烧，燃烧产生的热量导入供热单元（13），热量为分解反应器中的分解反应提供热能；
步骤4、经分解反应器后得到反应产物，反应产物中含有固体碳、氢气、未反应的原料气、少部分被夹带的催化剂，一并在内筒中实现气、液、固三相分离；
经分离得到的固体碳、净化剂均进入固体碳收集罐（14），经分离得到的液态催化剂进入催化剂接收罐；
经分离得到的气相分解气进入高温换热模块（5）的冷却腔进行冷却，经冷却的分解气F经过滤纯化单元后形成经过滤的分解气G，经过滤的分解气G经压缩机压缩后，输送至分解气缓冲罐中（10）；
步骤5、当引擎系统需要燃料时，分解气缓冲罐中（10）中流出的过滤的分解气G通过控制阀（20）后进入引擎系统（12）燃烧后为引擎系统供能。
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