CN215987041U - 一种天然气制氢水碳比自动控制系统 - Google Patents

一种天然气制氢水碳比自动控制系统 Download PDF

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袁中华
张兵
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Abstract

本实用新型公开了一种天然气制氢水碳比自动控制系统，包括依次相连的转化炉、中变炉、变压吸附装置、产品气缓冲罐和DCS控制组件，转化炉下端设有空气预热器，空气预热器内设有第一换热管、第二换热管和第三换热管，第一换热管与天然气进管和天然气出管相连，天然气出管上设有管道混合器，天然气进管上设有第一流量传感器和第一流量调节阀，第二换热管与蒸汽进管和蒸汽出管相连，蒸汽进管上设有第二流量传感器和第二流量调节阀，管道混合器上还与混合气进管和蒸汽出管相连，第三换热管与混合气进管和混合气出管相连，混合气出管另一端与转化炉相连，DCS控制组件与第一流量传感器、第一流量调节阀、第二流量传感器和第二流量调节阀相连。

Description

一种天然气制氢水碳比自动控制系统
技术领域
本实用新型涉及氢气生产技术领域，具体涉及一种天然气制氢水碳比自动控制系统。
背景技术
天然气制氢原理：天然气为原料的烃类和蒸汽， 经脱硫、催化转化、中温变换，制得丰富含氢气的转化气，再送入变压吸附装置精制提纯，最后制得纯度≥ 99.999%以上的氢气送至下游工序。
天然气制氢流程：0.3Mpa天然气经压缩机压缩到2.4MPa，经流量调节阀进入入转化炉对流段的原料气预热盘管预热至360~400℃左右，进入钴钼加氢槽与氧化锌脱硫槽，使原料气中的硫脱至0.2PPm以下。脱硫后的原料气与废锅自产蒸汽按水碳比=3.5的比值混合后进入混合气预热盘管，进一步预热到500~540℃，经上集气总管及上猪尾管，均匀地进入八根转化管中。在催化剂床层中，甲烷与水蒸汽反应生成CO、CO2和H2。甲烷转化所需热量由顶部烧咀燃烧燃料混合气提供。转化气出转化炉的温度约770~780℃，残余甲烷含量约3.0~4.0%，进入废热锅炉产生2.5MPa的饱和蒸汽，转化气温度降至330~360℃进入中变炉使CO发生变换反应；出中变炉的变换气进入中变后换热器，再经锅炉给水预热器、变化气分离器1分离一部分冷凝液、再经过中变气脱盐水预热器和水冷器将尾气冷却至40℃，进入变换气分离器2分离出剩余工艺冷凝液，工艺气体压力约为1.85MPa进入PSA变压吸附装置提纯氢气。
目前天然气制氢装置的负荷、温度等都是手动控制调整，存在如下缺点：1、控制过程员工工作强度大，导致操作失误几率较高。2、手动控制过程中水碳比波动较大，对设备，系统的损伤较大。
发明内容
本实用新型旨在解决现有技术中存在的问题，提供一种天然气制氢水碳比自动控制系统，将水碳比的数值设置在DCS控制组件上，第一流量传感器检测天然气的流量并传输至DCS控制组件，第二流量传感器检测蒸汽的流量并传输至DCS控制组件，通过DCS控制组件即可调整天然气的流量，当天然气的流量改变后，DCS控制组件控制第二流量调节阀调节蒸汽流量。本实用新型具有节约操作人员劳动力、产品质量保证和设备保障好等优点。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种天然气制氢水碳比自动控制系统，包括依次相连的转化炉、中变炉、变压吸附装置和产品气缓冲罐，其特征在于：还包括DCS控制组件，所述转化炉下端设置有空气预热器，所述空气预热器内设置有第一换热管、第二换热管和第三换热管，所述第一换热管与天然气进管和天然气出管相连，所述天然气出管上设置有管道混合器，所述天然气进管上设置有第一流量传感器和第一流量调节阀，所述第二换热管与蒸汽进管和蒸汽出管相连，所述蒸汽进管上设置有第二流量传感器和第二流量调节阀，所述管道混合器上还与混合气进管和蒸汽出管相连，所述第三换热管与混合气进管和混合气出管相连，所述混合气出管另一端与转化炉相连，所述DCS控制组件与第一流量传感器、第一流量调节阀、第二流量传感器和第二流量调节阀相连。
优选的，所述天然气出管上还设置有钴钼加氢槽。
优选的，所述天然气出管上还设置有氧化锌脱硫槽。
优选的，所述空气预热器上设置有空气鼓风机。
优选的，所述空气预热器上设置有引风机。
优选的，所述产品气缓冲罐后端还设置有产品气减压罐。
工作原理：将天然气和蒸汽通入空气预热器预热后，在管道混合器中混合，随后在转化炉和中变炉反应生产CO、CO2和H2，随后在变压吸附装置中得到氢气。通过分析天然气组分与现场实测对比，确定水碳比=1.06*蒸汽量/天然气量，将水碳比在DCS控制组件上虚拟显示，反推蒸汽量=水碳比*（天然气流量*1.06）然后将水碳比变为可设定的值，水碳比为3.5-4.5，让蒸汽量设定值跟随天然气量自动波动，实现水碳比的自动控制。本实用新型具有节约操作人员劳动力、产品质量保证和设备保障好等优点。
本技术方案的有益效果如下：
一、本实用新型提供的一种天然气制氢水碳比自动控制系统，将水碳比的数值设置在DCS控制组件上，第一流量传感器检测天然气的流量并传输至DCS控制组件，第二流量传感器检测蒸汽的流量并传输至DCS控制组件，通过DCS控制组件即可调整天然气的流量，当天然气的流量改变后，DCS控制组件控制第二流量调节阀调节蒸汽流量。本实用新型具有节约操作人员劳动力、产品质量保证和设备保障好等优点。
二、本实用新型提供的一种天然气制氢水碳比自动控制系统，钴钼加氢槽与氧化锌脱硫槽的使用，使天然气中的硫脱至0.2PPm以下，减少氢气中的杂质。
三、本实用新型提供的一种天然气制氢水碳比自动控制系统，空气鼓风机和引风机的使用，使得空气预热器余热效果更好，保证天然气和蒸汽的转换率。
四、本实用新型提供的一种天然气制氢水碳比自动控制系统，产品气减压罐的设置使得氢气能直接使用。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例的结构示意图；
图2为本实用新型的控制示意图；
图3为本实用新型第二实施例的结构示意图；
图4为本实用新型第三实施例的结构示意图；
其中：1、转化炉；2、中变炉；3、变压吸附装置；4、产品气缓冲罐；5、DCS控制组件；6、空气预热器；6.1、第一换热管；6.2、第二换热管；6.3、第三换热管；6.4、空气鼓风机；6.5、引风机；7、天然气进管；8、天然气出管；9、管道混合器；10、第一流量传感器；11、第一流量调节阀；12、蒸汽进管；13、蒸汽出管；14、第二流量传感器；15、第二流量调节阀；16、混合气进管；17、混合气出管；18、钴钼加氢槽；19、氧化锌脱硫槽；20、产品气减压罐。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
作为本实用新型一种最基本的实施方案，本实施例公开了一种天然气制氢水碳比自动控制系统，如图1和图2所示，包括依次相连的转化炉1、中变炉2、变压吸附装置3和产品气缓冲罐4，还包括DCS控制组件5，所述转化炉1下端设置有空气预热器6，所述空气预热器6内设置有第一换热管6.1、第二换热管6.2和第三换热管6.3，所述第一换热管6.1与天然气进管7和天然气出管8相连，所述天然气出管8上设置有管道混合器9，所述天然气进管7上设置有第一流量传感器10和第一流量调节阀11，所述第二换热管6.2与蒸汽进管12和蒸汽出管13相连，所述蒸汽进管12上设置有第二流量传感器14和第二流量调节阀15，所述管道混合器9上还与混合气进管16和蒸汽出管13相连，所述第三换热管6.3与混合气进管16和混合气出管17相连，所述混合气出管17另一端与转化炉1相连，所述DCS控制组件5与第一流量传感器10、第一流量调节阀11、第二流量传感器14和第二流量调节阀15相连。
实施例2
作为本实用新型一种优选实施方案，本实施例公开了一种天然气制氢水碳比自动控制系统，如图3和图2所示，包括依次相连的转化炉1、中变炉2、变压吸附装置3和产品气缓冲罐4，还包括DCS控制组件5，所述转化炉1下端设置有空气预热器6，所述空气预热器6内设置有第一换热管6.1、第二换热管6.2和第三换热管6.3，所述第一换热管6.1与天然气进管7和天然气出管8相连，所述天然气出管8上设置有管道混合器9，所述天然气进管7上设置有第一流量传感器10和第一流量调节阀11，所述第二换热管6.2与蒸汽进管12和蒸汽出管13相连，所述蒸汽进管12上设置有第二流量传感器14和第二流量调节阀15，所述管道混合器9上还与混合气进管16和蒸汽出管13相连，所述第三换热管6.3与混合气进管16和混合气出管17相连，所述混合气出管17另一端与转化炉1相连，所述DCS控制组件5与第一流量传感器10、第一流量调节阀11、第二流量传感器14和第二流量调节阀15相连。
优选的，所述天然气出管8上还设置有钴钼加氢槽18。
优选的，所述天然气出管8上还设置有氧化锌脱硫槽19。
实施例3
作为本实用新型一种优选实施方案，本实施例公开了一种天然气制氢水碳比自动控制系统，如图4和图2所示，包括依次相连的转化炉1、中变炉2、变压吸附装置3和产品气缓冲罐4，还包括DCS控制组件5，所述转化炉1下端设置有空气预热器6，所述空气预热器6内设置有第一换热管6.1、第二换热管6.2和第三换热管6.3，所述第一换热管6.1与天然气进管7和天然气出管8相连，所述天然气出管8上设置有管道混合器9，所述天然气进管7上设置有第一流量传感器10和第一流量调节阀11，所述第二换热管6.2与蒸汽进管12和蒸汽出管13相连，所述蒸汽进管12上设置有第二流量传感器14和第二流量调节阀15，所述管道混合器9上还与混合气进管16和蒸汽出管13相连，所述第三换热管6.3与混合气进管16和混合气出管17相连，所述混合气出管17另一端与转化炉1相连，所述DCS控制组件5与第一流量传感器10、第一流量调节阀11、第二流量传感器14和第二流量调节阀15相连。
优选的，所述天然气出管8上还设置有钴钼加氢槽18。
优选的，所述天然气出管8上还设置有氧化锌脱硫槽19。
优选的，所述空气预热器6上设置有空气鼓风机6.4。
优选的，所述空气预热器6上设置有引风机6.5。
优选的，所述产品气缓冲罐4后端还设置有产品气减压罐20。
工作原理：将天然气和蒸汽通入空气预热器6预热后，在管道混合器9中混合，随后在转化炉1和中变炉2反应生产CO、CO2和H2，随后在变压吸附装置3中得到氢气。通过分析天然气组分与现场实测对比，确定水碳比=1.06*蒸汽量/天然气量，将水碳比在DCS控制组件5上虚拟显示，反推蒸汽量=水碳比*（天然气流量*1.06）然后将水碳比变为可设定的值，让蒸汽量设定值跟随天然气量自动波动，实现水碳比的自动控制。本实用新型具有大幅度减少人为操控，精准控制系统。产品质量保证：实现自动化控制后，产品质量稳定输出，保证全厂工艺系统稳定。设备保障：水碳比实现稳定运行后，可保证系统不积碳，延长系统使用寿命。
本技术方案的有益效果如下：
本实用新型提供的一种天然气制氢水碳比自动控制系统，将水碳比的数值设置在DCS控制组件5上，第一流量传感器10检测天然气的流量并传输至DCS控制组件5，第二流量传感器14检测蒸汽的流量并传输至DCS控制组件5，通过DCS控制组件5即可调整天然气的流量，当天然气的流量改变后，DCS控制组件5控制第二流量调节阀15调节蒸汽流量。本实用新型具有节约操作人员劳动力、产品质量保证和设备保障好等优点。
钴钼加氢槽18与氧化锌脱硫槽19的使用，使天然气中的硫脱至0.2PPm以下，减少氢气中的杂质。空气鼓风机6.4和引风机6.5的使用，使得空气预热器6余热效果更好，保证天然气和蒸汽的转换率。产品气减压罐20的设置使得氢气能直接使用。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种天然气制氢水碳比自动控制系统，包括依次相连的转化炉（1）、中变炉（2）、变压吸附装置（3）和产品气缓冲罐（4），其特征在于：还包括DCS控制组件（5），所述转化炉（1）下端设置有空气预热器（6），所述空气预热器（6）内设置有第一换热管（6.1）、第二换热管（6.2）和第三换热管（6.3），所述第一换热管（6.1）分别与天然气进管（7）和天然气出管（8）相连，所述天然气出管（8）上设置有管道混合器（9），所述天然气进管（7）上设置有第一流量传感器（10）和第一流量调节阀（11），所述第二换热管（6.2）分别与蒸汽进管（12）和蒸汽出管（13）相连，所述蒸汽进管（12）上设置有第二流量传感器（14）和第二流量调节阀（15），所述管道混合器（9）上还与混合气进管（16）和蒸汽出管（13）相连，所述第三换热管（6.3）分别与混合气进管（16）和混合气出管（17）相连，所述混合气出管（17）另一端与转化炉（1）相连，所述DCS控制组件（5）与第一流量传感器（10）、第一流量调节阀（11）、第二流量传感器（14）和第二流量调节阀（15）相连。
2.根据权利要求1所述的一种天然气制氢水碳比自动控制系统，其特征在于：所述天然气出管（8）上还设置有钴钼加氢槽（18）。
3.根据权利要求2所述的一种天然气制氢水碳比自动控制系统，其特征在于：所述天然气出管（8）上还设置有氧化锌脱硫槽（19）。
4.根据权利要求1所述的一种天然气制氢水碳比自动控制系统，其特征在于：所述空气预热器（6）上设置有空气鼓风机（6.4）。
5.根据权利要求4所述的一种天然气制氢水碳比自动控制系统，其特征在于：所述空气预热器（6）上设置有引风机（6.5）。
6.根据权利要求3或5所述的一种天然气制氢水碳比自动控制系统，其特征在于：所述产品气缓冲罐（4）后端还设置有产品气减压罐（20）。
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