CN220351721U - 一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统 - Google Patents
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Abstract
一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统，包括压缩机、加氢、脱硫装置、转化单元、余热回收单元、变换反应单元、变换反应用水蒸气原料、三级气‑气换热器等；所述的压缩机、加氢、脱硫单元、转化单元和余热回收单元依次连接，所述的汽化室与变换反应单元连接；所述的变换反应单元与PSA单元、产品H2压缩机和H2储罐依次连接；本实用新型的有益效果在于：本装置通过天然气处理结构和甲醇处理结构的组合，实现在制备氢气的过程中，以天然气作为主要原料并利用加工过程中所产生的过剩热能进行辅助制备，同时配合甲醇制氢的单元进行复合，在节约能源的情况下进行高效的氢气的制备。
Description
技术领域
本实用新型涉及制氢装置技术领域，尤其涉及一种以天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢的系统。
背景技术
氢能被视为21世纪具有极大发展潜力的清洁能源，氢不仅是工业原料，也是支撑未来清洁能源转型的重要二次能源；氢能工业制备的方法主要包括以天然气为原料制备和以甲醇为原料制备。
与煤和天然气相比，甲醇产能过剩，原料资源较为丰富，易于储存和运输，制氢成本低，制备过程工艺流程简单，整个制备过程操作条件温和且方便灵活，甲醇重整制氢在近几年得到迅速推广。
现有技术公开了一种天然气制氢系统，公告号为CN202221987324.5的中国实用新型专利，包括蒸汽转化装置、蒸汽变换装置及吸附塔等，实现产品的标准化生产，形成标准系列化产品，便于用户的设备管理，备件通用，降低装置的运行成本；虽然天然气制氢产氢量较大，技术比较成熟，但在制氢反应运行过程中造成的系统能耗较大，比如在余热回收单元，大量水蒸汽过剩，因此需要高效的进行能量分配及利用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用天然气制氢和甲醇蒸氢实现协同配合制氢的加工系统。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统，包括压缩机、加氢、脱硫装置、转化单元、余热回收单元、变换反应单元、变换反应用水蒸气原料、三级气-气换热器、原料甲醇储罐、原料水储罐、甲醇-水混合器、一级气-液换热器、汽化室、反应器、二级气-气换热器、PSA单元、产品H2压缩机、H2储罐；所述的压缩机、加氢、脱硫单元、转化单元和余热回收单元依次连接，所述的原料甲醇储罐、原料水储罐分别通过管道与甲醇-水混合器连接，所述的甲醇-水混合器通过一级气-液换热器与汽化室连接，所述的余热回收单元和三级气-气换热器连接，所述的三级气-气换热器与汽化室连接，所述的汽化室与变换反应单元连接；所述的变换反应单元与PSA单元、产品H2压缩机和H2储罐依次连接。
优选的，所述的甲醇储罐通过甲醇输送泵、甲醇流量计和甲醇调节阀与甲醇-水混合器连接。
优选的，所述的水储罐通过水泵、水流量计和水调节阀与甲醇-水混合器连接。
优选的，所述的三级气-气换热器与二级气-气换热器连接，所述的二级气-气换热器与反应器连接，所述的反应器与一级气-液换热器连接，所述的一级气-液换热器与甲醇洗涤塔、TSA单元和PSA单元依次连接。
优选的，所述的PSA单元通过管道与CO2精制单元连接。
优选的，所述的转化单元通过排气装置与余热回收单元连接。
优选的，所述的H2储罐依通过管道与氢压缩机连接，所述的氢压缩机与加氢站连接。
一种天然气制氢与甲醇蒸汽制氢相复合的协同制氢加氢系统，包括原料天然气、压缩机、加氢、脱硫装置、转化单元、天然气燃料、高温烟气、余热回收、转化用水蒸气原料、变换反应单元(含降温)、变换反应用水蒸气原料、三级气-气换热器、原料甲醇储罐、原料水储罐、甲醇输送泵、水泵、甲醇流量计、水流量计、甲醇调节阀、水调节阀、甲醇-水混合器、一级气-液换热器、汽化室、反应器、二级气-气换热器、甲醇洗涤塔、TSA单元、PSA单元、CO2精制单元、产品H2压缩机、H2储罐、加氢压缩机、加氢站。天然气原料经压缩机压缩后，进入加氢、脱硫单元，后经转化炉与后续余热回收产生的部分水蒸气作为原料进行转化反应，其中，转化炉采用天然气作为燃料,燃烧后的高温烟气和转化反应气一起进入余热回收单元，转化气经余热回收后，进入三级气-气换热器加热甲醇水蒸气混合气至反应温度，后进入汽化室对甲醇水溶液进行加热至汽化，后与余热回收单元产生的部分水蒸气一起进入变换单元；甲醇储罐、水储罐的原料各自经甲醇输送泵、水泵，在甲醇调节阀、甲醇流量计、水调节阀、水流量计作用下，进行精确调节、计量并输送至液-液混合器进行充分混合，后经一级气-液换热器(产品气为换热介质)进行预热，进入汽化室，汽化后的甲醇-水蒸汽经二级气-气换热器(产品气为换热介质)再次加热，后进入反应器，反应器出口产品气经二级气-气、一级气-液换热降温后，进入甲醇水洗塔，以去除未反应的甲醇蒸汽，后进入TSA单元，后与天然气制氢工序之变换反应单元(含降温)之后的反应气一起进入PSA处理单元，副产物CO2进入CO2精制单元进行碳回收，产品气即H2通过产品H2压缩机送至H2储罐，后经加氢压缩机送至加氢站，为氢能源车辆供氢。
燃烧后的天然气高温烟气及转化气进行余热回收时，产生的水蒸气刚好满足转化及变换反应单元所需的水蒸气量，其余热量将供给甲醇制氢单元；
转化气经余热回收单元后，进入三级气-气换热器，加热甲醇水蒸气混合气至反应温度；
转化气经三级气-气换热器后，进入汽化室对甲醇水溶液进行加热至汽化；
经充分混合后的甲醇与水，进入一级换热器(气-液换热器)，利用产品气的热量预热原料液；
汽化后的甲醇与水蒸气，进入二级换热器(气-气换热器)，利用产品气的热量预热甲醇与水蒸汽；
甲醇蒸汽制氢单元的产品气经甲醇脱除及TSA后，与天然气制氢工序之变换反应单元(含降温)之后的反应气一起进入PSA处理单元。
本实用新型的有益效果在于：本装置通过天然气处理结构和甲醇处理结构的组合，实现在制备氢气的过程中，以天然气作为主要原料并利用加工过程中所产生的过剩热能进行辅助制备，同时配合甲醇制氢的单元进行复合，在节约能源的情况下进行高效的氢气的制备；具体有益效果如下：
1.充分利用天然气制氢工艺产生的余热，未有过剩高热值水蒸气；
2.天然气制氢工艺与甲醇制氢工艺相复合，提高了产氢量。
附图说明
图1为一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统的工艺系统的流程示意图。
其中：1、天然气原料；2、压缩机；3、加氢、脱硫单元；4、转化反应所需水蒸气原料；5、转化炉；6、天然气燃料；7、高温烟气；8、余热回收单元；9、变换反应所需水蒸气原料；10、变换反应单元；11、甲醇储罐；12、水储罐；13、甲醇输送泵；14、水泵；15、甲醇流量计；16、水流量计；17、甲醇调节阀；18、水调节阀；19、液、液混合器；20、一级气-液换热器；21、汽化室；22、反应器；23、二级气-气换热器；24、三级气-气换热器；25、甲醇水洗塔；26、TSA单元；27、PSA单元；28、CO2精制单元；29、产品H2压缩机；30、H2储罐；31、加氢压缩机；32、加氢站。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面将结合实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，一种天然气制氢与甲醇蒸汽制氢相复合的协同制氢加氢系统，包括原料天然气、压缩机、加氢、脱硫装置、转化单元、天然气燃料、高温烟气、余热回收、转化用水蒸气原料、变换反应单元(含降温)、变换反应用水蒸气原料、三级气-气换热器、原料甲醇储罐、原料水储罐、甲醇输送泵、水泵、甲醇流量计、水流量计、甲醇调节阀、水调节阀、甲醇-水混合器、一级气-液换热器、汽化室、反应器、二级气-气换热器、甲醇洗涤塔、TSA单元、PSA单元、CO2精制单元、产品H2压缩机、H2储罐、加氢压缩机、加氢站。
为了对天然气制氢工艺过程的余热进行充分有效的利用，在转化反应单元，即燃烧后的天然气产生的高温烟气及转化气进行余热回收时，使其产生的水蒸气刚好满足转化单元及变换单元所需的水蒸气量，其余热量将供给甲醇制氢单元；
为了充分利用转化反应产品气余热，将其经余热回收单元后，继续送入三级气-气换热器，加热甲醇水蒸气混合气至反应温度；
为了充分利用转化反应产品气余热，将其经三级气-气换热器后，继续送入汽化室对甲醇水溶液进行加热至汽化；
为了充分利用甲醇蒸汽制氢单元产品气的余热，经充分混合后的甲醇与水，进入一级换热器(气-液换热器)，利用产品气的热量预热原料液；
为了充分利用甲醇蒸汽制氢单元产品气的余热，汽化后的甲醇与水蒸气，进入二级换热器(气-气换热器)，利用产品气的热量预热甲醇与水蒸汽；
为了使整个系统更高效、紧凑，甲醇蒸汽制氢单元的产品气经甲醇脱除及TSA后，与天然气制氢工序之变换反应单元(含降温)之后的反应气一起进入PSA处理单元进行集中净化分离。
工作原理
天然气原料1经压缩机2压缩后，进入加氢、脱硫单元3，后经转化炉5与后续余热回收8产生的部分水蒸气4作为原料进行转化反应，其中，转化炉5采用天然气6作为燃料,燃烧后的高温烟气7和转化反应气一起进入余热回收单元8，转化气经余热回收后，进入三级气-气换热器24加热甲醇水蒸气混合气至反应温度，后进入汽化室21对甲醇水溶液进行加热至汽化，后与余热回收单元8产生的部分水蒸气一起进入变换反应单元10(含降温)；甲醇储罐11、水储罐12的原料各自经甲醇输送泵13、水泵14，在甲醇调节阀17、甲醇流量计15、水调节阀18、水流量计16作用下，进行精确调节、计量并输送至液-液混合器19进行充分混合，后经一级气-液换热器20(产品气为换热介质)进行预热，进入汽化室21，汽化后的甲醇-水蒸汽经二级气-气换热器23(产品气为换热介质)再次加热，后进入反应器22，反应器出口产品气经二级气-气、一级气-液换热降温后，进入甲醇水洗塔25，以去除未反应的甲醇蒸汽，后进入TSA单元26，后与天然气制氢工序之变换反应单元10(含降温)之后的反应气一起进入PSA处理单元27，副产物CO2进入CO2精制单元28进行碳回收，产品气即H2通过产品H2压缩机29送至H2储罐30，后经加氢压缩机31送至加氢站32，为氢能源车辆供氢。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统，其特征在于：包括压缩机、加氢、脱硫装置、转化单元、余热回收单元、变换反应单元、变换反应用水蒸气原料、三级气-气换热器、原料甲醇储罐、原料水储罐、甲醇-水混合器、一级气-液换热器、汽化室、反应器、二级气-气换热器、PSA单元、产品H2压缩机、H2储罐；所述的压缩机、加氢、脱硫单元、转化单元和余热回收单元依次连接，所述的原料甲醇储罐、原料水储罐分别通过管道与甲醇-水混合器连接，所述的甲醇-水混合器通过一级气-液换热器与汽化室连接，所述的余热回收单元和三级气-气换热器连接，所述的三级气-气换热器与汽化室连接，所述的汽化室与变换反应单元连接；所述的变换反应单元与PSA单元、产品H2压缩机和H2储罐依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统，其特征在于：所述的甲醇储罐通过甲醇输送泵、甲醇流量计和甲醇调节阀与甲醇-水混合器连接。
3.根据权利要求1所述的一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统，其特征在于：所述的水储罐通过水泵、水流量计和水调节阀与甲醇-水混合器连接。
4.根据权利要求1所述的一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统，其特征在于：所述的三级气-气换热器与二级气-气换热器连接，所述的二级气-气换热器与反应器连接，所述的反应器与一级气-液换热器连接，所述的一级气-液换热器与甲醇洗涤塔、TSA单元和PSA单元依次连接。
5.根据权利要求1所述的一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统，其特征在于：所述的PSA单元通过管道与CO2精制单元连接。
6.根据权利要求1所述的一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统，其特征在于：所述的转化单元通过排气装置与余热回收单元连接。
7.根据权利要求1所述的一种天然气制氢与甲醇蒸氢协同制氢系统，其特征在于：所述的H2储罐依通过管道与氢压缩机连接，所述的氢压缩机与加氢站连接。
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