一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及可回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置，將可燃氣體混合緩沖區、解析氣回收轉化區、催化燃燒過渡區、空氣和可燃氣體的第二反應區、重整原料混合區、天然氣重整制氫區和重整原料氣緩沖區等多個不同區域集成在一起；重整制氫需要的原料可在室溫下直接進入天然氣重整制氫裝置；天然氣重整制氫和變壓吸附解析氣的回收及轉化利用均在天然氣重整制氫裝置內部完成。該制氫工藝強化了水路管理，可提供H2濃度達99.9%以上的產品氣；該制氫工藝可為燃料電池提供氫氣，同時和燃料電池系統聯合為用戶供電、供熱；該制氫工藝的原料不僅可采用天然氣，還可采用甲醇、乙醇、等多種醇類及烴類含氫化合物。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本技術涉及可回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置，將可燃氣體混合緩沖區、解析氣回收轉化區、催化燃燒過渡區、空氣和可燃氣體的第二反應區、重整原料混合區、天然氣重整制氫區和重整原料氣緩沖區等多個不同區域集成在一起；重整制氫需要的原料可在室溫下直接進入天然氣重整制氫裝置；天然氣重整制氫和變壓吸附解析氣的回收及轉化利用均在天然氣重整制氫裝置內部完成。該制氫工藝強化了水路管理，可提供H2濃度達99.9%以上的產品氣；該制氫工藝可為燃料電池提供氫氣，同時和燃料電池系統聯合為用戶供電、供熱；該制氫工藝的原料不僅可采用天然氣，還可采用甲醇、乙醇、等多種醇類及烴類含氫化合物。【專利說明】—種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置
本技術涉及一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置，尤其是涉及一種注重提升天然氣重整制氫裝置集成度、強化熱量管理和水路管理、提高全系統能量效率的可以回收利用變壓吸附解析氣的天然氣重整制氫裝置。
技術介紹
進入21世紀，能源安全和環境保護已成為全球化的問題，解決好我國的能源可持續發展戰略問題，是實現我國社會經濟可持續發展的重要環節。針對我國多煤少氣貧油的能源結構，我國未來的能源發展戰略要求提高能源效率，清潔使用化石能源，調整能源結構，增加替代能源，實現能源的可持續發展。氫能在利用時不產生任何污染排放，是未來清潔能源載體的理想選擇，將有可能在人類社會由化石能源順利過渡到最終不依賴化石能源的可持續循環進程中發揮主流作用。 氫是最豐富的元素，但自然氫存在極少，必須消耗大量的能量將含氫物質分解后才能得到氫氣，因此尋找一種低能耗、高效率制氫方法是大勢所趨。最豐富的含氫物質是水(H2O),其次就是各種礦物燃料(煤、石油、天然氣)及各種生物質等。氫氣的生產、凈化、輸運和儲存都需要有相應的基礎建設，需要大量的投資，涉及多個環節，并且各個環節涉及的技術難點、經濟性和安全性等都存在一些瓶頸問題需要去完善解決。我國天然氣資源主要分布在西部、西北部等偏遠地區，導致其壓縮、運輸、儲存、利用等成本較高。目前，為了實現天然氣的經濟利用，通常把天然氣作為初始原料進行加工，將天然氣轉化成CO和H2 (即合成氣)，這也是一條較為理想的制氫技術路線。 變壓吸附(Pressure Swing Adsorpt1n, PSA)氣體分離與提純技術是在上世紀六十年代迅速發展起來的，目前已成為化工工業的一種生產工藝和獨立的單元操作過程。由于變壓吸附氣體分離技術是依靠壓力的變化來實現吸附與再生的，因而再生速度快、能耗低，屬節能型氣體分離技術。并且，該工藝過程簡單、操作穩定、對于含多種雜質的混合氣可將雜質一次脫除得到高純度產品，近年來發展非常迅速，而其中變壓吸附制取純氫技術的發展尤其令人矚目。 本技術就從制氫全系統考慮，以提高系統能量效率為目的，提供一種改進的制氫反應工藝，包括天然氣重整制氫裝置、分水器、變壓吸附裝置和變壓吸附解析氣回收轉化器等。采用催化燃燒技術將解析氣中的可燃氣體全部回收并轉化成有效熱量并提供給天然氣制氫反應，最終達到提高系統能量效率的目的。 分布式熱電聯供系統(Combined Heat and Power, CHP)具有能源梯級利用效率高、電能供應可靠、經濟效益好、環境友好等優點；作為傳統能源系統的有機補充，對緩解我國終端能源即電和熱的生產和供應面臨的嚴峻挑戰具有重要意義。隨著氫能及燃料電池技術的不斷進步，基于燃料電池技術的熱電聯供系統正逐漸成為分布式熱電聯供新的重要發展方向。 質子交換膜燃料電池(PEMFC)以氫為燃料，通過陽極的氫氣和陰極的氧氣之間的電極反應將化學能直接轉化為電能，具有能量轉換效率高、結構簡單、對環境污染小等優點。采用化石原料重整制氫技術和質子交換膜燃料電池系統聯合，在固定式或移動式燃料電池供電系統或燃料電池熱電聯供系統中得到了廣泛應用。然而化石原料重整制氫技術提供的富氫重整氣體中殘留的CO對PEMFC的陽極影響很大，通常要求CO濃度在30ppm以下。 針對富氫重整氣中殘留的CO，傳統的方法是采用化學反應法，最終可控制CO濃度在3-30ppm，但此種技術路線會給整個系統物料管理和能量管理帶來技術上的難點，包括反應器設計、換熱器設計和熱量管理等技術等，同時對CO選擇性氧化催化劑性能要求很高，尤其是對催化劑在CO和H2之間的競爭反應選擇性要求很高，同時也要嚴格要求催化劑的長期穩定性(3000-10000h)，另外Pt、Pd等貴金屬作為催化劑活性組分較為有效，但是存在經濟成本方面的問題。 專利文獻(CN101054160A，US6793698BI, EP1094031 Al)公開了一種重整制氫反應器，但結構簡單，能源利用率低，解析氣體的剩余氣體無法充分利用，重整制氫效率不高。另外，平衡燃燒反應速率和重整制氫反應速率的存在差異，該重整制氫反應器不能實現兩種不同化學反應的穩定進行。 本技術提供的天然氣制氫裝置及工藝采用變壓吸附裝置替代CO變換反應器和CO凈化反應器，直接對富氫重整尾氣進行分離提純，相對于采用化學反應法消除CO，采用變壓吸附裝置工藝直接提純H2,具有能耗低、流程簡單、H2純度高、裝置操作彈性大、以及環境效益好等優點。可為燃料電池系統提供高品質的H2原料，與燃料電池系統聯合組成分布式熱電聯供系統，同時將變壓吸附裝置解析氣和燃料電池陽極尾氣中的H2加以回收利用，提高整個系統的H2回收率，進而降低系統的能耗，提高系統的能量效率。
技術實現思路
本技術提供一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置及工藝，尤其回收利用變壓吸附解析氣的天然氣重整制氫裝置及工藝，首先通過重整制氫裝置，將碳氫化合物(烴類、醇類化合物，特別是天然氣等)轉化為富氫氣體，之后采用變壓吸附裝置分離提純得到高品質的氫氣。產生的高品質氫氣可以儲存或供給用戶使用，也可以供給燃料電池系統發電；同時回收變壓吸附裝置解析氣中的氫氣，將其轉化為有效能量作用于制氫系統中，進而提聞系統的能量效率。 一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置，所述裝置的中心區域依次包括可燃氣體混合緩沖區(A)、解析氣回收轉化區(B)、催化燃燒過渡區(C);所述裝置的中心區域的外部依次為重整制氫第一區(F)、空氣和可燃氣體的第二反應區(D)、重整原料混合區(E)、重整制氫第二區(G);所述裝置的底部設置有制氫原料緩沖區(H);其中所述可燃氣體混合緩沖區(A)設有可燃氣體入口(a)和空氣入口(b)，可燃氣體和空氣混合后依次通過可燃氣體混合緩沖區(A)、解析氣回收轉化區(B)、催化燃燒過渡區(C)、空氣和可燃氣體的第二反應區(D)，反應后的燃燒尾氣由燃燒尾氣出口(c)排出；制氫原料緩沖區(H)設有制氫原料入口(f)及制氫原料導流腔(107)，其中制氫原料導流腔(107)伸入重整原料混合區(E)內，制氫原料經制氫原料緩沖區(H)后通過制氫原料導流腔(107)在重整原料混合區(E)和原料水入口(d)進入的原料水混合，再依次進入重整制氫第一區(F)和重整制氫第二區(G )，經換熱器換熱后，由產品氣出口( e )排出；產品氣出口( e )與變壓吸附裝置連接；變壓吸附裝置通過解析氣回收管道本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可以回收利用變壓吸附解析氣的重整制氫裝置，所述裝置的中心區域依次包括可燃氣體混合緩沖區（A）、解析氣回收轉化區（B）、催化燃燒過渡區（C）；所述裝置的中心區域的外部依次為重整制氫第一區（F）、空氣和可燃氣體的第二反應區（D）、重整原料混合區（E）、重整制氫第二區（G）；所述裝置的底部設置有制氫原料緩沖區（H）；其中所述可燃氣體混合緩沖區（A）設有可燃氣體入口（a）和空氣入口（b），可燃氣體和空氣混合后依次通過可燃氣體混合緩沖區（A）、解析氣回收轉化區（B）、催化燃燒過渡區（C）、空氣和可燃氣體的第二反應區（D），反應后的燃燒尾氣由燃燒尾氣出口（c）排出；制氫原料緩沖區（H）設有制氫原料入口（f）及制氫原料導流腔（107），其中制氫原料導流腔（107）伸入重整原料混合區（E）內，制氫原料經制氫原料緩沖區（H）后通過制氫原料導流腔（107）在重整原料混合區（E）和原料水入口（d）進入的原料水混合，再依次進入重整制氫第一區（F）和重整制氫第二區（G），經換熱器（106）換熱后，由產品氣出口（e）排出；產品氣出口（e）與變壓吸附裝置連接；變壓吸附裝置通過解析氣回收管道連接可燃氣體入口（a）；所述解析氣回收轉化區（B）、可燃氣體的第二反應區（D）內裝填燃燒催化劑；所述催化燃燒過渡區（C）裝填大熱容的蓄熱材料。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘立衛，
申請(專利權)人：北京正拓氣體科技有限公司，
類型：新型
國別省市：北京;11