本发明专利技术涉及可回收利用变压吸附解析气的重整制氢装置及工艺，该制氢装置将可燃气体混合缓冲区、解析气回收转化区、催化燃烧过渡区、空气和可燃气体的第二反应区、重整原料混合区、天然气重整制氢区和重整原料气缓冲区等多个不同区域集成在一起；重整制氢需要的原料可在室温下直接进入天然气重整制氢装置；天然气重整制氢和变压吸附解析气的回收及转化利用均在天然气重整制氢装置内部完成。该制氢工艺强化了水路管理，可提供H2浓度达99.9%以上的产品气；该制氢工艺可为燃料电池提供氢气，同时和燃料电池系统联合为用户供电、供热；该制氢工艺的原料不仅可采用天然气，还可采用甲醇、乙醇等醇类及烃类含氢化合物。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及可回收利用变压吸附解析气的重整制氢装置及工艺，该制氢装置将可燃气体混合缓冲区、解析气回收转化区、催化燃烧过渡区、空气和可燃气体的第二反应区、重整原料混合区、天然气重整制氢区和重整原料气缓冲区等多个不同区域集成在一起；重整制氢需要的原料可在室温下直接进入天然气重整制氢装置；天然气重整制氢和变压吸附解析气的回收及转化利用均在天然气重整制氢装置内部完成。该制氢工艺强化了水路管理，可提供H2浓度达99.9%以上的产品气；该制氢工艺可为燃料电池提供氢气，同时和燃料电池系统联合为用户供电、供热；该制氢工艺的原料不仅可采用天然气，还可采用甲醇、乙醇等醇类及烃类含氢化合物。【专利说明】—种可以回收利用变压吸附解析气的重整制氢装置及工艺
本专利技术涉及一种可以回收利用变压吸附解析气的重整制氢装置及工艺，尤其是涉及一种注重提升天然气重整制氢装置集成度、强化热量管理和水路管理、提高全系统能量效率的可以回收利用变压吸附解析气的天然气重整制氢装置及工艺。
技术介绍
进入21世纪，能源安全和环境保护已成为全球化的问题，解决好我国的能源可持续发展战略问题，是实现我国社会经济可持续发展的重要环节。针对我国多煤少气贫油的能源结构，我国未来的能源发展战略要求提高能源效率，清洁使用化石能源，调整能源结构，增加替代能源，实现能源的可持续发展。氢能在利用时不产生任何污染排放，是未来清洁能源载体的理想选择，将有可能在人类社会由化石能源顺利过渡到最终不依赖化石能源的可持续循环进程中发挥主流作用。 氢是最丰富的元素，但自然氢存在极少，必须消耗大量的能量将含氢物质分解后才能得到氢气，因此寻找一种低能耗、高效率制氢方法是大势所趋。最丰富的含氢物质是水(H2O),其次就是各种矿物燃料(煤、石油、天然气)及各种生物质等。氢气的生产、净化、输运和储存都需要有相应的基础建设，需要大量的投资，涉及多个环节，并且各个环节涉及的技术难点、经济性和安全性等都存在一些瓶颈问题需要去完善解决。我国天然气资源主要分布在西部、西北部等偏远地区，导致其压缩、运输、储存、利用等成本较高。目前，为了实现天然气的经济利用，通常把天然气作为初始原料进行加工，将天然气转化成CO和H2 (即合成气)，这也是一条较为理想的制氢技术路线。 变压吸附(Pressure Swing Adsorpt1n, PSA)气体分离与提纯技术是在上世纪六十年代迅速发展起来的，目前已成为化工工业的一种生产工艺和独立的单元操作过程。由于变压吸附气体分离技术是依靠压力的变化来实现吸附与再生的，因而再生速度快、能耗低，属节能型气体分离技术。并且，该工艺过程简单、操作稳定、对于含多种杂质的混合气可将杂质一次脱除得到高纯度产品，近年来发展非常迅速，而其中变压吸附制取纯氢技术的发展尤其令人瞩目。 本专利技术就从制氢全系统考虑，以提高系统能量效率为目的，提供一种改进的制氢反应工艺，包括天然气重整制氢装置、分水器、变压吸附装置和变压吸附解析气回收转化器等。采用催化燃烧技术将解析气中的可燃气体全部回收并转化成有效热量并提供给天然气制氢反应，最终达到提高系统能量效率的目的。 分布式热电联供系统(Combined Heat and Power, CHP)具有能源梯级利用效率高、电能供应可靠、经济效益好、环境友好等优点；作为传统能源系统的有机补充，对缓解我国终端能源即电和热的生产和供应面临的严峻挑战具有重要意义。随着氢能及燃料电池技术的不断进步，基于燃料电池技术的热电联供系统正逐渐成为分布式热电联供新的重要发展方向。 质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢为燃料，通过阳极的氢气和阴极的氧气之间的电极反应将化学能直接转化为电能，具有能量转换效率高、结构简单、对环境污染小等优点。采用化石原料重整制氢技术和质子交换膜燃料电池系统联合，在固定式或移动式燃料电池供电系统或燃料电池热电联供系统中得到了广泛应用。然而化石原料重整制氢技术提供的富氢重整气体中残留的CO对PEMFC的阳极影响很大，通常要求CO浓度在30ppm以下。 针对富氢重整气中残留的CO，传统的方法是采用化学反应法，最终可控制CO浓度在3-30ppm，但此种技术路线会给整个系统物料管理和能量管理带来技术上的难点，包括反应器设计、换热器设计和热量管理等技术等，同时对CO选择性氧化催化剂性能要求很高，尤其是对催化剂在CO和H2之间的竞争反应选择性要求很高，同时也要严格要求催化剂的长期稳定性(3000-10000h)，另外Pt、Pd等贵金属作为催化剂活性组分较为有效，但是存在经济成本方面的问题。 专利文献(CN101054160A，US6793698BI, EP1094031 Al)公开了一种重整制氢反应器，但结构简单，能源利用率低，解析气体的剩余气体无法充分利用，重整制氢效率不高。另外，平衡燃烧反应速率和重整制氢反应速率的存在差异，该重整制氢反应器不能实现两种不同化学反应的稳定进行。 本专利技术提供的天然气制氢装置及工艺采用变压吸附装置替代CO变换反应器和CO净化反应器，直接对富氢重整尾气进行分离提纯，相对于采用化学反应法消除CO，采用变压吸附装置工艺直接提纯H2,具有能耗低、流程简单、H2纯度高、装置操作弹性大、以及环境效益好等优点。可为燃料电池系统提供高品质的H2原料，与燃料电池系统联合组成分布式热电联供系统，同时将变压吸附装置解析气和燃料电池阳极尾气中的H2加以回收利用，提高整个系统的H2回收率，进而降低系统的能耗，提高系统的能量效率。
技术实现思路
本专利技术提供一种可以回收利用变压吸附解析气的重整制氢装置及工艺，尤其回收利用变压吸附解析气的天然气重整制氢装置及工艺，首先通过重整制氢装置，将碳氢化合物(烃类、醇类化合物，特别是天然气等)转化为富氢气体，之后采用变压吸附装置分离提纯得到高品质的氢气。产生的高品质氢气可以储存或供给用户使用，也可以供给燃料电池系统发电；同时回收变压吸附装置解析气中的氢气，将其转化为有效能量作用于制氢系统中，进而提闻系统的能量效率。 一种可以回收利用变压吸附解析气的重整制氢装置，所述装置的中心区域依次包括可燃气体混合缓冲区(A)、解析气回收转化区(B)、催化燃烧过渡区(C);所述装置的中心区域的外部依次为重整制氢第一区(F)、空气和可燃气体的第二反应区(D)、重整原料混合区(E)、重整制氢第二区(G);所述装置的底部设置有制氢原料缓冲区(H);其中所述可燃气体混合缓冲区(A)设有可燃气体入口(a)和空气入口(b)，可燃气体和空气混合后依次通过可燃气体混合缓冲区(A)、解析气回收转化区(B)、催化燃烧过渡区(C)、空气和可燃气体的第二反应区(D)，反应后的燃烧尾气由燃烧尾气出口(c)排出；制氢原料缓冲区(H)设有制氢原料入口(f)及制氢原料导流腔(107)，其中制氢原料导流腔(107)伸入重整原料混合区(E)内，制氢原料经制氢原料缓冲区(H)后通过制氢原料导流腔(107)在重整原料混合区 (E)和原料水入口(d)进入的原料水混合，再依次进入重整制氢第一区(F)和重整制氢第二区(G )，经换热器换热后，由产品气出口( e )排出；产品气出口( e )与变压吸附装置连接；变压吸附装置通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可以回收利用变压吸附解析气的重整制氢装置，所述装置的中心区域依次包括可燃气体混合缓冲区（A）、解析气回收转化区（B）、催化燃烧过渡区（C）；所述装置的中心区域的外部依次为重整制氢第一区（F）、空气和可燃气体的第二反应区（D）、重整原料混合区（E）、重整制氢第二区（G）；所述装置的底部设置有制氢原料缓冲区（H）；其中所述可燃气体混合缓冲区（A）设有可燃气体入口（a）和空气入口（b），可燃气体和空气混合后依次通过可燃气体混合缓冲区（A）、解析气回收转化区（B）、催化燃烧过渡区（C）、空气和可燃气体的第二反应区（D），反应后的燃烧尾气由燃烧尾气出口（c）排出；制氢原料缓冲区（H）设有制氢原料入口（f）及制氢原料导流腔（107），其中制氢原料导流腔（107）伸入重整原料混合区（E）内，制氢原料经制氢原料缓冲区（H）后通过制氢原料导流腔（107）在重整原料混合区（E）和原料水入口（d）进入的原料水混合，再依次进入重整制氢第一区（F）和重整制氢第二区（G），经换热器（106）换热后，由产品气出口（e）排出；产品气出口（e）与变压吸附装置连接；变压吸附装置通过解析气回收管道连接可燃气体入口（a）；所述解析气回收转化区（B）、可燃气体的第二反应区（D）内装填燃烧催化剂；所述催化燃烧过渡区（C）装填大热容的蓄热材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘立卫，
申请(专利权)人：北京正拓气体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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