制氢方法和设备技术

用于生产氢气的方法，包括：含烃原料的第一蒸汽重整步骤，以获得第一合成气；对该第一合成气进行的第一合成气变换和冷却步骤；用于将第一合成气分离成高浓度氢气流和尾气流的分离步骤；对尾气进行的第二低压蒸汽重整步骤以获得第二合成气；对第二合成气进行的第二合成气变换和冷却步骤；对从第二合成气变换和冷却步骤中排出的氢气和二氧化碳流进行的CO2脱除步骤，以便从燃料级氢气流中分离出CO2流；将至少一部分燃料级氢气流进料至第一蒸汽重整步骤的步骤。步骤的步骤。步骤的步骤。

【技术实现步骤摘要】
制氢方法和设备
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2022年5月13日提交的意大利专利申请第102022000009989号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。


[0002]本专利技术涉及用于生产氢气的方法(process)并且涉及用于生产氢气的设备(plant)。
[0003]特别地，本专利技术涉及通过低压蒸汽重整(steam reforming)生产氢气的方法和设备，其目的是生产燃料级氢气以供燃烧，从而提供进一步蒸汽重整工艺(steam reforming process)的吸热反应(endothermic reaction)所需的负荷(duty)，以及通过所述蒸汽重整工艺，特别是通过提高该工艺尾气中包含的甲烷和一氧化碳转化为氢气的转化率(conversion)显著提高可获得的脱碳(decarbonization)。

技术介绍

[0004]通过水蒸气和烃类之间的蒸汽重整反应(steam reforming reaction)来生产氢气是已知的。
[0005]重整反应是高度吸热的，因此高温在热力学上是有利的，并且使用通常为镍基的催化剂进行，该催化剂在置于重整反应器辐射区中的管中特别配制。在冷却到合适的温度后，在变换炉(shift converter)中在重整反应期间形成的一氧化碳与未反应的蒸汽进一步减少，以产生二氧化碳和额外的氢气。
[0006]然后，例如通过变压吸附(pressure swing adsorption，PSA)装置冷却和纯化粗制氢气(raw hydrogen)流。
[0007]涉及的化学反应如下：
[0008][0009][0010]为了处理更多的原料，预重整反应器(pre
‑
reformer)可以任选地安装在重整反应器(reforming reactor)的上游。特别是对于重质原料(heavy feedstocks)，预重整反应器的使用使得可以减少重整反应器的加热器负荷(heater duty)，并使工艺的热效率更高。
[0011]在预重整(pre
‑
reforming)过程中，甲烷被蒸汽重整(steam
‑
reformed)，并且较重的烃被转化为甲烷或者被直接蒸汽重整，由此获得仅包含H2、CO、CO2、CH4和H2O的流出物(effluent)。相关的化学反应如下：
[0012][0013][0014][0015][0016]如上所述，反应(2)和(4)是放热的，而反应(3)是吸热的，并且反应(1)是高度吸热的。因此，取决于原料的净温度(net temperature as a function of the feedstock)可能会升高或降低。轻质原料产生吸热效应，而重质原料产生放热效应。
[0017]图1示意性地示出了用于通过蒸汽重整生产氢气的常规设备。
[0018]含烃原料(feedstocks containing hydrocarbons)(例如，天然气、石脑油、液化石油气(LPG)等)与蒸汽和待燃烧的燃料气体一起被进料至蒸汽重整反应器，以便为吸热重整反应(endothermic reforming reactions)提供必要的热量。
[0019]为了处理更多的原料，预重整反应器可以任选地安装在重整反应器的上游。特别是对于重质原料，预重整反应器的使用使得有可能降低重整反应器的加热器负荷，并使工艺的热效率更高。
[0020]通过蒸汽重整获得的合成气被送到变换炉(shift converter)，在那里，在冷却到合适的温度后，重整反应期间形成的一氧化碳与未反应的蒸汽进一步减少，以产生二氧化碳和额外的氢气。然后，粗制氢气流被冷却并通过分离单元，通常是变压吸附(PSA)装置，进行纯化。
[0021]由PSA装置产生的氢气流(stream of hydrogen)作为循环氢气被加入到蒸汽重整反应器的进料中。氢气的量(quantity)是为了将进料中所含有机硫化合物氢化为H2S、使存在的任何烯烃饱和并防止下游设备上由重质原料形成焦炭(formation of coke on downstream equipment with a heavy charge)；或者，在有条件的情况下，该氢气流(this stream)可以从装置边界线导入(imported from the battery limits)。
[0022]用于从化石燃料生产氢气的设备和工艺也需要通过CO2捕获来减少碳排放。
[0023]在这方面，现有设备的现代化，以期将其转化为低碳设备(用于生产所谓的“蓝色氢(blue hydrogen)”)，是特别重要的。
[0024]虽然从碳回收的角度来看，确实可获得高效的技术，但它们通常不适合改造现有的设备，因为它们需要对设备进行大量和昂贵的改造。
[0025]通常，有两种方案可用于从生产氢气的设备中获得高的碳回收率(carbon recovery)：
[0026](a)燃烧前捕获，其中通过使用胺、热碳酸钾、物理溶剂或膜，在分离冷凝物(condensate)后，将CO2从由变换区排出的合成气流中脱除；
[0027](b)燃烧后捕获，从燃料气体中去除碳；在这种情况下，通常考虑用于CO2捕获的溶剂只是化学类型的。
[0028]如果燃料气体在蒸汽重整炉内燃烧，通过燃烧前捕获的方式，CO2的回收率仅限于约60％的值；只有通过燃烧后捕获的方式，才能实现90％的CO2回收率，但是能耗高，投资和脱除成本也高得多。

技术实现思路

[0029]因此，本专利技术的目的是提供用于生产氢气的方法和设备，该方法和设备克服了本文指出的现有技术的缺点。
[0030]特别地，本专利技术的目的是提供尤其是在CO2排放方面特别有效的用于生产氢气的方法和设备。
recovery section)12。
[0049]蒸汽段11通过水/蒸汽供应管线(water/steam supply line)13连接到蒸汽重整段3，以便向蒸汽重整段3供应蒸汽，并通过水/蒸汽返回管线(water/steam return line)14从蒸汽重整段3返回蒸汽。蒸汽段11也通过蒸汽回收管线(steam recovery line)15连接到合成气变换和冷却段4，以便从合成气变换和冷却段4回收蒸汽。蒸汽段11进一步具有为其他目的供应蒸汽的蒸汽出口管线(steam outlet line)16。
[0050]冷凝物回收段12(任选的，因此用虚线表示)通过冷凝物管线(condensate line)17以及供水管线(water supply line)18连接到合成气变换和冷却段4，冷凝物回收段12通过冷凝物管线17接收来自合成气变换和冷却段4的工艺冷凝物，通过供水管线18，部分来自外部来源(即来自装置边界线，B.L.)作为软化水(demineralized water)且部分从冷凝物回收段12中的工艺冷凝物回收的给水(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于生产氢气的方法，其包括：含烃原料的第一蒸汽重整步骤，以获得第一合成气；第一合成气变换和冷却步骤，其中存在于所述第一合成气中的一氧化碳和水反应产生氢气和二氧化碳；分离步骤，用于将所述第一合成气分离成高浓度氢气流和尾气流；所述方法的特征在于将在所述分离步骤中分离得到的所述尾气进料至第二蒸汽重整步骤，所述第二蒸汽重整步骤在低压下，即在低于所述第一蒸汽重整步骤的压力下进行以获得第二合成气；包括之后对所述第二合成气进行第二合成气变换和冷却步骤，以将存在于所述第二合成气中的一氧化碳和水转化成氢气和二氧化碳；对从所述第二合成气变换和冷却步骤中排出的氢气和二氧化碳流进行CO2脱除步骤，以从燃料级氢气流中分离出CO2流；将至少一部分所述燃料级氢气流进料至所述第一蒸汽重整步骤的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其中将从所述CO2脱除步骤中排出的一部分所述燃料级氢气流进料至所述第二低压蒸汽重整步骤。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述分离步骤中分离得到的所述尾气全部被送到所述第二低压蒸汽重整步骤。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述第一蒸汽重整步骤中的重整反应所需的热负荷由在所述第二低压蒸汽重整步骤和所述第二合成气变换和冷却步骤中产生并在所述CO2脱除步骤中纯化得到的燃料级氢气的燃烧提供，并且不添加任何其他燃料气体。5.根据权利要求1或2所述的方法，其包括对从所述第一合成气变换和冷却步骤中排出的所述第一合成气进行CO2吸收步骤，以从所述第一合成气中脱除二氧化碳。6.一种用于生产氢气的设备(1)，其包括：第一蒸汽重整段(3)，用于由含烃原料生产第一合成气；第一合成气变换和冷却段(4)，所述第一合成气变换和冷却段(4)连接到所述第一蒸汽重整段(3)以处理来自其的所述第一合成气；分离段(6)，其连接到所述第一合成气变换和冷却段(4)以将所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比奥鲁杰里，瓦伦蒂娜，
申请(专利权)人：意大利木业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：