[发明专利]一种以天然气为原料制备氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以天然气为原料制备氢气的方法，特别涉及一种催化燃烧工艺提供热量的以沼气为原料制备氢气的方法。

背景技术

天然气是一种清洁能源，含硫低、污染小。以天然气为原料制取氢气的方法主要有部分氧化法和水蒸汽转化法两种。前一种方法的原料基本上是重质烃（重油、渣油、沥青等），后一种方法的原料为轻质烃（天然气、炼油气、油田气、轻油等）。两种方法转化的压力也有所不同，前者从常压到9.0MPa，后者从常压到4.5MPa。由于天然气部分氧化法不如天然气水蒸汽转化法经济，所以目前天然气制氢还是以天然气水蒸汽重整为主。

天然气蒸汽重整法制取氢气的主要工艺过程包括：原料混合气（脱硫后的天然气，水蒸汽）在1.2～2.0MPa（A）的压力和700～800℃的高温下进行天然气水蒸汽转化反应，得到以H₂和CO为主要产物的合成气，该合成气经过CO变换工段得到含氢75％（V/V，％）的转化气，该转化气经过变压吸附后得到纯度在99%（V/V，％）以上的产品氢气。天然气水蒸汽转化反应为吸热反应，反应所需热量必须为外部提供，通常在转化炉上部或下部安置燃烧器（燃料气通常为天然气），燃烧器燃烧放出热量，热能转化为辐射能，辐射能被炉管吸收，满足转化炉管内部反应所需热量，这一过程热能利用率低、能耗高。同时，天然气水蒸汽转化温度要求700～800℃的高温，操作条件苛刻，对设备材料提出了很高要求，其投资一般占合成氨厂非定型设备投资的30％，增加了生产成本。变压吸附得到的装置尾气需要放空处理，造成对环境的污染，目前国内有少数企业对天然气水蒸汽转化尾气进行利用，也仅仅限于将装置尾气直接与燃料天然气混合后燃烧，造成了二次污染，且对装置尾气中可燃组分的利用率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中天然气为原料制备氢气方法工艺复杂，生产成本高，能耗高，污染环境的不足，提供一种以天然为原料制备氢气的方法。该方法工艺简单，降低了生产成本，能耗低，无环境污染。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种以天然气为原料制备氢气的方法，包括以下步骤：

A、常温、压力1.2MPa的原料天然气经多通道换热器预热到370～380℃后，进入脱硫反应器进行脱硫，使气体中的总硫量控制在20mg/m³以下；

B、脱硫后的气体与过热水蒸气混合后经催化燃烧器加热到590-600℃后，送入绝热反应器，与400-410℃空气在催化剂的作用下进行反应；

C、将步骤B中得到的气体经蒸汽过热器换热后送入CO变换器，进行CO变换反应，反应得到的气体送入膜分离器进行分离，分离得到产品氢气和装置尾气；

D、将步骤C中得到的装置尾气送入催化燃烧器，在催化剂的作用下与空气发生催化燃烧反应；

E、将步骤D中得到的催化燃烧反应的高温烟气送入多通道换热器换热后，送入蒸汽发生器加热脱盐水，得到的饱和蒸汽送入蒸汽过热器。

所述步骤A中，多通道换热器包括外壁、上封头、下封头和中心管，所述外壁分别与上封头和下封头固定连接，所述外壁的两侧分别设置有第一物料进口和第一物料出口，所述中心管上连接有第二物料螺旋管和第三物料螺旋管，所述第二物料螺旋管的两端连接有第二物料进口和第二物料出口，所述第三物料螺旋管的两端连接有第三物料进口和第三物料出口。

所述步骤B中，绝热反应器中的催化剂为贵金属催化剂或负载型Ni基催化剂。

所述步骤C中，膜分离器包括空腔、进气端和尾气出气端，所述空腔内设置有钯膜组件，所述空腔上设置有氢气出气管，空腔的两端分别设置有第一法兰和第二法兰，所述进气端与进气端封头连接，该进气端封头与第三法兰连接，所述第一法兰和第三法兰固定连接，第一法兰和第三法兰之间还设置有进气端管板，所述尾气出气端与出气端封头连接，该出气端封头与第四法兰连接，所述第二法兰和第四法兰固定连接，第二法兰和第四法兰之间还设置有出气端管板。