[发明专利]利用LNG制取并提纯H2的装置及其工艺

说明书

技术领域

本发明属于能源综合利用技术领域，涉及一种利用LNG制取H₂并利用LNG冷能提纯H₂的系统和方法。

背景技术

氢气（H₂）作为一种能量载体，具有其优异的性能，如，其燃烧值远比烃类和醇类高，约为汽油或天然气的2.7倍，煤的3.5倍；另外，氢气直接燃烧产物为水，不存在污染问题，被认为是绿色能源，是21世纪最理想的能源；另一方面，H₂是一种重要的工业原料，也是非常重要的工业气体和特种气体，在石油工业、电子工业和冶金工业等多个方面具有广泛的应用。

制氢工艺方法主要有水电解法、烃类水蒸气转化法、煤气化法、重油部分氧化法和甲醇制氢法等。目前，煤、轻烃及天然气仍是制取氢气的最主要原料，其技术路线基本上包括含氢气体的制备、CO变换反应及氢气提纯等步骤。其中以天然气制氢最为经济和合理。天然气制氢工艺主要有天然气蒸气转化法制氢、天然气部分氧化法制氢、甲烷自热转化制氢和甲烷催化裂解制氢。目前，约1/2的氢气都是通过天然气蒸汽转化法制取的，其整个工艺流程是由原料气处理、蒸汽转化、CO变换和氢气提纯4大单元组成。

氢气提纯方法主要有变压吸附法、深冷法和膜分离法三种。其中深冷法是利用在低温条件下，原料气组分的相对挥发度差（沸点差），部分气体冷凝，从而达到分离杂质的目的。深冷法提纯得到的氢气纯度高，氢回收率高，但由于分离过程中包含压缩和冷却装置，因此能耗高。

LNG是天然气经脱酸、脱水处理，低温工艺冷冻液化而成的低温液体混合物，其在进入天然气管网前，需要从液化状态气化至常温，目前LNG气化所需的热量，是通过与海水换热或者通过燃烧天然气补充加热的方式提供。如此巨量的冷能不仅没有被科学的利用，而且破坏了海洋生态环境甚至消耗了天然气资源，若能将该LNG冷能有效回收利用，可以节省能源、降低供气价格，提高天然气的经济效益。在我国的LNG冷能利用还只是处于起步阶段，国内的LNG冷能利用技术尚不成熟，要求寻找更合理的冷能利用方式，提高冷能的附加值，以降低LNG的下游成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用LNG制取并提纯H₂的装置及其工艺，减少天然气的运输以及合理的利用天然气气化时放出的冷能，节能环保。

 利用LNG制取并提纯H₂的装置，其特征在于包括制氢单元、换热单元，辅助制冷单元，分离单元；LNG储罐的输送管道经换热单元后连接至制氢单元，制氢单元的氢气粗产物输送管道经换热单元后连接至辅助制冷单元，辅助制冷单元连接分离单元，分离单元输出端的氢气输出管道和副产物输送管道分别连接至氢气和副产物储存装置。  

在辅助制冷单元输出端并联两组分离单元。

分离单元的氢气输出管道和副产物输送管道经换热单元后分别连接至氢气和副产物储存装置。

利用LNG制取并提纯H₂的工艺，LNG储罐内的液态LNG经管道输入换热单元，经换热升温至室温气化后由天然气输送管道输送至制氢单元，制取氢气粗产物；得到的氢气粗产物经输送管道进入换热单元后换热降温，并经辅助制冷单元进一步降温至-190~-210℃后输送至分离单元分离氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷，得到纯化的氢气和副产物，氢气纯度能达到98%。

较佳地，纯化的氢气和分离的副产物分别经管道经过换热单元与氢气粗产物换热，为粗产物提供冷能，然后经管道输送至纯氢气和副产物的回收装置。

氢气粗产物的组份含量是：氢气50~80%，一氧化碳0~10%，二氧化碳0~30%，甲烷0~10%，温度为650~850℃，压力为20-25bar，在分离单元，将氢气与一氧化碳、二氧化碳、甲烷进行分离，得到纯度98%的氢气。

本发明提出将天然气制氢和LNG的冷能提纯氢气相耦合，通过换热方式将LNG气化得到的天然气送至制氢单元制取H₂，然后利用LNG气化时放出的高品位冷能提纯H₂，分离CO、CO₂和CH₄等副产物。在冷冻分离净化单元以LNG的冷能利用为主，压缩机、膨胀机制冷为辅，大幅降低了能耗，同时可以综合利用LNG的冷能，减少LNG气化时对环境的负面影响。不仅充分利用了LNG的冷能，节约能量，而且还减少了原料的输送。

附图说明