[发明专利]使用废气作为冷却介质的重整系统和重整方法

说明书

公开了使用废气作为冷却介质的重整系统和重整方法，该重整系统包括：压缩机，被配置为压缩原料气；冷却系统，包括连接至压缩机的热交换器，并且被配置为通过包括冷却水的冷却介质来冷却在压缩过程中温度已经升高的原料气；重整器，被配置为通过使穿过热交换器的原料气与水反应来生成包括氢的合成气体；变压吸附(PSA)单元，被配置为从由重整器生成的合成气体中分离氢，并且排出废气；以及废气管线，被配置为将从PSA单元排出的废气馈送至热交换器，使得热交换器利用废气作为冷却介质。

技术领域

本公开涉及一种使用废气作为冷却介质的重整系统和重整方法，更具体地，涉及一种用于将从PSA单元排出的废气引入到热交换器中以使用废气作为冷却介质，并且通过将废气引入燃烧器中并燃烧废气来提高重整器的效率的重整系统(reforming system)和重整方法。

背景技术

当氢用作燃料时，除氮氧化物外，它不会产生对环境有害的产物，并且可以容易地以各种形式存储，诸如，高压气体、液态气体和金属氢化物。因此，在各个领域中已经开发了使用氢作为能源的技术。蒸汽的重整是作为制造氢的方法最商业化的技术，并且在使用诸如民用燃气的天然气作为材料的同时通过重整器制造氢。天然气的重整是将天然气快速且廉价地转变成氢燃料的技术，并且可以是分配具有高效率、小尺寸、轻量、并且稳定以及迅速启动的燃料电池的核心技术。

压缩重整系统压缩原料气(feed gas，进气)并将原料气供应至重整器，并且系统所需的原料气的流速根据过程的负载来确定。为了控制所需流速，将其设计成使得已经穿过压缩机的一部分原料气循环，并且被重新引入到压缩机中。因为在压缩过程中原料气的温度增加，所以在压缩机的后端安装了冷却原料气的热交换器，使得原料气的温度与引入到压缩机中的原料气的温度条件一致。传统的重整系统使用冷却水作为热交换器的致冷剂，并且由于与原料气已经交换热量、温度已经升高的冷却水再次被冷却，热能没有被利用和消耗。

此外，因为甲烷-蒸汽重整反应是强吸热反应，所以原料气由燃烧器燃烧，并且重整器被加热至750度以上的温度以供应反应所需的热量。为了在蒸汽-甲烷重整反应之后纯化生成的气体中的氢，超高纯度的氢气通过变压吸附(PSA)来生成。将PSA的废气引入到燃烧器中，并且在热反应中与燃烧气体一起使用。在使用传统的重整系统的情况下，因为当废气引入到燃烧器中并且被加热时，应该供应原料气以提高废气的温度，所以重整系统的热效率降低。

本领域在提高热效率方面存在局限性，并且尚未提出可以利用冷却水中消耗的热能的重整系统和重整方法。

发明内容

本公开致力于解决上述问题，并且提供了一种重整系统和重整方法，该重整系统和重整方法可以通过使用废气作为冷却介质使用在冷却系统中浪费的热量来提高废气的温度，并且通过将温度升高的废气引入到燃烧器中的系统来利用所浪费的废热。

根据本公开的一方面，使用废气作为冷却介质的重整系统可以包括：压缩机，被配置为压缩原料气；冷却系统，包括连接至压缩机的热交换器，并且被配置为通过包括冷却水的冷却介质，来冷却在压缩过程中温度已经升高的原料气；重整器，被配置为通过使穿过热交换器的原料气与水反应来生成包括氢的合成气体。变压吸附(PSA)单元，被配置为从由重整器生成的合成气体中分离氢，并且排出废气；以及废气管线，被配置为将从变压吸附(PSA)单元排出的废气馈送至热交换器，使得热交换器利用废气作为冷却介质。

冷却系统可以进一步包括：冷却塔，被配置为冷却穿过热交换器的冷却水；冷却水循环管线，连接至冷却塔和热交换器，并且冷却水穿过冷却水循环管线进行循环；以及第一阀，设置在冷却水循环管线上，以控制从冷却塔中排出并且引入到热交换器中的冷却水的流速。

温度传感器，被配置为测量原料气的温度信息，可以设置在热交换器和重整器之间，并且第一阀可以反馈由温度传感器测量的原料气的温度信息以控制冷却水的流速。