[发明专利]一种便于橇装的高效天然气转化制氢方法

说明书

本发明提供一种便于橇装的高效天然气转化制氢方法，属于天然气制氢技术领域。包括：1)燃料气在燃烧室燃烧生成高温烟气C；2)高温烟气C向上对转化管传热，降低温度后进入烟气废锅；3)天然气经加热后与水蒸汽混合，进入原料气集气室，然后再进入转化管内反应生成气体B；4)出催化剂床层的气体B随即从底部进入刺刀式中心管，由下往上在刺刀式中心管内流动，并同时向催化剂床层传递热量后出刺刀式中心管；5)气体B为混合原料气A和天然气预热后经变换，废热回收，冷却分离，氢气提取得到氢气产品。本发明方法可减小占地面积80～90％，节省天然气消耗5～10％，便于橇装，非常适合于汽车加氢站等场地受限、不便于现场动火施工的制氢场合。

技术领域

本发明属于天然气制氢技术领域，具体为一种便于橇装的高效天然气转化制氢方法。

背景技术

用天然气(包括井采天然气、油田伴生气、页岩气等)生产氢气，首先需要将天然气转化为富含H₂的转化气，再用气体分离方法，如变压吸附分离法和冷冻分离法等，以达到生产氢气的目的。

现行普遍采用的天然气转化制氢一般采用一段蒸汽转化法生产转化气，转化气再经变换即将转化气中的绝大部分CO与转化气中残留的H₂O反应变换为H₂和CO₂，最后用气体分离方法分离出变换气中的氢气产品。

转化炉采用的是排管式燃烧辐射传热转化炉，根据炉体外形分为方箱炉、圆筒炉、梯台炉等，排管由一系列独立的转化管并联组成，在炉体内一般按立式有序排列，内装填转化催化剂，转化原料混合气(天然气+水蒸汽)从头到尾通过转化管内的催化剂床层发生烃类物质的转化反应，炉体为钢结构+耐火绝热材料。由于天然气的水蒸汽转化反应为强吸热反应，转化管内的转化反应所需热量通过炉体内转化管排管之间的燃料燃烧以辐射传热方式提供，为了防止火焰直接烧到转化管导致转化管破坏，要求燃烧器与炉管间必须保持一定的水平距离，这就造成转化炉体积非常庞大，即便是加氢站内现场制氢使用的小型制氢装置也非常不便于橇装。

转化管出口转化气温度一般为800～900℃，变换炉出口变换气温度一般为350～420℃，直接通过副产蒸汽、加热废锅给水等方式尽量回收，然后采用介质(空气或冷却水)冷却到40℃以下，分离冷凝的水分后即得到提取氢气用变换气。转化炉燃料主要为提取氢气后的尾气，但满足不了转化炉热量需求，不足的燃料气用少量天然气补充，即氢气生产过程的天然气总消耗由原料天然气和燃料天然气组成。转化制氢装置利用高温余热副产的水蒸汽，除满足本装置使用外，还有大量的水蒸汽剩余，普遍存在的天然气消耗高、副产的蒸汽需要外送消化的缺点，尤其是加氢站内使用的制氢装置，剩余的蒸汽根本就找不到消化的渠道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便于橇装的高效天然气转化制氢方法，本发明方法可大规模减小转化炉尺寸，减少转化所需燃料消耗，无需外送副产蒸汽，达到制氢系统便于橇装并提高天然气制氢效率的目的。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种便于橇装的高效天然气转化制氢方法，包括原料气加热，混合气预热以及刺刀式对流传热转化炉，刺刀式对流传热转化炉内设置有原料气集气室，转化管和燃烧室，转化管内设置有催化剂床层和刺刀式中心管，包括以下步骤：

1)燃料气在刺刀式对流传热转化炉底部的燃烧室燃烧生成高温烟气C；

2)高温烟气C向上对转化管传热，使转化管内催化剂床层温度升高，为管内催化转化反应提供热量，降低温度后进入烟气废锅；

3)天然气经加热后与烟气废锅出来的水蒸汽混合，混合原料气A经预热后进入刺刀式对流传热转化炉顶部的原料气集气室，然后再进入装有催化剂床层的转化管内进行转化反应，得气体B；

4)出催化剂床层的气体B随即从底部进入刺刀式中心管，由下往上在刺刀式中心管内流动，并同时向刺刀式中心管外催化剂床层传递气体B的高温热量后出刺刀式对流传热转化炉；