[发明专利]一种焦炉煤气膜分离、蒸汽重整、变压吸附联用制氢方法

权利要求书

1.一种焦炉煤气膜分离、蒸汽重整、变压吸附联用制氢方法，其特征在于，实现该方法的系统包括第1#压缩机(1)、第1#换热器(2)、第1#分液罐(3)、第2#换热器(4)、第1#氢膜分离器(5)、第3#换热器(6)、第2#压缩机(7)、第4#换热器(8)、变压吸附装置(9)、第5#换热器(10)、第6#换热器(11)、蒸汽重整反应器(12)、锅炉(13)、第7#换热器(14)、第8#换热器(15)、第9#换热器(16)、第2#分液罐(17)、第2#氢膜分离器(18)、第3#压缩机(19)、第10#换热器(20)、第3#分液罐(21)、第3#氢膜分离器(22)；

所述焦炉煤气中含有浓度为55～60mol％的H₂和23～27mol％的CH₄，经第1#压缩机(1)加压至2.0～4.0MPa，压缩后流股温度较高，使用第1#换热器(2)由公用工程冷却水降温到30～50℃，冷却后的流股可能会出现凝液，将凝液通过第1#分液罐(3)分离，气体经第2#换热器(4)换热到60～80℃，符合进入第1#氢膜分离器(5)的要求；第1#氢膜分离器(5)的渗透压为0.1～0.5MPa，膜渗透侧气体提纯得到浓度大于85mol％的H₂，由第3#换热器(6)冷却至30～50℃，避免后续压缩过程温度过高；冷却后的富H₂经第2#压缩机(7)加压至2.0～4.0MPa，由第4#换热器(8)进一步冷却到30～50℃，进入变压吸附装置(9)进行最后的分离，获得H₂纯度99.97％，CO纯度0.2ppm，CO₂纯度2ppm，CH₄纯度2ppm的产品燃料电池氢；第1#氢膜分离器(5)渗余侧得到浓度为40～60mol％的CH₄，提浓后的富CH₄气体与2.0～3.0MPa的饱和蒸汽混合，经第5#换热器(10)和第6#换热器(11)换热到600～800℃，进入蒸汽重整反应器(12)发生高温甲烷蒸汽重整反应，以转化CH₄生成大量H₂；反应器出口气体含大量的H₂和CO，而且温度很高，将其用于反应器入口原料气及系统的热源，基于温度梯度利用原则进行能量集成设计；反应器出口气体先通过第5#换热器(10)预升温反应物，大幅减少公用工程的消耗；反应产物此时仍有大量余热，通过锅炉(13)自产饱和蒸汽，少量的余热通过第2#换热器(4)、第7#换热器(14)、第8#换热器(15)传给氢膜分离器的进料流股，最终由第9#换热器(16)冷却到30～50℃；冷却后的反应产物出现凝液，将凝液通过第2#分液罐(17)分离，气体经第7#换热器(14)换热到60～80℃，进入第2#氢膜分离器(18)分离，膜渗透侧的富H₂同样通过第3#换热器(6)、第2#压缩机(7)、第4#换热器(8)，进入变压吸附装置(9)提纯，获得产品燃料电池氢；变压吸附装置(9)的解吸气中含有浓度为60～70mol％的H₂，纯度较高，经第3#压缩机(19)加压至2.0～4.0MPa，由第10#换热器(20)冷却到30～50℃，通过第3#分液罐(21)分离凝液，气体经第8#换热器(15)换热到60～80℃，进入第3#氢膜分离器(22)分离回收H₂，膜渗透侧的富H₂同样通过第3#换热器(6)、第2#压缩机(7)、第4#换热器(8)，进入变压吸附装置(9)获得产品燃料电池氢；第2#氢膜分离器(18)和第3#氢膜分离器(22)的渗余侧气体主要为大量的CO和少量的H₂，作为副产燃料气。

2.根据权利要求1所述的一种焦炉煤气膜分离、蒸汽重整、变压吸附联用制氢方法，其特征在于，所述的第1#氢膜分离器(5)、第2#氢膜分离器(18)、第3#氢膜分离器(22)所使用膜结构为中空纤维膜或平板膜。

3.根据权利要求2所述的一种焦炉煤气膜分离、蒸汽重整、变压吸附联用制氢方法，其特征在于，所述的中空纤维膜或平板膜为有机膜、无机膜或复合膜。

4.根据权利要求1所述的一种焦炉煤气膜分离、蒸汽重整、变压吸附联用制氢方法，其特征在于，所述的蒸汽重整反应器(12)为固定床反应器。