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權(quán)利要求
1.一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，其特征在于，包括天然氣進料管線(1)、H2反應(yīng)器(2)、1#脫硫罐(3)、2#脫硫罐(4)、轉(zhuǎn)化爐(5)、高溫變換器(6)、新增合成氣預(yù)熱器(8)、變壓吸附裝置(9)、HYCO冷箱(12)、合成氣總管(14)，H2反應(yīng)器(2)、1#脫硫罐(3)、2#脫硫罐(4)、轉(zhuǎn)化爐(5)、高溫變換器(6)、變壓吸附裝置(9)順序相連，所述天然氣進料管線(1)進入H2反應(yīng)器(2)，所述變壓吸附裝置(9)引出第一H2產(chǎn)品管線(21)，所述合成氣總管(14)接入HYCO冷箱(12)，所述HYCO冷箱(12)引出第二H2產(chǎn)品管線(22)與CO產(chǎn)品管線(23)，所述合成氣總管(14)還引出合成氣分支管(24)，所述合成氣分支管(24)接入新增合成氣預(yù)熱器(8)，經(jīng)新增合成氣預(yù)熱器(8)預(yù)熱后引入高溫變換器(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一H2產(chǎn)品管線(21)與第二H2產(chǎn)品管線(22)匯流后直接輸送至客戶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述合成氣總管(14)上設(shè)置有HYCO合成氣流量計(13)，所述合成氣分支管(24)在HYCO合成氣流量計(13)之前引出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述合成氣分支管(24)上順序設(shè)置有第一新增手閥(15)、新增合成氣調(diào)節(jié)閥(16)、新增合成氣流量計(17)、新增加合成氣單向閥(18)以及第二新增手閥(19)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述合成氣分支管(24)承受壓力40barg，管線尺寸為4寸，材質(zhì)為C鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述新增合成氣預(yù)熱器(8)含有兩條換熱通道，第一條換熱通道分別與高溫變換器(6)及變壓吸附裝置(9)連通，高溫變換器(6)出料流經(jīng)第一條換熱通道后進入變壓吸附裝置(9)，第二條換熱通道一端與合成氣分支管(24)連通，另一端與新增進高溫變換器入口合成氣管線(20)連通，所述新增進高溫變換器入口合成氣管線(20)引入高溫變換器(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一條換熱通道上引出一旁路，在旁路上設(shè)置有一個溫控閥(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一H2產(chǎn)品管線(21)上設(shè)有轉(zhuǎn)化爐制氫氣產(chǎn)品流量計(10)與轉(zhuǎn)化爐制氫氣產(chǎn)品單向閥(25)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二H2產(chǎn)品管線(22)上設(shè)有HYCO冷箱氫氣產(chǎn)品流量計(11)與HYCO冷箱氫氣產(chǎn)品單向閥(26)。
10.一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的方法，其特征在于，包括以下步驟：
天然氣重整制氫裝置以天然氣作為原料，天然氣重整制氫裝置的系統(tǒng)壓力為22barg；
HYCO合成氣分離凈化裝置，將合成氣原料按照沸點不同將CO和H2分離出來，產(chǎn)生的尾氣則放至火炬燃燒掉；
在HYCO合成氣分離凈化裝置的合成氣總管上引出合成氣分支管經(jīng)過合成氣預(yù)熱器預(yù)熱后，和轉(zhuǎn)化爐出口分離氣混合，再進入高溫變換器進行反應(yīng)。

說明書
一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及種HYCO天然氣重整制氫系統(tǒng)與方法，尤其是涉及一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)
目前，天然氣重整制氫裝置已經(jīng)在全球范圍內(nèi)工業(yè)化，其工藝也日趨成熟，天然氣重整制氫裝置的工藝基本類似，主要以少量天然氣作為燃料以及PSA產(chǎn)生的尾氣給轉(zhuǎn)化爐提供燃料，大部分的天然氣作為燃料和蒸汽在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)反應(yīng)之后，在轉(zhuǎn)化爐出口形成分離氣(包含72％左右的H2和13％左右的CO，以及8％左右的CO2和6％左右的CH4)，為了純化氫氣，將CO脫除，在轉(zhuǎn)化爐出口設(shè)置高溫變換器來達到去除CO的目的(CO+H2O＝H2+CO2)，去除CO的分離氣經(jīng)過脫除CO，再經(jīng)過PSA脫除H2O和CH4來產(chǎn)出純度為99.99％的氫氣產(chǎn)品。
隨著客戶需求的增加，為了擴大制氫氣裝置的產(chǎn)能，一般情況下會增加一套新的制氫裝置來擴大裝置的產(chǎn)能。
有關(guān)文獻也提到了裝置擴瓶頸的方法來提高產(chǎn)能，即在裝置設(shè)計上原有管道流量流通有富余的情況下，而其他地方有瓶頸的地方經(jīng)過改造來進行對裝置的擴產(chǎn)：如增加風(fēng)機能力，擴大閥門的尺寸，增加天然氣進料等等。
但是一般都會影響原有系統(tǒng)的正常使用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)與方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，包括天然氣進料管線、H2反應(yīng)器、1#脫硫罐、2#脫硫罐、轉(zhuǎn)化爐、高溫變換器、新增合成氣預(yù)熱器、變壓吸附裝置、HYCO冷箱、合成氣總管，H2反應(yīng)器、1#脫硫罐、2#脫硫罐、轉(zhuǎn)化爐、高溫變換器、變壓吸附裝置順序相連，所述天然氣進料管線進入H2反應(yīng)器，所述變壓吸附裝置引出第一H2產(chǎn)品管線，所述合成氣總管接入HYCO冷箱，所述HYCO冷箱引出第二H2產(chǎn)品管線與CO產(chǎn)品管線，所述合成氣總管還引出合成氣分支管，所述合成氣分支管接入新增合成氣預(yù)熱器，經(jīng)新增合成氣預(yù)熱器預(yù)熱后引入高溫變換器。
所述第一H2產(chǎn)品管線與第二H2產(chǎn)品管線匯流后直接輸送至客戶。
所述合成氣總管上設(shè)置有HYCO合成氣流量計，所述合成氣分支管在HYCO合成氣流量計之前引出，避免對HYCO冷箱進料物料平衡造成影響。
所述合成氣分支管上順序設(shè)置有第一新增手閥、新增合成氣調(diào)節(jié)閥、新增合成氣流量計、新增加合成氣單向閥以及第二新增手閥。
新增合成氣流量計用來統(tǒng)計進入高溫變換器的流量。
新增合成氣調(diào)節(jié)閥用來自動控制進入高溫變換器的流量，避免超過管道最大流量。
設(shè)置有第一新增手閥、第二新增手閥，兩個手閥之間增加盲板，避免在不投用情況下，兩個系統(tǒng)壓力互串。
新增加合成氣單向閥，避免在投用情況下，天然氣重整制氫裝置的氣源壓力高情況下，倒串至HYCO合成氣管線。
所述合成氣分支管承受壓力40barg，管線尺寸為4寸，材質(zhì)為C鋼。
所述新增合成氣預(yù)熱器，用來控制合成氣的溫度能夠到達高溫變換器的反應(yīng)溫度。
所述新增合成氣預(yù)熱器含有兩條換熱通道，第一條換熱通道分別與高溫變換器及變壓吸附裝置連通，高溫變換器出料流經(jīng)第一條換熱通道后進入變壓吸附裝置，
第二條換熱通道一端與合成氣分支管連通，另一端與新增進高溫變換器入口合成氣管線連通，所述新增進高溫變換器入口合成氣管線引入高溫變換器。
設(shè)置新增合成氣預(yù)熱器，通過利用高溫變換器自身的反應(yīng)熱對合成氣進行預(yù)熱。
在所述第一條換熱通道上引出一旁路，在旁路上設(shè)置有一個溫控閥。
所述溫控閥實際上是流量調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)旁路上的流量進而控制第一條換熱通道內(nèi)流量，進而控制換熱溫度，控制合成氣的溫度能夠到達高溫變換器的反應(yīng)溫度，因此稱之為溫控閥。
所述第一H2產(chǎn)品管線上設(shè)有轉(zhuǎn)化爐制氫氣產(chǎn)品流量計與轉(zhuǎn)化爐制氫氣產(chǎn)品單向閥。
所述第二H2產(chǎn)品管線上設(shè)有HYCO冷箱氫氣產(chǎn)品流量計與HYCO冷箱氫氣產(chǎn)品單向閥。
一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的方法，包括以下步驟：
天然氣重整制氫裝置以天然氣作為原料，主要反應(yīng)機理為CH4+H2O＝CO+3H2CO+H2O＝CO2+H2，天然氣重整制氫裝置的系統(tǒng)壓力為22barg；
HYCO合成氣分離凈化裝置用來分離CO和H2，主要將含54％CO和45％H2以及微量的N2、CH4、Ar等氣體的原料按照沸點不同將CO和H2分離出來，產(chǎn)生的尾氣則放至火炬燃燒掉；
合成氣的介質(zhì)和天然氣重整制氫裝置轉(zhuǎn)化爐的分離氣介質(zhì)是基本相同，但是組份構(gòu)成不一樣，但是同樣的催化劑是能夠?qū)⒑铣蓺庵械腃O和H2O反應(yīng)生成H2和CO2的；
在HYCO合成氣分離凈化裝置的合成氣總管上引出合成氣分支管經(jīng)過合成氣預(yù)熱器預(yù)熱后，和轉(zhuǎn)化爐出口分離氣混合，再進入高溫變換器進行反應(yīng)。
天然氣其組分為92％的CH4、4％C2H6、3％C3H8、1％C4H10、小于1％的C5H12、少量的S和N2。
本發(fā)明的工作原理為：
1、在投用此HYCO管線之前，天氣重整制氫裝置已經(jīng)正常運行。
2、在高溫變換器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為CO+H2O＝＝CO2+H2(可逆反應(yīng))，H2含量74％左右，CO含量5％左右，CO2含量15％左右，CH4含量5％左右。此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
3、合成氣從合成氣總管通過新增合成氣調(diào)節(jié)閥控制流量。
4、經(jīng)過合成氣預(yù)熱器升溫至350℃。合成氣的熱源是來自于高溫變換器自身的反應(yīng)熱，溫度調(diào)節(jié)通過溫控閥來調(diào)節(jié)溫度。
本發(fā)明的系統(tǒng)利用HYCO冷箱的原料作為制氫裝置的部分原料，在HYCO天然氣重整制氫裝置高溫變化器入口另外增加一股含量為54％CO和45％的H2合成氣，以同樣的反應(yīng)原理將H2產(chǎn)能擴大了16％。
附圖說明
圖1為HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
1、天然氣進料管線，2、加H2反應(yīng)器，3、1#脫硫罐，4、2#脫硫罐，5、轉(zhuǎn)化爐，6、高溫變換器，7、溫控閥，8、新增合成氣預(yù)熱器，9、變壓吸附裝置，10、轉(zhuǎn)化爐制氫氣產(chǎn)品流量計，11、HYCO冷箱氫氣產(chǎn)品流量計，12、HYCO冷箱，13、HYCO合成氣流量計，14、合成氣總管，15、第一新增手閥，16、新增合成氣調(diào)節(jié)閥，17、新增合成氣流量計，18、新增加合成氣單向閥，19、第二新增手閥，20、新增進高溫變換器入口合成氣管線，21、第一H2產(chǎn)品管線，22、第二H2產(chǎn)品管線，23、CO產(chǎn)品管線，24、合成氣分支管，25、轉(zhuǎn)化爐制氫氣產(chǎn)品單向閥，26、HYCO冷箱氫氣產(chǎn)品單向閥。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例
參考圖1，一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的系統(tǒng)，包括天然氣進料管線1、H2反應(yīng)器2、1#脫硫罐3、2#脫硫罐4、轉(zhuǎn)化爐5、高溫變換器6、新增合成氣預(yù)熱器8、變壓吸附裝置9、HYCO冷箱12、合成氣總管14，H2反應(yīng)器2、1#脫硫罐3、2#脫硫罐4、轉(zhuǎn)化爐5、高溫變換器6、變壓吸附裝置9順序相連，天然氣進料管線1進入H2反應(yīng)器2，變壓吸附裝置9引出第一H2產(chǎn)品管線21，合成氣總管14接入HYCO冷箱12，HYCO冷箱12引出第二H2產(chǎn)品管線22與CO產(chǎn)品管線23，合成氣總管14還引出合成氣分支管24，合成氣分支管24接入新增合成氣預(yù)熱器8，經(jīng)新增合成氣預(yù)熱器8預(yù)熱后引入高溫變換器6。
第一H2產(chǎn)品管線21與第二H2產(chǎn)品管線22匯流后直接輸送至客戶。
合成氣總管14上設(shè)置有HYCO合成氣流量計13，合成氣分支管24在HYCO合成氣流量計13之前引出，避免對HYCO冷箱進料物料平衡造成影響。
合成氣分支管24上順序設(shè)置有第一新增手閥15、新增合成氣調(diào)節(jié)閥16、新增合成氣流量計17、新增加合成氣單向閥18以及第二新增手閥19。新增合成氣流量計17用來統(tǒng)計進入高溫變換器的流量。新增合成氣調(diào)節(jié)閥16用來自動控制進入高溫變換器的流量，避免超過管道最大流量。設(shè)置有第一新增手閥15、第二新增手閥19，兩個手閥之間增加盲板，避免在不投用情況下，兩個系統(tǒng)壓力互串。新增加合成氣單向閥18，避免在投用情況下，天然氣重整制氫裝置的氣源壓力高情況下，倒串至HYCO合成氣管線。合成氣分支管24承受壓力40barg，管線尺寸為4寸，材質(zhì)為C鋼。
新增合成氣預(yù)熱器8，用來控制合成氣的溫度能夠到達高溫變換器的反應(yīng)溫度。新增合成氣預(yù)熱器8含有兩條換熱通道，第一條換熱通道分別與高溫變換器6及變壓吸附裝置9連通，高溫變換器6出料流經(jīng)第一條換熱通道后進入變壓吸附裝置9，第二條換熱通道一端與合成氣分支管24連通，另一端與新增進高溫變換器入口合成氣管線20連通，新增進高溫變換器入口合成氣管線20引入高溫變換器6。設(shè)置新增合成氣預(yù)熱器，通過利用高溫變換器自身的反應(yīng)熱對合成氣進行預(yù)熱。在第一條換熱通道上引出一旁路，在旁路上設(shè)置有一個溫控閥7。溫控閥7實際上是流量調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)旁路上的流量進而控制第一條換熱通道內(nèi)流量，進而控制換熱溫度，控制合成氣的溫度能夠到達高溫變換器的反應(yīng)溫度，因此稱之為溫控閥。
第一H2產(chǎn)品管線21上設(shè)有轉(zhuǎn)化爐制氫氣產(chǎn)品流量計10與轉(zhuǎn)化爐制氫氣產(chǎn)品單向閥25。第二H2產(chǎn)品管線22上設(shè)有HYCO冷箱氫氣產(chǎn)品流量計11與HYCO冷箱氫氣產(chǎn)品單向閥26。
一種HYCO天然氣重整制氫擴大產(chǎn)能的方法，包括以下步驟：
天然氣重整制氫裝置以天然氣作為原料，主要反應(yīng)機理為CH4+H2O＝CO+3H2CO+H2O＝CO2+H2，天然氣重整制氫裝置的系統(tǒng)壓力為22barg；
HYCO合成氣分離凈化裝置用來分離CO和H2，主要將含54％CO和45％H2以及微量的N2、CH4、Ar等氣體的原料按照沸點不同將CO和H2分離出來，產(chǎn)生的尾氣則放至火炬燃燒掉；
合成氣的介質(zhì)和天然氣重整制氫裝置轉(zhuǎn)化爐的分離氣介質(zhì)是基本相同，但是組份構(gòu)成不一樣，但是同樣的催化劑是能夠?qū)⒑铣蓺庵械腃O和H2O反應(yīng)生成H2和CO2的；
在HYCO合成氣分離凈化裝置的合成氣總管上引出合成氣分支管經(jīng)過合成氣預(yù)熱器預(yù)熱后，和轉(zhuǎn)化爐出口分離氣混合，再進入高溫變換器進行反應(yīng)。
天然氣其組分為92％的CH4、4％C2H6、3％C3H8、1％C4H10、小于1％的C5H12、少量的S和N2。
本發(fā)明的工作原理為：
1、在投用此HYCO管線之前，天氣重整制氫裝置已經(jīng)正常運行。
2、在高溫變換器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為CO+H2O＝＝CO2+H2(可逆反應(yīng))，H2含量74％左右，CO含量5％左右，CO2含量15％左右，CH4含量5％左右。此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
3、合成氣從合成氣總管通過新增合成氣調(diào)節(jié)閥控制流量。
4、經(jīng)過合成氣預(yù)熱器升溫至350℃。合成氣的熱源是來自于高溫變換器自身的反應(yīng)熱，溫度調(diào)節(jié)通過溫控閥來調(diào)節(jié)溫度。
本發(fā)明的系統(tǒng)利用HYCO冷箱的原料作為制氫裝置的部分原料，在HYCO天然氣重整制氫裝置高溫變化器入口另外增加一股含量為54％CO和45％的H2合成氣，以同樣的反應(yīng)原理將H2產(chǎn)能擴大了16％的負荷。
上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。