權利要求書： 1.基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置，其特征在于，包括氣源收集單元，所述氣源收集單元連接有水蒸氣轉化制氫單元，所述水蒸氣轉化制氫單元連接有膜分離技術回收氫氣單元、提純氫氣單元，所述膜分離技術回收氫氣單元分別連接有提純氫氣單元、燃氣系統(tǒng)(8)、焚燒爐(16)，所述燃氣系統(tǒng)(8)通過導熱油單元(7)與氣源收集單元連接，所述燃氣系統(tǒng)(8)分別與蒸汽系統(tǒng)(15)、提純氫氣單元連接，所述焚燒爐(16)與氣源收集單元、蒸汽系統(tǒng)(15)、燃氣系統(tǒng)(8)、提純氫氣單元連接，所述蒸汽系統(tǒng)(15)、提純氫氣單元均與界外自來水連通。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置，其特征在于，所述氣源收集單元包括原料氣壓縮機(1)，所述原料氣壓縮機(1)依次連接有脫碳單元(2)、脫水單元(3)、脫烴單元(4)、脫汞單元(5)、液化單元(9)、儲存單元(10)，所述脫碳單元(2)與胺再生系統(tǒng)(6)雙向連接，所述胺再生系統(tǒng)(6)與導熱油單元(7)、焚燒爐(16)連接，所述脫水單元(3)、脫烴單元(4)分別與導熱油單元(7)連接，所述脫汞單元(5)、液化單元(9)之間通過管線連接有混合氣緩沖分液罐(17)，所述儲存單元(10)分別與混合氣緩沖分液罐(17)、罐裝單元(11)、卸車單元(12)、瓶裝單元(13)、氣化單元(14)連接，所述罐裝單元(11)、卸車單元(12)、瓶裝單元(13)、氣化單元(14)均與混合氣緩沖分液罐(17)連接。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置，其特征在于，所述水蒸氣轉化制氫單元包括混合原料氣壓縮機(18)，所述混合原料氣壓縮機(18)與混合氣緩沖分液罐(17)連接，所述混合原料氣壓縮機(18)依次連接有加氫反應器(19)、脫硫反應器(20)、水蒸汽轉化爐(21)、蒸汽發(fā)生器(22)、中變反應器(23)、換熱器(24)，所述水蒸汽轉化爐(21)、蒸汽發(fā)生器(22)均與蒸汽系統(tǒng)(15)連接，所述加氫反應器(19)與提純氫氣單元連接。

4.根據(jù)權利要求3所述的基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置，其特征在于，所述膜分離技術回收氫氣單元包括合成氣壓縮機(25)，所述合成氣壓縮機(25)與換熱器(24)連接，所述合成氣壓縮機(25)依次連接有膜前分液罐(26)、膜前除霧器(27)、精密過濾器(28)、膜前預熱器(29)、氫膜分離器(30)，所述氫膜分離器(30)的滲余側與焚燒爐(16)、燃氣系統(tǒng)(8)連接，所述氫膜分離器(30)的滲透側與提純氫氣單元連接。

5.根據(jù)權利要求4所述的基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置，其特征在于，所述提純氫氣單元包括氫氣水冷器(31)，所述氫氣水冷器(31)與氫膜分離器(30)的滲透側連接，所述氫氣水冷器(31)依次連接有氫氣緩沖罐(32)、氫氣壓縮機A(33)、脫硫反應器(20)、PSA(35)，所述PSA(35)分別與氫氣壓縮機(37)、焚燒爐(16)、解吸氣壓縮機(36)、火炬系統(tǒng)(41)、燃氣系統(tǒng)(8)連接，所述氫氣水冷器(31)與界外自來水連通，所述氫氣壓縮機(37)分別與加氫反應器(19)、高壓儲氫罐(38)、中壓儲氫罐(39)、低壓儲氫罐(40)連接，所述解吸氣壓縮機(36)與合成氣壓縮機(25)連接。

6.根據(jù)權利要求5所述的基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置，其特征在于，所述PSA(35)由10臺吸附塔組成。

說明書： 基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置技術領域[0001] 本實用新型屬于能源回收利用技術領域，涉及基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置。背景技術[0002] 氫能被譽為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ臐崈艟G色能源，也是重要化工合成原料及特殊用途氣體。由于氫的特殊特性，富含氫原子的化石燃料和水是制氫的主要原料，其生成需要從含氫物質中提取或轉換。主流的煤制氫、化工副產(chǎn)氫、水電解制氫、深冷分離各有利弊，其環(huán)保和經(jīng)濟效益差強人意。天然氣制取氫氣是目前使用最廣泛的制氫方式，其技術成熟，主要過程是天然氣先與過量水反應得到H2、CO和水蒸氣為主的合成氣，合成氣再經(jīng)過水蒸氣變換將CO進一步轉化為CO2和H2，經(jīng)物理分離后得到氫產(chǎn)品。天然氣制氫在環(huán)保、效率、能耗、投資、減碳等方面相比其他制氫優(yōu)勢明顯，加之已完善的天然氣產(chǎn)供儲銷運產(chǎn)業(yè)和基礎設施，以天然氣作為原料的低碳制氫方式即經(jīng)濟環(huán)保，CO2排放量低、氫氣產(chǎn)率高，也能為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供穩(wěn)定、充足、低價和低碳的供應原料。而現(xiàn)有的變壓吸附(PSA)技術可以生產(chǎn)高純度氫氣，氫純度可達99.9％；但其氫氣收率較低，解吸氣中含有高濃度氫氣造成氫資源浪費。實用新型內容

[0003] 本實用新型的目的是提供基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置，解決現(xiàn)有天然氣制氫過程中氫氣收率較低、純度不高的問題。[0004] 本實用新型采用的技術方案是，基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置，包括氣源收集單元，氣源收集單元連接有水蒸氣轉化制氫單元，水蒸氣轉化制氫單元連接有膜分離技術回收氫氣單元、提純氫氣單元，膜分離技術回收氫氣單元分別連接有提純氫氣單元、燃氣系統(tǒng)、焚燒爐，燃氣系統(tǒng)通過導熱油單元與氣源收集單元連接，燃氣系統(tǒng)分別與蒸汽系統(tǒng)、提純氫氣單元連接，焚燒爐與氣源收集單元、蒸汽系統(tǒng)、燃氣系統(tǒng)、提純氫氣單元連接，蒸汽系統(tǒng)、提純氫氣單元均與界外自來水連通。[0005] 本實用新型的特征還在于，[0006] 氣源收集單元包括原料氣壓縮機，原料氣壓縮機依次連接有脫碳單元、脫水單元、脫烴單元、脫汞單元、液化單元、儲存單元，脫碳單元與胺再生系統(tǒng)雙向連接，胺再生系統(tǒng)與導熱油單元、焚燒爐連接，脫水單元、脫烴單元分別與導熱油單元連接，脫汞單元、液化單元之間通過管線連接有混合氣緩沖分液罐，儲存單元分別與混合氣緩沖分液罐、罐裝單元、卸車單元、瓶裝單元、氣化單元連接，罐裝單元、卸車單元、瓶裝單元、氣化單元均與混合氣緩沖分液罐連接。[0007] 水蒸氣轉化制氫單元包括混合原料氣壓縮機，混合原料氣壓縮機與混合氣緩沖分液罐連接，混合原料氣壓縮機依次連接有加氫反應器、脫硫反應器、水蒸汽轉化爐、蒸汽發(fā)生、中變反應器、換熱器，水蒸汽轉化爐、蒸汽發(fā)生器均與蒸汽系統(tǒng)連接，加氫反應器與提純氫氣單元連接。[0008] 膜分離技術回收氫氣單元包括合成氣壓縮機，合成氣壓縮機與換熱器連接，合成氣壓縮機依次連接有膜前分液罐、膜前除霧器、精密過濾器、膜前預熱器、氫膜分離器，氫膜分離器的滲余側與焚燒爐、燃氣系統(tǒng)連接，氫膜分離器的滲透側與提純氫氣單元連接。[0009] 提純氫氣單元包括氫氣水冷器，氫氣水冷器與氫膜分離器的滲透側連接，氫氣水冷器依次連接有氫氣緩沖罐、氫氣壓縮機A、脫硫反應器、PSA，PSA分別與氫氣壓縮機、焚燒爐、解吸氣壓縮機、火炬系統(tǒng)、燃氣系統(tǒng)連接，氫氣水冷器與界外自來水連通，氫氣壓縮機分別與加氫反應器、高壓儲氫罐、中壓儲氫罐、低壓儲氫罐連接，解吸氣壓縮機與合成氣壓縮機連接。[0010] PSA由10臺吸附塔組成。[0011] 本實用新型的有益效果是：[0012] (1)本實用新型天然氣水蒸氣轉化制氫單元的工藝核心包括水蒸汽重整轉化、合成氣變換、膜分離單元及變壓吸附單元，充分利用天然氣液化過程的冷能、熱冷、凈化、壓縮、管道及輔助設施設備，有效降低制氫工藝能耗，顯著壓縮成本，加大設備設施利用水平和利用率，實現(xiàn)能源利用率高和產(chǎn)品附加值高的優(yōu)勢；[0013] (2)本實用新型天然氣水蒸氣轉化(SMR)制氫是短流程工藝制氫，結合膜分離單元及變壓吸附回收提純，極大地降低設備運行的能源和物料消耗，減少設備運維，同時制氫過程的CO2及危險廢棄物可利用天然氣液化過程的燃氣系統(tǒng)、焚燒爐及火炬系統(tǒng)，或再次利用CO2制造干冰或食品級CO2，實現(xiàn)能耗最大程度的“吃干榨凈”。附圖說明[0014] 圖1是本實用新型基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置結構示意圖。[0015] 圖中，1.原料氣壓縮機；2.脫碳單元；3.脫水單元；4.脫烴單元；5.脫汞單元；6.胺再生系統(tǒng)：7.導熱油單元；8.燃氣系統(tǒng)；9.液化單元；10.儲存單元；11.罐裝單元；12.卸車單元；13.瓶裝單元；14.氣化單元；15.蒸汽系統(tǒng)；16.焚燒爐；17.混合氣緩沖分液罐；18.混合原料氣壓縮機；19.加氫反應器；20.脫硫反應器；21.水蒸汽轉化爐；22.蒸汽發(fā)生器；23.中變反應器；24.換熱器；25.合成氣壓縮機；26.膜前分液罐；27.膜前除霧器；28.精密過濾器；29.膜前預熱器；30.氫膜分離器；31.氫氣水冷器；32.氫氣緩沖罐；33.氫氣壓縮機A；35.PSA；36.解吸氣壓縮機；37.氫氣壓縮機；38.高壓儲氫罐；39.中壓儲氫罐；40.低壓儲氫罐；41.火炬系統(tǒng)。

具體實施方式[0016] 本實用新型中所使用的設備、材料、催化劑、分子篩、輔助設施，如無特殊說明，均為正常的設備、工藝、技術及方法，可從正常途徑得到。[0017] 本實用新型提供基于技術融合的天然氣液化過程氫能回收提純裝置，結構如圖1所示，包括氣源收集單元，氣源收集單元連接有水蒸氣轉化制氫單元，水蒸氣轉化制氫單元連接有膜分離技術回收氫氣單元、提純氫氣單元，膜分離技術回收氫氣單元分別連接有提純氫氣單元、燃氣系統(tǒng)8、焚燒爐16，燃氣系統(tǒng)8通過導熱油單元7與氣源收集單元連接，燃氣系統(tǒng)8分別與蒸汽系統(tǒng)15、提純氫氣單元連接，焚燒爐16與氣源收集單元、蒸汽系統(tǒng)15、燃氣系統(tǒng)8、提純氫氣單元連接，蒸汽系統(tǒng)15、提純氫氣單元均與界外自來水連通。[0018] 氣源收集單元包括原料氣壓縮機1，原料氣壓縮機1依次連接有脫碳單元2、脫水單元3、脫烴單元4、脫汞單元5、液化單元9、儲存單元10，脫碳單元2與胺再生系統(tǒng)6雙向連接，胺再生系統(tǒng)6與導熱油單元7、焚燒爐16連接，脫水單元3、脫烴單元4分別與導熱油單元7連接，脫汞單元5、液化單元9之間通過管線連接有混合氣緩沖分液罐17，儲存單元10分別與混合氣緩沖分液罐17、罐裝單元11、卸車單元12、瓶裝單元13、氣化單元14連接，罐裝單元11、卸車單元12、瓶裝單元13、氣化單元14均與混合氣緩沖分液罐17連接。本實用新型來自界區(qū)外的原料氣壓力2.1Mpa，溫度15～22℃；經(jīng)初步過濾去除固體顆粒及雜質，進入原料氣壓縮機1，經(jīng)二段壓縮升壓至6.9Mpa，溫度100～110.5℃；進入脫碳單元2之前天然氣溫度降至37℃，以及進入胺再生系統(tǒng)6吸收和再生往復循環(huán)脫除原料氣中CO2、H2S、SO2等酸性氣體，脫酸原料氣壓力6.7Mpa，溫度37℃；進入脫水單元3經(jīng)4A分子篩吸附，水含量小于1ppm；進入脫烴單元4的干燥原料氣吸附再生往復循環(huán)，脫除重烴、笨、甲苯、二甲苯含量均小于0.5ppm，脫除重烴原料氣壓力6.5Mpa，溫度38.2℃；進入脫汞單元5，經(jīng)汞脫除塔原料氣中汞脫至

3

0.01ug/m ；凈化氣壓力6.3Mpa，溫度37.6℃；進入液化單元9天然氣氣相轉化液相，降溫至?

155.3℃，壓力0.96Mpa；液化天然氣進入儲存單元10，儲存量6600萬方；罐內液化天然氣由罐內潛液泵升壓至0.65Mpa輸送至罐裝單元11、卸車單元12、瓶裝單元13、氣化單元14。

[0019] 本實用新型利用液化天然氣生產(chǎn)的季節(jié)差，實現(xiàn)氫氣回收氣源的動態(tài)調整，在液化天然氣銷售淡季，將脫汞單元5出口的凈化氣、儲存單元10的閃蒸氣、罐裝單元11、卸車單元12、瓶裝單元13、氣化單元14及生產(chǎn)運行的返輸氣作為氫回收提純氣源；在液化天然氣銷售旺季，儲存單元10的閃蒸氣、罐裝單元11、卸車單元12、瓶裝單元13、氣化單元14及生產(chǎn)運行的返輸氣作為氫回收提純氣源。[0020] 水蒸氣轉化制氫單元包括混合原料氣壓縮機18，混合原料氣壓縮機18與混合氣緩沖分液罐17連接，混合原料氣壓縮機18依次連接有加氫反應器19、脫硫反應器20、水蒸汽轉化爐21、蒸汽發(fā)生器22、中變反應器23、換熱器24，水蒸汽轉化爐21、蒸汽發(fā)生器22均與蒸汽系統(tǒng)15連接，加氫反應器19與提純氫氣單元連接。基于CH4化學結構穩(wěn)定，用高溫激活穩(wěn)定的化學反應活性，采用天然氣水蒸氣轉化(SMR)制氫方法。其主流程為天然氣預處理后與水蒸氣高溫重整制成合成氣，合成氣中的CO進一步通過水蒸氣變換得到H2和CO2，變換氣經(jīng)換熱冷凝除水，再經(jīng)氫膜分離、變壓吸附分離回收提純得到高純產(chǎn)品氫，具體地：氫回收提純集中收集氣源進入混合氣緩沖分液罐17，氣液分離和緩沖，分液后混合氣進入混合原料氣壓縮機18，升壓至2.6Mpa，溫度40℃；進入加氫反應器19，混合原料氣連續(xù)加氫，在催化劑作用下將有機硫轉化為無機硫并將烯烴加氫飽和，然后再進入脫硫反應器20，經(jīng)高溫加氫?6及氧化鋅脫除有機硫，總硫質量數(shù)降至0.1×10 以下與水蒸氣混合后，精制的混合原料氣與蒸汽系統(tǒng)15輸出的中壓過熱蒸汽混合后，進入水蒸汽轉化爐21，壓力1.6～2.8Mpa，在＞

14％的鎳基催化劑作用下轉化，混合原料氣與高溫水蒸氣(高于700℃)加速甲烷裂解生成H2、CO、CO2，轉化過程屬于強吸熱的可逆反應，溫度越高CH4轉化率越高，水碳比控制在2.5～

2.75、壓力控制在3.5～4.0MPa，以防止碳化鎳析碳導致催化劑失活。高溫轉化氣經(jīng)蒸汽發(fā)生器22降溫后進入中變反應器23，其過程屬于放熱反應，在鐵鉻或鈷鉬的催化作用下，CO與H2O在320～450度之間發(fā)生變換反應，生成H2、CO2，進一步提高氫氣的轉化率，變換氣經(jīng)換熱器24冷卻，膜分離技術回收氫氣單元。

[0021] 膜分離技術回收氫氣單元包括合成氣壓縮機25，合成氣壓縮機25與換熱器24連接，合成氣壓縮機25依次連接有膜前分液罐26、膜前除霧器27、精密過濾器28、膜前預熱器29、氫膜分離器30，氫膜分離器30的滲余側與焚燒爐16、燃氣系統(tǒng)8連接，氫膜分離器30的滲透側與提純氫氣單元連接，膜前除霧器27連接有冷凝液。利用膜媒介對不同大小或結構氣體分子在膜中的滲透速率不同實現(xiàn)氣體的分離與回收、濃縮，變換氣經(jīng)換熱器24降溫，進入合成氣壓縮機25，升壓至2.8Mpa，溫度50℃；合成氣進入膜前分液罐26，氣液分離；再進入膜前除霧器27，再次分離氣體夾帶的液滴直徑大于3～5um殘余的液霧，減少霧滴對后續(xù)中空纖維膜絲的分離影響，再通過多級精密過濾器28，過濾掉影響膜組件的細微顆粒，及殘存的極微量液霧，經(jīng)過膜前預熱器29，溫度升高至膜組件的操作溫度55℃；合格氣進入氫膜分離器30的氫氣分離膜組件，膜分離主要推動力為膜材料兩側組分的分壓差，壓差越大，氫回收率就越高，從而實現(xiàn)富氫氣體的梯級分離，達到高純度、高回收率氫氣提純目的，氣體分子尺寸較小的氫氣優(yōu)先通過膜的聚合物分離，在壓力較低的滲透側氫氣的選擇性和通量較高，滲透速率快的快氣富集成為滲透氣，在處理回收期中氫氣含量為20.00～90.00％；氣體分子尺寸較大的氮氣、甲烷和輕烴類氣體，在壓力較高的滲余側滲透速率較慢的慢氣富集成為滲余氣，作為副產(chǎn)燃料氣進入焚燒爐15、燃氣系統(tǒng)8燃燒；膜分離技術氫氣回收率可達

95％，純度95～98％達不到高純度回收，滲透氣送至提純流程繼續(xù)提純。

[0022] 提純氫氣單元包括氫氣水冷器31，氫氣水冷器31與氫膜分離器30的滲透側連接，氫氣水冷器31依次連接有氫氣緩沖罐32、氫氣壓縮機A33、脫硫反應器20、PSA35，PSA35分別與氫氣壓縮機37、焚燒爐16、解吸氣壓縮機36、火炬系統(tǒng)41、燃氣系統(tǒng)8連接，氫氣水冷器31與界外自來水連通，氫氣壓縮機37分別與加氫反應器19、高壓儲氫罐38、中壓儲氫罐39、低壓儲氫罐40連接，解吸氣壓縮機36與合成氣壓縮機25連接，PSA35由10臺吸附塔組成。氫膜分離器30的滲透氣進入氫氣水冷器31，經(jīng)來自外界的自來水循環(huán)換熱冷卻至40℃，然后進入氫氣緩沖罐32，冷卻分液后經(jīng)氫氣壓縮機A33，升壓至2.7MPa，溫度45℃，進入脫硫反應?6

器20在催化劑的作用下，脫除滲透氣中所含硫化氫，體積數(shù)小于20×10 )，作為原料氣進入變壓吸附流程提純氫氣，變壓吸附(PSA)氫氣提純是對氣體混合物進行提純的工藝過程，利用不同壓力分子篩對不同介質吸附性能的差異，在高壓吸附，在低壓解吸；吸附劑用活性炭、分子篩等高比表面積、強吸附能力的物質。吸附雜質后的吸附塔經(jīng)過降壓、逆放、沖壓流程解吸雜質，完成再生，實現(xiàn)吸附劑的吸附和再生循環(huán)往復。混合氣體通過吸附劑床層后雜質氣體被吸附，氫氣則穿透床層得以提純，達到持續(xù)分離氣體的功能，能耗低再生速率快，全程為可逆反應的物理過程，無化學反應，整個過程無需其他介質和換熱設備，吸附劑利用率高。由10臺吸附塔35組成PSA工藝流程，吸附期三臺塔處于同時吸附的狀態(tài)，其余七臺塔處于解吸再生的不同階段，解吸過程、吸附和再生工藝由吸附、連續(xù)五次均壓降壓、順放、沖洗、連續(xù)五次均壓升壓和產(chǎn)品氣升壓等步驟組成，高純度氫氣經(jīng)吸附層流出，達到純度要求而作為產(chǎn)品氫氣，操作均在常溫下進行，吸附劑利用率較高；吸附氣 的

產(chǎn)品高純度氫氣經(jīng)過氫氣壓縮機37，增壓輸入高壓儲氫罐38、中壓儲氫罐39、低壓儲氫罐

40，作為商品氫，而再生過程產(chǎn)生的解吸氣氫含量高于40～60％，經(jīng)解吸氣壓縮機36加壓后送往合成氣壓縮機25，再次循環(huán)往復回收提純氫氣，部分解吸氣作為焚燒爐15、燃氣系統(tǒng)8燃料，少量解吸氣送至火炬系統(tǒng)41放空。

[0023] 本實用新型天然氣水蒸氣轉化(SMR)制氫采用成熟安全的MST+PSA耦合回收提純技術，MST技術操作簡單靈活，吸附穩(wěn)定，分離效率和可靠性高、運行費用低，可實現(xiàn)氫氣高回收率；PSA技術可以生產(chǎn)高純度氫氣，氫純度可達99.9％，但其氫氣收率較低，解吸氣中含有高濃度氫氣造成氫資源浪費。MST+PSA技術融合具有較高氫氣回收率，實現(xiàn)氫氣回收的高濃度，氫純度可達99.99％。[0024] 本實用新型基于現(xiàn)有的大規(guī)模天然氣液化工廠的產(chǎn)供儲銷體系，采用主流天然氣水蒸氣轉化制氫模式，提升企業(yè)天然氣深加工能力，為大規(guī)模制氫提供穩(wěn)定、充足、低價和高純度的氫源。[0025] 本實用新型依據(jù)現(xiàn)有的大規(guī)模天然氣液化工廠完善的管理體系、成熟的生產(chǎn)技術、可靠的安全運行、精確的操作控制、高度的自動化，實現(xiàn)氫氣回收提純節(jié)省生產(chǎn)運行成本，提高整個運行的安全性和可靠性。