一种小型天然气蒸汽转化制氢系统的制作方法

1.本实用新型涉及天然气蒸汽转化制氢技术领域，更具体的是涉及一种小型天然气蒸汽转化制氢系统技术领域。

背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于：为了解决现有制氢系统转化炉体积大、气体分离纯度不高的问题，本实用新型提供一种小型天然气蒸汽转化制氢系统。
6.本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
7.一种小型天然气蒸汽转化制氢系统，包括调节阀和转化炉，在所述调节阀和转化炉之间依次连通有天然气预热器、蒸汽过热器和蒸汽发生器，所述蒸汽发生器还连接有转化炉，所述天然气预热器与精脱硫反应器连通，所述精脱硫反应器与所述蒸汽过热器连通，精脱硫反应器与蒸汽过热器通过转化炉连通于蒸汽发生器，蒸汽发生器连接蒸汽过热器，蒸汽发生器通过变换反应器、给水预热器、中变气水冷却器和中变气水分水罐，所述中变气水分水罐连通到所述天然气蒸汽转化制氢系统的外部。
8.进一步的，所述蒸汽发生器循环连通有汽水分离器，所述汽水分离器连接有所述给水预热器，给水预热器连接有水源，所述中变气水冷却器连通有循环水源。
9.进一步的，所述蒸汽过热器和所述汽水分离器通向所述天然气蒸汽转化制氢系统的外部。
10.进一步的，所述转化炉通过空气预热器连通于鼓风机，所述鼓风机连通有引风器；所述天然气预热器连通于所述空气预热器，空气预热器通过引风机通向烟囱。
11.进一步的，所述转化炉连通于气体气源。
12.进一步的，所述中变气水分水罐连接到气出装置和凝液去处理装置。
13.进一步的，所述转化炉的炉管为两个并列通道，其中一个所述通道连通于所述精脱硫反应器和所述蒸汽发生器，另一个通道连通于所述气体气源和空气预热器，两条通道的进口位于转化炉的顶部，两条通道的出口分别位于转化炉的底部或侧方。
14.本实用新型的有益效果如下：
15.1、本实用新型原料天然气通过调节阀送至给热的天然气预热器升温，进入精脱硫反应器，并经过脱硫后的天然气与来自蒸汽过热器的过热蒸汽进行配比后，进入转化炉顶部再进入转化炉通道转化产生氢气，出转化炉通道的转化气进入蒸汽发生器使气体在其内不同腔体对水加热，通过汽水分离器分离水并产生干燥气体作转化产氢原料，转化出的干燥气体经蒸汽发生器后进入中温的变换反应器，将一氧化碳变换为二氧化碳并产生氢气，通过给水预热器回收热量，再经过中变气水冷器冷却降温后，经中变气水分液罐送出变压吸附制备的高纯氢气。
16.2、本实用新型转化炉热源为燃料天然气和变压吸附尾气或其他燃料气，与鼓风机送来的燃烧空气在转化炉顶部通过烧嘴燃烧，在转化炉内部的辐射段提供转化热量的气体进入蒸汽发生器，蒸汽过热器，天然气预热器、空气预热器后经引风机送进烟囱高空排放。
17.3、本实用新型转化炉通过空气预热器连通于鼓风机，所述鼓风机连通有引风器，引风器将空气引入并经过空气预热器对空气预热为燃料天然气和变压吸附尾气或其他燃料气在转化炉顶部烧嘴的燃烧提供热温的燃烧氧；
18.4、本实用新型蒸汽发生器循环连通有汽水分离器，汽水分离器连接有所述给水预热器，给水预热器具有热量，汽水分离器具有热量，配置高温热回收到蒸汽发生器，可同时将高温气和转化气集中一体于其内换热产生蒸汽，其内部转化气腔体内设置有不同于传统工艺的调温阀的自动控温结构。
19.5、本实用新型没有传统工艺的气道和换热盘管,气体依次通过蒸汽发生器、蒸汽过热器、天然气预热器、空气预热器,其中蒸汽发生器、蒸汽过热器、天然气预热器为管壳式设备，集中于箱式撬块内,比其传统工艺的气道式的盘管和换热盘管，占地小，布置灵活，易于集中，具有小型化和工厂预制优势。
附图说明
20.图1是本实用新型的结构示意图。
21.附图标记：e101-蒸汽发生器、e102-蒸汽过热器、e103-天然气预热器、e104-给水预热器、e105-中变气水冷却器、e106-空气预热器、f101-转化炉、k101-鼓风机、k102-引风机、r101-精脱硫反应器、r102-变换反应器、v103-汽水分离器、v104-中变气水分水罐。
具体实施方式
22.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
23.实施例1
24.如图1所示，本实施例提供一种小型天然气蒸汽转化制氢系统，包括调节阀和转化炉f101，在所述调节阀和转化炉f101之间依次连通有天然气预热器e103、蒸汽过热器e102和蒸汽发生器e101，所述蒸汽发生器还连接有转化炉f101，所述天然气预热器e103与精脱硫反应器r101连通，所述精脱硫反应器r101与所述蒸汽过热器e102连通，精脱硫反应器r101与蒸汽过热器e102通过转化炉f101连通于蒸汽发生器e101，蒸汽发生器e101连接蒸汽过热器e102，蒸汽发生器e101通过变换反应器r102、给水预热器e104、中变气水冷却器e105和中变气水分水罐v104，所述中变气水分水罐v104连接到气出装置和凝液去处理装置，所述中变气水冷却器e105连通有循环水源，所述中变气水分水罐v104连通到所述天然气蒸汽转化制氢系统的外部(天然气蒸汽转化制氢系统的外部)。
25.所述蒸汽发生器e101循环连通有汽水分离器v103产生循环的汽水分离，所述汽水分离器v103连接有所述给水预热器e104，给水预热器e104连接有水源(高压给水泵)。
26.所述蒸汽过热器e102和所述汽水分离器v103通向所述天然气蒸汽转化制氢系统的外部，将多余的蒸汽外送或释放。
27.所述转化炉f101通过空气预热器e106连通于鼓风机k101，所述鼓风机k101连通有引风器，所述天然气预热器e103连通于所述空气预热器e106，空气预热器e106通过引风机k102通向烟囱。
28.所述转化炉f101连通于气体气源，通过三路气源连接，燃料天然气、解析气或其它燃料气以及空气。
29.所述转化炉f101的炉管为两个并列通道，其中一个所述通道连通于所述精脱硫反应器r101和所述蒸汽发生器e101，另一个通道连通于所述气体气源(对转化炉f101加热使精脱硫反应器r101和所述蒸汽发生器e101的通道产生热)和空气预热器e106，两条通道的进口位于转化炉f101的顶部，两条通道的出口分别位于转化炉f101的底部或侧方。
30.实施例2
31.上述实施例的具体工作原理：
32.原料天然气通过调节阀送至给热的天然气预热器e103升温，进入精脱硫反应器r101，并经过脱硫后的天然气与来自蒸汽过热器e102的过热蒸汽进行配比后，进入转化炉f101顶部再进入转化炉f101通道转化产生氢气，出转化炉f101通道的转化气进入蒸汽发生器e101使气体在其内不同腔体对水加热，通过汽水分离器v103分离水并产生干燥气体作转化产氢原料，转化出的气体经蒸汽发生器e101后进入中温的变换反应器r102，将一氧化碳变换为二氧化碳并产生氢气，通过给水预热器e104回收热量，给水预热器e104连通汽水分离器v103使多余的蒸汽发生器e101内的蒸汽进入变换反应器r102后再次进行汽水分离，再经过中变气水冷器e105冷却降温后，经中变气水分液罐v104送出变压吸附制备的高纯氢气。
33.转化炉f101的热源为燃料天然气和变压吸附尾气或其他燃料气，与鼓风机(引风器)送来的燃烧空气在转化炉顶部通过烧嘴燃烧，连通在转化炉f101加热使精脱硫反应器r101和所述蒸汽发生器e101的通道经过转化炉f101内部的辐射段提供转化热量的气体进入蒸汽发生器e101，蒸汽过热器e102，天然气预热器e103、空气预热器e106后经引风机送进烟囱高空排放。
34.转化炉f101通过空气预热器e106连通于鼓风机k101，所述鼓风机k101连通有引风器，引风器将空气引入并经过空气预热器e106对空气预热为燃料天然气和变压吸附尾气或其他燃料气在转化炉顶部烧嘴的燃烧提供热温的燃烧氧。
35.蒸汽发生器e101循环连通有汽水分离器v103，汽水分离器v103连接有所述给水预热器e104，给水预热器e104具有热量，汽水分离器v103具有热量，配置高温热回收到蒸汽发生器e101热量，可同时将高温气和转化气集中一体于其内换热产生蒸汽，其内部转化气的腔体内设置有不同于传统工艺的调温阀的自动控温结构(相当于现有技术的传感器和控制器一体化自动控制)。
36.本实用新型没有传统工艺的气道和换热盘管,气体依次通过蒸汽发生器e101、蒸汽过热器e102、天然气预热器e103、空气预热器e106,其中蒸汽发生器e101、蒸汽过热器e102、天然气预热器e106为管壳式设备，集中于箱式撬块内,比其传统工艺的气道式的盘管和换热盘管，占地小，布置灵活，易于集中，具有小型化和工厂预制优势。
37.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种小型天然气蒸汽转化制氢系统，包括调节阀和转化炉(f101)，其特征在于：在所述调节阀和转化炉(f101)之间依次连通有天然气预热器(e103)、蒸汽过热器(e102)和蒸汽发生器(e101)，所述蒸汽发生器还连接有转化炉(f101)，所述天然气预热器(e103)与精脱硫反应器(r101)连通，所述精脱硫反应器(r101)与所述蒸汽过热器(e102)连通，精脱硫反应器(r101)与蒸汽过热器(e102)通过转化炉(f101)连通于蒸汽发生器(e101)，蒸汽发生器(e101)连接蒸汽过热器(e102)，蒸汽发生器(e101)通过变换反应器(r102)、给水预热器(e104)、中变气水冷却器(e105)和中变气水分水罐(v104)，所述中变气水分水罐(v104)连通到所述天然气蒸汽转化制氢系统的外部。2.根据权利要求1所述的一种小型天然气蒸汽转化制氢系统，其特征在于：所述蒸汽发生器(e101)循环连通有汽水分离器(v103)，所述汽水分离器(v103)连接有所述给水预热器(e104)，给水预热器(e104)连接有水源；所述中变气水冷却器(e105)连通有循环水源。3.根据权利要求2所述的一种小型天然气蒸汽转化制氢系统，其特征在于：所述蒸汽过热器(e102)和所述汽水分离器(v103)通向所述天然气蒸汽转化制氢系统的外部。4.根据权利要求1所述的一种小型天然气蒸汽转化制氢系统，其特征在于：所述转化炉(f101)通过空气预热器(e106)连通于鼓风机(k101)，所述鼓风机(k101)连通有引风器；所述天然气预热器(e103)连通于所述空气预热器(e106)，空气预热器(e106)通过引风机(k102)通向烟囱。5.根据权利要求1所述的一种小型天然气蒸汽转化制氢系统，其特征在于：所述转化炉(f101)连通于气体气源。6.根据权利要求1所述的一种小型天然气蒸汽转化制氢系统，其特征在于：所述中变气水分水罐(v104)连接到气出装置和凝液去处理装置。7.根据权利要求5所述的一种小型天然气蒸汽转化制氢系统，其特征在于：所述转化炉(f101)的炉管为两个并列通道，其中一个所述通道连通于所述精脱硫反应器(r101)和所述蒸汽发生器(e101)，另一个通道连通于所述气体气源和空气预热器(e106)，两条通道的进口位于转化炉(f101)的顶部，两条通道的出口分别位于转化炉(f101)的底部或侧方。

技术总结

本实用新型公开了一种小型天然气蒸汽转化制氢系统，涉及天然气蒸汽转化制氢技术领域，解决制氢系统转化炉体积大、气体分离纯度不高技术问题，本实用新型包括调节阀和转化炉，在调节阀和转化炉之间依次连通有天然气预热器、蒸汽过热器和蒸汽发生器，蒸汽发生器还连接有转化炉，天然气预热器与精脱硫反应器连通，精脱硫反应器与蒸汽过热器连通，精脱硫反应器与蒸汽过热器通过转化炉连通于蒸汽发生器，蒸汽发生器连接蒸汽过热器，蒸汽发生器通过变换反应器、给水预热器、中变气水冷却器和中变气水分水罐，中变气水分水罐连通到所述天然气蒸汽转化制氢系统的外部；用于对天然气蒸汽转化制氢，本实用新型具有占地小，小型化和工厂预制优势的优点。工厂预制优势的优点。工厂预制优势的优点。