利用lng冷能的焦爐煤氣低溫制氫工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用LNG冷能的焦爐煤氣低溫制氫工藝，焦爐煤氣經(jīng)加壓、處理后，除去H2O、CO2和NH3等物質(zhì)，在換熱系統(tǒng)與LNG換熱，LNG升溫至常溫后進入蒸汽動力鍋爐燃燒，而焦爐煤氣溫度降低；降溫后的焦爐煤氣輸入第一分離器中，重?zé)N類物質(zhì)從第一分離器底部分離，剩余的焦爐煤氣從分離器頂部輸出后，經(jīng)過換熱系統(tǒng)再次降溫后進入第二個分離器中，除去CH4，剩余的焦爐煤氣從第二分離器頂部輸出后經(jīng)過換熱系統(tǒng)再次降溫進入制冷系統(tǒng)，經(jīng)過制冷系統(tǒng)降溫進入第三分離器，除去O2、CO和N2等物質(zhì)后加壓得到氫氣。該法綜合利用LNG冷能，解決了焦爐煤氣低溫制氫需要單純通過加壓膨脹來獲取低溫而大量消耗電能的問題。
【專利說明】利用LNG冷能的焦爐煤氣低溫制氫工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源綜合利用【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用液化天然氣(LNG)的冷能用于焦爐煤氣制氫系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣在常壓下冷卻至約_162°C時，由氣態(tài)變成液態(tài)，稱為液化天然氣(簡稱LNG)。LNG在供給下游用戶使用前須氣化成氣體，其汽化過程會釋放出830-860kJ / kg冷能。2011年我國LNG進口量已達到1221萬噸，根據(jù)我國LNG的發(fā)展規(guī)劃，2015年LNG進口量將達到4200萬噸，每年可利用的冷能約為105億kW.h,相當于210萬kW裝機的年發(fā)電量。在全球能源高價格的外部環(huán)境下，隨著LNG進口量的不斷攀升，我國LNG冷能回收利用產(chǎn)業(yè)正面臨著空前的歷史機遇和巨大的發(fā)展空間。目前LNG冷能利用形式有兩類，直接利用:冷能發(fā)電、冷凍倉庫、空氣分離、液化二氧化碳等；間接利用:用空氣分離得到的液氮、液氧進行低溫破碎、污水處理等。
[0003]氫能具有熱效率高、能量密度大、燃燒清潔、可運輸、可儲存、可再生等特點，各國將其視為21世紀的綠色能源和戰(zhàn)略能源。我國現(xiàn)在是世界上最大的焦炭生產(chǎn)國，2012年全國的產(chǎn)量達4.43億噸。每生產(chǎn)一噸焦炭所產(chǎn)生的焦爐氣量約為450Nm3，則我國焦爐氣年排放量將達到近2000億Nm3。根據(jù)表1，焦爐氣中氫氣的含量一般超過50%,這意味著產(chǎn)生了1000億Nm3以上的氫氣。將這些焦爐氣中的氫能提取出來，既能消除焦爐煤氣排放相關(guān)的污染，又可獲得巨量的氫能源，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。從焦爐氣中分離氫可采用的方法主要有變壓吸附法、膜分離法和低溫分離法。變壓吸附法和膜分離法適于中小規(guī)模分離，低溫分離法較適于大規(guī)模分離。為滿足規(guī)模儲運需要，還要進行液化而消耗能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種利用LNG冷能的焦爐煤氣低溫制氫工藝。
[0005]利用LNG冷能的焦爐煤氣低溫制氫的工藝，其中焦爐煤氣經(jīng)加壓、預(yù)處理系統(tǒng)處理后，除去H20、CO2和NH3等物質(zhì)，進入換熱系統(tǒng)中，通過與LNG進行換熱，LNG升溫至常溫后進入蒸汽動力鍋爐燃燒，燃燒后產(chǎn)生的動力蒸汽用于焦爐煤氣壓縮、回收氫氣壓縮和制冷系統(tǒng)壓縮，而焦爐煤氣溫度降低；
降溫后的焦爐煤氣輸入第一分離器中，重?zé)N類物質(zhì)從第一分離器底部分離，剩余的焦爐煤氣從分離器頂部輸出后，經(jīng)過換熱系統(tǒng)再次降溫后進入第二個分離器中，除去CH4，剩余的焦爐煤氣從第二分離器頂部輸出后經(jīng)過換熱系統(tǒng)再次降溫進入制冷系統(tǒng)，經(jīng)過制冷系統(tǒng)降溫進入第三分離器，除去02、CO和N2等物質(zhì)后加壓得到氫氣。
[0006] 目前世界上的LNG冷能利用項目除空氣分離利用的溫位在-150到_70°C外，其它用戶用冷溫位大都與LNG氣化的冷能溫度分布不匹配，即“低溫冷能高溫用”，過程冷能損大，經(jīng)濟效益降低。而焦爐煤氣中主要組分(單位:體積百分數(shù))的沸點(°C)都比較低，見表I，LNG高品位冷能將可以得到利用，達到“低溫冷能低溫用”。[0007]表1焦爐煤氣組分及沸點
【權(quán)利要求】
1.利用LNG冷能的焦爐煤氣低溫制氫工藝，其中焦爐煤氣經(jīng)加壓、預(yù)處理系統(tǒng)處理后，除去H20、CO2和NH3,進入換熱系統(tǒng)中，通過與LNG進行換熱，LNG升溫至常溫后進入蒸汽動力鍋爐燃燒，燃燒后產(chǎn)生的動力蒸汽用于焦爐煤氣壓縮、回收氫氣壓縮和制冷系統(tǒng)壓縮，而焦爐煤氣溫度降低； 降溫后的焦爐煤氣輸入第一分離器中，重?zé)N類物質(zhì)從第一分離器底部分離，剩余的焦爐煤氣從分離器頂部輸出后，經(jīng)過換熱系統(tǒng)再次降溫后進入第二個分離器中，除去CH4,剩余的焦爐煤氣從第二分離器頂部輸出后經(jīng)過換熱系統(tǒng)再次降溫進入制冷系統(tǒng)，經(jīng)過制冷系統(tǒng)降溫進入第三分離器，除去02、CO和N2后加壓得到氫氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用LNG冷能的焦爐煤氣低溫制氫工藝，其特征在于與LNG換熱后，焦爐煤氣降溫至-52 ± 2 °C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用LNG冷能的焦爐煤氣低溫制氫工藝，其特征在于進入第二個分離器的焦爐煤氣溫度降到_123°C以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用LNG冷能的焦爐煤氣低溫制氫工藝，其特征在于第二分離器輸出的焦爐煤氣經(jīng)過換熱系統(tǒng)后降溫到-160°C以下，并經(jīng)制冷系統(tǒng)后降溫到-170°C以下。`
【文檔編號】C01B3/50GK103738920SQ201310492030
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】商凡, 劉維佳, 張崗, 向麗娜, 張立剛, 徐曉明, 喬風(fēng)笙, 吳元玲, 賀平, 徐楓, 沈建鋒, 杜向前 申請人:江蘇中核華緯工程設(shè)計研究有限公司