[发明专利]一种氢气生产系统及方法

权利要求书

1.一种氢气生产系统，其特征在于，包括生物质气供应装置、富含甲烷气体供应装置、预处理装置、第一组分分离装置、第二组分分离装置、催化裂解及变换装置、第三组分分离装置、第四组分分离装置、燃料气总管和控制装置；

所述生物质气供应装置用于提供以甲烷及二氧化碳为主要组分的生物质气，所述生物质气包括沼气、垃圾填埋气、生物质气化气及固废生物质气体；

所述富含甲烷气体供应装置用于提供富含甲烷的各类工业尾气，所述富含甲烷气体中还包括碳氢化合物；

所述预处理装置分别与所述生物质气供应装置、富含甲烷气体供应装置连接，用于对所述生物质气供应装置提供的生物质气和/或所述富含甲烷气体供应装置提供的富含甲烷气体进行预处理，从而除去包括H₂S、H₂O和粉尘的有害物质和杂质，得到预处理后的混合气体；所述预处理后的混合气体包括含有大量的甲烷和其他碳氢化合物的可燃组分及含有大量二氧化碳的非可燃组分；

所述第一组分分离装置的入口与所述预处理装置的出口连接，用于将所述预处理装置输出的预处理后的混合气体进行组分粗分离，分离出主要由大部分非可燃组分和小部分可燃组分组成的混合气体作为第一燃料气体汇入到所述燃料气总管中，而所述第一组分分离装置的出口输出为粗分后的甲烷组分体积含量高于75%的混合气体；

所述第二组分分离装置的入口与所述第一组分分离装置的出口连接，用于对所述甲烷组分体积含量高于75%的混合气体进行组分细分离，分离出主要由大部分非可燃组分和小部分可燃组分组成的混合气体作为第二燃料气体汇入到所述燃料气总管中，而所述第二组分分离装置的出口输出为细分后的甲烷组分体积含量高于92%的混合气体；

所述催化裂解及变换装置的原料气体入口与所述第二组分分离装置的出口连接，第二组分分离装置的出口输出的甲烷组分体积含量高于92%的混合气体作为原料气体进入所述催化裂解及变换装置中，在高温条件下与水蒸气进行催化裂解反应、甲烷化及相应的变换反应，得到以H₂、CO₂为主要组分且氢气含量高于90%的氢气产品；

所述第三组分分离装置的入口与所述催化裂解及变换装置的出口连接，用于将其输出的氢气含量高于90%的氢气产品进行浅度分离，得到纯度为95.0%～99.0%的中低纯度氢气产品，而分离出来的含有大量CO₂和少量H₂组分的混合气体作为第三燃料气体汇入到所述燃料气总管中；

所述第四组分分离装置的入口与所述第三组分分离装置的出口连接，用于对其输出的纯度为95.0%～99.0%的中低纯度氢气产品进行深度分离，得到纯度为99.9%~99.999%的高纯度氢气产品，而分离出来的含有CO₂和少量H₂组分的混合气体作为第四燃料气体汇入到所述燃料气总管中；

所述燃料气总管的输出端与所述催化裂解及变换装置连接，汇入到所述燃料气总管中的第一燃料气体、第二燃料气体、第三燃料气体、第四燃料气体作为所述催化裂解及变换装置的加热燃料；所述燃料气总管的输入端还分别通过第一补充管道、第二补充管道对应与所述预处理装置的出口、所述第二组分分离装置的出口连接，所述第一补充管道上设置第一阀门，所述第二补充管道上设置第二阀门，所述控制装置分别连接所述催化裂解及变换装置、第一阀门和第二阀门，所述控制装置根据所述催化裂解及变换装置中的原料气体所对应的加热燃料需求控制所述第一阀门和第二阀门的开或关，包括：

当所述燃料气总管中的第一燃料气体、第二燃料气体、第三燃料气体、第四燃料气体的量满足所述加热燃料需求时，控制所述第一阀门和第二阀门关闭；

当所述燃料气总管中的第一燃料气体、第二燃料气体、第三燃料气体、第四燃料气体的量不满足所述加热燃料需求时，首先控制所述第一阀门打开以将所述预处理装置的出口输出的预处理后的混合气体作为第一补充燃料气体汇入到所述燃料气总管中；

当汇入所述第一补充燃料气体的燃料气总管中的燃料气体的量仍不满足所述加热燃料需求时，再控制所述第二阀门打开以将所述第二组分分离装置的出口输出的甲烷组分体积含量高于92%的混合气体作为第二补充燃料气体汇入到所述燃料气总管中；

所述氢气生产系统还包括干冰生产装置和化学水供应装置；

所述干冰生产装置的入口与所述催化裂解及变换装置的烟气出口连接，用于将所述催化裂解及变换装置排出的主要成分为CO₂和H₂O的烟气进行处理，制作成干冰产品；

所述化学水供应装置通过化学水系统管线与所述催化裂解及变换装置连接以作为所述催化裂解与变换装置中裂解反应的水蒸气补水，所述干冰生产装置将制作过程中烟气中的冷凝水收集送入到所述化学水系统管线中作为所述催化裂解与变换装置中裂解反应的水蒸气补水；

所述氢气生产系统还包括发电装置和/或站外加热装置，所述发电装置和/或站外加热装置与所述燃料气总管的输出端连接，当所述燃料气总管中的燃料气体大于所述加热燃料需求时，将多余的燃料气体输出给所述发电装置发电和/或站外加热装置作为燃料利用。