[发明专利]一种氢气生产系统及方法

说明书

本发明公开一种氢气生产系统，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。本发明能够回收并充分利用低值低品位、组分及资源量变化幅度大、且含有各种非可燃组分和杂质的生物质气与富含甲烷气，达到对生物质气、富含甲烷气物尽其用、价值最大化目标，解决资源浪费与排放污染问题。本发明还公开一种氢气生产方法。

技术领域

本发明涉及气体的分离和提纯，尤其涉及一种氢气生产系统及方法。

背景技术

生物质气包括沼气、垃圾填埋气、生物质气化气等，是由各种生物质经过发酵或裂解气化等过程后产生的气体；富含甲烷气包括炼厂尾气及其它甲烷组分含量较高的工业余气；富含氢气包括含有一定氢气组分的丙烷脱氢装置尾气、化肥生产驰放气等。

上述气体均为混合气体，主要组分是甲烷(CH₄)、氢气(H₂)、二氧化碳(CO₂) 及其它组分与杂质，其来源十分广泛，国内外资源均相当丰富。

现实情况是：因为这些气体或热值偏低，或组分与流量不稳定，或杂质含量较高，或难以与燃烧装置较好匹配，或燃烧利用价值有限等原因，因而应用领域窄、利用率较低，即便是有限的利用案例也仅限于当作燃料燃烧，因而这些原料价格低廉。此外，因为资源分布不太集中、与应用端设备设施不兼容不配套、客户需求少且不匹配等多重因素影响，导致相当数量的上述气体被白白排空掉。

而另一方面，氢燃料电池汽车领域正在或将即将迎来大发展时期，高纯度氢气需求量急剧增加，氢气市场前景十分广阔。但氢源价格过高的问题却制约了燃料电池产业的发展，成为亟待解决的重大问题之一。

如何基于上述背景和现实情况，充分利用价格低廉的生物质气、富含甲烷气、富含氢气来获取低成本氢源，这个是本发明所要解决的技术问题。

从氢源生产端看：电解水制氢技术存在的最大问题是经济性问题，电价高、峰谷电价差异大导致装置不能连续稳定生产，装置投入大，这些都直接制约了电解水制氢产业路径的发展。

而作为天然气或甲醇等原料制氢，一方面是价格因素影响，另一方面，从能源利用角度看，尽管天然气或甲醇作为原料进行裂解反应是制取氢燃料电池汽车氢气的现实选择，技术装备成熟，也是有效途径。但是，天然气是一种品位较高的能源资源，价格较为昂贵，而制氢裂解反应是吸热过程，需要使用一部分能源用于加热升温，用价格较高、品位价值较高的天然气等能源来承担低端的加热任务，从能源利用角度看显然不合理，也势必增大氢源生产成本，不利于氢能产业气源的竞争力提升，影响市场化进程。因此，天然气或甲醇等原料制氢同样也存在制氢成本制约的问题。

综上所述，需要寻求一种低成本制氢的方法与相应的生产系统，有效解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢气生产系统及方法，其能够有效解决现有技术中所存在的上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明的一实施例提供了一种氢气生产系统，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；