[发明专利]天然气制氢的制备方法及其装置

说明书

本发明涉及甲烷制氢的工艺，为了解决现有的天然气制氢的工艺存在成品液氢不易制备、保存、运输和制备成本高，且制备过程中产生的高纯度二氧化碳没有被利用的问题，提供一种天然气制氢的制备装置，包括依次连接的压缩机、脱硫反应器、蒸汽转化炉、中变反应器和分离塔，经分离塔分离后的氢气进入依次连接的变压吸附器、合成塔和冷却器，经分离塔分离后的二氧化碳注入注入井，二氧化碳与原油互溶后将地层原油驱替到生产井，蒸汽转化炉上具有用于向蒸汽转化炉内增补水蒸气的管道，合成塔上具有用于向合成塔内增补氮气的管道，综上所述本发明具有生产成本低、制备效率高、碳排放低和经济性高的特点。

技术领域

本发明涉及甲烷制氢的工艺，尤其是一种天然气制氢的制备方法及其装置。

背景技术

目前，全球二氧化碳排放量显著上升，极易导致灾难性的气候变化，最近的巴黎气候变化协定确立了新的目标，将上升温度限制到2℃。2017年，由发电厂、工业生产、车辆和建筑行业产生的二氧化碳排放达到约325亿吨，增长了1.4％。此外，因在减少二氧化碳排放方面潜力巨大，工业部门和政府对氢气用于内燃机格外关注。

每千克氢气的成本因技术不同而有所差异，采用气化技术为每千克0.27美元，蒸汽甲烷重组(SMR)技术为每千克1.84美元，而采用光伏电解技术达到每千克23美元。

氢气的运输成本高于使用SMR技术生产成本的两倍，是氢气利用过程中的主要挑战。运输成本占氢气总成本的60％。根据氢的物理状态，其运输可分类为气体运输、液体运输和固体运输。目前常用的两种方式为管道运输氢气和罐车运输液氢。管道输氢通过埋地无缝钢管实现，管道中的氢气压力约为40bar，输送速度可达20m/s。管道输氢具有高速高效的优势，但其初期资金投入巨大且在安装建造过程中还需考虑较多的政策限制。与之相比，液氢运输是将氢在-253℃的低温下转化为液体，再利用罐车运送。和高压的气体运输不同，液氢体积能量密度更高，其输送效率也因此大幅提升。例如，国外常用的可装载水量65m3洒水车，单次约可重装液氢4300kg，其运输能力是集束瓶组式拖车的10倍。然而，氢液化能耗较高，相当于氢液化热值的33％。同时，液氢运输中的保温要求极高，以防止液氢沸腾。

甲烷、氨与二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)相结合可作为减少二氧化碳排放到近乎零排放即电解技术相近水平的新方式。在制氨过程中，高纯度二氧化碳在中间过程中生成，而为提高SMR反应堆的温度且为生产过程提供蒸汽和电力，燃烧矿物染料也产生了额外的二氧化碳。与发电厂不同，因碳捕集与存储(CCS)相关联花费较高且不具备较好的经济前景予以激励，涉及氢和氨的工业行业对此关注度不高。与其他如发电厂和水泥生产工艺过程中废气的二氧化碳含量相比，在氨生产过程中，其浓度更高，因此在二氧化碳利用(CU)方面具有更多机会，而实际情况是这些高纯度二氧化碳没有被利用。

综上所述现有的天然气制氢的工艺存在成品液氢不易制备、保存、运输和制备成本高，且制备过程中产生的高纯度二氧化碳没有被利用的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有的天然气制氢的工艺存在成品液氢不易制备、保存、运输和制备成本高，且制备过程中产生的高纯度二氧化碳没有被利用的问题，提供一种天然气制氢的制备方法及其装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种天然气制氢的制备方法，包括如下步骤：

S1:天然气通过压缩机进入脱硫反应器进行脱硫；

S2:脱硫后的天然气在蒸汽转化炉中，将天然气中的烷烃转化成为主要成分是一氧化碳和氢气的原料气；

S3:原料气在中变反应器中进行一氧化碳变换，使一氧化碳在催化剂存在的条件下和水蒸气发生反应，从而生成氢气和二氧化碳，得到主要成分是氢气和二氧化碳的变换气；

S4:变换气通过分离塔将二氧化碳与氢气分离，

分离出的二氧化碳注入油层中，从而提高油田采油率，