[发明专利]一种基于新能源消纳的天然气制备含氢产品的装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于新能源消纳的天然气制备含氢产品的装置及方法，属于新能源与天然气制氢技术领域。所述基于新能源消纳的天然气制备含氢产品的装置中，天然气在经过天然气预热器和精制脱硫单元后与预热完成的水蒸气混流，依次经过电热转化单元、变换反应单元、变压吸附单元完成氢气或富氢燃料的生产。本发明可及时消纳新能源电力，大大降低天然气制氢过程中的碳排放，与此同时给出天然气重整制氢系统在高度集成下不同品位热能的高效利用方法。

技术领域

本发明属于新能源与天然气制氢技术领域，具体涉及一种基于新能源消纳的天然气制备含氢产品的装置及方法。

背景技术

大规模发展风能、太阳能等可再生清洁能源，推进能源消费结构向低碳化和清洁化方向转型已成为能源发展的新风向。然而以现有技术角度看，可再生能源的供需协同仍存在矛盾，风能光能产生的电无法及时消纳与传输，弃风弃电现状依然严重。另一方面氢能作为真正的清洁燃料受到广泛关注与研究，灵活地将富余可再生能源发电与氢能生产结合起来将成为解决可再生能源消纳问题和终端燃料清洁化的有力解决方案。

在制氢技术中天然气重整制氢技术虽然相比其他技术具有成本低、技术成熟等优点，但其在制氢过程中通常使用部分天然气燃烧作为热能供给，在带来一定程度碳排放的同时不能做到热能的充分利用；此外，燃烧器以及烟道的存在大大增加了系统的复杂程度，降低了系统的稳定性。

此外，现有天然气重整制氢厂往往规模较大，集成度不高，同时现有装置运输不便、占地面积大，不适合跟随风光资源的波动即用即走，难以实现资源的实时消纳；且天然气重整制氢厂建设周期长，土建成本高、现场调试周期长，不利于装置整体的投资回收。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于新能源消纳的天然气制备含氢产品的装置及方法，解决了天然气制氢中高能耗成本、且装置稳定性差的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种基于新能源消纳的天然气制备含氢产品的装置，包括天然气原料入口、精制脱硫单元、原料预热器、变换反应单元、电热转化单元、给水预热器、高温热泵、加氢口、给水入口和混流器；变换反应单元内设有天然气预热器；

天然气原料入口通过天然气预热器与精制脱硫单元进口接通，精制脱硫单元出口通过混流器与原料预热器冷端入口接通，原料预热器热端出口与电热转化单元进口接通，电热转化单元出口与原料预热器热端入口接通，原料预热器冷端出口与变换反应单元进口接通，变换反应单元出口通过蒸汽过热器与给水预热器热端入口接通，给水预热器冷端出口与和高温热泵高温侧入口接通，高温热泵低温侧出口经过变压吸附单元与氢气分流器进口接通，氢气分流器出口与加氢口接通；

给水入口与给水预热器冷端入口接通，给水预热器热端出口与和高温热泵高温侧入口接通，高温热泵高温侧出口通过蒸汽过热器与混流器接通。

优选地，氢气分流器出口与精制脱硫单元进口接通；

变压吸附单元与氢气分流器进口之间的管路上还设有气液分离单元；变压吸附单元与天然气预热器接通；

高温热泵高温侧设有闪蒸器，高温热泵低温侧设有蓄热容器。

优选地，高温热泵高温侧出口与蒸汽过热器之间的管路上设有蒸汽压缩机；

电热转化单元内设有电热炉膛；

氢气分流器出口与加氢口之间的管路上设有氢气三通阀，氢气分流器出口与氢气三通阀之间的管路上设有氢气压缩机，氢气三通阀与加氢口之间的管路上设有氢气储存单元。

进一步优选地，还包括可再生电源接口，电热炉膛、高温热泵、氢气压缩机、蒸汽压缩机通过可再生电源接口使用外接可再生能源电能。

本发明公开了一种利用上述基于新能源消纳的天然气制备含氢产品的装置的方法，包括以下运行步骤：