配套有PSA尾气CCUS系统的冷凝式制氢转化炉系统的制作方法

配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统
技术领域
1.本实用新型涉及烃类制氢转化设备领域，特别是涉及一种配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统。


背景技术：

2.烃类制氢转化炉用的燃料一般为高热值高压燃料气（炼厂气或天然气），和
3.psa系统（变压吸附系统）来的低压低热值尾气（解析气或脱附气）。正常操作时，解析气为主要燃料，高压燃料气为补充燃料。
4.因为psa尾气中含有大量的co2，一般在50%（v）左右，所以造成尾气的热值（lhv）比较低（一般在10000kj/nm3左右，常规燃料气为36000 kj/nm3左右），所以燃烧后产生烟气量比助燃空气量要大很多（空气量为烟气量的70~80%）。
5.由于节能减排，以及尾气稳定高效燃烧的需要，助燃空气一般在转化炉对
6.流段分两段加热至300~550℃，又由于烟气量比助燃空气量大很多，而且烟气比热容大于空气比热容，造成转化炉排烟温度在135℃~180℃，热效率89%~92%。
7.只采用烟气预热助燃空气的方法无法继续把排烟温度进一步降低，热效率
8.也难以继续提高，造成烟气所含低温热能（显热和潜热）无法回收利用，浪费能源，不符合节能减排政策。


技术实现要素：

9.本实用新型主要解决的技术问题是提供一种配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统，有效利用了烟气余热，可将烟气出口温度降低至60~120℃以下，提高转化炉热效率，可进一步减少 co2 排放量，在烃类制氢转化设备的应用及普及上有着广泛的市场前景。
10.为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统，包括：转化段、第一介质加热段、高温空气预热段、第二介质加热段、低温空气预热段、冷凝式空气预热段、烟气风机、烟囱、净化尾气及补充燃料加热段、增压机、ccus系统及psa系统；
11.所述转化段产生的高温转化气经转化气管道与psa系统相连接，所述转化段通过主烟气管道与第一介质加热段相连接，所述第一介质加热段通过第一烟气管道与高温空气预热段、第二介质加热段、低温空气预热段、冷凝式空气预热段、烟气风机及烟囱相连接，所述冷凝式空气预热段通过第一空气管道与低温空气预热段、高温空气预热段及转化段相连接；
12.所述净化尾气及补充燃料加热段通过第二烟气管道与第一烟气管道连接，且通过燃料管道与所述转化段相连接，所述psa系统通过尾气管道与所述ccus系统、增压机及净化尾气及补充燃料加热段相连接。
13.在本实用新型一个较佳实施例中，所述冷凝式空气预热段与空气风机相连接以进
行常温空气换热。
14.在本实用新型一个较佳实施例中，所述冷凝式空气预热段上集成有烟气冷凝水中和处理排放装置及除雾装置。
15.在本实用新型一个较佳实施例中，所述第一介质加热段、第二介质加热段为工艺介质加热段、蒸汽加热段或其他介质加热段。
16.在本实用新型一个较佳实施例中，所述净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与高温空气预热段上游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与第二介质加热段下游的第一烟气管道相连接。
17.在本实用新型一个较佳实施例中，所述净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与高温空气预热段上游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与第二介质加热段上游的第一烟气管道相连接。
18.在本实用新型一个较佳实施例中，所述净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与高温空气预热段上游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与冷凝式空气预热段下游的第一烟气管道相连接。
19.在本实用新型一个较佳实施例中，所述净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与高温空气预热段下游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与低温空气预热段下游的第一烟气管道相连接。
20.在本实用新型一个较佳实施例中，所述净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与低温空气预热段上游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与低温空气预热段下游的第一烟气管道相连接。
21.在本实用新型一个较佳实施例中，所述净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与低温空气预热段上游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与冷凝式空气预热段下游的第一烟气管道相连接。
22.本实用新型的有益效果是：有效利用了烟气余热，可将烟气出口温度降低至60~120℃以下，提高转化炉热效率，可进一步减少 co2 排放量，在烃类制氢转化设备的应用及普及上有着广泛的市场前景。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
24.图1是本实用新型的配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统实施例一的结构示意图；
25.图2是本实用新型的配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统实施例二的结构示意图；
26.图3是本实用新型的配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统实施例三的结构示意图；
27.图4是本实用新型的配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统实施例四
的结构示意图；
28.图5是本实用新型的配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统实施例五的结构示意图；
29.图6是本实用新型的配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统实施例六的结构示意图。
具体实施方式
30.下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.本实用新型实施例包括：提供一种配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统，包括：转化段1、第一介质加热段2、高温空气预热段3、第二介质加热段4、低温空气预热段5、冷凝式空气预热段6、烟气风机7、烟囱8、净化尾气及补充燃料加热段9、增压机10、ccus系统11及psa系统12；
32.所述转化段产生的高温转化气经转化气管道13与psa系统相连接，转化段通过主烟气管道14与第一介质加热段相连接，所述第一介质加热段通过第一烟气管道15与高温空气预热段、第二介质加热段、低温空气预热段、冷凝式空气预热段、烟气风机及烟囱相连接，所述冷凝式空气预热段通过第一空气管道16与低温空气预热段、高温空气预热段及转化段相连接。
33.所述净化尾气及补充燃料加热段通过第二烟气管道17与第一烟气管道连接，且通过燃料管道18与转化段相连接，所述psa系统通过尾气管道与ccus系统、增压机及净化尾气及补充燃料加热段相连接，转化段产生的高温转化气经过换热降温后进入psa单元，产生的高纯氢气出装置；psa单元产生的尾气进入ccus系统回收提纯其中的co2；回收co2后的净化尾气经过增压机增压后进入净化尾气和补充燃料加热段与烟气分别换热，换热后的净化尾气和补充燃料进入转化段燃烧器燃烧，净化尾气经过增压机加压后，其压力可由 30~150kpa(g)左右加压至 100~300kpa(g)，增压机出口处净化尾气温度 50~130℃；进入净化尾气和补充燃料加热段与烟气换热后可加热至 300~700℃。
34.具体的，所述冷凝式空气预热段与空气风机19相连接以进行常温空气换热，冷凝式空气预热段上集成有烟气冷凝水中和处理排放装置及除雾装置，冷凝水中和处理排放装置可把 ph2~4 的酸性冷凝水中和为 ph6~9 的中性和弱碱性的水，满足环保要求的直排标准，处理后的水可以直接排放或者收集后进行资源化利用，间接地节约用水，除雾设施可以把烟气中所含冷凝雾滴捕集收集至冷凝水中和处理装置进行中和处理，减少烟气中酸性雾滴对下游设备和设施的腐蚀。
35.具体的，所述第一介质加热段、第二介质加热段为工艺介质加热段、蒸汽加热段或其他介质加热段，由于净化尾气及补充燃料与转化炉对流段的第一介质加热段、第二介质加热段为并行换热，有效利用了烟气余热中的显热和部分潜热，可将烟气出口温度降低至 60~120℃，转化炉热效率可由 89%~92%提高至 93%~98%甚至以上，同时进一步减少 co2 排放量。
36.本实用新型的转化炉系统为燃料和空气双预热，且预热后温度较高，相应地燃料燃烧产生的热力 nox 浓度会有所增加，可以在 nox 排放浓度和排放量要求严格时，需要在转化炉对流段合适的位置设置 scr 脱硝系统，或臭氧/双氧水脱硝系统，以使 nox 排放浓度和排放量满足环保要求。
37.优选地，净化尾气及补充燃料加热段的低温冷凝部分以及冷凝式空气预热段的预热器部分，采用耐腐蚀的复合管式、非金属管式、双相钢管式、超级不锈钢管式或其他耐酸碱腐蚀性能优异的金属和/或非金属或复合材料的管式，延长使用寿命。
38.具体实施例一
39.如图1所示，本实用的一种配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统，包括：转化段1、第一介质加热段2、高温空气预热段3、第二介质加热段4、低温空气预热段5、冷凝式空气预热段6、烟气风机7、烟囱8、净化尾气及补充燃料加热段9、增压机10、ccus系统11及psa系统12；
40.所述转化段产生的高温转化气经转化气管道13与psa系统相连接，转化段通过主烟气管道14与第一介质加热段相连接，所述第一介质加热段通过第一烟气管道15与高温空气预热段、第二介质加热段、低温空气预热段、冷凝式空气预热段、烟气风机及烟囱相连接，所述冷凝式空气预热段通过第一空气管道16与低温空气预热段、高温空气预热段及转化段相连接。
41.所述净化尾气及补充燃料加热段通过第二烟气管道17与第一烟气管道连接，且通过燃料管道18与转化段相连接，所述psa系统通过尾气管道与ccus系统、增压机及净化尾气及补充燃料加热段相连接。
42.所述净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与高温空气预热段上游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与第二介质加热段下游的第一烟气管道相连接。
43.在工作时，自转化段来的高温烟气进入第一介质加热段换热降温，然后分为两路，一路进入高温空气预热段后经第二介质加热段换热降温，再与来自低温空气预热段的空气换热；另一路烟气进入并行设置的净化尾气及补充燃料加热段与通过增压机加压的来自ccus系统的净化尾气和补充燃料换热；分别换热降温后的两路烟气汇合进入低温空气预热段与来自冷凝式空气预热段的空气换热；然后进入冷凝式空气预热段与来自空气风机的常温空气换热，最后通过烟气风机送入烟囱排入大气。
44.具体实施例二
45.如图2所示，本实用的一种配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统，包括：转化段1、第一介质加热段2、高温空气预热段3、第二介质加热段4、低温空气预热段5、冷凝式空气预热段6、烟气风机7、烟囱8、净化尾气及补充燃料加热段9、增压机10、ccus系统11及psa系统12；
46.所述转化段产生的高温转化气经转化气管道13与psa系统相连接，转化段通过主烟气管道14与第一介质加热段相连接，所述第一介质加热段通过第一烟气管道15与高温空气预热段、第二介质加热段、低温空气预热段、冷凝式空气预热段、烟气风机及烟囱相连接，所述冷凝式空气预热段通过第一空气管道16与低温空气预热段、高温空气预热段及转化段相连接。
47.所述净化尾气及补充燃料加热段通过第二烟气管道17与第一烟气管道连接，且通过燃料管道18与转化段相连接，所述psa系统通过尾气管道与ccus系统、增压机及净化尾气及补充燃料加热段相连接。
48.具体的，净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与高温空气预热段上游的第一烟气管道相连接，净化尾气及补充燃料加热段的出口与第二介质加热段上游的第一烟气管道相连接。
49.在工作时，自转化段来的高温烟气进入第一介质加热段换热降温，然后分为两路，一路进入高温空气预热段后与来自低温空气预热段的空气换热；另一路烟气进入并行设置的净化尾气及补充燃料加热段与通过增压机加压的来自ccus系统的净化尾气和补充燃料换热；分别换热降温后的两路烟气汇合进入第二介质加热段换热降温，再进入低温空气预热段与来自冷凝式空气预热段的空气换热；然后进入冷凝式空气预热段与来自空气风机的常温空气换热，最后通过烟气风机送入烟囱排入大气。
50.具体实施例三
51.如图3所示，本实用的一种配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统，包括：转化段1、第一介质加热段2、高温空气预热段3、第二介质加热段4、低温空气预热段5、冷凝式空气预热段6、烟气风机7、烟囱8、净化尾气及补充燃料加热段9、增压机10、ccus系统11及psa系统12；
52.所述转化段产生的高温转化气经转化气管道13与psa系统相连接，转化段通过主烟气管道14与第一介质加热段相连接，所述第一介质加热段通过第一烟气管道15与高温空气预热段、第二介质加热段、低温空气预热段、冷凝式空气预热段、烟气风机及烟囱相连接，所述冷凝式空气预热段通过第一空气管道16与低温空气预热段、高温空气预热段及转化段相连接。
53.所述净化尾气及补充燃料加热段通过第二烟气管道17与第一烟气管道连接，且通过燃料管道18与转化段相连接，所述psa系统通过尾气管道与ccus系统、增压机及净化尾气及补充燃料加热段相连接。
54.具体的，净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与高温空气预热段上游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与冷凝式空气预热段下游的第一烟气管道相连接。
55.在工作时，自转化段来的高温烟气进入第一介质加热段换热降温，然后分为两路，一路进入高温空气预热段后经第二介质加热段换热降温，再与来自低温空气预热段的空气换热，然后进入冷凝式空气预热段与来自空气风机的常温空气换热；另一路烟气进入并行设置的净化尾气及补充燃料加热段与通过增压机加压的来自ccus系统的净化尾气和补充燃料换热，分别换热降温后的两路烟气最后通过烟气风机送入烟囱排入大气。
56.具体实施例四
57.如图4所示，本实用的一种配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统，包括：转化段1、第一介质加热段2、高温空气预热段3、第二介质加热段4、低温空气预热段5、冷凝式空气预热段6、烟气风机7、烟囱8、净化尾气及补充燃料加热段9、增压机10、ccus系统11及psa系统12；
58.所述转化段产生的高温转化气经转化气管道13与psa系统相连接，转化段通过主
烟气管道14与第一介质加热段相连接，所述第一介质加热段通过第一烟气管道15与高温空气预热段、第二介质加热段、低温空气预热段、冷凝式空气预热段、烟气风机及烟囱相连接，所述冷凝式空气预热段通过第一空气管道16与低温空气预热段、高温空气预热段及转化段相连接。
59.所述净化尾气及补充燃料加热段通过第二烟气管道17与第一烟气管道连接，且通过燃料管道18与转化段相连接，所述psa系统通过尾气管道与ccus系统、增压机及净化尾气及补充燃料加热段相连接。
60.具体的，净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与高温空气预热段下游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与低温空气预热段下游的第一烟气管道相连接。
61.在工作时，自转化段来的高温烟气进入第一介质加热段、高温空气预热段换热降温，然后分为两路，一路进入第二介质加热段换热降温后与来自低温空气预热段的空气换热；另一路烟气进入并行设置的净化尾气及补充燃料加热段与通过增压机加压的来自ccus系统的净化尾气和补充燃料换热；分别换热降温后的两路烟气汇合再与冷凝式空气预热段的空气换热；然后进入冷凝式空气预热段与来自空气风机的常温空气换热，最后通过烟气风机送入烟囱排入大气。
62.具体实施例五
63.如图5所示，本实用的一种配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统，包括：转化段1、第一介质加热段2、高温空气预热段3、第二介质加热段4、低温空气预热段5、冷凝式空气预热段6、烟气风机7、烟囱8、净化尾气及补充燃料加热段9、增压机10、ccus系统11及psa系统12；
64.所述转化段产生的高温转化气经转化气管道13与psa系统相连接，转化段通过主烟气管道14与第一介质加热段相连接，所述第一介质加热段通过第一烟气管道15与高温空气预热段、第二介质加热段、低温空气预热段、冷凝式空气预热段、烟气风机及烟囱相连接，所述冷凝式空气预热段通过第一空气管道16与低温空气预热段、高温空气预热段及转化段相连接。
65.所述净化尾气及补充燃料加热段通过第二烟气管道17与第一烟气管道连接，且通过燃料管道18与转化段相连接，所述psa系统通过尾气管道与ccus系统、增压机及净化尾气及补充燃料加热段相连接。
66.具体的，净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与低温空气预热段上游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与低温空气预热段下游的第一烟气管道相连接。
67.在工作时，自转化段来的高温烟气进入第一介质加热段、高温空气预热段、第二介质加热段换进行换热降温，然后分为两路，一路进入与来自低温空气预热段的空气换热；另一路烟气进入并行设置的净化尾气及补充燃料加热段与通过增压机加压的来自ccus系统的净化尾气和补充燃料换热；分别换热降温后的两路烟气汇合再与冷凝式空气预热段的空气换热；进入冷凝式空气预热段与来自空气风机的常温空气换热，最后通过烟气风机送入烟囱排入大气。
68.具体实施例六
69.如图6所示，本实用的一种配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统，包括：转化段1、第一介质加热段2、高温空气预热段3、第二介质加热段4、低温空气预热段5、冷凝式空气预热段6、烟气风机7、烟囱8、净化尾气及补充燃料加热段9、增压机10、ccus系统11及psa系统12；
70.所述转化段产生的高温转化气经转化气管道13与psa系统相连接，转化段通过主烟气管道14与第一介质加热段相连接，所述第一介质加热段通过第一烟气管道15与高温空气预热段、第二介质加热段、低温空气预热段、冷凝式空气预热段、烟气风机及烟囱相连接，所述冷凝式空气预热段通过第一空气管道16与低温空气预热段、高温空气预热段及转化段相连接。
71.所述净化尾气及补充燃料加热段通过第二烟气管道17与第一烟气管道连接，且通过燃料管道18与转化段相连接，所述psa系统通过尾气管道与ccus系统、增压机及净化尾气及补充燃料加热段相连接。
72.具体的，净化尾气及补充燃料加热段的入口通过第二烟气管道与低温空气预热段上游的第一烟气管道相连接，所述净化尾气及补充燃料加热段的出口与冷凝式空气预热段下游的第一烟气管道相连接。
73.在工作时，自转化段来的高温烟气进入第一介质加热段、高温空气预热段、第二介质加热段换进行换热降温，然后分为两路，一路进入与来自低温空气预热段的空气换热，再与冷凝式空气预热段的空气换热；进入冷凝式空气预热段与来自空气风机的常温空气换热；另一路烟气进入并行设置的净化尾气及补充燃料加热段与通过增压机加压的来自ccus系统的净化尾气和补充燃料换热；分别换热降温后的两路烟气汇合，最后通过烟气风机送入烟囱排入大气。
74.本实用新型配套有psa尾气ccus系统的冷凝式制氢转化炉系统的有益效果是：有效利用了烟气余热，可将烟气出口温度降低至60~120℃以下，提高转化炉热效率，可进一步减少 co2 排放量，在烃类制氢转化设备的应用及普及上有着广泛的市场前景。
75.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。