1.本发明涉及制氢技术领域，尤其涉及一种城市湿垃圾制氢装置及方法。
背景技术：
2.在城市湿垃圾处理过程中会产生大量的沼气，沼气的主要成分为甲烷，其次为二氧化碳。对于沼气资源的再利用，主要是经过脱硫后作为燃料和沼气发电等。由于沼气中除了含有60%左右的甲烷可燃产生能量之外，还有40%左右的二氧化碳本身并不产生热量，相反，还会带走部分甲烷燃烧过程中的热量而排入大气中，因此造成沼气发电总体能量利用率不高。
3.氢能源是一种优秀的清洁可再生能源，能够与电能实现高效的相互转换，被视作为最具发展潜力的清洁能源之一。利用城市湿垃圾处理产生的沼气制氢是典型的生物质制氢工艺，可以减少碳排放用，对节能减排可起到重要的作用。随着国内垃圾分类的进一步推广，湿垃圾处理量逐步增加，利用湿垃圾处理产生的沼气制氢作为，不仅增加沼气的附加使用价值，还能为氢气的生产，提供一种可再生的原料。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种城市湿垃圾制氢装置及方法，利用湿垃圾处理过程中产生的沼气为原料，制取纯度至少99.999%的氢气，增加了能源的回收率，减少碳排放，提高了湿垃圾处理的经济性和环保性；对于制氢工艺流程中产生的热能、废气进行循环利用，减少了冷却所需的循环水消耗，同时也起到节约能耗的作用。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种城市湿垃圾制氢装置，其特征在于：包括第一脱碳单元、脱碳气转化造气单元、第二脱碳单元和提纯单元，第一脱碳单元包括洗涤塔、沼气脱碳塔、沼气脱碳再生塔，脱碳气转化造气单元包括压缩机、钴钼加氢反应器、脱硫槽、转化炉和中变炉，第二脱碳单元包括中变气脱碳塔和中变气脱碳再生塔，提纯单元包括若干个并联设置的吸附塔；所述洗涤塔上分别设置有原料进口和出口，所述出口与沼气脱碳塔底部相连通，沼气脱碳塔底部还设置有第一mdea溶液出料口，第一mdea溶液出料口与沼气脱碳再生塔相连通，沼气脱碳塔内设置有填料层，沼气脱碳塔顶部设置有沼气脱碳气出口和第一mdea溶液进料口，第一mdea溶液进料口与沼气脱碳再生塔相连通，所述沼气脱碳气出口与压缩机的进气口相连通，压缩机的出气口与钴钼加氢反应器的进气口相连通，钴钼加氢反应器的出气口与脱硫槽的进口相连通，脱硫槽的出口与转化炉的进气口相连通，转化炉的出口与中变炉的进口相连通，中变炉的出口与中变气脱碳塔的底部相连通，中变气脱碳塔底部还设置有第二mdea溶液出料口，第二mdea溶液出料口与中变气脱碳再生塔相连通，中变气脱碳塔内设置有填料层，中变气脱碳塔顶部设置有中变脱碳气出口和第二mdea溶液进料口，第二mdea溶液进料口与中变气脱碳再生塔相连通，中变脱碳气出口与吸附塔的进口相连通，多个吸附塔并联设置。
6.作为本发明的进一步改进，所述沼气脱碳再生塔底部设置有第一再沸器。
7.作为本发明的进一步改进，所述中变气脱碳再生塔底部设置有第二再沸器。
8.一种城市湿垃圾制氢的方法，其特征在于：具体工艺流程包括沼气mdea脱碳、脱碳气转化造气、中变气mdea脱碳和变压吸附提纯，具体步骤为，a 沼气mdea脱碳原料沼气流入沼气洗涤塔内，用脱盐水对原料沼气进行循环洗涤后，输送至沼气脱碳塔底部，经mdea溶液脱碳吸收沼气中的二氧化碳，沼气脱碳气从顶部流出，被输送至脱碳气转化造气单元；b 脱碳气转化造气将沼气脱碳气加压至2.1~2.8mpag，预热至340~380℃后，输送至钴钼加氢反应器，在催化剂的作用下进行加氢反应，流入脱硫槽进行脱硫处理，使其中硫含量降至0.4ppm以下，将脱硫后的气体与水蒸气混合，并预热至500~650℃后，进入转化炉，在催化剂的作用下，烃类与水蒸汽反应生成含有氢气和二氧化碳的转化气，转化气流入中变炉，在催化剂的作用下，生成中变气，中变气经逐渐降温并分离出冷凝水后，经冷凝器冷却至30~50℃，分离出冷凝水后，送入第二脱碳单元；c 中变气mdea脱碳中变气被输送至中变气脱碳塔底部，经mdea溶液吸收中变气中的二氧化碳，中变气脱碳气从顶部流出，被输送至提纯单元；d 变压吸附提纯中变气脱碳气流入吸附塔中，经过交替进行的吸附、解吸过程，以连续生产氢气，所制取的氢气纯度至少达到99.999%。
9.作为本发明的进一步改进，所述变压吸附提纯采用6-1-3/p工艺，即6个吸附塔，1塔吸附，3次均压，常压解吸，其中每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附(a)、一均降(edi)、二均降（e2d）、三均降（e3d）、顺放（pp）、逆放（d）、冲洗（p）、三均升（e3r）、二均升（e2r）、一均升（e1r）以及终充（fr）的步骤。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明以湿垃圾处理过程中产生的沼气为原料，经过mdea脱碳、脱碳气转化造气、中变气mdea脱碳和变压吸附提纯等工艺流程，制取氢气的纯度至少达到99.999%。利用本发明的装置及方法增加了能源的回收率，减少碳排放，提高了湿垃圾处理的经济性和环保性。沼气mdea脱碳工艺中，沼气脱碳再生塔的加热源中，一部分来自于脱碳气转化造气工艺中所产生的蒸汽。变压吸附提纯工艺中产生的解吸气，经回收后，输送至转化炉，可作为燃料使用。对于工艺中产生的热能、废气进行循环利用，减少了冷却所需的循环水消耗，同时也起到节约能耗的作用。
11.【附图说明】图1是本发明的城市湿垃圾制氢装置的结构示意图。
12.图2是本发明的城市湿垃圾制氢方法的工艺流程图。
13.【具体实施方式】下面将结合实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发
明保护的范围。
14.一种城市湿垃圾制氢装置，包括第一脱碳单元、脱碳气转化造气单元、第二脱碳单元和提纯单元。
15.第一脱碳单元，包括洗涤塔、沼气脱碳塔、沼气脱碳再生塔和第一再沸器。所述洗涤塔上分别设置有原料进口和出口，所述出口与沼气脱碳塔底部相连通，沼气脱碳塔底部还设置有第一mdea溶液出料口，第一mdea溶液出料口与沼气脱碳再生塔相连通，沼气脱碳再生塔底部设置有第一再沸器。沼气脱碳塔内设置有填料层，沼气脱碳塔顶部设置有沼气脱碳气出口和第一mdea溶液进料口，第一mdea溶液进料口与沼气脱碳再生塔相连通。所述沼气脱碳气出口与压缩机的进气口相连通。
16.脱碳气转化造气单元，包括压缩机、钴钼加氢反应器、脱硫槽、转化炉和中变炉。压缩机的出气口与钴钼加氢反应器的进气口相连通，钴钼加氢反应器内设置有催化剂，钴钼加氢反应器的出气口与脱硫槽的进口相连通，脱硫槽的出口与转化炉的进气口相连通，转化炉内设置有催化剂，转化炉的出口与中变炉的进口相连通，中变炉内设置有催化剂，中变炉的出口与中变气脱碳塔的底部相连通。
17.第二脱碳单元包括中变气脱碳塔和中变气脱碳再生塔。中变气脱碳塔底部还设置有第二mdea溶液出料口，第二mdea溶液出料口与中变气脱碳再生塔相连通，中变气脱碳塔内设置有填料层，中变气脱碳塔顶部设置有中变脱碳气出口和第二mdea溶液进料口，第二mdea溶液进料口与中变气脱碳再生塔相连通，中变气脱碳再生塔底部设置有第二再沸器。中变脱碳气出口与吸附塔的进口相连通，提纯单元包括若干个并联设置的吸附塔。中变脱碳气出口与吸附塔的进口相连通，若干个吸附塔并联设置。
18.一种城市湿垃圾制氢的方法，其工艺流程包括沼气mdea脱碳、脱碳气转化造气、中变气mdea脱碳和变压吸附提纯，具体步骤为，a 沼气mdea脱碳原料沼气流入沼气洗涤塔内，用脱盐水对原料沼气进行循环洗涤后，输送至沼气脱碳塔底部，mdea溶液由沼气脱碳塔顶部进入，与沼气在填料层逆流接触，气体中的大部分二氧化碳被mdea溶液吸收。沼气脱碳气从沼气脱碳塔顶部流出，被输送至脱碳气转化造气工艺。已吸收二氧化碳的mdea溶液由沼气脱碳塔底部流出，再送入沼气脱碳再生塔顶部，与从沼气脱碳再生塔底的第一再沸器蒸发上升的混合蒸汽在填料层逆流接触，经汽提分离出二氧化碳后，再送回至沼气脱碳塔顶部，使得mdea溶液可以得到循环利用。
19.b 脱碳气转化造气将沼气脱碳气通过压缩机加压至2.4~2.6mpag，流经转化炉的预热盘管预热至350~370℃后，输送至钴钼加氢反应器进行加氢反应，在钴钼加氢催化剂的作用下，沼气脱碳气中的有机硫与氢气反应生成无机硫，含无机硫的气体流入氧化锌脱硫槽进行脱硫处理，使其中硫含量降至0.2ppm以下。将脱硫后的气体与水蒸气混合，并预热至560~600℃后，进入转化炉，在催化剂的作用下，烃类与水蒸汽反应生成含有氢气和二氧化碳的转化气。转化气流入中变炉，在催化剂的作用下，一氧化碳与水蒸气发生反应，输出中变气，经过逐渐降温并分离去冷凝水。经冷凝器冷却，当中变气冷却至40℃后，再次分离出冷凝水，送入第二脱碳单元。
20.c 中变气mdea脱碳中变气被输送至中变气脱碳塔底部，mdea溶液由中变气脱碳塔顶部进入，与中变气在填料层逆流接触，气体中的二氧化碳被mdea溶液吸收。粗制氢气从中变气脱碳塔顶部流出，送入提纯单元。已吸收二氧化碳的mdea溶液由中变气脱碳塔底部流出，再送入中变气脱碳再生塔顶部，与从中变气脱碳再生塔塔底的第二再沸器蒸发上升的混合蒸汽在填料层逆流接触，经汽提分离出二氧化碳后，再送回至中变气脱碳塔顶部，使得mdea溶液可以得到循环利用。
21.d 变压吸附提纯粗制氢气流入吸附塔中，变压吸附提纯采用6-1-3/p工艺（6个吸附塔，1塔吸附，3次均压，常压解吸）。脱碳后的中变气由吸附塔入口端进入，在出口端获得所需纯度的氢气。6个吸附塔是交替进行吸附、解吸和吸附准备过程来达到连续生产氢气的目的。每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附(a)、一均降(edi)、二均降（e2d）、三均降（e3d）、顺放（pp）、逆放（d）、冲洗（p）、三均升（e3r）、二均升（e2r）、一均升（e1r）以及终充（fr）等十一个步骤。6个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。在吸附-解吸的过程中，吸附完毕的塔内仍保留着一部分纯氢气，可用于对刚解吸完毕的其他吸附塔分别作均压和冲洗。对吸附塔内残存的氢气充分利用，还减缓了吸附塔的升压速度，即减缓了设备金属疲劳的速度，同时还减小了气体对吸附剂的冲刷力度。
22.本发明的沼气mdea脱碳工艺中，沼气脱碳再生塔的加热源中，一部分来自于脱碳气转化造气工艺中所产生的蒸汽。变压吸附提纯工艺中产生的解吸气，经回收后，输送至转化炉，可作为燃料使用。对于工艺中产生的热能、废气进行循环利用，减少了冷却所需的循环水消耗，同时也起到节约能耗的作用。