[發(fā)明專利]一種基于低階煤熱解水蒸汽熄焦水煤氣制氫的組合方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710125052.5
• 申請(qǐng)日: 2017-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106947541B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁繼海;袁濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 袁濤
• 主分類號(hào): C10J3/46
• 分類號(hào): C10J3/46;C10K1/10;C10K3/04;B01D53/047;B01D53/22
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

1.一種基于低階煤熱解水蒸汽熄焦水煤氣制氫的組合方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將低溫干餾爐產(chǎn)生的半焦升溫至900～1100℃，所得高溫半焦緩慢下行；

其中，所述低溫干餾爐產(chǎn)生的半焦溫度為550～650℃；所述升溫具體為：通入富氧空氣，與部分半焦反應(yīng)后燃燒，燃燒所得熱量使其余半焦升溫至900℃～1100℃；

(2)向上連續(xù)噴入150～250℃的水蒸汽，使其沿所述下行的高溫半焦的空隙向上穿行，并與所述高溫半焦進(jìn)行熱交換；

(3)經(jīng)所述熱交換升溫至427℃以上的水蒸汽與部分高溫半焦發(fā)生氣化反應(yīng)，生成主要成分為H₂和CO的水煤氣；

(4)將所述水煤氣收集、凈化，分離后得到H₂和CO；收集所述H₂，進(jìn)一步將所述CO在催化劑作用下與水蒸汽反應(yīng)生成H₂并收集；將兩次收集所得H₂合并后進(jìn)行純化，得純H₂；

(5)另一部分未發(fā)生氣化反應(yīng)的高溫半焦在下行過(guò)程中與所述向上穿行的水蒸汽熱交換后降溫，進(jìn)一步冷卻后輸出；

步驟(5)所述進(jìn)一步冷卻具體為：先用冷卻水進(jìn)行噴淋冷卻，使所述半焦產(chǎn)品降溫至60℃以下，含水率為12～15％；再進(jìn)行緩沖冷卻，即可；

步驟(5)分離得到的CO加熱后送入變換反應(yīng)器，在催化劑作用下與水蒸汽發(fā)生變換反應(yīng)生成含有H₂和CO₂的混合氣，再采用能讓H₂分子通過(guò)而CO₂分子不能通過(guò)的陶瓷膜或分子篩將H₂與CO₂分離，將分離所得的H₂送入粗氫儲(chǔ)罐備用；

所述CO氣體送入變換反應(yīng)器前加熱至230～280℃，所述水蒸汽的溫度為170～230℃；二者在催化劑作用下進(jìn)行如下放熱反應(yīng)：CO+H₂O→H₂+CO₂；所述水蒸汽為過(guò)量；

所述組合方法是基于低階煤熱解水蒸汽熄焦水煤氣制氫的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括：水煤氣發(fā)生器；所述水煤氣發(fā)生器包括通過(guò)半焦通道由上至下順次聯(lián)通的增溫倉(cāng)、水煤氣發(fā)生倉(cāng)以及半焦降溫倉(cāng)；

所述增溫倉(cāng)頂部的半焦入口與低溫干餾爐的半焦出口相連；所述增溫倉(cāng)內(nèi)設(shè)置布風(fēng)燃燒器和高溫?zé)煔馔ǖ溃?/p>

所述水煤氣發(fā)生倉(cāng)底部設(shè)置噴口向上的水蒸汽噴射器；所述水煤氣發(fā)生倉(cāng)的上部設(shè)置水煤氣集氣傘，所述水煤氣集氣傘的出口依次與水煤氣導(dǎo)出橋管、旋風(fēng)除塵器、余熱回收換熱器、文氏洗滌塔以及H₂-CO分離器相連；所述H₂-CO分離器的CO出口依次與變換反應(yīng)器和H₂-CO₂分離器相連；所述H₂-CO分離器的H₂出口和H₂-CO₂分離器的H₂出口匯合至粗氫儲(chǔ)罐，所述粗氫儲(chǔ)罐的H₂出口依次與粗H₂冷干器、變壓吸附PSA系統(tǒng)以及純H₂氣柜相連；

所述半焦降溫倉(cāng)內(nèi)設(shè)置熄焦噴淋冷卻倉(cāng)和螺旋出焦機(jī)；所述螺旋出焦機(jī)的出口依次與皮帶輸送機(jī)以及半焦產(chǎn)品庫(kù)相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)所述水煤氣收集、凈化具體為：用集氣傘收集水煤氣，用橋管導(dǎo)出后送入旋風(fēng)除塵器除塵凈化，經(jīng)余熱回收換熱器降溫至200℃以下，再送入文氏洗滌塔進(jìn)一步降溫凈化，得粗水煤氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)采用能讓H₂分子通過(guò)而CO分子不能通過(guò)的陶瓷膜或分子篩將H₂與CO分離，將分離所得的H₂送入粗氫儲(chǔ)罐備用。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗氫儲(chǔ)罐內(nèi)存儲(chǔ)的H₂經(jīng)冷干器脫水后送入變壓吸附系統(tǒng)提純，得到純度99.9％以上的純H₂。

5.一種基于低階煤熱解水蒸汽熄焦水煤氣制氫的系統(tǒng)，其特征在于，包括水煤氣發(fā)生器；所述水煤氣發(fā)生器包括通過(guò)半焦通道由上至下順次聯(lián)通的增溫倉(cāng)、水煤氣發(fā)生倉(cāng)以及半焦降溫倉(cāng)；

所述增溫倉(cāng)頂部的半焦入口與低溫干餾爐的半焦出口相連；所述增溫倉(cāng)內(nèi)設(shè)置布風(fēng)燃燒器和高溫?zé)煔馔ǖ溃?/p>

所述水煤氣發(fā)生倉(cāng)底部設(shè)置噴口向上的水蒸汽噴射器；所述水煤氣發(fā)生倉(cāng)的上部設(shè)置水煤氣集氣傘，所述水煤氣集氣傘的出口依次與水煤氣導(dǎo)出橋管、旋風(fēng)除塵器、余熱回收換熱器、文氏洗滌塔以及H₂-CO分離器相連；所述H₂-CO分離器的CO出口依次與變換反應(yīng)器和H₂-CO₂分離器相連；所述H₂-CO分離器的H₂出口和H₂-CO₂分離器的H₂出口匯合至粗氫儲(chǔ)罐，所述粗氫儲(chǔ)罐的H₂出口依次與粗H₂冷干器、變壓吸附PSA系統(tǒng)以及純H₂氣柜相連；

所述半焦降溫倉(cāng)內(nèi)設(shè)置熄焦噴淋冷卻倉(cāng)和螺旋出焦機(jī)；所述螺旋出焦機(jī)的出口依次與皮帶輸送機(jī)以及半焦產(chǎn)品庫(kù)相連。