[發(fā)明專利]一種熔渣余熱驅動的富氫合成氣制備方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN109880653B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 段文軍;呂瀟峻;李朝
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C10J3/46
• 分類號: C10J3/46;C01B3/16;C01B3/56
• 代理公司: 北京易捷勝知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發(fā)明屬于余熱回收利用技術領域，尤其涉及一種熔渣余熱驅動的富氫合成氣制備系統(tǒng)及方法。該制備系統(tǒng)包括氣化反應器、重整反應器和換熱器。其中，高溫熔渣通過高溫熔渣入口輸入氣化反應器中，含碳固體燃料細顆粒的漿液通過漿液入口輸入至氣化反應器中，水蒸氣通過水蒸氣入口輸入至氣化反應器中。高爐熔渣、水蒸氣以及含碳固體燃料細顆粒的漿液在氣化反應器中進行化學反應，并將反應后生成的粗合成氣輸入至重整反應器，經(jīng)重整反應后輸出包含有氫氣、二氧化碳及水蒸氣的合成氣，接著分別去除二氧化碳和水蒸氣，從而獲得富氫合成氣。本發(fā)明耦合了氣化反應器、重整反應器以及換熱器的技術優(yōu)勢，既有效利用了高爐熔渣的高品質余熱余能，又實現(xiàn)了富氫合成氣的制備。

技術領域

本發(fā)明屬于余熱回收利用技術領域，尤其涉及一種熔渣余熱驅動的富氫合成氣制備方法及系統(tǒng)。

背景技術

鋼鐵企業(yè)是我國的耗能大戶，鋼鐵企業(yè)的余熱資源約占燃料消耗量的三分之一。隨著一系列的技術的使用，使得鋼鐵企業(yè)的余熱得到了回收，但是高爐渣的顯熱仍沒有得到有效的回收利用。因此對高爐渣余熱回收利用的研究成為近年來人們關注的焦點。高爐渣在高爐煉鐵過程中產(chǎn)生，從高爐排出的溫度約為1500℃，呈熔融狀態(tài)，噸渣熱焓值約為1770MJ，相當于60kg標煤完全燃燒所產(chǎn)生的熱量。2018年我國的高爐渣產(chǎn)量達到了2.5億噸，攜帶熱量相當于1500萬噸標準煤的發(fā)熱值。高爐渣余熱的回收利用能夠有效地降低鋼鐵企業(yè)的能源消耗，有利于實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

高爐渣余熱余能回收利用的制約因素主要集中在三個方面：高爐渣的導熱系數(shù)較低，相當一部分余熱回收設備對熔渣流動性的要求比較高，以達到最佳的熔渣流量和風量的配比；高爐渣余熱利用過程中的能耗與污染問題嚴重，傳統(tǒng)的濕法處理方式對環(huán)境污染比較嚴重，干式粒化法則對裝置的投資和運行成本要求較大；后續(xù)冷渣的利用是不可忽視的問題，冷卻速度越快，它的性質就越接近于水泥材料的水硬性和強度。

當前高爐渣的處理方法主要有兩類：水淬法和干式處理法。水淬法即用新水直接沖擊高溫熔渣使其溫度迅速降低形成大量的玻璃態(tài)物質，而作為生產(chǎn)水泥的原料，產(chǎn)生的熱水僅用于鋼鐵企業(yè)的廠區(qū)供暖及洗浴等用途，余熱回收率僅有有限的10％左右。典型的水淬法主要為底濾法、因巴法、圖拉法、拉薩法及名特克法。干式處理法主要有機械破碎法、風淬法及離心粒化法，回收高爐渣的顯熱，由于這些方式存在熱回收率低、潛熱未被利用、能耗大、處理困難等問題，還處于實驗研究階段，并未廣泛應用到生產(chǎn)實際當中。

關于高爐渣余熱余能的回收利用問題受到了很大的重視，國內(nèi)外有關鋼鐵企業(yè)和高校、研究所正在開展研究工作，但目前為止并未見到實體設備廣泛工業(yè)化應用的報道，也未形成成熟技術。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術問題

針對現(xiàn)有存在的高爐爐渣余熱回收利用率低技術問題，本發(fā)明提供一種熔渣余熱驅動的富氫合成氣制備方法及系統(tǒng)。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術方案包括：

一種熔渣余熱驅動的富氫合成氣制備系統(tǒng)，其包括氣化反應器、重整反應器和換熱器；

氣化反應器具有高溫熔渣入口、漿液入口、水蒸氣入口、爐渣出口和合成氣出口，其中，高溫熔渣通過高溫熔渣入口輸入氣化反應器中，含碳固體燃料細顆粒的漿液通過漿液入口輸入至氣化反應器中，水蒸氣通過水蒸氣入口輸入至氣化反應器中；

高爐熔渣、水蒸氣和含碳固體燃料細顆粒的漿液在氣化反應器中進行化學反應，并將反應后生成的粗合成氣輸入至重整反應器中，將爐渣輸入至換熱器中，換熱器通過與爐渣換熱制備水蒸氣；

換熱器的水蒸氣出口與氣化反應器、重整反應器的水蒸氣入口連通。

富氫合成氣制備系統(tǒng)還包括儲渣罐、含碳固體燃料細顆粒的漿液存儲器、分離設備、收集器、吸收塔、干燥器、儲氫器和高爐渣粒收集器；