一种基于低阶煤热解水蒸汽熄焦水煤气制氢的组合方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于低阶煤热解水蒸汽熄焦水煤气制氢的组合方法及系统，所述方法包括以下步骤：将低温干馏炉产生的半焦升温后缓慢下行；向上连续喷入水蒸汽，使其与高温半焦进行热交换；经所述热交换升温后的水蒸汽与部分高温半焦发生气化反应生成水煤气；将所述水煤气收集、净化，分离后得到H

Combined method and system based on low grade coal pyrolysis water steam coke quenching water gas hydrogen production

The invention relates to a system and method of combination of low rank coal pyrolysis steam quenching water gas based on the method comprises the following steps: semi coke will produce low temperature carbonization furnace after heating to slow down; continuously sprayed into steam, the heat exchange with the high temperature coke after heating; water vapor and high temperature semi coke gasification reaction of water gas generator generated by the heat exchange; the water gas collection, purification, separation by H

【技术实现步骤摘要】
一种基于低阶煤热解水蒸汽熄焦水煤气制氢的组合方法及系统
本专利技术涉及煤炭清洁高效利用
，具体是一种基于低阶煤热解，水蒸汽熄焦，水煤气制氢的组合方法及系统。
技术介绍
随着国家能源战略的调整，煤炭清洁高效利用被列为我国十三五规划一百项重大项目的第八位。目前清洁高效利用煤炭资源主要有：将高挥发分低阶煤低温干馏热解提质，煤焦油加氢制燃料油，荒煤气发电，合成燃料和制取高附加值的化工产品原料。其中煤焦油加氢制柴油，汽油等燃油产品需要大量纯氢原料。现有制氢方法主要有：电解水制氢，烃类制氧，天然气制氧，甲醇制氢，煤炭气化制氢等，这些方法因原料贵，能耗高，工艺设备投资大，运行过程费用多，纯氢产品成本高。另外现在煤炭低温干馏后的炽热半焦主要用水熄降温处理，然后再次烘干，严重浪费水源和热源，半焦产品受二次污染质量差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于低阶煤热解水蒸汽熄焦水煤气制氢的组合方法。该方法充分利用低温干馏半焦的高固定碳、特低硫、磷、氧、氮等杂质的特点，同时有效利用炽热半焦的余热，把质优价廉、原料充足、外运成本高的热解固态产品就地转化为附加值高的液态和气态产品。具体而言，本专利技术提供的基于低阶煤热解水蒸汽熄焦水煤气制氢的组合方法包括以下步骤：(1)将低温干馏炉产生的半焦升温至900～1100℃，所得高温半焦缓慢下行；(2)向上连续喷入150～250℃的水蒸汽，使其沿所述下行的高温半焦的空隙向上穿行，并与所述高温半焦进行热交换；(3)经所述热交换升温至427℃以上的水蒸汽与部分高温半焦发生气化反应，生成主要成分为H2和CO的水煤气；(4)将所述水煤气收集、净化，分离后得到H2和CO；收集所述H2，进一步将所述CO在催化剂作用下与水蒸汽反应生成H2并收集；将两次收集所得H2合并后进行纯化，得纯H2；(5)另一部分未发生气化反应的高温半焦在下行过程中与所述向上穿行的水蒸汽热交换后降温，进一步冷却后输出。本专利技术步骤(1)所述低温干馏炉产生的半焦温度为550～650℃。所述升温具体为：通入富氧空气，与部分半焦反应后燃烧，燃烧所得热量使其余半焦升温至900℃～1100℃。本专利技术步骤(4)所述水煤气收集、净化具体为：用集气伞收集水煤气，用桥管导出后送入旋风除尘器除尘净化，经余热回收换热器降温至200℃以下，再送入文氏洗涤塔进一步降温净化，得粗水煤气。步骤(4)采用能让H2分子通过而CO分子不能通过的陶瓷膜或分子筛将H2与CO分离，将分离所得的H2送入粗氢储罐备用。步骤(4)分离得到的CO加热后送入变换反应器，在催化剂作用下与水蒸汽发生变换反应生成含有H2和CO2的混合气，再采用能让H2分子通过而CO2分子不能通过的陶瓷膜或分子筛将H2与CO2分离，将分离所得的H2送入粗氢储罐备用。所述CO气体送入变换反应器前加热至230～280℃，所述水蒸汽的温度为170～230℃；二者在催化剂作用下进行如下放热反应：CO+H2O→H2+CO2；所述反应中，优选水蒸汽过量。所述粗氢储罐内存储的H2经冷干器脱水后送入变压吸附系统提纯，得到纯度99.9％以上的纯H2。本专利技术步骤(5)所述进一步冷却具体为：先用冷却水进行喷淋冷却，使所述半焦产品降温至60℃以下，含水率为12～15％；再进行缓冲冷却，即可。本专利技术为煤焦油加氢找到了最低成本的制氢工艺方法，充分利用了价廉质优的原料半焦；增温后的高温半焦连续部分气化产生的水煤气杂质少，品质高，有利于CO的变换和H2的提纯；炽热半焦给水蒸气换热降温熄焦，余热利用充分，半焦无熄焦和烘干过程中的二次污染，保证了半焦产品的质量。本专利技术同时提供了一种基于低阶煤热解水蒸汽熄焦水煤气制氢的系统。具体而言，所述系统包括三段式水煤气发生器，所述水煤气发生器优选为外钢筒内衬耐火材料的筒体结构。所述水煤气发生器包括通过半焦通道由上至下顺次联通的增温仓、水煤气发生仓以及半焦降温仓。其中：所述增温仓顶部的半焦入口与低温干馏炉的半焦出口相连；所述增温仓内设置布风燃烧器和高温烟气通道；所述水煤气发生仓底部设置喷口向上的水蒸汽喷射器；所述水煤气发生仓底的上部设置水煤气集气伞，所述水煤气集气伞的出口依次与水煤气导出桥管、旋风除尘器、余热回收换热器、文氏洗涤塔以及H2-CO分离器相连；所述H2-CO分离器的CO出口依次与变换反应器和H2-CO2分离器相连；所述H2-CO分离器的H2出口和H2-CO2分离器的H2出口汇合至粗氢储罐，所述粗氢储罐的H2出口依次与粗H2冷干器、变压吸附PSA系统以及纯H2气柜相连；所述半焦降温仓内设置熄焦喷淋冷却仓和螺旋出焦机；所述螺旋出焦机的出口依次与皮带输送机以及半焦产品库相连。本专利技术提供的方法可利用该系统进行实施。具体而言：所述步骤(1)将低温干馏炉产生的半焦通入所述水煤气发生器顶端，进入所述增温仓后升温至900～1100℃，所得高温半焦进入所述水煤气发生仓，并缓慢下行。在该过程中，通过向增温仓中的布风燃烧器吹入一定量的富氧空气，使部分半焦燃烧，所产生的热量将其余半焦增温至900～1100℃，燃烧产生的高温烟气可通过高温烟气通道送入干馏炉作为干馏热源气。所述步骤(2)从所述水煤气发生仓底端向上连续喷入150～250℃的水蒸汽。所述水蒸汽喷射器优选采用耐高温不锈钢材质制作。所述步骤(3)中，增温后的炽热半焦连续缓慢下行，与连续上窜并升温至427℃以上的水蒸汽在水煤气发生仓内发生气化反应，产生以H2和CO为主要组分的水煤气。所述步骤(4)通过位于所述水煤气发生仓上部(约600℃温区)的集气伞收集水煤气后，将水煤气导出。所述集气伞为耐火耐腐不锈钢材质。所述步骤(5)中未发生气化反应的高温半焦在下行过程中与向上穿行的150～250℃水蒸汽热交换后降温，下行至半焦降温仓后进一步冷却。作为本专利技术的一种具体的实施方案，所述方法包括以下具体步骤：A、将低温干馏炉产生的600℃炽热半焦送入水煤气发生仓并增温至1000℃，因干馏炉连续产焦，水煤气发生器底部连续出焦，增温后的半焦床层同样连续缓慢下行；B、将废热锅炉产生的200℃水蒸气连续定量地从水煤气发生器的底部向上喷射，沿下行的高温半焦空隙向上穿行，与高温半焦换热升温；C、到达427℃以上的高温时水蒸汽便与炽热半焦发生气化反应，产生富含H2和CO的水煤气；将连续不断生成的水煤气用设置在水煤气发生仓上部600℃温区位置的集气阵伞收集并用桥管导出送入旋风除尘器除尘净化；再经余热回收换热器降温后送入文氏洗涤塔进一步降温净化，得到粗水煤气；D、用陶瓷膜(或分子筛)制作的分离器将H2和CO分离，H2送入粗氢储罐备用；E、将分离出来的CO加热至250℃和200℃的水蒸汽一同送入变换反应器，在催化剂作用下发生变换反应如下：CO+H2O→H2+CO2+(-41.4Kg/mol)因变换反应属于放热的可逆反应过程。受化学平衡的制约，过量的水蒸汽和适当低的温度(在满足催化剂活性温度前提下)将有利于尽可能多的CO转化成H2；F、将粗H2冷干脱水后送入PSA(变压吸附)系统提纯，生产99.9％的高纯度H2产品；G、未燃烧(或气化)的半焦连续下行，并与空隙中向上窜的水蒸汽换热降温，到水煤气发生仓底部出焦口半焦温度降至220℃以下；H、降温后的半焦进入螺旋出焦机进料口的喷淋冷却仓，用冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于低阶煤热解水蒸汽熄焦水煤气制氢的组合方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将低温干馏炉产生的半焦升温至900～1100℃，所得高温半焦缓慢下行；(2)向上连续喷入150～250℃的水蒸汽，使其沿所述下行的高温半焦的空隙向上穿行，并与所述高温半焦进行热交换；(3)经所述热交换升温至427℃以上的水蒸汽与部分高温半焦发生气化反应，生成主要成分为H

【技术特征摘要】
1.一种基于低阶煤热解水蒸汽熄焦水煤气制氢的组合方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将低温干馏炉产生的半焦升温至900～1100℃，所得高温半焦缓慢下行；(2)向上连续喷入150～250℃的水蒸汽，使其沿所述下行的高温半焦的空隙向上穿行，并与所述高温半焦进行热交换；(3)经所述热交换升温至427℃以上的水蒸汽与部分高温半焦发生气化反应，生成主要成分为H2和CO的水煤气；(4)将所述水煤气收集、净化，分离后得到H2和CO；收集所述H2，进一步将所述CO在催化剂作用下与水蒸汽反应生成H2并收集；将两次收集所得H2合并后进行纯化，得纯H2；(5)另一部分未发生气化反应的高温半焦在下行过程中与所述向上穿行的水蒸汽热交换后降温，进一步冷却后输出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述低温干馏炉产生的半焦温度为550～650℃；所述升温具体为：通入富氧空气，与部分半焦反应后燃烧，燃烧所得热量使其余半焦升温至900℃～1100℃。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述水煤气收集、净化具体为：用集气伞收集水煤气，用桥管导出后送入旋风除尘器除尘净化，经余热回收换热器降温至200℃以下，再送入文氏洗涤塔进一步降温净化，得粗水煤气。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)采用能让H2分子通过而CO分子不能通过的陶瓷膜或分子筛将H2与CO分离，将分离所得的H2送入粗氢储罐备用。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)分离得到的CO加热后送入变换反应器，在催化剂作用下与水蒸汽发生变换反应生成含有H2和CO2的混合气，再采用能让H2分子通过而CO2分子不能通过的陶瓷膜或分子筛将H2与CO2分离，将分离所得的H2送入粗氢储罐备用。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述CO气体送入变换反应器前加热至230～280℃，所述水蒸汽的温度为170～230℃；二者在催化剂作用下进行如下放热反应：CO+H2O→H2+CO2；所述反应中，优选水蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁继海，袁涛，
申请(专利权)人：袁涛，
类型：发明
国别省市：新疆,65