利用水蒸气等离子的制氢装置及制氢方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用水蒸气等离子的制氢装置及制氢方法，利用微波对水蒸气激活，生成氢、氧自由基(化学式1)，在气化反应器中使碳物质与氢、氧自由基或部分未激活的水蒸气反应生成CO、CO2及H2(化学式2、3、4)，将生成的气体和在气化反应器中由氢自由基结合而生成的H2((化学式5)与水蒸气一同注入到一氧化碳转换器中进一步生成H2，将CO转换为CO2并排出(化学式6)。本发明专利技术通过将水蒸气等离子气化器的气化反应器设计成六面体形大容量结构，使水蒸气等离子体炬容易附着，并将炬设置面积增加及简单化，从而能够在一个气化反应器上附着10～100个水蒸气等离子体炬，具有提供商业规模的大容量水蒸气等离子气化反应器的效果。

Hydrogen production device and hydrogen production method using water vapor plasma

The invention relates to a method and device for hydrogen production of hydrogen production by water vapor plasma, the activation of water vapor by microwave generating hydrogen and oxygen free radical (formula 1), in the gasification reactor to make carbon material and hydrogen, oxygen free radical or partial activation of water vapor reaction of CO, CO2 and H2 (the chemical formula 2, 3, 4), and gas generated in the gasification reactor by the hydrogen radicals generated by the combination of H2 (chemical formula (5) and water vapor injection to further generate H2 with carbon monoxide converter, convert CO to CO2 and discharge (formula 6). The design of the gasification reactor water vapor plasma gasifier into six very large capacity structure, so that the water vapor plasma torch and torch set for easy attachment, and simple area increased to 10~100, a water vapor plasma torch attached to a gasification reactor, has provided a large volume of water vapor plasma gasification reactor of commercial scale effect.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用水蒸气等离子的制氢装置及制氢方法
本专利技术涉及一种利用水蒸气等离子的制氢装置及制氢方法，更详细地，涉及一种使被微波激活为等离子状态的水蒸气和碳成分进行反应来制备氢、二氧化碳及一氧化碳，并再使一氧化碳和水蒸气进行二次反应来追加制备氢并进行提炼分离的利用水蒸气等离子的制氢装置及制氢方法。
技术介绍
虽然氢是通过天然气、石脑油(Naphtha)重整、水电解等来制备，但由于制备成本高，将这些制备方法适用到作为氢市场的燃料电池、汽车、炼油、化学工程等时产生经济问题，因此迫切需要低廉的氢生产方法。因此，利用水蒸气和微波等离子的气化工程备受瞩目，但现有的水蒸气等离子气化器中所设置的微波发生器的最大容量为100kW，因此为确保商用规模的水蒸气等离子气化器而需要数十个微波发生器，而且，现有的圆筒形(Cylinder)或与此相似结构的水蒸气等离子气化器是水蒸气等离子体炬的附着面积狭窄，与附着微波波导管、注入煤炭、注入水蒸气等相关的水蒸气等离子体炬周边的附带设施复杂，因此附着于每个水蒸气等离子气化器的水蒸气等离子体炬的数量受到限制(3～4个)，为克服这种问题，可将多个小型气化器并列连接来适当地增加气化器的容量，但由此会导致水蒸气等离子气化装置的设置及维护管理费上升、设置占地面积大等问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术是为了解决水蒸气等离子气化器中存在的上述问题而提出的，目的在于提供一种商业规模的大容量水蒸气等离子气化器，其通过将水蒸气等离子气化器的气化反应器设计成大容量的六面体形结构，使水蒸气等离子体炬容易附着，并将炬设置面积增加及简单化，从而能够在一个气化反应器上附着10～100个水蒸气等离子体炬。并且，本专利技术的另一目的在于提供一种商用水蒸气等离子气化器的标准模型，其通过将水蒸气等离子气化器和热回收锅炉设计成一体型，大幅缩小设施占地面积，实现设备的简单化，因此不仅降低设备投资费用，还减少设备的故障频率，从而能够提高设备的可信度。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种利用水蒸气等离子的制氢装置，其包括：水蒸气等离子体炬，其连接水蒸气锅炉、微波发生器、给煤粉机、供氧机；气化反应器，使用等离子体炬的火焰使经由所述微波发生器的微波进行等离子激活的水蒸气和煤粉进行高温反应来产生合成气体；热回收水蒸气锅炉，从所述气化反应器的合成气体回收显热；气体提炼设备，其去除所述合成气体中的硫化物等；粉尘去除设备，其去除所述合成气体中的粉尘；一氧化碳转换器，其使通过所述粉尘去除设备的合成气体中的一氧化碳和水蒸气进行催化反应从而转换为二氧化碳和氢；变压吸附气体分离器，从由所述一氧化碳转换器放出的气体分离出氢；氢储存箱，其储存分离出的所述氢。其中，所述气化反应器与所述热回收水蒸气锅炉中间隔着隔板形成一体化结构。并且，所述气化反应器被设计为大容量六面体形结构，除热回收水蒸气锅炉侧的壁面和上表面、下表面之外的气化反应器的三个壁面能够设置10～100个水蒸气等离子体炬，设置在三个壁面上的10～100个水蒸气等离子体炬产生的等离子火焰在气化反应器的中央部位形成火焰柱(FireBall)，从而迅速达到气化反应所需的温度。并且，所述气体提炼设备采用利用熟石灰的半干式泥浆喷雾方式。并且，本专利技术提供一种利用水蒸气等离子的制氢方法，其方法包括以下步骤：将水蒸气锅炉的水蒸气移动至由微波发生器生成的微波的通道并激活成等离子状态；将由给煤粉机喷射的煤粉和由供氧机供应的氧与被激活成所述等离子状态的水蒸气一同注入到气化反应器中，并利用等离子火焰进行高温反应来生成合成气体；使用与所述气化反应器中间隔着隔板一体形成的热回收水蒸气锅炉回收由气化反应器生成的合成气体的显热；使用半干式泥浆喷雾方式的气体提炼设备去除热回收后温度变低的合成气体中的硫成分等，使用袋滤器等粉尘去除设备去除灰粉尘、泥浆等飞散物质；将已通过粉尘去除设备的合成气体压缩并和水蒸气锅炉的水蒸气一同混合投放到一氧化碳转换器中，从而大部分的一氧化碳通过催化反应被转换为氢和二氧化碳；对从一氧化碳转换器中放出的气体进行冷却和压缩，并在变压吸附气体分离器中分离，从而制备纯度99％以上的氢，并将制备的氢储存到氢储存箱。其中，在所述气化反应器中生成合成气体的步骤是在大气压或比大气压稍微低的压力条件下进行。并且，在所述气化反应器中生成合成气体的步骤中，在气化反应器的中央部位多个等离子火焰合在一起形成的火焰柱(FireBall)中完成气化反应。并且，本专利技术提供一种利用水蒸气等离子的制氢方法，其中，利用由所述热回收水蒸气锅炉生产的水蒸气来均能够，从而可以代替合成气体生成步骤和一氧化碳转换步骤中所需的全部水蒸气。并且，本专利技术提供一种利用水蒸气等离子的制氢方法，其中，通过所述粉尘去除设备的除尘工作气体将粉尘毛对合成气体中的部分气体进行冷却和压缩来作为工作气体，从而防止气体的外部流出或外部空气的混入。(三)有益技术效果本专利技术具有提供商业规模的大容量水蒸气等离子气化器的效果，所述气化器通过将水蒸气等离子气化器的气化反应器设计成六面体形大容量结构，使水蒸气等离子体炬容易附着，并将炬设置面积增加及简单化，从而能够在一个气化反应器上附着10～100个水蒸气等离子体炬。并且，本专利技术的水蒸气等离子气化反应器作为商业化模型充分执行其作用，大大贡献于促进作为相关产业的制氢、合成气发电、燃料电池、氢动力汽车、化工产业等的发展。并且，本专利技术具有提供一种商用水蒸气等离子气化器的标准模型的效果，所述水蒸气等离子气化器是通过将气化反应器和热回收锅炉设计成一体型，大幅缩小设施占地面积，实现设备的简单化，因此不仅降低设备投资费用，还减少设备的故障频率，从而能够提高设备的可信度。并且，本专利技术的水蒸气等离子气化反应器是将低阶煤作为碳原料来使用，相比现有的天然气重整制氢工艺，能够大幅降低制氢单价，从而能够诱发燃料电池等将氢作为燃料的相关产业的经济效果，并且能够提前作为清洁能源的氢经济时代的到来。附图说明图1是本专利技术的一个实施例的利用水蒸气等离子的制氢装置及制氢工艺图；图2是本专利技术的一个实施例的气化反应器的侧面概念图；图3是本专利技术的一个实施例的气化反应器内部的气化工作情况的俯视概念图；图4是根据本专利技术的一个实施例的在气化反应器的三个面上以各面4×4的排列方式设置共48个水蒸气等离子体炬的气化反应器的俯视概念图；图5是将48个水蒸气等离子体炬分别设置在12个现有的圆筒型(cylinder)小容量气化反应器上时的概念图；附图标记说明：100：水蒸气等离子体炬；110：水蒸气锅炉；110'：水蒸气锅炉；111：水蒸气锅炉；120：微波发生器；130：给煤粉机；140：供氧机；200：气化反应器；200'：圆筒形小容量气化反应器；210：等离子火焰；220：火焰柱(FireBall)；250：隔板；260：隔板；300：热回收水蒸气锅炉；400：气体提炼设备；410：熟石灰储存池；500：粉尘去除设备；600：一氧化碳转换器(COShifter)；700：变压吸附气体分离器；800：氢储存箱。具体实施方式本专利技术的利用水蒸气等离子的制氢装置包括如下工艺：通过微波对水蒸气进行激活，并生成等离子状态的氢自由基和氧自由基(化学式1)，然后在气化反应器中使煤炭或有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用水蒸气等离子的制氢装置，包括：水蒸气等离子体炬(100)，其连接水蒸气锅炉(110)、微波发生器(120)、给煤粉机(130)、供氧机(140)；气化反应器(200)，使用等离子体炬(100)的火焰(210)使经由所述微波发生器(120)的微波进行等离子激活的水蒸气和煤粉进行高温反应来产生合成气体；热回收水蒸气锅炉(300)，从所述气化反应器(200)的合成气体回收热；气体提炼设备(400)，其去除所述合成气体中的硫化物等；粉尘去除设备(500)，其去除所述合成气体中的粉尘；一氧化碳转换器(600)，其使通过所述粉尘去除设备(500)的合成气体中的一氧化碳和水蒸气进行催化反应从而转换为二氧化碳和氢；变压吸附气体分离器(700)，从由所述一氧化碳转换器(600)放出的气体分离出氢；氢储存箱(800)，其储存分离出的所述氢。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.30 KR 10-2015-00930421.一种利用水蒸气等离子的制氢装置，包括：水蒸气等离子体炬(100)，其连接水蒸气锅炉(110)、微波发生器(120)、给煤粉机(130)、供氧机(140)；气化反应器(200)，使用等离子体炬(100)的火焰(210)使经由所述微波发生器(120)的微波进行等离子激活的水蒸气和煤粉进行高温反应来产生合成气体；热回收水蒸气锅炉(300)，从所述气化反应器(200)的合成气体回收热；气体提炼设备(400)，其去除所述合成气体中的硫化物等；粉尘去除设备(500)，其去除所述合成气体中的粉尘；一氧化碳转换器(600)，其使通过所述粉尘去除设备(500)的合成气体中的一氧化碳和水蒸气进行催化反应从而转换为二氧化碳和氢；变压吸附气体分离器(700)，从由所述一氧化碳转换器(600)放出的气体分离出氢；氢储存箱(800)，其储存分离出的所述氢。2.根据权利要求1所述的利用水蒸气等离子的制氢装置，其特征在于，所述气化反应器(200)与所述热回收水蒸气锅炉(300)中间隔着隔板(250、260)形成一体化结构。3.根据权利要求1或2所述的利用水蒸气等离子的制氢装置，其特征在于，所述气化反应器(200)被设计为六面体形结构，除热回收水蒸气锅炉(300)侧的壁面和上表面、下表面之外的气化反应器(200)的三个壁面能够设置10～100个水蒸气等离子体炬(100)。4.根据权利要求3所述的利用水蒸气等离子的制氢装置，其特征在于，由设置在所述气化反应器(200)的三个壁面上的10～100个水蒸气等离子体炬(100)产生的等离子火焰(210)在气化反应器(200)的中央部位形成火焰柱，从而迅速达到气化反应所需的温度。5.根据权利要求1所述的利用水蒸气等离子的制氢装置，其特征在于，所述气体提炼设备(400)采用利用熟石灰的半干式泥浆喷雾方式。6.一种利用水蒸气等离子的制氢方法，包括以下步骤：将水蒸气锅炉(110)的水蒸气移动至由微波发生器(120)生成的微波的通道并激活成等离子状态；将由给煤粉机(130)喷射的煤粉和由供氧机(140)供应的氧与被激活成所述等离子状...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴世根，
申请(专利权)人：永泰能源有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR