The invention discloses a device and method for producing high purity hydrogen directly from high temperature coke oven waste gas. The device comprises a tar converter, a waste heat boiler, a spray tower, an array autothermal reforming membrane reactor, a water vapor converter and a pressure swing adsorption tower. The tar converter comprises a primary air nozzle group, a secondary air nozzle group, a reaction chamber and a thermal insulation layer, and an array autothermal reforming membrane reaction. The device comprises a combustion heating chamber, a flue gas heating chamber, a fixed reforming bed, a palladium alloy membrane tube, a flue gas guide pipe, a connecting coil pipe and a gas collecting header; the device can make full use of the sensible heat carried by the high temperature coke oven gas and the rich tar to produce high purity H2 with low energy consumption and high efficiency, and is conducive to the pure separation of CO2 while realizing the production of high purity hydrogen. It provides an effective way for zero emission of coke oven gas.
【技术实现步骤摘要】
一种直接利用高温焦炉荒煤气制取高纯氢的装置及方法
本专利技术属于焦炉荒煤气净化和余热回收
,具体涉及一种直接利用高温焦炉荒煤气制取高纯氢的装置及方法。
技术介绍
焦炉荒煤气(RCOG)是煤炼焦产生的高温气体副产物,主要成分为H2(>50%)、CH4(24~28%)、CO(1~3%)和部分轻质烃类化合物,还含有质量>30%、浓度约为100g/m3的焦油蒸汽。实际生产中,焦炉上升管入口处的焦炉荒煤气携带了占焦炉热量30-40%的显热,温度达到750-850℃。2016年中国的焦炭产量为4.49亿吨,按每生产1吨焦炭将产生约430Nm3焦炉煤气计算,焦炉煤气年产量超过了1800亿Nm3。由于缺乏高效利用途径,每年有近300亿Nm3焦炉煤气被直接燃烧掉或排入大气。焦炉荒煤气富含氢气,含能组分质量浓度高,且携带大量显热,是一种优质的大规模制氢原料。制得的氢气可以作为燃料电池燃料,也广泛应用于石油化工、金属冶炼、化肥生产、电子工业等行业。常规的焦炉煤气制氢方法是先将焦炉荒煤气冷却至<80℃,经除尘和脱硫后分离回收大部分焦油,得到的焦炉净煤气(COG)再通过变压吸附(PSA)分离获得氢气。冷洗浪费了焦炉荒煤气的大部分显热,回收的焦油中甲苯不溶物含量也容易超标,而且PSA分离法的氢气实际回收率一般不到理论值的80%。此外,富含CH4、CO和残余H2的PSA解吸气一般被直接燃烧或者排空,造成了能量浪费和环境污染。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种直接利用高温焦炉荒煤气制取高纯氢的装置,能够实现能量平衡利用。本专利技术的另一目的是提供一种直接利用高 ...
【技术保护点】
1.一种直接利用高温焦炉荒煤气制取高纯氢的装置,其特征在于,包括焦油转换器(1)、余热锅炉(2)、喷淋塔(5)、阵列式自热重整膜反应器(6)、水汽转化器(7)和变压吸附塔(11);所述的焦油转换器(1)包括一级空气喷嘴组(101)、二级空气喷嘴组(102)、反应腔(103)和保温层(104);所述一级空气喷嘴组(101)、二级空气喷嘴组(102)均有至少三个周向等角度安装在所述反应腔(103)壁上的空气喷嘴,空气喷嘴一端置于反应腔(103)内部、其上设置有多孔陶瓷曝气口(105),另一端与喷射空气管路连通,一级空气喷嘴组(101)和二级空气喷嘴组(102)轴向间隔距离为反应腔(103)长度的1/10~1/5,所述保温层(104)包裹在反应腔(103)的外表面上;所述的阵列式自热重整膜反应器(6)包括固定重整床(603)和钯合金膜管(604),所述的固定重整床(603)为圆环柱形结构、与反应器壁同轴设置,固定重整床(603)内圆面形成的圆柱腔为燃烧加热室(601),固定重整床(603)外圆面与反应器壁之间形成的环形腔为烟气加热室(602),燃烧加热室(601)的入口端设有连接法兰、尾端封 ...
【技术特征摘要】
1.一种直接利用高温焦炉荒煤气制取高纯氢的装置,其特征在于,包括焦油转换器(1)、余热锅炉(2)、喷淋塔(5)、阵列式自热重整膜反应器(6)、水汽转化器(7)和变压吸附塔(11);所述的焦油转换器(1)包括一级空气喷嘴组(101)、二级空气喷嘴组(102)、反应腔(103)和保温层(104);所述一级空气喷嘴组(101)、二级空气喷嘴组(102)均有至少三个周向等角度安装在所述反应腔(103)壁上的空气喷嘴,空气喷嘴一端置于反应腔(103)内部、其上设置有多孔陶瓷曝气口(105),另一端与喷射空气管路连通,一级空气喷嘴组(101)和二级空气喷嘴组(102)轴向间隔距离为反应腔(103)长度的1/10~1/5,所述保温层(104)包裹在反应腔(103)的外表面上;所述的阵列式自热重整膜反应器(6)包括固定重整床(603)和钯合金膜管(604),所述的固定重整床(603)为圆环柱形结构、与反应器壁同轴设置,固定重整床(603)内圆面形成的圆柱腔为燃烧加热室(601),固定重整床(603)外圆面与反应器壁之间形成的环形腔为烟气加热室(602),燃烧加热室(601)的入口端设有连接法兰、尾端封闭,燃烧加热室(601)靠近尾端处通过若干烟气导流管(605)与所述烟气加热室(602)连通;固定重整床(603)内加载有催化剂床层,固定重整床(603)的尾端通过法兰与尾气通道(608)连通,若干个所述钯合金膜管(604)以固定重整床(603)轴线为中心阵列式浸埋在催化剂床层内、其尾端通过连接盘管(606)与集气联箱(609)连通;烟气加热室(602)径向布置有若干连通大气的排烟通道(6011),固定重整床(603)的进气端盖设置有若干进气通道(6012),进气通道(6012)上设有连接法兰,所述的集气联箱(609)设置有连通氢气收集装置的联箱出口(607);所述焦油转换器(1)的进气端与焦炉提升管连接,焦油转换器(1)的出气端与所述余热锅炉(2)的顶部入口连接,余热锅炉(2)的下侧出口与所述喷淋塔(5)的下侧入口连接,余热锅炉(2)的中侧出口一路与余热锅炉(2)的上侧出口分别连接气体混合器(14)后与所述阵列式自热重整膜反应器(6)的进气通道(6012)连接,阵列式自热重整膜反应器(6)的尾气通道(608)与所述水汽转换器(7)的顶部入口连接,水汽转换器(7)的底部出口与所述变压吸附塔(11)的入口连接,变压吸附塔(11)的顶部出口与余热锅炉(2)的中侧出口的另一路分别连接比例阀(15)后与燃烧加热室(601)的入口连接,所述余热锅炉(2)与喷淋塔(5)之间的连接管道中设有依次连接的压缩机Ⅰ(3)、水汽分离器Ⅰ(4),所述水汽转化器(7)和变压吸附塔(11)之间的连接管道中设有依次连接的混合式冷凝器(8)、压缩机Ⅱ(9)和水汽分离器Ⅱ(10)。2.根据权利要求1所述的一种直接利用高温焦炉荒煤气制取高纯氢的装置,其特征在于,所述反应腔(103)为圆柱形,反应腔(103)的进气端和出气端均往内壁收缩,形成一个中间宽、两头窄的类梭形空腔。3.根据权利要求1或2所述的一种直接利用高温焦炉荒煤气制取高纯氢的装置,其特征在于,在燃烧加热室(601)的入口与比例阀(15)之间管路上安装有阻火器(12)。4.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈玉民,肖遥,张宝旭,白晨曦,杜吉智,闫伟杰,
申请(专利权)人:中国矿业大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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