一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法。本方法以Fe2O3作为反应物，分别与甲烷、水蒸汽、氧气反应的化学链循环技术制取氢气，根据煤化工产品生产的不同需求，提高水煤浆反应生成的煤制合成气中的氢碳比。与传统水煤气变换方法相比，该方法制得的氢气纯度高，合成气产品的氢碳比易于控制，避免了水煤气变换的污染和大量的水消耗，同时固体反应物Fe2O3可循环利用，保证系统的连续运行。

A Method of Improving Hydrogen/Carbon Ratio in Coal Synthetic Gas Based on Chemical Chain Hydrogen Production Technology

The invention provides a method for improving the hydrogen-carbon ratio of coal syngas based on chemical chain hydrogen production technology. In this method, Fe2O3 is used as reactant to produce hydrogen by chemical chain circulation technology, which reacts with methane, steam and oxygen respectively. According to the different demands of coal chemical products, the hydrogen-carbon ratio of coal-water slurry reaction in coal-to-syngas is increased. Compared with the traditional water-gas conversion method, the purity of hydrogen produced by this method is high, the hydrogen-carbon ratio of syngas products is easy to control, the pollution of water-gas conversion and a large amount of water consumption are avoided, and the solid reactant Fe2O3 can be recycled to ensure the continuous operation of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法
本专利技术属于煤气化制合成气领域，具体涉及一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法。
技术介绍
煤制合成气是指以煤为原料，以氧气、水蒸汽为气化剂，在高温条件下通过化学反应把煤中的可燃部分转化为气体的过程。煤合成气以氢气、一氧化碳为主要组分，可用作甲醇、乙二醇等多种工业产品的原料，根据不同产品的不同需求，对煤合成气中的氢碳比进行调整，是实现目标产品高效生产的必要环节，对我国煤化工行业的发展具有重要意义。化学链重整制氢技术是使用固态金属氧化物作为反应物代替传统过程中的氧气，将燃料直接转化为二氧化碳和水，通过被还原的金属氧化物与水蒸汽再生产生氢气，是有一种新兴的制取氢气的方法。目前化学链重整制氢技术已经实现了工业化生产，正在不断选取合适的金属氧化物提高制氢效率。目前，调整煤合成气中氢碳比例主要采用水煤气变换的方法，该方法的耗水量大，对环境污染严重。化学链重整制氢技术能够根据不同的产品需求对煤合成气中的氢碳比进行调整，同时减少对环境的污染，实现煤化工行业的节能减排。专利(CN201810621022.8)涉及一种化学链制氢脱碳一体化的方法，通过建立一套热平衡的制氢装置，同时实现产生H2产品和吸附CO2的双重目标，能够高效利用燃料，减少能量损失。但是该方法的设备规模小，不适用于工业化大批量生产，同时CO2吸附剂难回收。专利(CN201410332169.7)涉及一种利用生物质热解气化的化学链制备氢气的方法，采用有尖晶石结构的NiFe2O4氧载体，利用生物质热解气和水蒸汽的交替反应制取氢气，具有易于控制、能耗低、处理后焦油含量低的优点。但是该方法的能源转化率低，制取氢气的效率低。
技术实现思路
[要解决的技术问题]本专利技术的目的是提供一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法。[技术方案]本专利技术针对目前煤制合成气过程中使用水煤气变换技术调整合成气中氢碳比方法存在的问题，即耗水量大，对环境污染严重等，提出了一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法，采用新型的化学链重整制氢方法，能够减少生产过程中的水耗，降低对环境的污染。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法，实现该方法的装置包括：燃料反应器R1、分离器FS1、蒸汽反应器R2、分离器FS2、气体反应器R3、冷凝器C1、水煤混合器M1、磨煤机CRU、筛筒SCR、裂解室R4、燃烧室R5、气体混合器M2；燃料反应器R1出口与分离器FS1进口相连接，分离器FS1固体出口与蒸汽反应器R2进口相连接，蒸汽反应器R2固体出口经分离器FS2与气体反应器R3进口相连接，蒸汽反应器R2气体出口与气体混合器M2进口相连接，气体反应器R3经冷凝器C1与燃料反应器R1入口相连接，水煤混合器M1出口与磨煤机CRU入口相连接，磨煤机CRU出口与筛筒SCR入口相连接，筛筒SCR出口与裂解室R4入口相连接，筛筒SCR循环出口与水煤混合器M1入口相连接，裂解室R4出口与燃烧室R5入口相连接，燃烧室R5出口与气体混合器M2进口相连接；一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法，包括以下步骤：(1)Fe2O3与燃料输入燃料反应器R1，得到的FeO固体经分离器FS1与蒸汽反应器R2入口相连，产生的气体经分离器FS1出口排空，蒸汽反应器R2产生的Fe3O4固体经分离器FS2与气体反应器R3入口连接，气体反应器R3得到的Fe2O3经冷凝器C1与燃料反应器R1入口相连接；(2)煤与水经水煤混合器M1、磨煤机CRU与筛筒SCR入口连接，研磨不充分的水煤浆经筛筒SCR出口与水煤混合器M1入口连接，水煤浆经筛筒SCR与裂解室R4相连接，裂解室R4出口与燃烧室R5入口相连接；(3)蒸汽反应器R2产生的氢气经分离器FS2与气体混合器M2入口连接，燃烧室R5出口与气体混合器M2入口相连接，气体混合器M2出口得到提高氢碳比后的煤合成气；燃料反应器R1反应温度731℃，操作压力18bar；蒸汽反应器R2反应温度735℃，操作压力20bar，蒸汽进料温度100℃，；气体反应器R3反应温度835℃，操作压力15.4bar；冷凝器冷凝温度731℃；裂解室R3反应温度500℃，操作压力42.35bar，水煤浆进料温度20℃；燃烧室R4反应温度1300℃，操作压力42.35bar；提高氢碳比后的煤合成气产品中H2含量为32.0％-41.6％，CO含量为32.6％-38.0％(摩尔分数)；根据本专利技术的另一优选实施方式，其特征在于：燃料反应器R1中的反应物为Fe2O3和CH4，其中燃料中的CH4含量为80％(摩尔分数)；根据本专利技术的另一优选实施方式，其特征在于：所述水煤浆用量为1470.59kg/h，其中煤用量为1000kg/h，水用量为470.59kg/h；根据本专利技术的另一优选实施方式，其特征在于：蒸汽反应器R2产生氢气纯度高于99.99％，产量为16.13kg/h-53.75kg/h；根据本专利技术的另一优选实施方式，其特征在于：燃烧室R5产生的合成气量为2186.76kg/h，其中主要的产品的量(摩尔分数)：CO为40.9％，CO2为10.6％，H2O为19.9％，H2为26.8％，H2S为0.3％，N2为1.5％；根据本专利技术的另一优选实施方式，其特征在于：气体混合器M2出口得到的提高氢碳比后的煤合成气中CO含量为32.6％-38％，H2含量为32％-41.6％(摩尔分数)。本专利技术的一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法具体描述如下：反应物Fe2O3与燃料进入燃料反应器R1反应得到FeO、CO2和水蒸气，经分离器FS1将得到的FeO输入蒸汽反应器R2得到高纯度氢气和Fe3O4，经分离器FS2分离后，氢气进入气体混合器M2，Fe3O4进入气体反应器R3中与氧气反应生成Fe2O3后经冷凝器C1降温后回到燃料反应器R1中；原料煤和水经水煤混合器M混合后，经磨煤机CRU、筛筒SCR后得到研磨充分的水煤浆进入裂解室R4，研磨不充分的煤从筛筒进入水煤混合器M重新进行处理；经裂解室R4反应后的产品进入燃烧室R5，得到煤合成气粗产品，然后经气体混合器M2与来自化学链单元的氢气混合得到提高氢碳比后的产品煤合成气。【有益效果】本专利技术与现有技术相比，主要有以下有益效果：(1)本专利技术能够实现99.99％以上的高纯度氢气生产，为煤合成气提高氢碳比的过程提供氢气。(2)本专利技术相比传统的水煤气变换技术结合煤制合成气过程，能够降低工艺的水耗，降低对环境的污染。(3)本专利技术可根据不同煤化工产品的需求，调整煤合成气中的CO和H2的含量，实现后续产品的制备。(4)本专利技术的反应物Fe2O3可以经化学链反应后循环利用，实现氢气的持续生产。【附图说明】附图1是本专利技术的流程示意图，其中：R1-燃料反应器；FS1-分离器；R2-蒸汽反应器；FS2-分离器；R3-气体反应器；C1-冷凝器；M1-水煤混合器；CRU-磨煤机；SCR-筛筒；R4-裂解室；R5-燃烧室；M2-气体混合器；数字代表各管路物流。【具体实施方式】以下结合附图进一步说明，并非限制本专利技术所涉及的范围。实施例1：进料燃料中有效成分甲烷占80％(摩尔分数)，进料流量为4.125kmo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法，实现该方法的装置包括：燃料反应器R1、分离器FS1、蒸汽反应器R2、分离器FS2、气体反应器R3、冷凝器C1、水煤混合器M1、磨煤机CRU、筛筒SCR、裂解室R4、燃烧室R5、气体混合器M2；燃料反应器R1出口与分离器FS1进口相连接，分离器FS1固体出口与蒸汽反应器R2进口相连接，蒸汽反应器R2固体出口经分离器FS2与气体反应器R3进口相连接，蒸汽反应器R2气体出口与气体混合器M2进口相连接，气体反应器R3经冷凝器C1与燃料反应器R1入口相连接，水煤混合器M1出口与磨煤机CRU入口相连接，磨煤机CRU出口与筛筒SCR入口相连接，筛筒SCR出口与裂解室R4入口相连接，筛筒SCR循环出口与水煤混合器M1入口相连接，裂解室R4出口与燃烧室R5入口相连接，燃烧室R5出口与气体混合器M2进口相连接；一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法，包括以下步骤：(1)Fe2O3与燃料输入燃料反应器R1，得到的FeO固体经分离器FS1与蒸汽反应器R2入口相连，产生的气体经分离器FS1出口排空，蒸汽反应器R2产生的Fe3O4固体经分离器FS2与气体反应器R3入口连接，气体反应器R3得到的Fe2O3经冷凝器C1与燃料反应器R1入口相连接；(2)煤与水经水煤混合器M1、磨煤机CRU与筛筒SCR入口连接，研磨不充分的水煤浆经筛筒SCR出口与水煤混合器M1入口连接，水煤浆经筛筒SCR与裂解室R4相连接，裂解室R4出口与燃烧室R5入口相连接；(3)蒸汽反应器R2产生的氢气经分离器FS2与气体混合器M2入口连接，燃烧室R5出口与气体混合器M2入口相连接，气体混合器M2出口得到提高氢碳比后的煤合成气；燃料反应器R1反应温度731℃，操作压力18bar；蒸汽反应器R2反应温度735℃，操作压力20bar，蒸汽进料温度100℃；气体反应器R3反应温度835℃，操作压力15.4bar；冷凝器冷凝温度731℃；裂解室R3反应温度500℃，操作压力42.35bar，水煤浆进料温度20℃；燃烧室R4反应温度1300℃，操作压力42.35bar；提高氢碳比后的煤合成气产品中H2含量为32.0％‑41.6％，CO含量为32.6％‑38.0％(摩尔分数)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法，实现该方法的装置包括：燃料反应器R1、分离器FS1、蒸汽反应器R2、分离器FS2、气体反应器R3、冷凝器C1、水煤混合器M1、磨煤机CRU、筛筒SCR、裂解室R4、燃烧室R5、气体混合器M2；燃料反应器R1出口与分离器FS1进口相连接，分离器FS1固体出口与蒸汽反应器R2进口相连接，蒸汽反应器R2固体出口经分离器FS2与气体反应器R3进口相连接，蒸汽反应器R2气体出口与气体混合器M2进口相连接，气体反应器R3经冷凝器C1与燃料反应器R1入口相连接，水煤混合器M1出口与磨煤机CRU入口相连接，磨煤机CRU出口与筛筒SCR入口相连接，筛筒SCR出口与裂解室R4入口相连接，筛筒SCR循环出口与水煤混合器M1入口相连接，裂解室R4出口与燃烧室R5入口相连接，燃烧室R5出口与气体混合器M2进口相连接；一种基于化学链制氢技术提高煤合成气中氢碳比的方法，包括以下步骤：(1)Fe2O3与燃料输入燃料反应器R1，得到的FeO固体经分离器FS1与蒸汽反应器R2入口相连，产生的气体经分离器FS1出口排空，蒸汽反应器R2产生的Fe3O4固体经分离器FS2与气体反应器R3入口连接，气体反应器R3得到的Fe2O3经冷凝器C1与燃料反应器R1入口相连接；(2)煤与水经水煤混合器M1、磨煤机CRU与筛筒SCR入口连接，研磨不充分的水煤浆经筛筒SCR出口与水煤混合器M1入口连接，水煤浆经筛筒SCR与裂解室R4相连接，裂解室R4出口与燃烧室R5入口相连接；(3)蒸汽反应器R2产生的氢气经分离器FS2与气体混合器M2入口连接，燃烧室R5出口与气体混合器M2入口相连接，气体混合器M2出口得到提高氢碳比后的煤合成气；燃料反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兆友，于萌潇，李国选，王英龙，崔培哲，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37