本发明专利技术涉及用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置及方法，包括冶金渣保温炉、气力粒化装置、提升管反应器、旋风分离器、旋风预热器、催化反应器、换热器、变换反应器、脱碳装置和冶金渣储仓，冶金渣保温炉的炉底水口与气力粒化装置连通，气力粒化装置连接提升管反应器，提升管反应器与旋风分离器连通，旋风分离器与催化反应器的顶部入口连通，催化反应器的底部出口与换热器相连通，换热器与变换反应器、脱碳装置连通，旋风预热器的底部物料出口连接至冶金渣储仓。本发明专利技术利用液态冶金渣蕴含的高品质热量进行二氧化碳与甲烷重整，利用冶金渣的热量，节省了甲烷等燃料、整个制氢过程碳排放几乎为零，环保、经济效益显著。济效益显著。济效益显著。
【技术实现步骤摘要】
用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置及方法
[0001]本专利技术涉及化工、钢铁固废
，具体是指用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置及方法。
技术介绍
[0002]氢气具有高热值、高清洁性、可再生性等特性,因而被认为是二十一世纪的清洁绿色能源，开发氢能是解决全球性能源危机和大气污染问题的重要途径。
[0003]氢气制备主要技术工艺有热化学制氢和水电解制氢，其中热化学制氢技术主要有化石能源制氢及化工原料制氢。化石燃料制氢方式中，有煤制氢、石油制氢、天然气制氢，天然气制氢占比最大达45％，其次是工业副产氢占比41％，煤炭制氢占比13.6％。
[0004]天然气的主要成分是甲烷,通过甲烷制氢的方法有多种,包括甲烷水蒸气重整制氢、甲烷部分氧化制氢、甲烷自热重整制氢、甲烷绝热催化裂解制氢。甲烷的多种制氢方法都是用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置及方法能源密集型的吸热过程，需要高温热输入。在传统的SMR 法中，甲烷既作为制氢的反应物，又燃烧作为反应的热源，这样需要大量的天然气，因此排放大量的CO2。
[0005]世界能源理事会将氢气划分为灰氢、蓝氢和绿氢，分别指化石燃料制氢、工业副产氢和可再生能源电解制氢，只有绿氢才是真正零排放制氢方式。
[0006]我国的氢源结构亟需由“灰氢”向“蓝氢”、“绿氢”转变，提高“绿氢”比重或将成为氢能产业发展的未来趋势。
[0007]二氧化碳与甲烷重整反应制备氢气，以其潜在的环保价值和经济价值成为国内外研究的重点和热点。与甲烷水蒸气重整和甲烷部分氧化这两种工艺相比，二氧化碳与甲烷重整反应具有的优势是将温室气体CH4和C02转化成绿色能源氢气，能够减少温室气体的排放。
[0008]甲烷二氧化碳重整反应式CH4+CO2＝2CO+2H2，是一个强吸热反应，转化率随着反应温度的升高而升高，并伴随着逆水煤气转换反应，这个过程需要大量的化石燃料提供能源,且二氧化碳和甲烷都是很稳定的化合物，需要使用催化剂并且在高温下才能使之活化而发生反应，而温度的提高必然导致甲烷深度裂解脱氢，使催化剂积炭失活。当前，二氧化碳重整甲烷反应工业化的研究方向是开发能有效抑制积碳的新型催化剂。
[0009]铁合金、有色金属冶炼和钢铁生产要产生大量的副产品—液态冶金渣，处在1400℃～1650℃高温下的液态冶金渣，每吨含有的热量为1256～1882MJ,属于高品质的余热资源。
[0010]目前国内外钢铁行业基本上都是采用水冲渣工艺，水渣处理工艺存在的主要问题，大量的新水消耗、熔渣余热没有回收、系统维护工作量大、冲渣产生的气态硫化物带来空气污染；粉磨时水渣必须烘干，仍要消耗能源。
[0011]因此，亟需寻找用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的
装置及方法既利用液态高炉渣高品质余热为二氧化碳与甲烷重整反应提供能源，也能不使催化剂积碳失去活性，且能循环利用二氧化碳，不燃烧化石燃料的超低排放的新制氢方式，也是二氧化碳重整甲烷反应工业化的关键因素之一。
技术实现思路
[0012]为解决现有技术中的不足，本专利技术提供用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置及方法，利用液态冶金渣蕴含的高品质热量进行二氧化碳与甲烷重整，利用冶金渣的热量，节省了甲烷等燃料，整个制氢过程碳排放几乎为零，经济效益显著。
[0013]本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置，包括冶金渣保温炉、气力粒化装置、提升管反应器、旋风分离器、旋风预热器、催化反应器、换热器、变换反应器、脱碳装置和冶金渣储仓，其中，
[0014]冶金渣保温炉的炉底水口与气力粒化装置连通，气力粒化装置连接提升管反应器，提升管反应器的顶部出口与旋风分离器连通，旋风分离器的顶部出气口与催化反应器的顶部入口连通，催化反应器的底部出口与换热器相连通，换热器的底部出口连通变换反应器，所述变换反应器连接脱碳装置，所述脱碳装置脱除的二氧化碳通过管道连通二级旋风预热器的进风口；
[0015]旋风分离器底部的物料出口与旋风预热器的进风管道连通，旋风预热器的底部物料出口连接至冶金渣储仓。
[0016]作为优选，旋风预热器包括一级旋风预热器、二级旋风预热器、三级旋风预热器和四级旋风预热器；
[0017]旋风分离器底部物料出口与一级旋风预热器进气管道连通，一级旋风预热器底部物料出口与二级旋风预热器的进气管道连通，二级旋风预热器底部物料出口与三级旋风预热器的进气管道连通，三级旋风预热器底部物料出口与四级旋风预热器的进气管道连通，四级旋风预热器底部物料出口连接至冶金渣储仓；
[0018]二级旋风预热器进气口与脱碳装置的二氧化碳出口连通，二级旋风预热器顶部出气口连通一级旋风预热器进气口，一级旋风预热器顶部出气口通过二氧化碳换热的顶棚管与气力粒化装置的二氧化碳喷嘴连通；
[0019]四级旋风预热器进气口连接甲烷供气管道，四级旋风预热器顶部出气口连通3级旋风进气口，三级旋风预热器顶部出口连通换热器的进气管，换热器的出气口连接气力粒化装置的甲烷环形喷嘴。
[0020]作为优选，四级旋风预热器底部物料出口通过锁风阀连接螺旋输送装置，螺旋输送装置连接皮带输送装置，皮带输送装置下方设置有冶金渣储仓。
[0021]作为优选，提升管反应器呈L型，提升管反应器的轴向方向从低到高依次包括进料混合段、反应段和气固分离段，进料混合段位于提升管反应器的最低端且靠近甲烷环形喷嘴的位置。
[0022]一种循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的方法，采用用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置实现，包括如下步骤：
[0023]s1)、首先对冶金渣保温炉、炉底水口及气力粒化装置预热，再将液态冶金渣通过渣沟或渣罐引入烘干预热的冶金渣保温炉内，液态冶金渣通过炉底水口流入气力粒化装置；
[0024]s2)、初始启动，将二氧化碳接入冶金渣保温炉炉顶换热顶棚管预热；
[0025]s3)、二氧化碳气体沿轴线进入预混合室，液态冶金渣从侧面进入预混合室与二氧化碳气体预混合，预混合后的液态冶金渣经气力粒化装置的收缩段、混合管及扩散段被进一步加速雾化成细小液滴喷出；
[0026]s4)、雾化后的气液两相经气力粒化装置的扩散段进入提升管反应器，进料混合段内甲烷与二氧化碳、液态冶金渣气液两相流相遇混合，同时伴随吸热反应的进行，进料混合段发生甲烷裂解及渣滴凝固、相间传热及流动混合；
[0027]s5)、甲烷由环形喷嘴喷射进入提升管反应器反应段，与气力粒化装置轴向喷入的二氧化碳气体以及高温冶金渣颗粒接触、换热，甲烷迅速与高温气液两相流混合接触，附着在液态冶金渣滴表面发生裂解、重整反应反应，液滴凝固成细小颗粒，气体转化成包括H2、CO、CO2、CH4、C的转化气；
[0028]s6)、转化气混合冶金渣进入气固分离段的旋本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置，其特征在于：包括冶金渣保温炉(1)、气力粒化装置(5)、提升管反应器(8)、旋风分离器(9)、旋风预热器、催化反应器(17)、换热器(18)、变换反应器(19)、脱碳装置(20)和冶金渣储仓(16)，其中，所述冶金渣保温炉(1)的炉底水口(4)与气力粒化装置(5)连通，所述气力粒化装置(5)连接提升管反应器(8)，所述提升管反应器(8)的顶部出口与旋风分离器(9)连通，所述旋风分离器(9)的顶部出气口与催化反应器(17)的顶部入口连通，所述催化反应器(17)的底部出口与换热器(18)相连通，所述换热器(18)的底部出口连通变换反应器(19)，所述变换反应器(19)连接脱碳装置(20)，所述脱碳装置(20)脱除的二氧化碳通过管道连通二级旋风预热器(11)的进风口；所述旋风分离器(9)底部的物料出口与旋风预热器的进风管道连通，所述旋风预热器的底部物料出口连接至冶金渣储仓(16)。2.根据权利要求1所述的用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置，其特征在于：所述旋风预热器包括一级旋风预热器(10)、二级旋风预热器(11)、三级旋风预热器(12)和四级旋风预热器(13)；所述旋风分离器(9)底部物料出口与一级旋风预热器(10)进气管道连通，所述一级旋风预热器(10)底部物料出口与二级旋风预热器(11)的进气管道连通，所述二级旋风预热器(11)底部物料出口与三级旋风预热器(12)的进气管道连通，所述三级旋风预热器(12)底部物料出口与四级旋风预热器(13)的进气管道连通，所述四级旋风预热器(13)底部物料出口连接至冶金渣储仓(16)；所述二级旋风预热器(11)进气口与脱碳装置(20)的二氧化碳出口连通，所述二级旋风预热器(11)顶部出气口连通一级旋风预热器(10)进气口，所述一级旋风预热器(10)顶部出气口通过二氧化碳换热的顶棚管(3)与气力粒化装置(5)的二氧化碳喷嘴(6)连通；所述四级旋风预热器(13)进气口连接甲烷供气管道，所述四级旋风预热器(13)顶部出气口连通三级旋风预热器(12)进气口，所述三级旋风预热器(12)顶部出口连通换热器(18)的进气管，所述换热器(18)的出气口连接气力粒化装置(5)的甲烷环形喷嘴(7)。3.根据权利要求2所述的用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置，其特征在于：所述四级旋风预热器(13)底部物料出口通过锁风阀连接螺旋输送装置(14)，所述螺旋输送装置(14)连接皮带输送装置(15)，所述皮带输送装置(15)下方设置有冶金渣储仓(16)。4.根据权利要求1所述的用液态冶金渣供热实现循环利用二氧化碳与甲烷重整制备绿氢的装置，其特征在于：所述提升管反应器(8)呈L型，所述提升管反应器(8)的轴向方向从低到高依次包括进料混合段、反应段和气固分离段，所述进料混合段位于提升管反应器(8)的最低端且靠近甲烷环形喷嘴(7)的位置。5.一种用液态冶金渣...
【专利技术属性】
技术研发人员：李志远，郁国忠，
申请(专利权)人：上海驰春节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。