一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法技术

本发明专利技术公开了一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法，对气化产物中的二氧化碳进行分离，缓解由二氧化碳带来的温室效应问题。本发明专利技术提供了一种超临界水煤气化制氢技术，原料煤经过处理后进入气化炉，与空气水蒸汽等气化剂发生复杂的化学反应，生成以H2、CH4、CO2为主要成分的合成气。本发明专利技术采用的分离二氧化碳的方法是高压水吸收法，将混合气体通入高压吸收器中，二氧化碳在高压水中的溶解度较高，远大于氢气和甲烷在高压水中的溶解度，大部分二氧化碳被高压水吸收，再进入低压解吸器将高压水的压力降低，压力降低后CO2的溶解度减少，过量的CO2从水中解吸，从而达到分离CO2的目的。的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法


[0001]本专利技术属于水煤气化制氢
，特别涉及一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法。

技术介绍

[0002]能源是社会发展的动力，而煤是当前我国最主要的能源之一。随着社会的不断发展，技术的不断进步，人类需求的不断增加，人类对能源的要求也越来越多。长时间以来，人类利用煤的主要方式是采取直接燃烧的方法获得能量。直接燃烧的方式虽然方便，但是能量利用率低，而且煤在燃烧过程中会带来一系列环境问题。煤炭在开发利用过程中会产生很多氮氧化物、硫化物、二氧化碳、甲烷等气体，这些物质是造成烟尘、酸雨和温室效应的主要根源。其中最严重的就是由于排放过量的CO2而引起的温室效应问题。根据气象局统计计算，若二氧化碳的浓度增加一倍，则全球的平均气温大约会上升3
±
1.5℃。但是温度的增加并不是均匀的，而是会在高纬度地区集中。在高纬度地区温度可以升高6℃～8℃甚至更高。更严重的是，地球上的二氧化碳有98％都是溶解在海水里的，而二氧化碳在海水中的溶解度随着温度的增加而降低，海水的温度每增加1℃，二氧化碳的溶解度就会下降3％。所以地球温度升高会使海水向大气中释放的二氧化碳增加，而加剧温室效应，造成一个恶性循环。
[0003]一般来说，将煤转化为氢气这种清洁能源的方法可以概括为两种。一种是将煤直接转化为氢气，另外一种是将煤间接的转化为氢气。将煤直接转换为氢气又可分为两种：煤通过焦化反应制取氢气和煤直接通过气化反应制取氢气。煤的焦化反应制氢即煤发生焦化反应制取城市煤气；煤直接通过气化反应制氢即我们通常说的煤气化技术。煤的气化技术制取氢气是我国当前制取氢气最主要的方法之一。煤气化制氢是将煤与气化剂在一定的温度、压力等条件下发生化学反应而气化为以H2和CO为主要成分的气态产品，然后经过CO变换和分离、提纯等处理而获得一定纯度的产品氢。常用的气化剂有空气、水蒸气和氧气等。
[0004]用煤制取氢气符合当前我国洁净煤技术的路线，但是在煤气化过程中也会产生很多废渣，同时还会有很多污染性的气体，对这些废渣以及污染性气体的处理和排放是目前亟需解决的难题。间歇式的固定床气化技术是比较成熟的气化技术，而且在当前的条件下，这种气化技术仍然具有很大的市场。在这种气化技术中，气化炉内吹入大量的空气，大量空气的吹入使气化炉内的气体产物被吹出。煤在超临界水中气化的过程中会产生二氧化碳，为了缓解由二氧化碳带来的温室效应问题，需要对气化产物中的二氧化碳进行分离。煤在超临界水中气化后的气体产物均处于高压状态，如果选用常规的二氧化碳分离方法则需要将气体产物的压力降低，在压力降低的过程中，这部分气体所具有的高压能量没有得到充分利用，被白白浪费。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法，该方法对气化产物中的二氧化碳进行分离，缓解由二氧化碳带来的温室效应问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法，包括：
[0008]原料煤经过处理后进入气化炉，与空气水蒸汽气化剂发生复杂的化学反应，生成以CO、H2、CH4和CO2为主要成分的合成气，煤在超临界水中气化完成后生成的气体产物都处于高压状态，为了充分利用高压气体所具有的能量，采用分离二氧化碳的方法是高压水吸收法，工质再进入低压解吸器将高压水的压力降低，压力降低后CO2的溶解度减少，过量的CO2从水中解吸，从而达到分离CO2的目的。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，超临界水煤气化制氢中，对除去硫产品的合成气体进行变换，合成气加水达到设定的CO/H2O比例进入变换反应单元，发生变换反应CO+H2O＝H2+CO2，生成CO2和H2的混合气体。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，通过发生变换反应生成CO2和H2的混合气体，需对混合气体进行H2提纯，混合气经过净化后进入提纯单元分离氢气生成H2，氢气的提存会伴随尾气和CO2的产生。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，该方法基于的系统包括换热器、高压吸收器和低压吸收器；
[0012]换热器上设置有冷流体入口、冷流体出口、产物H2、CO2、CH4入口、产物H2、CO2、CH4出口，高压吸收器上设置有高浓度H2出口、高压水入口，低压吸收器上设置有高浓度CO2出口，换热器的产物H2、CO2、CH4出口连接至高压吸收器的入口，高压吸收器的出口连接至低压吸收器的入口。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，低压吸收器的出口处设置有控制阀。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，采用高压吸收器用于吸收CO2，高压水吸收法分离CO2的工作原理是将混合气体通入高压吸收器中，二氧化碳在高压水中的溶解度高，大于氢气和CH4在高压水中的溶解度，大部分二氧化碳被高压水吸收，在高压吸收器中获得了高浓度H2。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，从高压吸收器中剩余的产物再次进入低压解吸器将高压水的压力降低，压力降低后CO2的溶解度减少，过量的CO2从水中解吸，从而达到分离CO2的目的。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，该方法分析了压力对气相中各种气体摩尔分数的影响，随着高压吸收器中吸收压力的增加，H2在气相中的摩尔分数逐渐增加，CH4的气相摩尔分数随着压力的增加也有所增加，但是增加幅度比CO2缓慢的多。
[0017]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0018]煤在超临界水中气化完成后生成的气体产物都处于高压状态，为了充分利用高压气体所具有的能量，本专利技术采用的分离二氧化碳的方法是高压水吸收法。高压水吸收法分离CO2的工作原理是将混合气体通入高压吸收器中，二氧化碳在高压水中的溶解度较高，远大于氢气和甲烷在高压水中的溶解度，大部分二氧化碳被高压水吸收，再进入低压解吸器将高压水的压力降低，压力降低后CO2的溶解度减少，过量的CO2从水中解吸，从而达到分离CO2的目的。
附图说明
[0019]图1是煤气化制氢的简化流程示意图；
[0020]图2是一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法示意图；
[0021]图3是压力对气相中各种气体摩尔分数的影响(T＝298K)示意图。
具体实施方式
[0022]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0023]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0024]请参阅图1，该图为煤气化制氢的简化流程示意图，由图可见原料煤经过处理后进入气化炉，与空气水蒸汽等气化剂发生复杂的化学反应，简称气化，生成以CO、H2、CO2为主要成分的合成气，灰渣直接排出不再利用；进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法，其特征在于，包括：原料煤经过处理后进入气化炉，与空气水蒸汽气化剂发生复杂的化学反应，生成以CO、H2、CH4和CO2为主要成分的合成气，煤在超临界水中气化完成后生成的气体产物都处于高压状态，为了充分利用高压气体所具有的能量，采用分离二氧化碳的方法是高压水吸收法，工质再进入低压解吸器将高压水的压力降低，压力降低后CO2的溶解度减少，过量的CO2从水中解吸，从而达到分离CO2的目的。2.根据权利要求1所述的一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法，其特征在于，超临界水煤气化制氢中，对除去硫产品的合成气体进行变换，合成气加水达到设定的CO/H2O比例进入变换反应单元，发生变换反应CO+H2O＝H2+CO2，生成CO2和H2的混合气体。3.根据权利要求2所述的一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法，其特征在于，通过发生变换反应生成CO2和H2的混合气体，需对混合气体进行H2提纯，混合气经过净化后进入提纯单元分离氢气生成H2，氢气的提存会伴随尾气和CO2的产生。4.根据权利要求1所述的一种新型超临界水煤气化制氢及CO2分离方法，其特征在于，该方法基于的系统包括换热器、高压吸收器和低压吸收器；换热器上设置有冷流体入口、冷流体出口、产物H2、CO2、CH4入口、产物...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑少雄，栾丛超，薛志恒，张朋飞，何欣欣，杨可，陈会勇，雷少博，雷开元，吴涛，孟勇，赵杰，王伟锋，赵永坚，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：