一种煤制氢零排放系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤制氢零排放系统及工作方法，系统包括主反应器、热回收换热器、三相分离器、再生反应器和制浆装置；所述主反应器的出口依次连接热回收换热器、冷却器和三相分离器；所述三相分离器的气相出口排出燃料气，液相出口连接制浆装置，固体出口的产物送至再生反应器的送料口；所述再生反应器具有用于接入空气的空气入口和用于加入石灰石的加料口，再生反应器的出口产物送至主反应器；所述制浆装置具有用于加入煤的原料入口和用于接入补给水的液体入口，制浆装置的出口连接所述热回收换热器的液体入口，热回收换热器液体出口连接主反应器的液体入口。本发明专利技术在煤制氢的过程中减小对不良性气体的排放，完成整个煤制氢零排放。排放。排放。

【技术实现步骤摘要】
一种煤制氢零排放系统及工作方法


[0001]本专利技术属于制氢
，特别涉及一种煤制氢零排放系统及工作方法。

技术介绍

[0002]能源是人类文明生存和发展的重要基础，现有能源的高效清洁利用和不同种类能源之间的协同利用有利于保证长期的能源安全问题。目前，能源形势所面临的挑战颇为严峻，一方面表现在能源安全形势不容乐观，“富煤、少油、缺气”的能源特征短期内无法得到改变，煤炭的使用主导性过高，而石油和天然气的供给则受制于人；另一方面的表现则是面临巨大的环境压力，这将迫使国内的能源使用结构有所转型，对外则是CO2的减排任务加重，传统煤炭粗犷的使用方式效率低下的同时，还会带来大量的NO
x
、SO
x
、CO2以及固体颗粒物的排放问题，造成了严重的资源浪费。
[0003]煤炭高效洁净利用的问题是关系能源环境全局的战略性问题，必须依靠科学技术进步和创新有步骤地消除煤利用面临的效率、环境以及考虑环境造成的经济障碍。首先，应努力研究、发展和推广应用先进的洁净煤发电技术，提高煤炭转换为电的比例，优化终端能源结构；其次，推进洁净煤综合利用技术，将煤同时转换为电、气体和液体燃料、热，包括化工产品等多种产品；最后，突破煤大规模高效制氢的障碍，过渡到以电和氢为主导的终端能源结构，同时实现转换过程中CO2的安全处置，向零排放迈进。
[0004]氢是一种二次能源，在进行能量转换时其产物是水，可真正实现污染物零排放，在未来可持续能源系统中，可望成为主要载能体，成为与电力并重而又互补的主要终端能源，已引起重视。围绕氢的制备、分配和储存、利用，许多国家都制定了相应的开发研究计划，如美国DOE 的氢能计划，日本新能源综合开发机构日光计划中的氢能世界能源网络计划等。
[0005]化石燃料制氢及水电解制氢技术均已成熟，但能量转换效率低，目前氢主要用作化工原料而非能源，依靠现有技术不能实现设想中的未来。要发挥出氢对各种一次能源有效利用的重要作用，必须在大规模高效制氢方面获得突破。
[0006]综上，清洁的新能源的开发已成为当前发展亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种煤制氢零排放系统及工作方法，系统中采用变换反应、CO2吸收反应等吸收产生的CO2。在煤制氢的过程中减小对不良性气体的排放。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术手段：
[0009]一种煤制氢零排放系统，所包括主反应器、热回收换热器、三相分离器、再生反应器和制浆装置；
[0010]所述主反应器的出口依次连接热回收换热器、冷却器和三相分离器；所述三相分离器的气相出口排出燃料气，液相出口连接制浆装置，固体出口的产物送至再生反应器的送料口；所述再生反应器具有用于接入空气的空气入口和用于加入石灰石的加料口，再生
反应器的出口产物送至主反应器；所述制浆装置具有用于加入煤的原料入口和用于接入补给水的液体入口，制浆装置的出口连接所述热回收换热器的液体入口，热回收换热器液体出口连接主反应器的液体入口。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述再生反应器的出口产物送至固体分离装置用于去除固体废弃物，固体分离装置的产物送至主反应器。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述液相出口经过液体分离装置连接制浆装置。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述主反应器为绝热反应器。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述再生反应器的送料口、空气入口之前分别设置有第一预热单元、第二预热单元。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述热回收换热器液体出口连接主反应器的液体入口之间设置有第三预热单元，第一预热单元、第三预热单元均与第二预热单元送料反向形成换热装置。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述热回收换热器和三相分离器之间还设置有换热单元。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述制浆装置的出口通过输送泵连接所述热回收换热器的液体入口。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述再生反应器设置有气体管路，气体管路上设置有用于排出 CO2的排气口，气体管路还与再生反应器底部气体入口连接形成循环气路。
[0019]一种煤制氢零排放系统的工作方法，包括：
[0020]主反应器的CaO与煤浆反应产生的产物进入三相分离器，得到氢气、水和固体；
[0021]煤、水在制浆装置形成煤浆，煤浆进入热回收热回收换热器后对主反应器的产物换热；然后进入主反应器中；
[0022]三相分离器分离出的氢气用作燃料气，固体的主要成分是CaCO3、灰和未转化的炭，固体产物被送入再生反应器中，石灰石、空气和三相分离器的固体在再生反应器中，生成CO2和CaO，未被充分利用的固体废弃物被排出，产生的CaO再次被送入主反应器，完成整个煤制氢零排放系统。
[0023]本专利技术的煤制氢技术可以通过气化反应将煤炭所含有的化学能转化为气体产物的内能，与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]本专利技术系统在三相分离器中，分离成氢气(H2)、水(H2O)和固体，产生的氢气用作燃料气，固体的主要成分是CaCO3、灰和未转化的炭，这部分固体产物被送入再生反应器9中，石灰石、空气和三相分离器的固体在再生反应器中，生成CO2和CaO，未被充分利用的固体废弃物被排出，产生的CaO再次被送入主反应器，完成整个煤制氢零排放系统。使用超临界水作为制氢介质，可以省去煤粉的干燥过程，因此降低了制氢过程的能耗，进而提升了系统效率；由于超临界水对于有机物的高溶解度，可以形成均相或者拟均相的制氢反应环境，将热解和萃取集成为一体，便于制氢反应的进行并一定程度提高了其转化率；水作为反应介质，有利于制氢反应向生成氢气的方向进行，同时成本低廉易获取，对环境无污染；所有反应均在同一容器中进行，节约成本，同时产物中的气液固相易分离，工艺流程简单。鉴于此，超临界水煤气化制氢技术可与化工产业进行配套，进而简化相关工艺的流程，同时可以从源头上消除传统燃煤发电技术产生的污染物，进一步提高了能源的转化效率，还可与有机废弃
物处理结合，运行费用低，投资回报率高，是一项变革性技术。本专利技术产生对环境有影响的气体仅二氧化碳 (CO2)，无其他不良性气体的产生，实现了对环境的零污染。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术实施例的一种煤制氢零排放系统及工作方法的示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例的制氢技术流程。
具体实施方式
[0028]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、完整地描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤制氢零排放系统，其特征在于，包括主反应器(1)、热回收换热器(2)、三相分离器(4)、再生反应器(9)和制浆装置(6)；所述主反应器(1)的出口依次连接热回收换热器(2)、冷却器和三相分离器(4)；所述三相分离器(4)的气相出口排出燃料气，液相出口连接制浆装置(6)，固体出口的产物送至再生反应器(9)的送料口；所述再生反应器(9)具有用于接入空气的空气入口和用于加入石灰石的加料口，再生反应器(9)的出口产物送至主反应器(1)；所述制浆装置(6)具有用于加入煤的原料入口和用于接入补给水的液体入口，制浆装置(6)的出口连接所述热回收换热器(2)的液体入口，热回收换热器(2)液体出口连接主反应器(1)的液体入口。2.根据权利要求1所述的一种煤制氢零排放系统，其特征在于，所述再生反应器(9)的出口产物送至固体分离装置(8)用于去除固体废弃物，固体分离装置(8)的产物送至主反应器(1)。3.根据权利要求1所述的一种煤制氢零排放系统，其特征在于，所述液相出口经过液体分离装置(7)连接制浆装置(6)。4.根据权利要求1所述的一种煤制氢零排放系统，其特征在于，所述主反应器(1)为绝热反应器。5.根据权利要求1所述的一种煤制氢零排放系统，其特征在于，所述再生反应器(9)的送料口、空气入口之前分别设置有第一预热单元(12)、第二预热单元(11)。6.根据权利要求5所述的一种煤制氢零排放系统，其特征在于，所述热回收换...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑少雄，张朋飞，薛志恒，杜文斌，赵杰，吴涛，孟勇，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：