一种利用焦炉煤气生产燃料电池用氢气的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及焦炉煤气利用技术领域，尤其是涉及一种利用焦炉煤气生产燃料电池用氢气的系统和方法

【技术实现步骤摘要】
一种利用焦炉煤气生产燃料电池用氢气的系统和方法


[0001]本专利技术涉及焦炉煤气利用
，尤其是涉及一种利用焦炉煤气生产燃料电池用氢气的系统和方法
。

技术介绍

[0002]氢能被视为
21
世纪最具潜力的清洁能源，具有来源广泛
、
清洁无碳
、
灵活高效
、
下游应用场景丰富的特点
。
通过“电
‑
氢
‑
电”的转化方式，形成长时间或季节储备电量的最优方案，是一种新型的储能方式，并实现发电
、
储电
、
用电全过程零碳排放
。
从安全高效角度，氢能可以促进可再生能源的发展，通过电氢耦合的形式缓解电源侧和负荷侧空间错配的问题，促进能源供应和消费区域之间的平衡，提升能源体系的安全性和运作效率
。
[0003]煤制氢和天然气制氢属于化石能源制氢，是现阶段发展较为成熟
、
应用较为广泛的制氢方式
。
煤炭价格在
450
‑
950
元
/
吨时，煤制氢价格介于
9.73
‑
13.70
元
/kg
；天然气价格在
1.67
‑
2.74
元
/m3时，天然气制氢价格介于
9.81
‑
13.65
元
/kg。
相比于化石燃料制氢，工业副产氢在一定程度上能够降低环境污染，提高资源利用效率和经济效益
。
现有工业副产氢产能规模大，工业副产氢的成本约为
9.29
‑
22.40
元
/kg
，具有一定的成本优势和规模优势，有望成为氢产业绿色化可行的过渡方案
。
受限于电价水平和初始固定投资成本较高，现阶段电解水制氢的成本仍较高，工业用电价格为
0.4
元
/kWh
时，在现有条件下碱性电解水制氢成本为
29.9
元
/kg
，
PEM
电解水制氢成本为
39.87
元
/kg。
[0004]焦炉煤气作为钢厂尾气的一种在国内存量巨大，据不完全统计每年有超过2千亿立方米焦炉煤气产出
。
焦炉煤气成分中有
54
‑
60
％为
H2，
19
‑
25
％为
CH4，可利用价值较大
。
如此大量焦炉煤气超过
70
％都被用作发电
、
燃料和民用燃气，部分焦炉煤气被直接火炬放空燃烧，能源有效利用率很低
。
[0005]专利申请
CN 111320528 A《
一种钢厂尾气综合利用制乙醇的方法及系统
》
利用转炉煤气和高炉煤气提取一氧化碳，利用焦炉煤气提取氢气，一氧化碳和氢气通过合成甲醇制二甲醚羰基化后加氢制取乙醇
。
该工艺只适合钢厂附近同时具备几种尾气的场所，并且同时对各种钢厂尾气提纯过程复杂，设备投资较大；乙醇生产过程复杂，各步催化反应过程控制要求较高
。
[0006]专利申请
CN 115888313 A《
焦炉煤气制燃料电池级氢气和管道天然气的产能调节工艺
》
虽然可以在一定范围内根据氢气和天然气市场需求通过调节工艺来达到产品要求，但调节过程复杂，且产品天然气组成和热值不稳定，容易出现质量问题
。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种利用焦炉煤气生产燃料电池用氢气的系统和方法
。
本专利技术通过焦炉煤气提取氢气及甲烷，甲烷可以作为天然气外供给市政管网，也可以通过甲烷水蒸气重整进一步制取氢气；所得氢气可以通过进一步二级
PSA
深度提纯得到燃料电池级氢气；得到的燃料电池级氢气既可以经本系统加压后充装到长管拖车并
外送至加氢站使用，也可以通过本系统加氢站直接给氢气燃料电池汽车加注氢气
。
该系统生产方式灵活多变，可以充分利用焦炉煤气资源，并且过程中副产气也可以作为系统燃料气使用，提高资源利用效率的同时也可以大大提高工厂的经济效益
。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术的第一个目的是提供一种利用焦炉煤气生产燃料电池用氢气的系统，该系统包括：
[0010]焦炉煤气提氢
/
提甲烷单元
、
甲烷水蒸气重整制氢单元
、
二级
PSA
深度提纯氢气单元
、
长管拖车充装单元和氢气燃料电池汽车加注单元；
[0011]所述焦炉煤气提氢
/
提甲烷单元所得甲烷输送至甲烷水蒸气重整制氢单元，所述焦炉煤气提氢
/
提甲烷单元所得氢气和甲烷水蒸气重整制氢单元所得氢气输送至二级
PSA
深度提纯氢气单元，所述二级
PSA
深度提纯氢气单元所得燃料电池级氢气分别输送至长管拖车充装单元和氢气燃料电池汽车加注单元
。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，所述焦炉煤气提氢
/
提甲烷单元包括脱焦油装置
、
增压装置
、
吸附净化装置
、CO
变换装置
、
脱硫装置
、
脱碳装置
、
精脱硫装置和
CO/CO2脱除装置
。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述脱焦油装置为电捕焦油器；
[0014]所述增压装置选自离心压缩机
、
隔膜压缩机或往复压缩机中的一种；优选地，所述增压装置为往复压缩机；
[0015]所述吸附净化装置为
TSA
变温再生吸附设备
(
具体为变温吸附塔
)
，旨在脱除苯
、
萘；
[0016]所述
CO
变换装置
(
制取氢气
)
选自低温变换炉
、
中温变换炉或高温变换炉中的一种；优选地，所述
CO
变换装置为低温变换炉；
[0017]所述脱硫装置
(
脱除硫化氢
)
为脱硫塔；脱硫塔采用湿法脱硫或干法脱硫；其中，湿法脱硫选自栲胶法
、
低温甲醇洗法或
NHD
脱硫中的一种，干法脱硫选自氧化锌法或氧化铁法中的一种；优选的，脱硫塔采用栲胶法脱硫；
[0018]所述脱碳装置
(
脱除二氧化碳<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用焦炉煤气生产燃料电池用氢气的系统，其特征在于，该系统包括：焦炉煤气提氢
/
提甲烷单元
、
甲烷水蒸气重整制氢单元
、
二级
PSA
深度提纯氢气单元
、
长管拖车充装单元和氢气燃料电池汽车加注单元；所述焦炉煤气提氢
/
提甲烷单元所得甲烷输送至甲烷水蒸气重整制氢单元，所述焦炉煤气提氢
/
提甲烷单元所得氢气和甲烷水蒸气重整制氢单元所得氢气输送至二级
PSA
深度提纯氢气单元，所述二级
PSA
深度提纯氢气单元所得燃料电池级氢气分别输送至长管拖车充装单元和氢气燃料电池汽车加注单元
。2.
根据权利要求1所述的一种利用焦炉煤气生产燃料电池用氢气的系统，其特征在于，所述焦炉煤气提氢
/
提甲烷单元包括脱焦油装置
、
增压装置
、
吸附净化装置
、CO
变换装置
、
脱硫装置
、
脱碳装置
、
精脱硫装置
、CO/CO2脱除装置和
PSA
提甲烷
/
提氢装置
。3.
根据权利要求2所述的一种利用焦炉煤气生产燃料电池用氢气的系统，其特征在于，所述脱焦油装置为电捕焦油器；所述增压装置选自离心压缩机
、
隔膜压缩机或往复压缩机中的一种；所述吸附净化装置为变温吸附塔；所述
CO
变换装置选自低温变换炉
、
中温变换炉或高温变换炉中的一种；所述脱硫装置为脱硫塔；所述脱碳装置为脱碳塔；所述精脱硫装置为脱硫反应器和脱硫塔；所述
CO/CO2脱除装置为精制反应器；所述
PSA
提甲烷
/
提氢装置为变压吸附塔
。4.
根据权利要求1所述的一种利用焦炉煤气生产燃料电池用氢气的系统，其特征在于，所述甲烷水蒸气重整制氢单元包括原料气脱硫装置
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，李秋园，代淑梅，李金伟，李建光，
申请(专利权)人：唐山中溶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：