一种利用炭黑尾气制氢的工艺制造技术

本发明专利技术公开一种利用炭黑尾气制氢的工艺，将炭黑尾气鼓风、冷却除水、脱硫、干燥、再进行增压、变压吸附分离即得氢气。本发明专利技术的有益效果：（1）首次提出能工业规模化的炭黑尾气提纯氢气的工艺，将目前大量排入大气的炭黑尾气制成氢气产品，装置运行稳定，可靠性高、热量利用率高，达到工业排放气回收利用、节能减排、变废为宝的效果；（2）利用炭黑厂生产过程中的高温放热，综合考虑本工艺的用热及变换放出的热量，通过对整个工艺流程的合理设计，可实现各个操作单元热量的综合利用，无需外界补充热源，可节约能量；（3）利用炭黑尾气原有的H2S和水蒸气，直接进行耐硫变换，工艺流程简单；（4）可生产高纯度的氢气产品作为化工所需的氢源。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种利用炭黑尾气制氢的工艺，将炭黑尾气鼓风、冷却除水、脱硫、干燥、再进行增压、变压吸附分离即得氢气。本专利技术的有益效果：（1）首次提出能工业规模化的炭黑尾气提纯氢气的工艺，将目前大量排入大气的炭黑尾气制成氢气产品，装置运行稳定，可靠性高、热量利用率高，达到工业排放气回收利用、节能减排、变废为宝的效果；（2）利用炭黑厂生产过程中的高温放热，综合考虑本工艺的用热及变换放出的热量，通过对整个工艺流程的合理设计，可实现各个操作单元热量的综合利用，无需外界补充热源，可节约能量；（3）利用炭黑尾气原有的H2S和水蒸气，直接进行耐硫变换，工艺流程简单；（4）可生产高纯度的氢气产品作为化工所需的氢源。【专利说明】—种利用炭黑尾气制氢的工艺
本专利技术涉及制氢工艺，尤其涉及一种利用炭黑尾气制氢的工艺。
技术介绍
炭黑是气态或液态的碳氢化合物在空气不足的条件下进行不完全燃烧或热裂分解所生成的无定形碳，为疏松、质轻而极细的黑色粉末物质，具有高度分散性，不溶于各种溶剂，相对密度1.8~2.1。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氢和硫以及其他杂质和水分等，其微晶具有准石墨结构。炭黑主要用作橡胶的补强剂和填料，橡胶用炭黑占炭黑总量的90%，其中约70%用于轮胎制造，约80%的炭黑消耗量用于汽车工业。此外，也用作油墨的着色剂以及塑料制品的紫外光屏蔽剂。在许多其他制品，如电极、干电池、电阻器、炸药、化妆品及抛光膏中，炭黑也是重要的助剂。2012年全球炭黑需求量达到1160万t，预计未来5年内世界炭黑产量会逐年递增4.6%。中国2012年炭黑产量达到376万吨，需求量约385万吨，比2011年增长68万吨，增速达21%。2012-2015年国内炭黑产量复合增速在11%左右，2015年有望达到540万吨。 炭黑的生产方法中技术较成熟的有槽法、炉法及热解法。其中油炉法收率最高、能耗最少，其产量占炭黑总产量的95%以上。油炉法炭黑原料油分为三类:炼油厂副产的催化裂化澄清油、乙烯焦油和煤焦油。欧洲和美国炭黑原料油以澄清油为主，我国炭黑原料以煤焦油和乙烯焦油为主。油炉法炭黑生产流程为:脱水后的燃料油经油泵升压，在蒸汽夹套油管内升温到110~130°C，再经油嘴雾化喷射到反应炉内。冷空气经孔板流量计进入空气预热器加热到350~400°C进入喷燃器与油雾充分混合后进入反应炉内。在燃料油的加热下，反应炉温度维持在1300~1600°C。原料油在此高温下裂解生成炭黑和含有C02、H2O, N2、过剩O2以及少量N0x、S0x和H2S等1700°C左右的高温烟气。烟气离开反应炉后，立即喷入水急冷至900~1000°C，以终止反应。急冷后的烟气再经两级废热锅炉冷却至600~650°C，随后进入列管式冷却器，使烟气冷却至450~550°C，进入三级空气预热器，烟气与空气逆向流动，烟气温度降到200~250°C，送入三级旋风分离器，分离出大部分炭黑，尾气经风冷器冷却至80~140°C后进入脉冲袋滤器中。经过滤后尾气由抽风机抽吸至烟?排放。由旋风分离器和脉冲袋滤器中收集的炭黑，由气力输送系统送入湿法造粒机中。湿的粒状炭黑在回转式干燥器中于燥，然后送入贮罐，以散装或袋装方式运输。油炉法每生产I吨炭黑，产生3500m3含尘尾气。按我国2012年炭黑产量376万吨计，炭黑尾气超过130亿m3。目前炭黑企业对炭黑尾气都未进行处理，其利用主要是回收其中的高温热量，大量的尾气直接排入大气中，造成严重的环境污染。中国专利技术专利申请102120120A公开了一种炭黑尾气的处理方法。用水对炭黑尾气进行洗涤，除去水汽和部分H2S气体，再经活性氧化铝干燥后，用活性炭或碳分子筛采用变温吸附装置脱除H2S和SO2,再通过变压吸附提纯得到浓度99%的N2,剩余的废气供燃烧使用。截止目前为止，国内还无炭黑尾气提取或制备高纯度氢气的报道和使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用炭黑尾气制氢的工艺。本专利技术采用以下技术方案: 一种利用炭黑尾气制氢的工艺，原料炭黑尾气经鼓风、冷却除水、脱硫、干燥、再进行增压后进行变压吸附分离即可制得氢气。首先，为克服后续系统阻力，利用鼓风机将炭黑尾气增压至50_80kpa后，进行冷却，将温度降至常温并分离出游离水，冷却可以采用常用的换热器水冷，也可采用循环水直接冷激。由于炭黑尾气中水含量高，优选循环水直接冷激。冷却后炭黑尾气中的粉尘进入循环水中，经沉降后循环水可重复使用。除水后的炭黑尾气进入脱硫系统进行脱硫。脱硫优选采用目前工业上常用的湿法脱硫，也可采用干法脱硫。湿法脱硫优选采用低温甲醇洗涤法、NHD (聚乙二醇二甲醚)法或者PDS栲胶(酞氰钴磺酸盐金属有机化合物)脱硫法，这些脱硫方法均为目前工业上常用的湿法脱硫法，在采用上述方法脱硫的同时，CO2也一并被脱除。干法脱硫法可选用铁锰矿脱硫、氧化铁或者氧化锌脱硫。由于炭黑尾气中含有SO2和SO3,优选湿法脱硫。`经脱硫后的炭黑尾气进入干燥器，将水脱至IOOppm以下，干燥采用目前工业上常用固体吸附干燥法，干燥剂优选分子筛、氧化铝或者硅胶。干燥后的炭黑尾气进入变压吸附装置进行变压吸附提氢，变压吸附由多台吸附器和一系列程序控制阀门组成，即利用吸附剂对吸附质在不同分压下有不同的吸附容量，在加压的情况下吸附，用减压(抽真空)或常压解吸而分离气体的方法。在变压吸附提浓H2过程中，H2作为最不易被吸附的组分最先穿透吸附床而被收集，通过程序控制即可得到浓度大于99%的高纯度氢气。炭黑尾气中含有约10%的CO，同时含有大量的水蒸气，为提高氢气产量，本专利技术工艺还引入CO变换步骤来进行制氢。作为一种利用炭黑尾气制氢的优选工艺，将原料炭黑尾气经鼓风、除尘、CO变换后、冷却除水、脱硫、干燥、增压后进入变压吸附系统分离即可制得氢气。除尘优选采用陶瓷过滤器过滤除尘或者采用布袋除尘，具体地说，炭黑尾气经陶瓷过滤器后，气体含尘量可降至5~10mg/Nm3，陶瓷过滤器过滤与反吹交替进行，炭黑尾气的温度对陶瓷过滤器的工作温度无影响；布袋除尘器除尘是指炭黑尾气进入多台并联的布袋除尘器，除尘后的炉气含尘量可降到50mg/Nm3以下。经除尘的炭黑尾气，进入CO变换反应器，进行变换反应，变换反应是指在催化剂作用下，CO与水蒸气反应生成CO2和H2,炭黑尾气中水蒸气的量相对其中含有的CO量是足够的，无需补充水，变换后的炭黑尾气中H2含量大大增加，经提纯可得到更多的H2产品。变化反应方程式为: CCHH2O — C02+H2(反应式 I)CO变换是煤化工生产中的关键环节，是合成氨、甲醇及制氢工艺中重要的工艺过程。通过CO变换，在消耗CO的同时转换成有效气体h2。上述变换采用本领域熟知的耐硫变换工艺，炭黑尾气中含有250~800mg/m3的H2S,此含量正好用于耐硫变换，无需补硫，变换反应器的进气温度200°C -250°C，变换反应为放热反应，可利用变换后的气体预热变换原料进气，也可将变换后的高温气体用作其它用途，初始的炭黑尾气进气可以利用炭黑厂原有的高温气换热来进行加热。当变换处理气量大，致使反应床层温度高于催化剂允许温度时，可采用分级进料多级变换的方式实现。对于分级进料多级变换，是本领域成熟的技术，容易实现。经变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用炭黑尾气制氢的工艺，其特征在于，将原料炭黑尾气经鼓风、冷却除水、脱硫、干燥、再增压后进行变压吸附分离即可制得氢气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈耀壮，毛震波，谭平华，李洁，蒋贵仲，
申请(专利权)人：西南化工研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：