[发明专利]一种利用焦炉荒煤气制取氢气的装置及方法

权利要求书

1.一种利用焦炉荒煤气制取氢气的装置，其特征在于包括重整制氢反应器、吸附剂再生器、气固分离器、料仓、给料装置、蒸汽再热器、余热锅炉、储气柜和变压吸附装置；所述的料仓下端通过控制阀与吸附剂再生器连接，吸附剂再生器下端出料口通过给料装置与重整制氢反应器的侧进料口相连，侧部的出气口与CO₂储气柜连接，重整制氢反应器下端进气口与蒸汽再热器蒸汽出口和焦炉炭化室煤气出口相连，上端出料口与气固分离器相连，气固分离器的下端出料口与料仓相连，上端出气口与余热锅炉相连，余热锅炉连接干燥塔，干燥塔通过换向阀与H₂储气柜和变压吸附装置相连，在变压吸附装置后连接H₂储气柜。

2.根据权利要求1所述的一种利用焦炉荒煤气制取氢气的装置，其特征在于所述的重整制氢反应器为流化床反应器，以从焦炉炭化室煤气出口进入到重整制氢反应器的750~900℃的荒煤气作为热源，工作温度为700℃~900℃。

3.根据权利要求1所述的一种利用焦炉荒煤气制取氢气的装置，其特征在于所述的吸附剂再生器为下行移动床反应器，其内部设置有加热管，加热管入口端与焦炉燃烧室烟气出口连接，出口端与蒸汽再热器连接，其以从焦炉燃烧室出口进入到吸附剂再生器加热管中的高温烟气为热源，工作温度＞900℃；蒸汽再热器的蒸汽入口通过蒸汽控制阀与蒸汽管网连接，蒸汽出口与重整制氢反应器下端进气口连接，其以从吸附剂再生器出口端出来的高温烟气为热源，将来自蒸汽管网中的蒸汽加热至＞750℃。

4.采用如权利要求1所述的装置进行焦炉荒煤气制取氢气的方法，其特征在于按照以下步骤进行：

（1）由加料口向料仓中加入吸附剂和催化剂的混合物或复合催化剂，加料完成后封闭加料口，保持料仓温度在700~800℃，由控制阀控制吸附剂和催化剂的混合物或复合催化剂下落到吸附剂再生器的速度；

（2）向吸附剂再生器加热管中通入温度＞1000℃的焦炉燃烧室烟气，将吸附剂和催化剂的混合物或复合催化剂加热到900℃以上时，调节给料装置将吸附剂和催化剂的混合物或复合催化剂通入重整制氢反应器，同时将750~900℃的高温焦炉荒煤气和由蒸汽再热器产生的>750℃的高温水蒸汽通入重整制氢反应器中，使吸附剂和催化剂的混合物或复合催化剂流态化；

（3）在重整制氢反应器中，荒煤气中的焦油、C_nH_m、CH₄、CO在催化剂的作用下与水蒸汽发生重整反应，重整反应产生的CO₂被吸附剂或复合催化剂吸附，得到的富氢产气和未反应掉的水蒸汽携带吸附剂和催化剂的混合物或复合催化剂进入气固分离器；

（4）气固分离后的富氢产气依次通过余热锅炉、干燥塔，然后根据用户需求，干燥塔出气口直接连接H₂储气柜，得到体积浓度>90%的氢气，或与变压吸附装置连接，变压吸附装置再与H₂储气柜连接，得到体积浓度>99.99%的氢气。

5.根据权利要求4所述的利用焦炉荒煤气制取氢气的方法，其特征在于所述的从吸附剂再生器加热管中出来的>900℃的焦炉燃烧室烟气通入蒸汽再热器中，将由蒸汽管网引入的蒸汽经蒸汽控制阀通入蒸汽再热器中，产生步骤（2）中的>750℃的高温蒸汽。

6.根据权利要求4所述的利用焦炉荒煤气制取氢气的方法，其特征在于所述的经气固分离后的吸附剂和催化剂的混合物或复合催化剂返回料仓中，在新加入的吸附剂和催化剂的混合物或复合催化剂完全从料仓中下落完之前，打开吸附剂再生器的出气口，使得吸附剂或复合催化剂脱附产生的CO₂经过滤、冷凝、干燥等工序后被收集于CO₂储气柜中。

7.根据权利要求4所述的利用焦炉荒煤气制取氢气的方法，其特征在于所述的吸附剂是CaO基吸附剂，催化剂是镍基催化剂；所述的复合催化剂是由CaO、活性镍、氧化铝或二氧化硅载体组成的催化剂。

8.根据权利要求4所述的利用焦炉荒煤气制取氢气的方法，其特征在于所述的C_nH_m为烷烃、烯烃或炔烃，m=2n+2、2n-2或2n，n≥2。