[发明专利]一种利用焦炉荒煤气制取氢气的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于焦炉荒煤气净化和余热回收技术领域，具体涉及一种利用焦炉荒煤气制取氢气的装置及方法。

背景技术

能源是人类生存、经济发展和社会活动所不可缺少的保障，虽然石油、煤和天然气等矿物燃料至今依然是主要能源，但是由于其自身的不可再生性以及所面临的环境压力，寻求和开发清洁可再生能源得到了人们的极大关注。氢气由于具有高热值、无污染等特点，被认为是未来的理想能源。目前世界上技术成熟且可规模化生产的制氢方法主要是水电解制氢和化石燃料制氢，但是前者存在能耗高的缺点，后者也面临着能源储备和环境污染的双重压力。综合我国的资源状况和特点，利用焦化过程产生的副产品——焦炉荒煤气进行制氢是近中期最有可能实现大规模经济制氢的途径之一。

净化后的焦炉煤气主要成分为H₂（53%~59%）、CH₄（25%~30%）、CO（约6%）、CO₂（约2.5%）以及少量的C_nH_m和N₂等。目前利用焦炉煤气制氢的主要方法为，高温焦炉荒煤气由焦炉炉顶经上升管进入桥管，通过喷淋氨水除去煤气中的焦油，将煤气降温至80~85℃左右，然后通过变压吸附等工序制得高纯氢气。但是现有工艺只是获得原有焦炉煤气中含有的H₂，而其它成分（CH₄、CO、C_nH_m）没有得到充分利用，而且变压吸附需除去氢气外的40%左右的杂质，使得变压吸附剂的负荷较重，势必缩短变压吸附剂的使用寿命。同时，现有工艺未充分利用从焦炉炭化室出来的荒煤气（750~900℃）高温余热，含有高温物理热和高化学能的焦油（荒煤气中焦油含量为80~120g/m³）也未被利用。

发明内容

针对现有焦炉煤气制氢技术存在的缺陷，本发明提供一种利用焦炉荒煤气制取氢气的装置及方法，目的是充分利用焦炉荒煤气中的焦油和低碳化合物等废气及自身高温余热，强化吸附高效制取氢气。

实现本发明目的的利用焦炉荒煤气制取氢气的装置，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。

其中，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℃荒煤气作为热源，工作温度为700℃~900℃。

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来的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℃。

采用上述装置利用焦炉荒煤气制取氢气的方法，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℃，由控制阀调节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℃的来自焦炉燃烧室的烟气，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；