專(zhuān)利名稱：高溫焦?fàn)t粗煤氣制氫系統(tǒng)裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以高溫焦?fàn)t粗煤氣為原料通過(guò)易冷凝成分的干氣化、高溫脫硫凈化、低 碳烴的部分氧化重整以制備氫氣的系統(tǒng)裝置及工藝，屬焦?fàn)t煤氣制氫工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氫能以其清潔、高效的特點(diǎn)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。伴隨著氫能利用的快速發(fā)展，具有 工業(yè)規(guī)模和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的氫從哪里來(lái)，成為迫在眉睫和急待解決的問(wèn)題。目前氫氣制備方法 很多，雖然利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)岬瓤稍偕茉粗茪涫亲罾硐氲哪Ｊ?，但現(xiàn)在利用這些可 再生能源通過(guò)光解、熱解、電解或微生物分解等方法制備的氫能都不具備規(guī)?；徒?jīng)濟(jì)性。 目前世界上可用于規(guī)模制氫的成熟方法主要是水電解和化石能源制氫(煤、天然氣和液體化 石能源)。利用化石能源制氫中，主要包括甲烷的水蒸氣重整、石腦油的重整和焦?fàn)t凈煤氣的 分離等。作為焦化過(guò)程的副產(chǎn)品，從焦?fàn)t排出的焦?fàn)t粗煤氣，本身不僅具有80(TC以上的高 溫物理顯熱，還含Hz、 H20、 CH4、 CO和C02等永久性氣體成分和焦油、苯等易揮發(fā)性碳烴 類(lèi)有機(jī)成分。在現(xiàn)階段，焦?fàn)t粗煤氣的凈化處理通過(guò)煤氣的冷凝冷卻和焦油脫除完成，包括 焦油回收、煤氣脫硫、煤氣脫萘和粗苯等工序。經(jīng)過(guò)凈化的焦?fàn)t煤氣的體積組成大致為H2 (約占53 59%)、 CH4(約占25 30。/。)，其次是CO (6%左右)、C02 (2.5%左右)、N2 (4% 左右)、02 (0.5%左右)、CmHn (2.5%左右)，這是一種富含氫的混合氣，而且量大，每噸焦 的產(chǎn)氣量達(dá)到320Nr^的水平，是一種優(yōu)質(zhì)的制氫原料。目前通過(guò)變壓吸附(PSA)技術(shù)對(duì)凈 化焦?fàn)t煤氣中的原始H2組分進(jìn)行分離和純化制氫已是比較成熟的工業(yè)化工藝，分離效率可以 達(dá)到90%以上。此工藝中只回收了焦?fàn)t煤氣中的原始H2組分。有許多沒(méi)有煤氣凈化工序的 焦化廠把焦化過(guò)程產(chǎn)生的大量焦?fàn)t粗煤氣直接放空燃燒，造成了能源的巨大浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán) 境污染。據(jù)山西省環(huán)保局的統(tǒng)計(jì)，2004年山西省年煉焦8000萬(wàn)噸，產(chǎn)生焦?fàn)t煤氣約300多 億Nm3，其中點(diǎn)"天燈"排放的約有200億Nm3。因此，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和資源的有效利用方面 來(lái)說(shuō)，如果把焦?fàn)t粗煤氣整體作為一種資源，充分利用焦?fàn)t粗煤氣的高物理顯熱，直接將粗 煤氣的高碳烴類(lèi)易冷凝組分進(jìn)行裂解干氣化，而不是冷凝凈化，干氣化化后的煤氣再經(jīng)過(guò)進(jìn) 一步重整、變換過(guò)程，把焦?fàn)t粗煤氣的高物理顯熱和高化學(xué)能組分盡可能地轉(zhuǎn)換為清潔氫氣， 這樣不僅使從焦?fàn)t粗煤氣制得氫氣的量比利用變壓吸附技術(shù)分離凈焦?fàn)t煤氣中原始?xì)涞漠a(chǎn)氫 量大幅度成倍增加，為推動(dòng)清潔氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展解決大規(guī)模廉價(jià)氫源的瓶頸問(wèn)題，而且可以 使轉(zhuǎn)化過(guò)程的碳以二氧化碳的形式整體富集處理，為目前焦?fàn)t煤氣的綜合有效利用提供一條新途徑。這條工藝路線特別適合那些無(wú)焦?fàn)t粗煤氣凈化裝置的焦化廠。由于焦化過(guò)程所產(chǎn)生的爐氣作為副產(chǎn)品具有量大價(jià)廉的特點(diǎn)，用它來(lái)制備氫氣有可能 成為目前氫能制備具有經(jīng)濟(jì)潛力的方法。因此，近年來(lái)日本和德國(guó)都相繼開(kāi)展了與鋼鐵冶 金過(guò)程相結(jié)合的大容量氫氣制備新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，但他們的研究工作是在不公開(kāi)的條件下進(jìn) 行的。把焦?fàn)t排出的熾熱煤氣整體作為一種資源來(lái)利用，從高溫到低溫安排系統(tǒng)裝置單元，進(jìn) 行流程安排和單元設(shè)計(jì)時(shí)不僅考慮流程產(chǎn)氫量的最大化，，而且還要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量利用的最 優(yōu)化。高文焦?fàn)t粗煤氣濕組分(焦油、苯類(lèi)等易冷凝物質(zhì))的干氣化是實(shí)現(xiàn)易冷凝組分的有效 轉(zhuǎn)化為氫氣的重要過(guò)程，也是避免焦油對(duì)下游單元的干擾、保證充分合理利用焦?fàn)t煤氣物理 顯熱的主要技術(shù)環(huán)節(jié)和措施。煤氣濕組分的干氣化可以通過(guò)催化裂解和重整的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。煤氣高溫脫硫凈化過(guò)程是實(shí)現(xiàn)高溫煤氣直接進(jìn)行下游部分氧化重整的保證，可以避免低 溫脫硫帶來(lái)的化工上的"冷熱病"問(wèn)題，大大提高熱量的利用效率。利用混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器及相關(guān)技術(shù)，可以直接從空氣中動(dòng)態(tài)地獲得純氧，實(shí)現(xiàn)氧分 離過(guò)程和煤氣中甲烷類(lèi)低碳烴部分氧化過(guò)程的耦合，從而大大的降低了能耗、設(shè)備投資及操 作成本。致密的混合導(dǎo)體透氧膜是高溫氣體分離和膜催化反應(yīng)中一類(lèi)重要的無(wú)機(jī)膜，之所以稱為 混合導(dǎo)體膜材料是指該材料同時(shí)具有電子和氧離子導(dǎo)電性的特點(diǎn)，氧在膜中傳輸?shù)膭?dòng)力是膜 兩側(cè)的氧分壓差，只要膜兩側(cè)存在氧分壓差，空氣中的氧就會(huì)源源不斷傳輸?shù)侥し磻?yīng)器的反混合導(dǎo)體透氧膜是完全致密的陶瓷材料，在混合導(dǎo)體透氧膜中氧是以離子的形壓傳輸?shù)模?理論上透氧膜對(duì)氧的擴(kuò)散選擇性為100%，即此類(lèi)膜只能傳輸氧離子，其他的氣體分子(如空 氣中的氮?dú)?是不能傳輸過(guò)去的，這在傳輸機(jī)理上與多孔無(wú)機(jī)膜具有本質(zhì)的區(qū)別，而且此類(lèi) 材料的高透氧量可以與微孔膜的滲透量相當(dāng)。由于在混合導(dǎo)體材料中同時(shí)存在氧離子傳輸和反向的電子傳輸，所以此類(lèi)膜與固體電解 質(zhì)致密膜也不盡相同，混合導(dǎo)體膜工作時(shí)不需要外加回路來(lái)抵消純離子導(dǎo)體的固體電解質(zhì)致 密膜條件下產(chǎn)生的反向電勢(shì)，這樣使膜反應(yīng)器和膜分離器的設(shè)計(jì)研制便捷。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種利用高溫焦?fàn)t粗煤氣制氫的系統(tǒng)裝置及工藝，為大量焦?fàn)t粗煤 氣的合理有效綜合利用開(kāi)辟一條新途徑。本發(fā)明的高溫焦?fàn)t粗煤氣制氫的系統(tǒng)裝置主要采用了干氣化爐、高溫脫硫裝置、混合導(dǎo) 體透氧膜反應(yīng)器和混合導(dǎo)體透氧膜氧分離器。本發(fā)明一種高溫焦?fàn)t粗煤氣制氫系統(tǒng)裝置，包括有高溫焦?fàn)t粗煤氣供送系統(tǒng)、氧源空氣 供送系統(tǒng)、高溫水蒸氣供送系統(tǒng)、干氣化爐供氧系統(tǒng)、高溫脫硫系統(tǒng)、煤氣重整反應(yīng)產(chǎn)物輸 出系統(tǒng)；其特征在于各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及所配置的裝置連接方式如下a. 焦?fàn)t粗煤氣供送系統(tǒng)由焦?fàn)t粗煤氣管道入口通過(guò)管路經(jīng)干氣化爐、換熱器、脫硫器 與混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜下方的重整反應(yīng)煤氣側(cè)空間相連接；b. 氧源空氣供送系統(tǒng)由氧源空氣管道入口通過(guò)管路經(jīng)壓縮機(jī)、頂部帶有廢空氣出口的 廢熱回收器、換熱器管道與混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜上方的空氣側(cè)空間相連接；C.高溫水蒸氣供送系統(tǒng)由水管水進(jìn)口由管路經(jīng)水泵、廢熱鍋爐換熱器與混合導(dǎo)體透氧 膜反應(yīng)器內(nèi)的透氧膜下方的重整反應(yīng)煤氣側(cè)空間相連相通；d. 干氣化爐供氧系統(tǒng)有氧源空氣管道入口經(jīng)支管道與透氧膜氧分離器內(nèi)透氧膜左側(cè)的 空氣側(cè)空間相連接；使空氣進(jìn)入，并使空氣中的氧經(jīng)透氧膜滲入另一側(cè)即右側(cè)的純氧側(cè)空間； 純氧側(cè)空間通過(guò)管路經(jīng)換熱器、冷凝器、壓縮機(jī)、管道與干氣化爐相連接連通；e. 高溫脫硫系統(tǒng)該系統(tǒng)串并入于煤氣供送系統(tǒng)，主要設(shè)置有高溫脫硫裝置，該裝置中 裝有氧化物高溫脫硫劑；f. 煤氣重整反應(yīng)產(chǎn)物輸出系統(tǒng)由透氧膜反應(yīng)器內(nèi)透氧膜下方的重整反應(yīng)煤氣側(cè)空間通 過(guò)管路經(jīng)廢熱鍋爐換熱器、高溫水煤氣變換裝置、冷凝器、低溫水煤氣變換裝置、冷凝器、 氣液分離器、與變壓吸附裝置相連接連通；變壓吸附裝置產(chǎn)生的高純H和尾氣C02分別經(jīng)管 道出口排出；另外氣液分離器底下接有水排出管。本發(fā)明高溫焦?fàn)t粗煤氣制氫系統(tǒng)裝置的工藝原理1、利用干氣化爐實(shí)現(xiàn)高溫焦?fàn)t粗煤氣中易冷凝組分重整改質(zhì)的基本原理 高溫焦?fàn)t粗煤氣濕組分(焦油、苯類(lèi)等易冷凝物質(zhì))的干氣化是實(shí)現(xiàn)易冷凝組分的有效 轉(zhuǎn)化為氫氣的重要過(guò)程，也是避免焦油對(duì)下游單元的干擾、保證充分合理利用焦?fàn)t煤氣物理 顯熱的主要技術(shù)環(huán)節(jié)和措施。煤氣濕組分的干氣化可以通過(guò)催化裂解和重整的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 從焦?fàn)t排出的高溫粗煤氣1直接引入干氣化爐2中，同時(shí)向干氣化爐2中供入適量的氧氣和水蒸汽，高溫粗煤氣中的濕組分(主要是焦油等易冷凝的各種芳烴類(lèi))和氧氣、水蒸汽以及 煤氣中的部分氫發(fā)生重整反應(yīng)，主要轉(zhuǎn)化生成H2、 CO、 CH4類(lèi)低碳烴等組分。干氣化爐2 中發(fā)生主要反應(yīng)過(guò)程包括CmHn & > CH4+C2H4+C2H6+... ( 1 )CmHn+ 02/ H20->H2+CO+CH4+... ( 2 )2、 利用高溫脫硫劑(MO和CeOu2)實(shí)現(xiàn)干氣化后高溫煤氣脫硫凈化的基本原理 煤氣中的硫是導(dǎo)致各種催化反應(yīng)過(guò)程中催化劑中毒失活的重要原因。煤氣高溫脫硫凈化過(guò)程是實(shí)現(xiàn)高溫煤氣直接進(jìn)行下游部分氧化重整的保證，可以避免低溫脫硫帶來(lái)的化工上的 "冷熱病"問(wèn)題，大大提高熱量的利用效率。焦?fàn)t煤氣中硫主要以H2S的形式存在，H2S的脫 除主要通過(guò)以下兩種典型的脫硫反應(yīng)化學(xué)式為完成MO+H2S(g尸MS+H20(g) (3 )2CeCh.72+H2S(g)+0.44H2(g尸Ce2O2S+l .44H20 (4 )3、 利用透氧膜供氧實(shí)現(xiàn)高溫脫硫凈化煤氣中甲烷類(lèi)低碳烴組分部分氧化重整的基本原理 致密的混合導(dǎo)體透氧膜一側(cè)是焦?fàn)t煤氣，另一側(cè)是空氣，空氣中的氧經(jīng)過(guò)透氧膜滲透到焦?fàn)t煤氣側(cè)和其中的甲垸類(lèi)低碳烴發(fā)生部分氧化反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣。由于在焦?fàn)t煤氣 側(cè)甲垸類(lèi)低碳烴的部分氧化反應(yīng)把透氧膜表面的氧很快消耗掉，使焦?fàn)t煤氣側(cè)透氧膜表面的 氧分壓很低(一般為10—22大氣壓)，而空氣側(cè)透氧膜表面的氧分壓很高(為空氣中氧分壓0.21 大氣壓)，這樣在透氧膜兩側(cè)始終存在一個(gè)很大的氧分壓差驅(qū)動(dòng)力，空氣側(cè)的氧會(huì)源源不斷地 滲透過(guò)透氧膜到焦?fàn)t煤氣側(cè)參加焦?fàn)t煤氣中甲烷類(lèi)低碳烴的部分氧化反應(yīng)，為了調(diào)整部分氧 化反應(yīng)過(guò)程的放熱，可以在反應(yīng)體系中透入適量的水蒸氣。焦?fàn)t煤氣中甲烷類(lèi)低碳烴部分氧化重整的反應(yīng)機(jī)理如下(以甲垸為例) 甲烷的部分氧化反應(yīng)CH4+l/202=CO+2H2,所謂部分氧化反應(yīng)是相對(duì)于完全氧化反應(yīng) CH4+l/20fCO+2H2來(lái)說(shuō)的，部分氧化反應(yīng)中甲烷被氧化為中間產(chǎn)物CO和H2，即為了制氫， 使反應(yīng)產(chǎn)物為氫氣，而不是完全氧化成水和二氧化碳。由于甲烷的部分氧化反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)CH4+l/202=CO+2H2 (AH;36KJ)，為充分利 用熱量，消除反應(yīng)器的積熱和溫度升高，同時(shí)產(chǎn)生更多的氫氣，在反應(yīng)器中加入適量的水蒸 氣，因?yàn)榧淄榈乃魵庵卣磻?yīng)是一個(gè)吸熱應(yīng)反CH4+H2OC0+3H2 (AH=206KJ)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明高溫焦?fàn)t粗煤氣制氫系統(tǒng)裝置的優(yōu)點(diǎn)是能把焦化過(guò)程產(chǎn)生的大量高溫焦?fàn)t粗煤 氣的高物理顯熱和高化學(xué)含能組分盡可能的全部轉(zhuǎn)換為氫氣，與傳統(tǒng)的利用變壓吸附技術(shù)簡(jiǎn) 單地從焦?fàn)t凈煤氣中分離原始的含氫組分相比，使從高溫焦?fàn)t粗煤氣制備氫的量大幅度成倍 提高。由于用混合導(dǎo)體透氧膜來(lái)供氧，通過(guò)一種新的集成工藝設(shè)計(jì)，使本發(fā)明比傳統(tǒng)的空氣 分離法制氧和常規(guī)的甲垸重整制氫法更具節(jié)省投資、節(jié)能和安全運(yùn)行的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。


圖1為本發(fā)明高溫焦?fàn)t粗煤氣制氫的系統(tǒng)裝置及工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。 實(shí)施例1本實(shí)施例的煤氣制氫系統(tǒng)裝置及工藝流程參見(jiàn)圖1 .本系統(tǒng)裝置包括有高溫焦?fàn)t粗煤氣供送系統(tǒng)、氧源空氣供送系統(tǒng)、高溫水蒸氣供送系統(tǒng)、 干氣化爐供氧系統(tǒng)、高溫脫硫系統(tǒng)、煤氣重整反應(yīng)產(chǎn)物輸出系統(tǒng)；其各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及所 配置的裝置連接方式如下1、 焦?fàn)t粗煤氣供送系統(tǒng)由焦?fàn)t粗煤氣管道入口 l通過(guò)管路經(jīng)干氣化爐2、換熱器3、 脫硫器4與混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器5內(nèi)的透氧膜6下方的重整反應(yīng)煤氣側(cè)空間6a相連接；2、 氧源空氣供送系統(tǒng)有氧源空氣管道入口 16通過(guò)管路經(jīng)壓縮機(jī)17、頂部帶有廢空氣 出口21的廢熱回收器18、換熱器3、管道28與混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器5內(nèi)的透氧膜6上方 的空間側(cè)空間6b相連接；3、 高溫水蒸氣供送系統(tǒng)由水管水進(jìn)口22，由管路經(jīng)水泵23、廢熱鍋爐換熱器7與混 合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器5內(nèi)的透氧膜6下方的重整反應(yīng)煤氣側(cè)空間6a相連相通；4、 干氣化爐供氧系統(tǒng)由氧源空氣管道入口 16經(jīng)支管道29與透氧膜氧分離器19內(nèi)透 氧膜20左側(cè)的空氣側(cè)空間20b相連接；使空氣、并使空氣中的氧經(jīng)透氧膜20滲入另一側(cè)即 右側(cè)的純氧側(cè)空間20a;純氧側(cè)空間20a通過(guò)管路經(jīng)換熱器24、冷凝器25、壓縮機(jī)26、管 道30與干氣化爐2相連接連通；5、 高溫脫硫系統(tǒng)該系統(tǒng)串并入于煤氣供送系統(tǒng)，主要設(shè)置有高溫脫硫裝置4，該裝置 中裝有氧化物CeCh.72高溫脫硫劑；6、 煤氣重整反應(yīng)產(chǎn)物輸出系統(tǒng)由透氧膜反應(yīng)器5內(nèi)透氧膜6下方的重整反應(yīng)煤氣側(cè)空間6a通過(guò)管路經(jīng)廢熱鍋爐換熱器7、高溫水煤氣變換裝置8、冷凝器9、低溫水煤氣變換 裝置10、冷凝器11、氣液分離器12與變壓吸附裝置13相連接連通；變壓吸附裝置13產(chǎn)生 的高純H和尾氣C02分別經(jīng)管道出口 14和15排出；另外，氣液分離器12底下接有水排出 管27。本發(fā)明中設(shè)置了多部位換熱單元、充分利用了重整煤氣和高溫貧氧空氣的廢熱，烴類(lèi)重 整過(guò)程中加入適量的水蒸汽，提高了透氧膜重整側(cè)平衡體系的氧勢(shì)，可以有效防止積碳和保 護(hù)透氧反應(yīng)器。本發(fā)明高溫焦?fàn)t粗煤氣制氫系統(tǒng)裝置的實(shí)際運(yùn)作過(guò)程及工藝流程 參見(jiàn)圖1的粗煤氣制氫系統(tǒng)裝置及工藝流程圖。從焦?fàn)t排出的約80(TC的高溫粗煤氣1直接引入干氣化爐2中，同時(shí)向干氣化爐2中供 入適量的氧氣，高溫粗煤氣中的濕組分(主要是焦油等易冷凝的各種芳烴類(lèi))和氧氣、水蒸 汽以及煤氣中的部分氫發(fā)生重整反應(yīng)，主要轉(zhuǎn)化生成H2、 CO、 CH4類(lèi)低碳烴等組分。在干氣化爐2中發(fā)生的吸熱重整反應(yīng)可以充分合理利用焦?fàn)t粗煤氣的高溫物理顯熱，其 中氧通過(guò)混合導(dǎo)體透氧膜氧分離器19來(lái)供應(yīng)。經(jīng)過(guò)干氣化重整后溫度接近100(TC左右的高 溫煤氣在換熱器3中和在高溫廢空氣熱回收器18中預(yù)熱后的新鮮空氣進(jìn)行熱交換，換熱后 的煤氣在800 90(TC 。換熱后的煤氣在高溫脫硫裝置4中完成脫硫凈化過(guò)程。在含有大量氫 的強(qiáng)還原性焦?fàn)t煤氣中，除塵凈化后的焦?fàn)t煤氣中硫主要以H2S的形式存在，可以通過(guò)氧化 物高溫脫硫劑脫除。凈化脫硫過(guò)程可以由一段或多段來(lái)完成。凈化脫硫后的煤氣中配入適量的水蒸汽進(jìn)入由致密混合導(dǎo)體透氧膜6和外殼體構(gòu)成的膜 反應(yīng)器5的重整側(cè)空間6a中，在重整側(cè)空間6a里焦?fàn)t煤氣與由膜反應(yīng)器的空氣側(cè)空間6b通 過(guò)透氧膜6供入的純氧進(jìn)行部分氧化反應(yīng),轉(zhuǎn)化后的氣體中主要是H2和CO，還有少量的CH4、 H20、 C02和N2。在膜反應(yīng)器5的重整煤氣側(cè)空間6a內(nèi)填充多孔結(jié)構(gòu)的整體式低碳烴部分氧 化反應(yīng)催化劑，并且透氧膜6的重整側(cè)表面涂覆相同成分的低碳烴部分氧化反應(yīng)催化劑。從透氧膜反應(yīng)器重整側(cè)空間6a出來(lái)的重整煤氣經(jīng)廢熱鍋爐換熱器7換熱產(chǎn)生水蒸氣，換 熱后的煤氣降溫到350 40(TC，然后進(jìn)入高溫水煤氣變換裝置8中使重整煤氣中大部分CO 經(jīng)過(guò)水煤氣變換反應(yīng)生成H2和C02，高溫變換裝置8中需要的水蒸氣可以由系統(tǒng)中換熱、廢 熱鍋爐來(lái)產(chǎn)生。高溫水煤氣變換后的煤氣經(jīng)過(guò)冷凝器9進(jìn)一步降溫到20(TC左右，降溫后的 變換煤氣再進(jìn)入低溫水煤氣變換裝置10，使煤氣中剩余的CO轉(zhuǎn)換為H2。低溫水煤氣變換裝 置10中所需的水蒸氣可以由冷凝器9和冷凝器25換熱產(chǎn)生。從低溫水煤氣變換裝置10出來(lái)的煤氣的主要成分是H2、 C02和水蒸氣，還有少量的CH4、 CO和N2。經(jīng)過(guò)低溫變換后的煤 氣進(jìn)入冷凝器11和氣液分離器12，從氣液分離器出來(lái)的水27可以循環(huán)到水泵23的進(jìn)口 22 處、冷凝器9和冷凝器25進(jìn)行再利用。從氣液分離器出來(lái)的干煤氣進(jìn)入變壓吸附裝置13進(jìn) 行分離提純得到高純度的氫氣14和富CCb的尾氣15。富C02的尾氣15可以用作制備高純C02的原料氣。提供氧源的原料空氣16經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)17加壓，在高溫廢空氣熱回收器18中和高溫的貧氧 富氮廢空氣進(jìn)行熱交換預(yù)熱，再進(jìn)一步通過(guò)和干氣化后高溫焦?fàn)t煤氣熱交換后溫度升高到 750 850°C,達(dá)到混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器5 (由致密混合導(dǎo)體透氧膜6和外殼體構(gòu)成)和混 合導(dǎo)體透氧膜氧分離器19 (由致密混合導(dǎo)體透氧膜20和外殼體構(gòu)成)的工作溫度。從常溫 升高到80(TC左右的熱空氣分成兩路經(jīng)管道28的熱空氣和經(jīng)管道29的熱空氣。經(jīng)管道28 的高溫空氣直接進(jìn)入由致密混合導(dǎo)體透氧膜6和外殼體構(gòu)成的膜反應(yīng)器5的空氣側(cè)空間6b 中，在空氣側(cè)空間6b里空氣中的氧在透氧膜6兩側(cè)的氧分壓的驅(qū)動(dòng)力下，不斷地由膜反應(yīng)器 的空氣側(cè)空間6b通過(guò)透氧膜6供入到膜反應(yīng)器的重整側(cè)空間6a中參與部分氧化反應(yīng)。同樣， 經(jīng)管道29的高溫空氣直接進(jìn)入由致密混合導(dǎo)體透氧膜20和外殼體構(gòu)成的透氧膜氧分離器19 的空氣側(cè)空間20b中，在空氣側(cè)空間20b里空氣中的氧在透氧膜20兩側(cè)的氧分壓的驅(qū)動(dòng)力下， 不斷地由膜反應(yīng)器的空氣側(cè)空間20b通過(guò)透氧膜20供入到透氧膜氧分離器19的滲透純氧側(cè) 空間20a中再被壓縮機(jī)26抽引出氧分離器。出氧分離器的高溫氧氣經(jīng)換熱器24和冷卻器25 后，再經(jīng)壓縮機(jī)26加壓，然后再換熱升溫進(jìn)入干氣化爐2中參與高溫焦?fàn)t煤氣中易冷凝組分 的裂解重整反應(yīng)。從膜反應(yīng)器的空氣側(cè)空間6b和氧氣分離器的空氣側(cè)20b排出的高溫貧氧空 氣進(jìn)入高溫廢空氣熱回收器18和室溫的原料空氣進(jìn)行換熱，換熱后的貧氧空氣由廢空氣出口 21排空，或用作制備純氮?dú)獾脑稀?br> 權(quán)利要求
1.一種高溫焦?fàn)t粗煤氣制氫系統(tǒng)裝置，包括有高溫焦?fàn)t粗煤氣供送系統(tǒng)、氧源空氣供送系統(tǒng)、高溫水蒸汽供送系統(tǒng)、干氣化爐供氧系統(tǒng)、高溫脫硫系統(tǒng)、煤氣重整反應(yīng)產(chǎn)物輸出系統(tǒng)；其特征在于各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及所配置的裝置連接方式如下a.焦?fàn)t粗煤氣供送系統(tǒng)由焦?fàn)t粗煤氣管道入口(1)，通過(guò)管路、經(jīng)干氣化爐(2)、換熱器(3)、脫硫器(4)與混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器(5)內(nèi)的透氧膜(6)下方的重整反應(yīng)煤氣側(cè)空間(6a)相連接；b.氧源空氣供送系統(tǒng)由氧源空氣管道入口(16)，通過(guò)管路、經(jīng)壓縮機(jī)(17)、頂部帶有廢空氣出口(21)的廢熱回收器(18)、換熱器(3)、管道(28)與混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器(5)內(nèi)的透氧膜(6)上方的空氣側(cè)空間(6b)相連接；c.高溫水蒸汽供送系統(tǒng)由水管水進(jìn)口(22)由管路經(jīng)水泵(23)、廢熱鍋爐換熱器(7)與混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器(5)內(nèi)的透氧膜(6)下方的重整反應(yīng)煤氣側(cè)空間(6a)相連相通；d.干氣化爐供氧系統(tǒng)由氧源空氣管道入口(16)經(jīng)支管道(29)與透氧膜氧分離器(19)內(nèi)透氧膜(20)左側(cè)的空氣側(cè)空間(20b)相連接；使空氣進(jìn)入，并使空氣中的氧經(jīng)透氧膜(20)滲入另一側(cè)即右側(cè)的純氧側(cè)空間(20a)；純氧側(cè)空間(20a)通過(guò)管路經(jīng)換熱器(24)、冷凝器(25)、壓縮機(jī)(26)、管道(30)與干氣化爐(2)相連接連通；e.高溫脫硫系統(tǒng)該系統(tǒng)串并入于煤氣供送系統(tǒng)，主要設(shè)置有高溫脫硫裝置(4)，該裝置中裝有氧化物(CeO1.72)高溫脫硫劑；f.煤氣重整反應(yīng)產(chǎn)物輸出系統(tǒng)由透氧膜反應(yīng)器(5)內(nèi)透氧膜(6)下方的重整反應(yīng)煤氣側(cè)空間(6a)通過(guò)管路，經(jīng)廢熱鍋爐換熱器(7)、高溫水煤氣變換裝置(8)、冷凝器(9)、低溫水煤氣變換裝置(10)、冷凝器(11)、氣液分離器(12)、與變壓吸附裝置(13)產(chǎn)生的高純氫和尾氣二氧化碳分別經(jīng)管道出口(14)和(15)排出；另外，氣液分離器(12)底下接有水排出管(27)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以高溫焦?fàn)t粗煤氣為原料通過(guò)易冷凝成分的干氣化、高溫脫硫凈化、低碳烴的部分氧化重整以制備氫氣的系統(tǒng)裝置及其工藝，屬焦?fàn)t煤氣制氫工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的高溫焦?fàn)t粗煤氣制氫的系統(tǒng)裝置主要采用了干氣化爐、高溫脫硫裝置、混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器和混合導(dǎo)體透氧膜氧分離器。本發(fā)明的系統(tǒng)裝置包括有高溫焦?fàn)t粗煤氣供送系統(tǒng)、氧源空氣供送系統(tǒng)、高溫水蒸氣供送系統(tǒng)、干氣化爐供氧系統(tǒng)、高溫脫硫系統(tǒng)和煤氣重整反應(yīng)產(chǎn)物輸出系統(tǒng)。本發(fā)明制氫系統(tǒng)裝置的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是能把焦化過(guò)程產(chǎn)生的大量高溫焦?fàn)t粗煤氣的高物理顯熱和高化學(xué)含能組分盡可能的全部轉(zhuǎn)換為氫氣；由于采用干氣化、高溫脫硫和混合導(dǎo)體透氧膜來(lái)供氧，使制氫效率更高，并使氫氣量大幅度提高。
文檔編號(hào)C01B3/36GK101239702SQ200810034740
公開(kāi)日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者丁偉中, 張玉文, 徐匡迪, 沈培俊, 郭曙強(qiáng), 魯雄剛 申請(qǐng)人:上海大學(xué)