CN103787274A - 远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制氢领域，尤其涉及远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置及其工艺，包括以下步骤：1）打开电源开关；2）打开太阳能蒸汽发生器阀门，将水蒸汽送入蒸汽煤浆喷浆机与从智能送煤器送来的煤进行煤浆处理；3)打开备用CO2罐阀门将CO2经过多等离子炬发生器后与煤浆反应；4)将反应气体送蒸汽发电机组，形成的蒸汽送蒸汽罐；5)将降温后的气体送入净化器进行净化；6)将净化后的气体送分离器分离。本发明的有益效果在于：1、本发明结构简单、多变；2、零污染排放，CO2循环利用；3、增加附加值，构建制氢、产氧、副产品一体化链条；4、利用太阳能，相对传统工艺降低能耗；5、有效保证生产线的安全。
Description
技术领域
本发明涉及制氢领域，尤其涉及远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置及其工艺。
背景技术
煤炭作为日常能源，有着多种用途，也是我国分布最广、拥有丰富的一种化石燃料。在过去的一段时间内，我国以煤作为主要的能源，并且预计在未来较长的时间内，这种以煤炭为主的能源结构不会改变。但是焚烧使用过程中容易出现各种污染，对生态环境造成破坏，尤其是CO2作为温室效应的主要因素，如何将其消除或者转化，也就是找到一种新的煤炭利用方式是现有能源利用领域的重要研究课题。
除了直接将煤炭进行燃烧这种能源获取方式，还有一种就是间接利用。氢能作为一种新型的、洁净的二次能源，具有很高的燃烧值而且无污染。目前制氢方法主要是化石燃料制氢和水电解制氢，考虑到产源、产能、成本以及现有技术的限制，水电解制氢会消耗大量电能，能量的总转换效率一般低于20%，成本较为昂贵，所以化石燃料制氢，也就是煤气化制氢是主要的研究方向。
化石燃料制氢是以煤、石油、天然气为原料，利用碳和空气中的氧燃烧，通入高温煤炭发生有机物的部分氧化反应，再通过净化、分离等工艺将氢分离出来。当前常规煤气化制氢把水蒸气+空气+氧气作为气化剂送入反应炉（气化炉），使水蒸气和煤炭发生造气反应生成合成气，并由外部供热或空气与煤炭发生氧化反应供热。但是这种方式增加了煤炭的原料消耗，同时增加了二氧化碳等废气废料，影响合成器的纯度以及对环境造成了污染。
发明内容
本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种设备简单、转换效率高、无污染并且实现工业化生产的远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置及其工艺。
本发明是通过以下技术方案达到上述目的：远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，包括：CO2罐、多等离子炬发生器、智能送煤器、太阳能蒸汽发生器、蒸汽罐、反应室、蒸汽发电机组、净化器、分离器、太阳能电解器、H2罐、O2罐、在线检测器、远程防爆总控系统；所述CO2罐、蒸汽发电机组与多等离子炬发生器连通，太阳能蒸汽发生器与蒸汽罐连通，智能送煤器、蒸汽罐与多等离子炬发生器通过唯一管道与反应室连通，反应室底部设有出煤渣口，反应室上端设有出口与蒸汽发电机组连通，蒸汽发电机组、净化器、分离器、H2罐依次连通，蒸汽发电机组与蒸汽罐、太阳能电解器连通，净化器与净化处理器连通，分离器与CO2罐连通，太阳能电解器与H2罐、O2罐连通；所述在线检测器安装在管道与反应室内，远程防爆总控系统在线监控各个装置。
作为优选，远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，还包括有：蒸汽煤浆喷浆机；所述CO2罐、蒸汽发电机组与多等离子炬发生器连通，太阳能蒸汽发生器与蒸汽罐连通，智能送煤器、蒸汽罐与蒸汽煤浆喷浆机连通，多等离子炬发生器与蒸汽煤浆喷浆机通过唯一管道与反应室连通，反应室底部设有出煤渣口，反应室上端设有出口与蒸汽发电机组连通，蒸汽发电机组、净化器、分离器、H2罐依次连通，蒸汽发电机组与蒸汽罐、太阳能电解器连通，净化器与净化处理器连通，分离器与CO2罐连通，太阳能电解器与H2罐、O2罐连通；所述在线检测器安装在管道与反应室内，远程防爆总控系统在线监控各个装置。
作为优选，远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，包括：CO2罐、多等离子炬发生器、智能送煤器、太阳能蒸汽发生器、蒸汽罐、反应室、蒸汽发电机组、净化器、分离器、太阳能电解器、H2罐、O2罐、在线检测器、远程防爆总控系统；所述CO2罐、蒸汽发电机组与多等离子炬发生器连通，太阳能蒸汽发生器与蒸汽罐连通，所述蒸汽罐与反应室的底部连通，多等离子炬发生器与智能送煤器通过唯一管道与反应室连通，反应室底部设有出煤渣口，反应室上端设有出口与蒸汽发电机组连通，蒸汽发电机组、净化器、分离器、H2罐依次连通，蒸汽发电机组与蒸汽罐、太阳能电解器连通，净化器与净化处理器连通，分离器与CO2罐连通，太阳能电解器与H2罐、O2罐连通；所述在线检测器安装在管道与反应室内，远程防爆总控系统在线监控各个装置。
作为优选，远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，包括：CO2罐、多等离子炬发生器、智能送煤器、太阳能蒸汽发生器、蒸汽罐、反应室、蒸汽发电机组、净化器、分离器、太阳能电解器、H2罐、O2罐、在线检测器、远程防爆总控系统；所述CO2罐、蒸汽发电机组、蒸汽罐与多等离子炬发生器连通，太阳能蒸汽发生器与蒸汽罐连通，多等离子炬发生器与智能送煤器通过唯一管道与反应室连通，反应室底部设有出煤渣口，反应室上端设有出口与蒸汽发电机组连通，蒸汽发电机组、净化器、分离器、H2罐依次连通，蒸汽发电机组与蒸汽罐、太阳能电解器连通，净化器与净化处理器连通，分离器与CO2罐连通，太阳能电解器与H2罐、O2罐连通；所述在线检测器安装在管道与反应室内，远程防爆总控系统在线监控各个装置。
作为优选，所述蒸汽发电机组由气体热能蒸汽交换器和多螺杆膨胀发电机组成；所述气体热能蒸汽交换器与反应室、蒸汽罐、净化器、多螺杆膨胀发电机连通，多螺杆膨胀发电机与多等离子炬发生器、太阳能电解器连通。
作为优选，多等离子炬发生器由若干个等离子炬组成，每个等离子炬功率为50KW-3MW。
作为优选，多等离子炬发生器的等离子炬呈圆形或长方形排列。
作为优选，太阳能电解器包括：催化电解板、阳极、阴极、可调电阻、电解池；所述电解池的两端设有阳极、阴极，电解池内设有催化电解板，阳极与阴极之间接有可调电阻，电解池的阳极气体出口与O2罐连通，电解池的阴极气体出口与H2罐连通。
远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢工艺，包括以下步骤：
1）打开远程防爆总控系统、备用电源开关、在线检测器电源开关、远程防爆器电源开关；
2）打开太阳能蒸汽发生器阀门，将水蒸汽经过蒸汽罐后送入蒸汽煤浆喷浆机，智能送煤器将煤送入蒸汽煤浆喷浆机，水蒸汽与煤进行煤浆处理；
3）打开备用CO2罐阀门将CO2送入多等离子炬发生器，多等离子炬发生器输出的CO2与蒸汽煤浆喷浆机喷出来的煤浆在管道与反应室内进行快速反应；
4）将反应室内产生的反应气体送蒸汽发电机组，形成的蒸汽送蒸汽罐，所发的电供多等离子炬发生器与太阳能电解器使用；
5）将经蒸汽发电机组降温后的气体送入净化器进行净化处理；
6）将净化后的气体送分离器分离，通过H2分子筛的H2送H2罐，CO2送CO2罐；
7）蒸汽发电机组供多等离子炬发生器多余后的电力，送太阳能电解器进行电解水制氢，H2送H2罐，O2送O2罐。
作为优选，步骤2）中煤和水蒸汽分别送入管道，不进行蒸汽煤浆处理。
作为优选，步骤2）中煤送入管道，水蒸汽从反应室底部送入。
作为优选，步骤2）中煤送入管道，水蒸汽送入多等离子炬发生器。
本发明的有益效果在于：1、本发明装置结构简单、多变，可以根据实际情况进行改造，适用于多种规模的制氢环境；2、零污染排放，CO2有效捕捉、循环利用；3、尘、硫、硝、煤焦油等综合利用，增加附加值，降低制氢成本，构建制氢、产氧、副产品一体化链条；4、本发明装置引入太阳能蒸汽发生器、太阳能电解器，有效利用太阳能这新型无污染能源，相对传统装置降低能耗；5、总控岛远程防爆，在线监测温度、压力、气体成分，对生产全过程进行严格监控，保证生产线的安全以及消除生产隐患，提前发现险情、报警，并应急解爆。
附图说明
图1是实施例1远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置的结构示意图；
图2是实施例2远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置的结构示意图；
图3是实施例3远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置的结构示意图；
图4是实施例4远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置的结构示意图；
图5是圆形结构的多等离子炬发生器的结构示意图；
图6是长方形结构的多等离子炬发生器的结构示意图；
图7是蒸汽发电机组的结构示意图；
图8是太阳能电解器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：如图1所示，远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，包括：备用电源1、CO2罐14、多等离子炬发生器2、智能送煤器3、太阳能蒸汽发生器18、蒸汽罐4、反应室7、蒸汽发电机组10、净化器11、分离器13、太阳能电解器16、H2罐15、O2罐17、在线检测器Ⅰ61、在线检测器Ⅱ62、在线检测器Ⅲ63、远程防暴器Ⅰ91、远程防暴器Ⅱ92、远程防爆总控系统19；所述备用电源1、CO2罐14、蒸汽发电机组10与多等离子炬发生器2连通，太阳能蒸汽发生器18与蒸汽罐4连通，智能送煤器3、蒸汽罐4与多等离子炬发生器2通过唯一管道与反应室7连通，反应室7底部设有出煤渣口8，反应室7上端设有出口与蒸汽发电机组10连通，蒸汽发电机组10、净化器11、分离器13、H2罐15依次连通，蒸汽发电机组10与蒸汽罐4、太阳能电解器16连通，净化器11与净化处理器12连通，分离器13与CO2罐14连通，太阳能电解器16与H2罐15、O2罐17连通；所述在线检测器Ⅰ61、在线检测器Ⅱ62安装在管道上，在线检测器Ⅲ63、远程防暴器Ⅰ91安装在反应室7内，远程防暴器Ⅱ92安装在H2罐15内，远程防爆总控系统19在线监控各个装置。
实施步骤：
第一步、依次打开远程防爆总控系统19、备用电源11开关；打开在线检测器Ⅰ61、在线检测器Ⅱ62、在线检测器Ⅲ63电源开关，在线检测温度、压力、气体成分；打开远程防爆器Ⅰ91、远程防爆器Ⅱ92电源开关，在线进行远程防爆报警与及时应急解爆；
第二步、打开太阳能蒸汽发生器18阀门，将水蒸汽送入蒸汽罐4后进入管道内；智能送煤器3将煤输送进入管道内；
优选蒸汽温度为150—450℃；
优选煤粉颗粒细度为200—300目；
第三步、打开备用CO2罐20阀门，将CO2送入多等离子炬发生器2与蒸汽罐4输送的水蒸汽和智能送煤器3输送的煤在管道与反应室7内进行快速反应：
完成主要反应：
CO2+C（煤粉）——2CO （6）
CO+H2O——CO2+H2 （7）
完成副反应：
C+H2O——CO+H2 （8）
优选多等离子炬发生器2出口温度为1000—1500℃；
优选反应室7内的反应温度为150—850℃；
第四步、将反应室7内产生的反应气体送蒸汽发电机组10，形成的蒸汽送蒸汽罐4，所发的电供多等离子炬发生器2与太阳能电解器16使用；
蒸汽发电机组10主要功能原理，是利用反应室7内产生的反应气体温度产生蒸汽，并将热能一部分转化为电能；
优选蒸汽发电机组10中的发电机为多螺杆膨胀发电机；
优选经蒸汽发电机组10后出口的气体温度低于150℃；
第五步、将经蒸汽发电机组10降温后的气体送入净化器11进行除尘、脱硫、脱硝、以及少量煤焦油等进行净化处理。将尘、脱硫、脱硝、煤焦油等净化处理器12进行综合利用；
优选净化器11出口的气体温度低于50℃；
第六步、将净化后的气体送分离器13分离，通过H2分子筛的H2送H2罐15，CO2送CO2罐14，供循环使用；
第七步、蒸汽发电机组10供多等离子炬发生器2多余后的电力，送太阳能电解器16进行电解水制氢，H2送H2罐15，O2送O2罐17。
多等离子炬发生器2由若干个等离子炬组成，等离子炬个数为2-80个，单个等离子炬的功率为50KW-3MW，能够适用于大、小工厂的制氢规模，等离子炬的排列方式为圆形如图5所示，也可以按长方形排列如图6所示。
参见图7为蒸汽发电机组10的结构示意图，蒸汽发电机组10由气体热能蒸汽交换器和多螺杆膨胀发电机组成，所述气体热能蒸汽交换器与反应室7、蒸汽罐4、净化器11、多螺杆膨胀发电机连通，多螺杆膨胀发电机与多等离子炬发生器2、太阳能电解器16连通。
实施步骤：
第一步、将反应室7的反应气体送入气体热能蒸汽交换器22产生蒸汽，一部分蒸汽送蒸汽罐4，一部分蒸汽送多螺杆膨胀发电机23发电，供多等离子炬发生器2与太阳能电解器16用电；优选气体热能蒸汽交换器22产生的蒸汽温度为150—300℃；优选多螺杆膨胀发电机为2—50个螺杆膨胀装置；
第二步、将经气体热能蒸汽交换器22降温后的气体送净化器11净化。
参见图8为太阳能电解器16的结构示意图，太阳能电解器16由催化电解板25、阳极26、阴极27、可调电阻28、电解池29组成；所述电解池29的两端设有阳极26、阴极27，电解池29内设有催化电解板25，阳极26与阴极27之间接有可调电阻28，电解池29的阳极气体出口与O2罐17连通，电解池29的阴极气体出口与H2罐15连通。太阳24正照电解池29。
实施步骤：
第一步、将通过膜分离处理的清水送入电解池29中；
优选电解水溶液中加入表面活性剂黄腐植酸：浓度0.05—0.1%；
优选电解水溶液中加入光催化剂为钛稀土元素化合物；
优选催化电解板25为Ni或Ni合金、Ni+Zn合金；
第二步、打开备用电源11或蒸汽发电机组10电源开关，进行电解反应；反应生成的O2送O2罐17，H2送H2罐15，优选电解温度60—120℃。
实施例2：如图2所示，远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，包括：备用电源1、CO2罐14、多等离子炬发生器2、智能送煤器3、太阳能蒸汽发生器18、蒸汽罐4、蒸汽煤浆喷浆机5、反应室7、蒸汽发电机组10、净化器11、分离器13、太阳能电解器16、H2罐15、O2罐17、在线检测器Ⅰ61、在线检测器Ⅱ62、在线检测器Ⅲ63、远程防暴器Ⅰ91、远程防暴器Ⅱ92、远程防爆总控系统19；所述备用电源1、CO2罐14、蒸汽发电机组10与多等离子炬发生器2连通，太阳能蒸汽发生器18与蒸汽罐4连通，智能送煤器3、蒸汽罐4与蒸汽煤浆喷浆机5连通，多等离子炬发生器2与蒸汽煤浆喷浆机5通过唯一管道与反应室7连通，反应室7底部设有出煤渣口8，反应室7上端设有出口与蒸汽发电机组10连通，蒸汽发电机组10、净化器11、分离器13、H2罐15依次连通，蒸汽发电机组10与蒸汽罐4、太阳能电解器16连通，净化器11与净化处理器12连通，分离器13与CO2罐14连通，太阳能电解器16与H2罐15、O2罐17连通；所述在线检测器Ⅰ61、在线检测器Ⅱ62安装在管道上，在线检测器Ⅲ63、远程防暴器Ⅰ91安装在反应室7内，远程防暴器Ⅱ92安装在H2罐15内，远程防爆总控系统19在线监控各个装置。备用CO2罐20和CO2罐14一样能够存储CO2。
实施步骤：
第一步、依次打开远程防爆总控系统19、备用电源11开关；打开在线检测器Ⅰ61、在线检测器Ⅱ62、在线检测器Ⅲ63电源开关，在线检测温度、压力、气体成分；打开远程防爆器Ⅰ91、远程防爆器Ⅱ92电源开关，在线进行远程防爆报警与及时应急解爆；
第二步、打开太阳能蒸汽发生器18阀门，将水蒸汽送入蒸汽罐4后，再送入蒸汽煤浆喷浆机5，与从智能送煤器3送来的煤进行煤浆处理；
优选蒸汽温度为150—450℃；
优选煤粉颗粒细度为200—300目；
第三步、打开备用CO2罐20阀门，将CO2送入多等离子炬发生器2与蒸汽煤浆喷浆机5喷出来的煤浆在管道与反应室7内进行快速反应：
完成主要反应：
CO2+C（煤浆颗粒）——2CO （1）
C+H2O——CO+H2 （2）
CO+H2O——CO2+H2 （3）
完成副反应：
C+2H2——CH4 （4）
CH4+CO2——2CO+H2 （5）
优选多等离子炬发生器2出口温度为1000—1500℃；
优选反应室7内的反应温度为150—850℃
第四步、将反应室7内产生的反应气体送蒸汽发电机组10，形成的蒸汽送蒸汽罐4，所发的电供多等离子炬发生器2与太阳能电解器16使用；
蒸汽发电机组10主要功能原理，是利用反应室7内产生的反应气体温度产生蒸汽，并将热能一部分转化为电能；
优选蒸汽发电机组10中的发电机为多螺杆膨胀发电机；
优选经蒸汽发电机组10后出口的气体温度低于150℃；
第五步、将经蒸汽发电机组10降温后的气体送入净化器11进行除尘、脱硫、脱硝、以及少量煤焦油等进行净化处理；将尘、脱硫、脱硝、煤焦油等净化处理器12进行综合利用；
优选净化器11出口的气体温度低于50℃；
第六步、将净化后的气体送分离器13分离，通过H2分子筛的H2送H2罐15，CO2送CO2罐14，供循环使用；
第七步、蒸汽发电机组10供多等离子炬发生器2多余后的电力，送太阳能电解器16进行电解水制氢，H2送H2罐15，O2送O2罐17。
本实施例将水蒸汽与煤送入蒸汽煤浆喷浆机5中进行煤浆处理，主要功能作用是将煤粉通过蒸汽进行软化处理。
实施例3：如图3所示，远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，包括：备用电源1、CO2罐14、多等离子炬发生器2、智能送煤器3、太阳能蒸汽发生器18、蒸汽罐4、反应室7、蒸汽发电机组10、净化器11、分离器13、太阳能电解器16、H2罐15、O2罐17、在线检测器Ⅰ61、在线检测器Ⅱ62、在线检测器Ⅲ63、远程防暴器Ⅰ91、远程防暴器Ⅱ92、远程防爆总控系统19；所述备用电源1、CO2罐14、蒸汽发电机组10与多等离子炬发生器2连通，太阳能蒸汽发生器18与蒸汽罐4连通，所述蒸汽罐4与反应室7的底部连通，多等离子炬发生器2与智能送煤器3通过唯一管道与反应室7连通，反应室7底部设有出煤渣口8，反应室7上端设有出口与蒸汽发电机组10连通，蒸汽发电机组10、净化器11、分离器13、H2罐15依次连通，蒸汽发电机组10与蒸汽罐4、太阳能电解器16连通，净化器11与净化处理器12连通，分离器13与CO2罐14连通，太阳能电解器16与H2罐15、O2罐17连通；所述在线检测器Ⅰ61安装在管道上，在线检测器Ⅱ62安装在蒸汽罐4与反应室7连通的通道内，在线检测器Ⅲ63、远程防暴器Ⅰ91安装在反应室7内，远程防暴器Ⅱ92安装在H2罐15内，远程防爆总控系统19在线监控各个装置。
实施步骤：
第一步、依次打开远程防爆总控系统19、备用电源11开关；打开在线检测器Ⅰ61、在线检测器Ⅱ62、在线检测器Ⅲ63电源开关，在线检测温度、压力、气体成分；打开远程防爆器Ⅰ91、远程防爆器Ⅱ92电源开关，在线进行远程防爆报警与及时应急解爆；
第二步、打开太阳能蒸汽发生器18阀门，将水蒸汽送入蒸汽罐4后从反应室7底部将水蒸汽输出；智能送煤器3将煤输送进入管道内；
优选蒸汽温度为150—450℃；
优选煤粉颗粒细度为200—300目；
第三步、打开备用CO2罐20阀门，将CO2送入多等离子炬发生器2与蒸汽罐4输送的水蒸汽、蒸汽罐4输送的水蒸汽在反应室7内进行快速反应：
完成主要反应：
CO2+C（煤粉）——2CO （6）
CO+H2O——CO2+H2 （7）
完成副反应：
C+H2O——CO+H2 （8）
优选多等离子炬发生器2出口温度为1000—1500℃；
优选反应室7内的反应温度为150—850℃；
第四步、将反应室7内产生的反应气体送蒸汽发电机组10，形成的蒸汽送蒸汽罐4，所发的电供多等离子炬发生器2与太阳能电解器16使用；
蒸汽发电机组10主要功能原理，是利用反应室7内产生的反应气体温度产生蒸汽，并将热能一部分转化为电能；
优选蒸汽发电机组10中的发电机为多螺杆膨胀发电机；
优选经蒸汽发电机组10后出口的气体温度低于150℃；
第五步、将经蒸汽发电机组10降温后的气体送入净化器11进行除尘、脱硫、脱硝、以及少量煤焦油等进行净化处理。将尘、脱硫、脱硝、煤焦油等净化处理器12进行综合利用；
优选净化器11出口的气体温度低于50℃；
第六步、将净化后的气体送分离器13分离，通过H2分子筛的H2送H2罐15，CO2送CO2罐14，供循环使用；
第七步、蒸汽发电机组10供多等离子炬发生器2多余后的电力，送太阳能电解器16进行电解水制氢，H2送H2罐15，O2送O2罐17。
实施例4：如图4所示，远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，包括：备用电源1、CO2罐14、多等离子炬发生器2、智能送煤器3、太阳能蒸汽发生器18、蒸汽罐4、反应室7、蒸汽发电机组10、净化器11、分离器13、太阳能电解器16、H2罐15、O2罐17、在线检测器Ⅰ61、在线检测器Ⅲ63、远程防暴器Ⅰ91、远程防暴器Ⅱ92、远程防爆总控系统19；所述备用电源1、CO2罐14、蒸汽发电机组10、蒸汽罐4与多等离子炬发生器2连通，太阳能蒸汽发生器18与蒸汽罐4连通，多等离子炬发生器2与智能送煤器3通过唯一管道与反应室7连通，反应室7底部设有出煤渣口8，反应室7上端设有出口与蒸汽发电机组10连通，蒸汽发电机组10、净化器11、分离器13、H2罐15依次连通，蒸汽发电机组10与蒸汽罐4、太阳能电解器16连通，净化器11与净化处理器12连通，分离器13与CO2罐14连通，太阳能电解器16与H2罐15、O2罐17连通；所述在线检测器Ⅰ61安装在管道上，在线检测器Ⅲ63、远程防暴器Ⅰ91安装在反应室7内，远程防暴器Ⅱ92安装在H2罐15内，远程防爆总控系统19在线监控各个装置。
实施步骤：
第一步、依次打开远程防爆总控系统19、备用电源11开关；打开在线检测器Ⅰ61、在线检测器Ⅲ63电源开关，在线检测温度、压力、气体成分；打开远程防爆器Ⅰ91、远程防爆器Ⅱ92电源开关，在线进行远程防爆报警与及时应急解爆；
第二步、将蒸汽罐4与CO2罐14的水蒸汽和CO2混合送进多等离子炬发生器2内在等离子状态下进行反应；优选蒸汽温度为150—450℃
完成主反应：
H2O+CO2——H2CO3（不稳定碳酸） （9）
完成副反应：
2H2O+2CO2——2HCOOH（甲酸）+O2 （10）
第三步、将经多等离子炬发生器2出口的混合气体，包括H2O、CO2、H2CO3、HCOOH与煤分在反应室7内进行快速反应：
完成主反应：
4H2CO3（碳酸）+2C（煤）——6CO2+4H2 （11）
4HCOOH（甲酸）+O2+2C（煤）——6CO2+4H2 （12）
CO2++H2O+C（煤）——2CO2+H2 （13）
完成副反应：
C+2H2——CH4 （14）
CH4+CO2——2CO+H2+H2O （15）
优选煤粉颗粒细度为200—300目；
优选多等离子炬发生器2出口温度为1000—1500℃；
优选反应室7内的反应温度为150—850℃；
第四步、将反应室7内产生的反应气体送蒸汽发电机组10，形成的蒸汽送蒸汽罐4，所发的电供多等离子炬发生器2与太阳能电解器16使用；
蒸汽发电机组10主要功能原理，是利用反应室7内产生的反应气体温度产生蒸汽，并将热能一部分转化为电能；
优选蒸汽发电机组10中的发电机为多螺杆膨胀发电机；
优选经蒸汽发电机组10后出口的气体温度低于150℃；
第五步、将经蒸汽发电机组10降温后的气体送入净化器11进行除尘、脱硫、脱硝、以及少量煤焦油等进行净化处理。将尘、脱硫、脱硝、煤焦油等净化处理器12进行综合利用；
优选净化器11出口的气体温度低于50℃；
第六步、将净化后的气体送分离器13分离，通过H2分子筛的H2送H2罐15，CO2送CO2罐14，供循环使用；
第七步、蒸汽发电机组10供多等离子炬发生器2多余后的电力，送太阳能电解器16进行电解水制氢，H2送H2罐15，O2送O2罐17。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，其特征在于包括：CO2罐（14）、多等离子炬发生器（2）、智能送煤器（3）、太阳能蒸汽发生器（18）、蒸汽罐（4）、反应室（7）、蒸汽发电机组（7）、净化器（11）、分离器（13）、太阳能电解器（16）、H2罐（15）、O2罐（17）、在线检测器、远程防爆总控系统（19）；所述CO2罐（14）、蒸汽发电机组（7）与多等离子炬发生器（2）连通，太阳能蒸汽发生器（18）与蒸汽罐（4）连通，智能送煤器（3）、蒸汽罐（4）与多等离子炬发生器（2）通过唯一管道与反应室（7）连通，反应室（7）底部设有出煤渣口（8），反应室（7）上端设有出口与蒸汽发电机组（7）连通，蒸汽发电机组（7）、净化器（11）、分离器（13）、H2罐（15）依次连通，蒸汽发电机组（7）与蒸汽罐（4）、太阳能电解器（16）连通，净化器（11）与净化处理器连通，分离器（13）与CO2罐（17）（14）连通，太阳能电解器（16）与H2罐（15）、O2罐（17）连通；所述在线检测器安装在管道与反应室（7）内，远程防爆总控系统（19）在线监控各个装置。
2.根据权利要求1所述的远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，其特征在于，还包括有蒸汽煤浆喷浆机（5）；太阳能蒸汽发生器（18）与蒸汽罐（4）连通，智能送煤器（3）、蒸汽罐（4）与蒸汽煤浆喷浆机（5）连通，多等离子炬发生器（2）与蒸汽煤浆喷浆机（5）通过唯一管道与反应室（7）连通。
3.根据权利要求1所述的远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，其特征在于，所述蒸汽罐（4）与反应室（7）的底部连通，多等离子炬发生器（2）与智能送煤器（3）通过唯一管道与反应室（7）连通。
4.根据权利要求1所述的远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，其特征在于，所述CO2罐（14）、蒸汽发电机组（7）、蒸汽罐（4）与多等离子炬发生器（2）连通，太阳能蒸汽发生器（18）与蒸汽罐（4）连通，多等离子炬发生器（2）与智能送煤器（3）通过唯一管道与反应室（7）连通。
5.根据权利要求2所述的远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，其特征在于，所述蒸汽发电机组（7）由气体热能蒸汽交换器（22）和多螺杆膨胀发电机（23）组成；所述气体热能蒸汽交换器（22）与反应室（7）、蒸汽罐（4）、净化器（11）、多螺杆膨胀发电机（23）连通，多螺杆膨胀发电机（23）与多等离子炬发生器（2）、太阳能电解器（16）连通。
6.根据权利要求5所述的远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置，其特征在于太阳能电解器（16）包括：催化电解板（25）、阳极（26）、阴极（27）、可调电阻（28）、电解池（29）；所述电解池（29）的两端设有阳极（26）、阴极（27），电解池（29）内设有催化电解板（25），阳极（26）与阴极（27）之间接有可调电阻（28），电解池（29）的阳极气体出口与O2罐（17）连通，电解池（29）的阴极气体出口与H2罐（15）连通。
7.远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢工艺，其特征在于包括以下步骤：
1）打开远程防爆总控系统（19）、备用电源（11）开关、在线检测器电源开关、远程防爆器电源；
2）打开太阳能蒸汽发生器（18）阀门，将水蒸汽经过蒸汽罐（4）后送入蒸汽煤浆喷浆机（5），智能送煤器（3）将煤送入蒸汽煤浆喷浆机（5），水蒸汽与煤进行煤浆处理；
3）打开备用CO2罐（20）阀门将CO2送入多等离子炬发生器（2），多等离子炬发生器（2）输出的CO2与蒸汽煤浆喷浆机（5）喷出来的煤浆在管道与反应室（7）内进行快速反应；
4）将反应室（7）内产生的反应气体送蒸汽发电机组（10），形成的水蒸汽送蒸汽罐（4），所发的电供多等离子炬发生器（2）与太阳能电解器（16）使用；
5）将经蒸汽发电机组（10）降温后的气体送入净化器（11）进行净化处理；
6）将净化后的气体送分离器（13）分离，通过H2分子筛的H2送H2罐（15），CO2送CO2罐（14）；
7）蒸汽发电机组（10）供多等离子炬发生器（2）多余后的电力，送太阳能电解器（16）进行电解水制氢，H2送H2罐（15），O2送O2罐（17）。
8.根据权利要求7所述的远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢工艺，其特征在于，步骤2）中煤和水蒸汽分别送入管道，不进行蒸汽煤浆处理。
9.根据权利要求7所述的远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢工艺，其特征在于，步骤2）中煤送入管道，水蒸汽从反应室（7）底部送入。
10.根据权利要求7所述的远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢工艺，其特征在于，步骤2）中煤送入管道，水蒸汽送入多等离子炬发生器（2）。
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| CN114958430A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-08-30 | 广东工业大学 | 一种副产氢气的二氧化碳自循环式生物质高温气化系统及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102428024A (zh) * | 2009-07-13 | 2012-04-25 | 川崎重工业株式会社 | 氢制造方法及氢制造系统 |
| US20120301949A1 (en) * | 2010-02-01 | 2012-11-29 | See - Soluções, Energia E Meio Ambiente Ltda. | Method and system for producing hydrogen from carbon-containing raw materials |
| CN203794616U (zh) * | 2014-01-26 | 2014-08-27 | 程礼华 | 远程防爆煤化二氧化碳循环利用制氢装置 |
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2014
- 2014-01-26 CN CN201410039005.5A patent/CN103787274B/zh active Active
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