CN114621790B - 一种煤气化制备氢气的方法及净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤气化制备氢气的方法及净化装置，使煤块与气化剂发生气化反应，得到灰渣和含尘的含氢焦炉煤气；对含尘的含氢焦炉煤气进行分离，得到飞灰和含氢焦炉煤气；使含氢焦炉煤气与催化剂、水蒸气进行反应，得到气体产物；对气体产物进行分离处理，得到含氧氢气；对含氧氢气进行脱氧、冷凝、干燥的净化处理得到高纯度氢气；包括由多个并联设置的脱氧塔构成的脱氧系统，所述脱氧系统的进气端连接有进气主管，所述脱氧塔的内部经电动自动安装退出机构安装有多个催化氧气和氢气反应的第一催化剂网。本发明制电动自动安装退出机构将第一催化剂网从脱氧塔内推出，便于对第一催化剂网进行更换和安装。
Description
技术领域
本发明涉及氢气制备技术领域，具体为一种煤气化制备氢气的方法及净化装置。
背景技术
单位质量的氢气释放出的热量是每单位质量汽油的三倍，且氢气燃烧的最终产物只有水，可被认为是一种绝对清洁的燃料，因此，长期以来被认为是一种有潜力取代化石燃料的清洁能源。其中，制氢技术是氢能利用最重要的技术环节。通过煤气化生产合成气，再由合成气制下游产品如合成氨、甲醇、二甲醚、制氢、烯烃、合成油、IGCC发电等是进入二十一世纪我国能源替代的主要技术路线。现有的煤气化制备氢气的方法工艺中，生产的氢气中会掺杂有少量的氧气因此需要对氢气进行脱氧净化，得到高浓度的氢气，而现有的脱氧塔内部的催化剂在长期使用后，需要对其更换，以提升粗氢的脱氧效果，但是现有的脱氧塔的内部对于催化剂的放置结构设计不合理，导致每次更换需要耗费大量的人力；并且对脱氧过程中产生的水气清除效果差。因此我们提供一种煤气化制备氢气的方法及净化装置。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种煤气化制备氢气的方法，包括以下几个步骤，
步骤1、使煤块与气化剂发生气化反应，得到灰渣和含尘的含氢焦炉煤气；
步骤2、对含尘的含氢焦炉煤气进行分离，得到飞灰和含氢焦炉煤气；
步骤3、使含氢焦炉煤气与催化剂、水蒸气进行反应，得到气体产物；对气体产物进行分离处理，得到含氧氢气；
步骤4、对含氧氢气进行脱氧、冷凝、干燥的净化处理得到高纯度氢气。
作为本发明的一种优选技术方案，包括由多个并联设置的脱氧塔构成的脱氧系统，所述脱氧系统的进气端连接有进气主管，所述脱氧系统的出气端连接有升温塔，所述升温塔的出气端连接有冷却塔，所述冷却塔的出气端连接有干燥塔，所述脱氧塔的内部经电动自动安装退出机构安装有多个催化氧气和氢气反应的第一催化剂网；所述脱氧塔的底部设有与进气主管连接的进气管，所述脱氧塔的顶部设有出气管，所述出气管上设有用于对氧气浓度检测的氧气浓度检测仪，所述进气管上设有第一电磁阀，所述出气管上设有第二电磁阀，还包括一个控制器，所述第一电磁阀，第二电磁阀，氧气浓度检测仪和电动自动安装退出机构均与控制器电连接，
当氧气浓度检测仪检测到出气管内排出的气体中氧气浓度大于设定值时，则控制器控制第一电磁阀和第二电磁阀闭合，对该脱氧塔停用，同时控制器控制电动自动安装退出机构将催化剂网从脱氧塔内推出。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电动自动安装退出机构包括设置在脱氧塔侧壁上的安装插口，且所述脱氧塔的内壁上设有与安装插口对应的密封板，所述安装插口内插入有安装框，所述催化剂网安装在所述安装框上，所述密封板上设有供安装框的侧边嵌入的密封槽；所述脱氧塔的外壁两侧设有电动推杆，所述安装框的外端部设有用于遮盖安装插口的盖板，所述电动推杆的伸缩端与盖板相固定。
作为本发明的一种优选技术方案，所述盖板与安装插口之间设有密封机构，所述密封机构包括设置在沿安装插口周侧设置的密封环槽，所述盖板上设有嵌入到密封环槽内的密封环块，且所述密封环块与密封环槽之间设有橡胶密封圈。
作为本发明的一种优选技术方案，所述密封环块上设有对密封环块与脱氧塔之间的压力进行检测的压力传感器，且所述压力传感器与控制器连接，当压力传感器检测到密封环块与脱氧塔之间的压力值到的设置值时，则电动推杆停止工作。
作为本发明的一种优选技术方案，所述升温塔的内部设有螺旋设置的换热管，且所述升温塔上设有与换热管连接的换热进口和换热出口，所述换热管的外壁上设有多个换热翅片。
作为本发明的一种优选技术方案，所述冷却塔的内腔底部设有减震底座，所述减震底座上设有下换热管，所述下换热管上设有多个竖直向上的换热直管，多个所述换热直管的顶端设有上换热管，所述冷却塔上设有冷却水进管和冷却水出管，所述冷却水进管经第一软连接与上换热管连接，所述冷却水出管经第二软连接与下换热管连接，且所述下换热管上固定有振动电机。
作为本发明的一种优选技术方案，所述换热直管的上端设有缓流罩，且缓流罩的外边设有向上倾斜的导流边裙。
作为本发明的一种优选技术方案，所述冷却塔的底部的底部设有出水管，所述出水管的底部设有集水筒，所述集水筒内设有液位计，且所述集水筒的底部设有排水管，所述排水管上设有开关阀。
本发明的有益效果是：
1、该种煤气化制备氢气的方法及净化装置中由多个并联设置的脱氧塔构成的脱氧系统，而当氧气浓度检测仪检测到出气管内排出的气体中氧气浓度大于设定值时，则控制器控制第一电磁阀和第二电磁阀闭合，对该脱氧塔停用，同时控制器控制电动自动安装退出机构将第一催化剂网从脱氧塔内推出，便于对第一催化剂网进行更换和安装。其中经脱氧系统脱氧气体则进入到升温塔内进行升温，然后升温后的气体则进入到冷却塔内，快速凝结成水体，从而完成氢气的脱氧干燥工作，然后经初步冷却干燥后的水体则进入到干燥塔内进行最终的干燥，从而得到纯度较高的氢气，完成成品氢气的净化。
2、该种煤气化制备氢气的净化装置中通过设置特定的电动自动安装退出机构来对第一催化剂网进行安装和拆卸，主要是通过电动推杆的伸缩从而带动，安装框沿着安装插口移动，方便将安装有第一催化剂网的安装框从安装插口内退出或推进脱氧塔内，从而极大的方便了对第一催化剂网的安装和拆卸，其中脱氧塔的内壁上设有与安装插口对应的密封板，且密封板上设有供安装框的侧边嵌入的密封槽，使得密封板与安装框之间具有较好的密封向，有效避免了跑气现象，其中盖板与安装插口之间设有密封机构，密封机构包括设置在沿安装插口周侧设置的密封环槽，盖板上设有嵌入到密封环槽内的密封环块，且密封环块与密封环槽之间设有橡胶密封圈，保证按插口与安装框的连接处具有较好的密封性。
3、该种煤气化制备氢气的净化装置中密封环块上设有对密封环块与脱氧塔之间的压力进行检测的压力传感器，且压力传感器与控制器连接，当压力传感器检测到密封环块与脱氧塔之间的压力值到的设置值时，则电动推杆停止工作，使得密封环块与脱氧塔之间具有较强的挤压力，来对橡胶密封圈进行挤压，从而使得按插口与安装框的连接处具有较好的密封性。
4、该种煤气化制备氢气的净化装置中冷却塔的内腔底部设有减震底座，减震底座上设有下换热管，下换热管上设有多个竖直向上的换热直管，多个换热直管的顶端设有上换热管，冷却塔上设有冷却水进管和冷却水出管，冷却水进管经第一软连接与上换热管连接，冷却水出管经第二软连接与下换热管连接，且下换热管上固定有振动电机，通过设置振动电机，进而带动下换热管、上换热管和换热直管进行振动，有利与将附着在下换热管、上换热管和换热直管上的水珠整落，从而方便对气体进行干燥。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种煤气化制备氢气的净化装置的结构示意图；
图2是本发明一种煤气化制备氢气的净化装置的电动自动安装退出机构的结构示意图；
图3是本发明一种煤气化制备氢气的净化装置的电动自动安装退出机构的工作状态图；
图4是本发明一种煤气化制备氢气的净化装置的压力传感器的结构示意图；
图5是本发明一种煤气化制备氢气的净化装置的安装插口的结构示意图。
图6是本发明一种煤气化制备氢气的净化装置的密封槽的结构示意图；
图7是本发明一种煤气化制备氢气的净化装置的升温塔的结构示意图；
图8是本发明一种煤气化制备氢气的净化装置的冷却塔的结构示意图；
图9是本发明一种煤气化制备氢气的净化装置的系统状态图。
图中：1、脱氧系统；2、脱氧塔；201、进气管；202、出气管；203、氧气浓度检测仪；204、第一电磁阀；205、第二电磁阀；206、控制器；3、进气主管；4、升温塔；401、换热管；402、换热进口；403、换热出口； 404、换热翅片；5、第一催化剂网；6、第二催化剂网；7、冷却塔；701、减震底座；702、下换热管；703、换热直管；704、上换热管；706、冷却水进管；707、冷却水出管；708、第一软连接；709、第二软连接；710、振动电机；711、缓流罩；712、导流边裙；713、出水管；714、集水筒； 715、液位计；716、排水管；717、开关阀；8、电动自动安装退出机构；801、安装插口；802、密封板；803、安装框；804、密封槽；805、电动推杆；806、盖板；807、密封环槽；808、密封环块；809、橡胶密封圈；810、压力传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1-9所示，本发明一种煤气化制备氢气的方法，包括以下几个步骤，
步骤1、使煤块与气化剂发生气化反应，得到灰渣和含尘的含氢焦炉煤气；
步骤2、对含尘的含氢焦炉煤气进行分离，得到飞灰和含氢焦炉煤气；
步骤3、使含氢焦炉煤气与催化剂、水蒸气进行反应，得到气体产物；对气体产物进行分离处理，得到含氧氢气；
步骤4、对含氧氢气进行脱氧、冷凝、干燥的净化处理得到高纯度氢气。
一种煤气化制备氢气的净化装置，包括由多个并联设置的脱氧塔2构成的脱氧系统1，所述脱氧系统1的进气端连接有进气主管3，所述脱氧系统1的出气端连接有升温塔4，所述升温塔4的出气端连接有冷却塔7，所述冷却塔7的出气端连接有干燥塔4，所述脱氧塔2的内部经电动自动安装退出机构8安装有多个催化氧气和氢气反应的第一催化剂网5；所述脱氧塔2的底部设有与进气主管3连接的进气管201，所述脱氧塔2的顶部设有出气管202，所述出气管202上设有用于对氧气浓度检测的氧气浓度检测仪203，所述进气管201上设有第一电磁阀204，所述出气管202上设有第二电磁阀205，还包括一个控制器206，所述第一电磁阀204，第二电磁阀205，氧气浓度检测仪203和电动自动安装退出机构8均与控制器206 电连接，
当氧气浓度检测仪检测到出气管内排出的气体中氧气浓度大于设定值时，则控制器206控制第一电磁阀204和第二电磁阀205闭合，对该脱氧塔2停用，同时控制器206控制电动自动安装退出机构8将催化剂网9从脱氧塔2内推出。由多个并联设置的脱氧塔2构成的脱氧系统1，而当氧气浓度检测仪203检测到出气管202内排出的气体中氧气浓度大于设定值时，则控制器206第一催化剂网控制第一电磁阀204和第二电磁阀205闭合，对该脱氧塔2停用，同时控制器206第一催化剂网控制电动自动安装退出机构将第一催化剂网从脱氧塔2内推出，便于对第一催化剂网进行更换和安装。其中经脱氧系统1脱氧气体则进入到升温塔4内进行升温，然后升温后的气体则进入到冷却塔内，快速凝结成水体，从而完成氢气的脱氧干燥工作，然后经初步冷却干燥后的水体则进入到干燥塔内进行最终的干燥，从而得到纯度较高的氢气，完成成品氢气的净化。
所述电动自动安装退出机构8包括设置在脱氧塔2侧壁上的安装插口 801，且所述脱氧塔2的内壁上设有与安装插口801对应的密封板802，所述安装插口801内插入有安装框803，所述催化剂网9安装在所述安装框803上，所述密封板802上设有供安装框803的侧边嵌入的密封槽804；所述脱氧塔2的外壁两侧设有电动推杆805，所述安装框803的外端部设有用于遮盖安装插口801的盖板806，所述电动推杆805的伸缩端与盖板806 相固定。通过设置特定的电动自动安装退出机构来对第一催化剂网进行安装和拆卸，主要是通过电动推杆的伸缩从而带动，安装框沿着安装插口移动，方便将安装有第一催化剂网的安装框从安装插口内退出或推进脱氧塔 2内，从而极大的方便了对第一催化剂网的安装和拆卸。
所述盖板806与安装插口801之间设有密封机构，所述密封机构包括设置在沿安装插口801周侧设置的密封环槽807，所述盖板806上设有嵌入到密封环槽807内的密封环块808，且所述密封环块808与密封环槽807 之间设有橡胶密封圈809，保证按插口与安装框的连接处具有较好的密封性。
所述密封环块808上设有对密封环块808与脱氧塔2之间的压力进行检测的压力传感器810，且所述压力传感器810与控制器206连接，当压力传感器810检测到密封环块808与脱氧塔2之间的压力值到的设置值时，则电动推杆805停止工作，使得密封环块与脱氧塔2之间具有较强的挤压力，来对橡胶密封圈进行挤压，从而使得按插口与安装框的连接处具有较好的密封性。
所述升温塔4的内部设有螺旋设置的换热管401，且所述升温塔4上设有与换热管401连接的换热进口402和换热出口403，所述换热管401 的外壁上设有多个换热翅片404，有效增加了换热面积，从而提高了换热效果，并且换热管401的换热温度为70-80摄氏度。所述升温塔内设有第二催化剂网，用于对氧气和氢气的合成反应进行催化。
所述冷却塔7的内腔底部设有减震底座701，所述减震底座701上设有下换热管702，所述下换热管702上设有多个竖直向上的换热直管703，多个所述换热直管705的顶端设有上换热管704，所述冷却塔7上设有冷却水进管706和冷却水出管707，所述冷却水进管706经第一软连接708 与上换热管704连接，所述冷却水出管707经第二软连接709与下换热管 702连接，且所述下换热管702上固定有振动电机710，通过设置振动电机，进而带动下换热管401、上换热管401和换热直管进行振动，有利与将附着在下换热管401、上换热管401和换热直管上的水珠整落，从而方便对气体进行干燥。
所述换热直管703的上端设有缓流罩711，且缓流罩711的外边设有向上倾斜的导流边裙712，起到了增大风阻缓流的时间，降低气体流过下换热管401、上换热管401和换热直管的流速，从而沿着冷凝时间，提高了冷凝除水的效果。
所述冷却塔7的底部的底部设有出水管713，所述出水管713的底部设有集水筒714，所述集水筒714内设有液位计715，且所述集水筒714的底部设有排水管716，所述排水管716上设有开关阀717，便于对冷凝水进行排放。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种煤气化制备氢气的方法，其特征在于：包括以下几个步骤，
步骤1、使煤块与气化剂发生气化反应，得到灰渣和含尘的含氢焦炉煤气；
步骤2、对含尘的含氢焦炉煤气进行分离，得到飞灰和含氢焦炉煤气；
步骤3、使含氢焦炉煤气与催化剂、水蒸气进行反应，得到气体产物；对气体产物进行分离处理，得到含氧氢气；
步骤4、对含氧氢气进行脱氧、冷凝、干燥的净化处理得到高纯度氢气；
用于对所述的一种煤气化制备氢气的方法中的含氧氢气进行净化的煤气化制备氢气的净化装置包括由多个并联设置的脱氧塔(2)构成的脱氧系统(1)，所述脱氧系统(1)的进气端连接有进气主管(3)，所述脱氧系统(1)的出气端连接有升温塔(4)，所述升温塔(4)的出气端连接有冷却塔(7)，所述冷却塔(7)的出气端连接有干燥塔(9)，所述脱氧塔(2)的内部经电动自动安装退出机构(8)安装有多个催化氧气和氢气反应的第一催化剂网(5)，所述第一催化剂网(5)通过所述脱氧塔(2)的侧壁安装和退出所述脱氧塔(2)；所述脱氧塔(2)的底部设有与进气主管(3)连接的进气管(201)，所述脱氧塔(2)的顶部设有出气管(202)，所述出气管(202)上设有用于对氧气浓度检测的氧气浓度检测仪(203)，所述进气管(201)上设有第一电磁阀(204)，所述出气管(202)上设有第二电磁阀(205)，还包括一个控制器(206)，所述第一电磁阀(204)，第二电磁阀(205)，氧气浓度检测仪(203)和电动自动安装退出机构(8)均与控制器(206)电连接，当氧气浓度检测仪(203)检测到出气管(202)内排出的气体中氧气浓度大于设定值时，则控制器(206)控制第一电磁阀(204)和第二电磁阀(205)闭合，对该脱氧塔(2)停用，同时控制器(206)控制电动自动安装退出机构(8)将第一催化剂网(5)从脱氧塔(2)内推出；
所述电动自动安装退出机构(8)包括设置在脱氧塔(2)侧壁上的安装插口(801)，且所述脱氧塔(2)的内壁上设有与安装插口(801)对应的密封板(802)，所述安装插口(801)内插入有安装框(803)，所述第一催化剂网(5)安装在所述安装框(803)上，所述密封板(802)上设有供安装框(803)的侧边嵌入的密封槽(804)；所述脱氧塔(2)的外壁两侧设有电动推杆(805)，所述安装框(803)的外端部设有用于遮盖安装插口(801)的盖板(806)，所述电动推杆(805)的伸缩端与盖板(806)相固定；
所述盖板(806)与安装插口(801)之间设有密封机构，所述密封机构包括设置在沿安装插口(801)周侧设置的密封环槽(807)，所述盖板(806)上设有嵌入到密封环槽(807)内的密封环块(808)，且所述密封环块(808)与密封环槽(807)之间设有橡胶密封圈(809)；
所述密封环块(808)上设有对密封环块(808)与脱氧塔(2)之间的压力进行检测的压力传感器(810)，且所述压力传感器(810)与控制器(206)连接，当压力传感器(810)检测到密封环块(808)与脱氧塔(2)之间的压力值到达设置值时，则电动推杆(805)停止工作。
2.根据权利要求1所述的煤气化制备氢气的方法，其特征在于，所述升温塔(4)的内部设有螺旋设置的换热管(401)，且所述升温塔(4)上设有与换热管(401)连接的换热进口(402)和换热出口(403)，所述换热管(401)的外壁上设有多个换热翅片(404)。
3.根据权利要求1所述的煤气化制备氢气的方法，其特征在于，所述冷却塔(7)的内腔底部设有减震底座(701)，所述减震底座(701)上设有下换热管(702)，所述下换热管(702)上设有多个竖直向上的换热直管(703)，多个所述换热直管(703)的顶端设有上换热管(704)，所述冷却塔(7)上设有冷却水进管(706)和冷却水出管(707)，所述冷却水进管(706)经第一软连接(708)与上换热管(704)连接，所述冷却水出管(707)经第二软连接(709)与下换热管(702)连接，且所述下换热管(702)上固定有振动电机(710)。
4.根据权利要求3所述的煤气化制备氢气的方法，其特征在于，所述换热直管(703)的上端设有缓流罩(711)，且缓流罩(711)的外边设有向上倾斜的导流边裙(712)。
5.根据权利要求3所述的煤气化制备氢气的方法，其特征在于，所述冷却塔(7)的底部设有出水管(713)，所述出水管(713)的底部设有集水筒(714)，所述集水筒(714)内设有液位计(715)，且所述集水筒(714)的底部设有排水管(716)，所述排水管(716)上设有开关阀(717)。
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