CN115304028A - 一种蓄热式热解气裂解制氢方法 - Google Patents

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朱振坤
张广海
朱子霖
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Abstract

本发明提供了一种蓄热式热解气裂解制氢方法，涉及热解制氢领域，是以煤及有机废弃物热解技术、氢气分离提纯技术为基础，结合蓄热体蓄热技术理论提出的。本方法以煤或有机废弃物的热解气为原料，进入蓄热式裂解制氢装置，经高温，热解气中大分子烃类裂解为H2、CO，并析出部分碳，裂解气经分离提氢后，乏气送至蓄热式裂解制氢装置燃烧室燃烧并为蓄热体蓄热，燃烧阶段合理控制过量空气系数，将热解气裂解阶段析出的部分碳燃烧掉，在至少布置两套蓄热式裂解制氢装置前提下，裂解与蓄热交替运行，从而实现热解气裂解制氢连续稳定运行。本发明为煤及有机废弃物的热解制氢提供了新思路，为其清洁高效利用提供了应用前景。

Description

一种蓄热式热解气裂解制氢方法
技术领域
本发明涉及热解制氢技术领域，具体涉及一种蓄热式热解气裂解制氢方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。氢能技术的首要任务是制氢，如何实现大规模地廉价制氢是关键。目前，主要的制氢方法是化石燃料制氢，该技术成熟、廉价，但资源短缺(石油、天然气资源短缺)和环境问题(CO2排放)无法解决。此外，水分解制氢，利用太阳能、热化学和电化学等方法制氢，面临太阳能收集、高品质热能产生及消耗电能等问题，并不经济。其他制氢技术，如光催化、光生物等，较难实现大规模。
发明内容
本发明为解决煤及有机废气物的热解气制氢问题，结合蓄热技术理论，提出了一种蓄热式热解气裂解制氢方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种蓄热式热解气裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
申请人基于前期专利CN202210108278.5“一种蓄热球内外循环干燥热解装置及方法”和CN202111178184.7“一种球协同加热与破碎的干燥热解一体化装置及工艺”，针对热解产生的热解气，提出了一种蓄热式热解气裂解制氢方法，通过蓄热体蓄热、放热交替运行，实现热解气裂解制氢连续稳定运行，并有效解决裂解过程中的析碳问题。本发明可处理原料为煤及一切有机废弃物，为其热解制氢提供了新思路，为其清洁高效利用提供了应用前景。
本发明的第二个方面，提供了一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置相连，所述分离提氢装置设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器进气口相连。
本发明的有益效果
(1)本发明可以处理煤及一切有机废弃物的热解气，裂解制氢，同时回收利用提氢后乏气能量，实现煤及有机废弃物的高值、高效、清洁利用。
(2)本发明有效解决了热解气裂解制氢过程中的析碳问题，具体通过补充水蒸气，促进CO、析碳与水蒸气的反应；通过控制乏气燃烧过量空气系数，使过量氧燃烧残余析碳。
(3)本发明处理方法简单、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明的装置结构示意图；
其中，1、原料(煤或有机废弃物)，2、热解炉，3、热解炭，4、热解气，5、蓄热体，6、热解气热裂解气，7、分离提氢装置，8、氢气，9、乏气，10、空气，11、燃烧器，12、排烟；A-B、蓄热式裂解装置；F1-F4、阀门。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种蓄热式热解气裂解制氢方法，主设备为蓄热式裂解制氢炉，本方法所需蓄热式裂解制氢炉至少2台，布置3台最佳，通过蓄热体的交替蓄热、放热实现热解气的裂解制氢。
具体的，作为进一步的实现方式，所述蓄热式裂解制氢炉，裂解原料为热解气，热解气来自煤或有机废弃物的热解，热解温度550～750℃。
作为进一步的实现方式，热解气不降温，以550～750℃的温度直接进入裂解制氢炉，蓄热体的蓄热终温在1200～1300℃，热解气流过蓄热体，被加热至1100～1200℃，热解气中含H大分子裂解产生H2，并伴随析碳现象，析碳会附着在蓄热体表面。
作为进一步的实现方式，550～750℃的热解气进入裂解制氢炉的同时，适当补入适量水蒸气，补入量控制在热解气量的5～25％，水蒸气的补入，一是与热解气裂解出的CO反应(CO+H2O＝H2+CO2)，增加H2产生，二是与析出碳反应(C+H2O＝H2+CO)，同样增加H2产生，也会促进CO+H2O＝H2+CO2的正向反应进行。
作为进一步的实现方式，蓄热体放热一段时间后，裂解制氢能力下降，此时切换至燃烧蓄热运行，燃烧燃料为裂解气提氢后乏气，燃烧阶段合理控制过量空气系数(α＝1.2～1.5)，使裂解阶段的残余析碳在该阶段燃烧掉，如此保证热解气裂解制氢连续稳定连续运行。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，蓄热体采用现有的热风炉蓄热体。
实施例1
一种蓄热式热解气裂解制氢方法，如图1所示，本发明以煤或有机废弃物的热解气为原料，经蓄热式裂解装置A、B使热解气中含H大分子裂解制取氢气，经分离提氢后，乏气燃烧为蓄热体5蓄热。本方法需要蓄热式裂解装置A、B至少两套，运行期间热解气裂解与蓄热体5蓄热交替运行。
作为进一步的实现方式，所述热解炉2，热解原料为煤或有机废弃物，热解温度为550～750℃，热解炭可用于制备活性炭或用于燃料替代等，热解气直接进蓄热式裂解装置A、B裂解制氢。
作为进一步的实现方式，所述热解气直接进蓄热式裂解装置A、B，同时补入部分水蒸气，促进裂解气中CO与H2O反应，促进裂解析碳与H2O反应，水蒸气补入量为热解气量的5～25％。
作为进一步的实现方式，所述蓄热式裂解装置A、B，由燃烧室和蓄热室组成，蓄热室工作温度范围为1000～1300℃，该装置至少布置两套，裂解与蓄热交替运行，如A进行裂解时，B进行蓄热，此时F1阀和F2阀开，F3阀和F4阀关，B蓄热所需燃料为来自A裂解后的乏气，反之亦然。
作为进一步的实现方式，所述蓄热式裂解装置A、B，热解气在裂解制氢过程会有析碳现象，析碳会附着在蓄热体5上，由于裂解与蓄热交替运行，裂解阶段的析碳，在蓄热阶段合理控制乏气燃烧的过量空气系数，使高温烟气流经蓄热体5时，过量氧会将析碳烧掉。
实施例2
一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体5，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器11和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器11和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置7相连，所述分离提氢装置7设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连。
采用上述的蓄热式热解气裂解制氢系统裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体5，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体5，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
实施例3
一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体5，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器11和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器11和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置7相连，所述分离提氢装置7设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连。
采用上述的蓄热式热解气裂解制氢系统裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体5，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体5，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
热解气来自煤或有机废弃物的热解，热解温度550～750℃。
实施例4
一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体5，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器11和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器11和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置7相连，所述分离提氢装置7设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连。
采用上述的蓄热式热解气裂解制氢系统裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体5，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体5，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
蓄热体5的蓄热终温在1200～1300℃。
实施例5
一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体5，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器11和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器11和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置7相连，所述分离提氢装置7设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连。
采用上述的蓄热式热解气裂解制氢系统裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体5，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体5，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
析碳附着在蓄热体5表面。
实施例6
一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体5，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器11和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器11和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置7相连，所述分离提氢装置7设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连。
采用上述的蓄热式热解气裂解制氢系统裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体5，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体5，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
热解气进入裂解制氢炉的同时，补入水蒸气，水蒸气的量控制在热解气量的5～25％。
实施例7
一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体5，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器11和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器11和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置7相连，所述分离提氢装置7设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连。
采用上述的蓄热式热解气裂解制氢系统裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体5，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体5，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
切换至燃烧蓄热运行，燃烧燃料为裂解气提氢后乏气。
实施例8
一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体5，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器11和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器11和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置7相连，所述分离提氢装置7设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连。
采用上述的蓄热式热解气裂解制氢系统裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体5，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体5，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
燃烧蓄热运行过程中，过量空气系数α＝1.2～1.5。
实施例9
一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体5，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器11和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器11和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置7相连，所述分离提氢装置7设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连。
采用上述的蓄热式热解气裂解制氢系统裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体5，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体5，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
所述裂解气进气管道与热解炉2的出气口相连。
实施例10
一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体5，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器11和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器11和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置7相连，所述分离提氢装置7设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连。
采用上述的蓄热式热解气裂解制氢系统裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体5，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体5，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
所述裂解气进气管道上设置有阀门；
实施例11
一种蓄热式热解气裂解制氢系统，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体5，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器11和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器11和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置7相连，所述分离提氢装置7设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连。
采用上述的蓄热式热解气裂解制氢系统裂解制氢方法，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体5，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体5，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
乏气出口与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器11进气口相连的管道上分别设置有阀门。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓄热式热解气裂解制氢方法，其特征在于，包括：
热解气进入裂解制氢炉，流过蓄热体，被加热至1100～1200℃，裂解产生H2，并伴随析碳现象；
所述裂解制氢炉内设置有蓄热体，并联设置有多台裂解制氢炉，交替运行。
2.如权利要求1所述的蓄热式热解气裂解制氢方法，其特征在于，热解气来自煤或有机废弃物的热解，热解温度550～750℃。
3.如权利要求1所述的蓄热式热解气裂解制氢方法，其特征在于，蓄热体的蓄热终温在1200～1300℃。
4.如权利要求1所述的蓄热式热解气裂解制氢方法，其特征在于，析碳附着在蓄热体表面。
5.如权利要求1所述的蓄热式热解气裂解制氢方法，其特征在于，热解气进入裂解制氢炉的同时，补入水蒸气，水蒸气的量控制在热解气量的5～25％。
6.如权利要求1所述的蓄热式热解气裂解制氢方法，其特征在于，切换至燃烧蓄热运行，燃烧燃料为裂解气提氢后乏气。
7.如权利要求1所述的蓄热式热解气裂解制氢方法，其特征在于，燃烧蓄热运行过程中，过量空气系数α＝1.2～1.5。
8.一种蓄热式热解气裂解制氢系统，其特征在于，包括：第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉；所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉相对于裂解气进气管道并联设置，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉内部设置有蓄热体，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部设置有燃烧器和空气进口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的顶部皆设置有燃烧器和空气进口，底部皆设置有热解气热裂解气出口，所述第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的热解气热裂解气出口皆与分离提氢装置相连，所述分离提氢装置设置有氢气出口和乏气出口；所述乏气出口分别与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器进气口相连。
9.如权利要求8所述蓄热式热解气裂解制氢系统，其特征在于，所述裂解气进气管道与热解炉的出气口相连。
10.如权利要求8所述蓄热式热解气裂解制氢系统，其特征在于，所述裂解气进气管道上设置有阀门；
或，乏气出口与第一裂解制氢炉、第二裂解制氢炉的燃烧器进气口相连的管道上分别设置有阀门。
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