CN203474729U - 一种清洁能源生产的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种清洁能源生产的系统，包括气化装置、焦化装置、变换反应及氢气净化装置、气体净化装置、氢气输送设备、二氧化碳储存装置、氮氧化合物处理及水蒸气回收装置、氧气及富氧空气供给设备、重金属处理设备、炉渣分离设备和水泥厂、煤料场和水蒸气储罐。本实用新型通过设置气体净化装置、变换反应及氢气净化装置、焦油分离装置、裂解装置、煤气净化装置将煤气化和焦化产生的煤气进行净化，并转化为氢气，提供了宝贵的清洁能源。整个系统加热用氢气作燃料，加热燃烧不产生二氧化碳，燃烧产生的烟气脱除氮氧化物后排放，减少和避免污染物的产生和扩散。使用间壁式回转窑，避免燃烧产生的烟气污染焦化和气化产品。

Description

一种清洁能源生产的系统

技术领域

本实用新型属于清洁能源生产及环保技术领域，涉及一种清洁能源生产的系统。 

背景技术

环境污染会给生态系统造成直接的破坏和影响，也给生态系统和人们的生活造成巨大的危害。环境污染的最直接、最容易被人所感受的后果是使人类环境的质量下降，影响人类的生活质量、身体健康和生产活动。例如城市的空气污染造成空气污浊，人们的发病率上升等；水污染使水环境质量恶化，饮用水源的质量普遍下降，威胁人的身体健康，引起胎儿早产或畸形等。严重的污染事件不仅带来健康问题，也造成社会问题。随着污染的加剧和人们环境意识的提高，由于污染引起的人群纠纷和冲突逐年增加。现代化大工业生产的废物排放是造成环境污染的主要原因和直接原因，尤其是化工、冶金、基本能源生产。工业生产给人们带来财富，也给环境带来污染，造成严重的社会问题，已成为国内外主要的焦点。全球范围内都不同程度地出现了环境污染问题，具有全球影响的方面有大气环境污染、海洋污染、城市环境问题等。随着经济和贸易的全球化，环境污染也日益呈现国际化趋势，近年来出现的危险废物越境转移问题就是这方面的突出表现。 

公开号为CN102203220A的中国发明专利申请公开一种生产基于固体燃料的清洁热气的方法和系统，“固体燃料通过分阶段热反应器被转变为具有低含量的挥发性有机化合物(VOC)、NOx和粉尘的清洁热烟道气和具有低含碳量的清洁灰，其中固体燃料的转变过程分为独立的竖直阶段(从下到上)：灰燃尽、炭氧化和气化、热解、干燥和气体燃烧阶段，来自气化器的气体在此中燃烧。”。该专利申请涉及煤气化生产清洁热气的过程，没有解决氢气转化、二氧化碳利用和气化废渣回收利用的问题。 

发明内容

本实用新型提供一种清洁能源生产的系统，减少能源生产中废物排放，改善环境质量，提高人们的生活质量和健康水准。 

本实用新型清洁能源生产的系统，包括气化装置、煤料场和水蒸气储罐，气化装置设有上料设备、气化设备、燃料气入口、蒸汽入口、烟气出口、气化气体出口和废渣出口。上料设备与煤料场连接，蒸汽入口与水蒸汽储罐连接。清洁能源生产的系统设有变换反应及氢气净化装置、气体净化装置、氢气输送设备、二氧化碳储存装置、氮氧化合物处理及水蒸气回收装置、水蒸汽储罐、氧气及富氧空气供给设备、重金属处理设备、炉渣分离设备和水泥厂。变换反应及氢气净化装置设有煤气入口、氢气出口和二氧化碳出口，气化装置的气化 气体出口通过气体净化装置与煤气入口连接，氢气出口与氢气输送设备连接，二氧化碳出口与二氧化碳储存装置连接。气化装置的废渣出口与炉渣分离设备连接，炉渣分离设备与重金属处理设备和水泥厂连接。氮氧化合物处理及水蒸气回收装置设有烟气入口、氮氧化物排放口和凝结水出口，烟气入口与气化装置的烟气出口连接，氮氧化物排放口与排放系统连接，凝结水出口和水蒸汽储罐与气化装置的蒸汽入口连接。氧气及富氧空气供给设备连接到气化装置的烧嘴。 

装置设有焦化装置、裂解装置、煤气净化装置、焦油分离装置和焦油及化工利用装置。焦化装置设有气化装置、上料设备、烟气出口、燃料气入口、煤粉喷嘴、焦化气出口和焦炭出口。上料设备与煤料场连接，焦炭出口与气化装置的上料设备连接，焦化气出口与焦油分离装置连接。烟气出口连接到氮氧化合物处理及水蒸气回收装置的烟气入口，燃料气入口与氢气输送设备连接。焦油分离装置设有液体出口和气体出口，液体出口与焦油及化工利用装置连接，气体出口通过煤气净化装置与裂解装置连接，裂解装置出口连接到变换反应及氢气净化装置。 

气化装置设有间壁式回转窑、能量回收设备、冷却器和原料预热器，间壁式回转窑设有窑膛和间壁加热室，间壁加热室设有烧嘴，烧嘴与氢气输送装置连接。窑膛设有蒸汽喷口、煤粉喷口和氧气及富氧空气喷口。能量回收设备设有发电蒸汽盘管，能量回收设备的上口与氮氧化合物处理及水蒸气回收装置连接，下口与间壁加热室连接。原料预热器设有发电蒸汽盘管、上口、下口和气化出口，上口与上料设备连接、下口与窑膛连接，气化出口与气体净化装置连接。冷却器设有发电蒸汽盘管。冷却器的上口与窑膛连接，下口与炉渣分离设备连接。 

气化装置设有普通回转窑、冷却器和原料预热器，普通回转窑设有氢气和氧气喷口。原料预热器设有发电蒸汽盘管、上口、下口和气化出口，上口与上料设备连接、下口与普通回转窑的窑膛连接，气化出口与气体净化装置连接。冷却器设有发电蒸汽盘管，冷却器的上口与普通回转窑连接，下口与炉渣分离设备连接。 

气化装置为竖窑式气化炉，竖窑式气化炉设有原料入口、气化气出口、废渣出口、发电蒸汽盘管冷却器与氢气和氧气喷口连接。原料入口与上料设备连接，气化器出口与气体净化装置连接，废渣出口与炉渣分离设备连接，氢气和氧气喷口与氢气和氧气管路连接。 

焦化装置设有间壁式回转窑、能量回收设备、冷却器和原料预热器。间壁式回转窑设有窑膛和间壁加热室，间壁加热室位于窑膛的周围。间壁式回转窑设有窑膛和间壁加热室，间壁加热室为砌筑在回转窑体耐材中的通道，通道为直线通道或螺旋形通道。间壁加热室设有烧嘴，烧嘴与氢气输送装置连接。窑膛设有煤粉喷口。能量回收设备设有发电蒸汽盘 管，能量回收设备的上口与氮氧化合物处理及水蒸气回收装置连接，下口与间壁加热室连接。原料预热器设有发电蒸汽盘管、上口、下口和焦化气出口，上口与上料设备连接，下口与窑膛连接，焦化气出口与焦油分离装置连接。冷却器设有发电蒸汽盘管，冷却器的上口与窑膛连接，下口与煤气化装置连接。 

氢气输送设备出口分为三路，一路与氢气管道连接，一路与发电厂自身燃料储罐连接，一路连接到气化装置的燃料气入口。所述氢气管道连接到化工厂作工业原料和燃料。二氧化碳储存装置的出口分别与输送管道单元、深埋处理系统和二氧化碳与氢气循环单元连接。输送管道单元分别与工业用二氧化碳、节约农业用二氧化碳工业、食品级二氧化碳、灭火及救灾二氧化碳和其它用途二氧化碳单元连接。炉渣分离设备与重金属处理设备和水泥厂连接。 

清洁能源生产的系统的原料为煤炭、含碳物质和民用垃圾。煤气化装置为间壁式回转窑、普通回转窑、蓄热式回转窑、工业竖窑。 

本实用新型清洁能源生产的系统通过设置气体净化装置、变换反应及氢气净化装置、焦油分离装置、裂解装置、煤气净化装置将煤气化和焦化产生的煤气进行净化，并转化为氢气，提供了宝贵的清洁能源。氢气作为清洁能源用于工业生产原料或燃料，分解出二氧化碳用作工农原料、灭火救灾或填埋处理，有利于环境保护，为进行清洁工业生产并改善人类环境奠定了基础。整个系统以氢气作燃料，燃烧不产生二氧化碳，燃烧产生的烟气脱除氮氧化物后排放，凝结水回用，作气化蒸汽用水，减少和避免污染物的产生和扩散。焦化装置和气化装置使用间壁式回转窑，避免燃烧产生的烟气污染焦化和气化产品。焦化和气化装置设有发电蒸汽盘管，充分回收余热，提高装置的热效率，有利于降低产品成本，增加经济效益。 

附图说明

图1为本实用新型清洁能源生产的系统的流程示意图； 

图2为本实用新型另一方案流程示意图； 

图3为焦化装置的示意图； 

图4为间壁式套筒窑结构的煤气化装置示意图； 

图5为普通套筒窑结构的煤气化装置示意图； 

图6为竖窑式气化炉结构的煤气化装置示意图。 

其中: 

1—二氧化碳储存装置、2—变换反应及氢气净化装置、3—裂解装置、4—煤气净化装置、5—焦油分离装置、6—煤料场、7—焦化装置、8—水蒸汽储罐、9—氢气输送设备、10 —气化装置、11—焦油及化工利用装置、12—气体净化装置、13—氮氧化合物处理及水蒸气回收装置、14—氧气及富氧空气供给设备、15—重金属处理设备、16—炉渣分离设备、17—水泥厂、18—能量回收设备、19—换热器、20—发电蒸汽盘管、21—上料设备、22—原料预热器、23—间壁式回转窑、24—烧嘴、25—煤粉喷口、26—窑膛、27—间壁加热室、28—冷却器、29—蒸汽喷口、30—氧气及富氧空气喷口、31—氢气和氧气喷口、32—普通回转窑、34—竖窑式气化炉。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。 

实施例1 

本实用新型清洁能源生产的系统如图1所示，包括气化装置10、煤料场6、变换反应及氢气净化装置2、气体净化装置12、氢气输送设备9、二氧化碳储存装置1、氮氧化合物处理及水蒸气回收装置13、水蒸汽储罐8、氧气及富氧空气供给设备14、重金属处理设备15、炉渣分离设备16、水泥厂17和水蒸气储罐8。气化装置设有上料设备21、气化设备、燃料气入口、蒸汽入口、烟气出口、气化气体出口和废渣出口。上料设备与煤料场连接，蒸汽入口与蒸汽储罐连接。所述变换反应及氢气净化装置设有煤气入口、氢气出口和二氧化碳出口，氢气出口与氢气输送设备9连接，二氧化碳出口与二氧化碳储存装置1连接。气化装置10的气化气体出口通过气体净化装置与煤气入口连接。氢气输送设备出口分为三路，一路与氢气管道连接，一路与发电厂自身燃料连接，一路连接到气化装置的燃料气入口。氢气管道出口通过氢气输送设备9分别与氢气管道和发电厂自身燃料管路连接，氢气管道连接到化工厂作工业原料和燃料。二氧化碳储存装置1的出口分别与输送管道单元、深埋处理和二氧化碳与氢气循环单元连接，输送管道单元分别与工业用二氧化碳、节约农业用二氧化碳工业、食品级二氧化碳、灭火及救灾二氧化碳和其它用途二氧化碳单元连接。气化装置的废渣出口与炉渣分离设备16连接，所述炉渣分离设备与重金属处理设备15和水泥厂17连接。氮氧化合物处理及水蒸气回收装置13设有烟气入口、氮氧化物排放口和凝结水出口，烟气入口与气化装置的烟气出口连接，氮氧化物排放口与排放系统连接，凝结水出口与气化装置的蒸汽入口连接。如图4所示，气化装置设有间壁式回转窑23、能量回收设备18、冷却器28和原料预热器22。间壁式回转窑设有窑膛26和间壁加热室27，间壁加热室位于窑膛的周围。间壁加热室设有烧嘴24，烧嘴与氢气输送装置连接。所述窑膛设有蒸汽喷口29、煤粉喷口25和氧气及富氧空气喷口30。能量回收设备18设有换热器19、发电蒸汽盘管20，能量回收设备的上口与氮氧化合物处理及水蒸气回收装置13连接，下口与间壁加热室连接。原料预热器22设有换热器19、发电蒸汽盘管20、上口、下口和气化出口，上口与上料设备21连 接、下口与窑膛26连接，气化出口与气体净化装置12连接。冷却器设有发电蒸汽盘管20，冷却器的上口与窑膛连接，下口与炉渣分离设备16连接。 

本实用新型清洁能源生产的系统的运行过程为，块煤原料经上料设备21进入原料预热器22，经过高温煤气预热后进入间壁式回转窑23的窑膛26。如果焦化原料为面煤时使用煤粉喷口25喷出物料进行煤气化。在窑膛由间壁加热室27氢气燃烧产生的高温气体加热物料，水蒸气储罐中水蒸气经蒸汽喷口喷出进行气化。气化后煤气经原料预热器22中的发电蒸汽盘管20发生蒸汽，再经换热器19为助燃空气预热。放出热量后的煤气经气体净化装置净化后到变换反应及氢气净化装置2，将煤气中的一氧化碳转化为氢气，并且进行净化处理。净化后的氢气经氢气输送设备分别送到氢气管道、发电厂自身燃料单元和间壁燃烧室的烧嘴，氢气管道的氢气用作工业原料和燃料。变换反应及氢气净化装置2转化后的二氧化碳分别至输送管道、深埋处理场地和二氧化碳与氢气循环单元，输送管道的二氧化碳用于工业用二氧化碳、集约农业用二氧化碳、食品级二氧化碳、灭火及救灾二氧化碳和其它用途。氢气在间壁加热室燃烧，产生的烟气经能量回收设备18中的发电蒸汽盘管20发生蒸汽，再经换热器19为助燃空气预热。放出热量的烟气经上部出口到氮氧化合物处理及水蒸气回收装置13，分离氮氧化物、回收冷凝水。分离和处理氮氧化物后废气到排放系统排放，回收的冷凝水作为补充水到蒸气喷口29。气化后的废渣经冷却器28，在冷却器中加热发电蒸汽盘管20发生蒸汽，然后经冷却器出口到炉渣分离设备16，分离出的重金属到重金属处理设备15回收重金属，无机物及杂质到水泥厂17作水泥原料。发电蒸汽盘管20发生的蒸汽用于发电。 

实施例2 

本实用新型另一实施方案如图2所示，清洁能源生产的系统还设有焦化装置7、裂解装置3、煤气净化装置4、焦油分离装置5和焦油及化工利用装置11。焦化装置设有上料设备21、烟气出口、燃料气入口、煤粉喷嘴、焦化气出口和焦炭出口。上料设备与煤料场6连接，焦炭出口与气化装置10的上料设备连接，焦化气出口与焦油分离装置5连接，烟气出口连接到氮氧化合物处理及水蒸气回收装置13的烟气入口，燃料气入口与氢气输送设备9连接。焦油分离装置设有液体出口和气体出口，液体出口与焦油及化工利用装置11连接，气体出口通过煤气净化装置4与裂解装置3连接，裂解装置出口连接到变换反应及氢气净化装置2。如图3所示，焦化装置设有间壁式回转窑23、能量回收设备18、冷却器28和原料预热器22，间壁式回转窑设有窑膛26和间壁加热室27，间壁加热室位于窑膛的周围。间壁加热室设有烧嘴24，烧嘴与氢气输送装置连接。窑膛设有煤粉喷口25。能量回收设备18设有换热器19、发电蒸汽盘管20，能量回收设备的上口与氮氧化合物处理及水蒸气回收装置 13连接，下口与间壁加热室连接。原料预热器22设有换热器19、发电蒸汽盘管20、上口、下口和焦化气出口，上口与上料设备21连接、下口与窑膛26连接，焦化气出口与焦油分离装置5连接。冷却器设有发电蒸汽盘管20，冷却器的上口与窑膛连接，下口与气化装置10连接。其它设备与实施例1相同。 

煤料场6块煤原料经上料设备21进入原料预热器22，经过高温煤气预热后进入间壁式回转窑23的窑膛26。在窑膛由间壁加热室27氢气燃烧产生的高温气体加热物料焦化。焦化气体经原料预热器22中的发电蒸汽盘管20发生蒸汽，再经换热器19为助燃空气预热。冷却后的焦化气体产物经焦油分离装置5分离出焦油和煤气，焦油到焦油及化工利用装置11生产柴油和化工产品。分离出的气体经煤气净化装置4净化处理后到裂解装置3裂解成氢气、一氧化碳和小分子烃类，裂解气体与气化装置的气化气体一起到变换反应及氢气净化装置2转化为氢气，然后分离。如果焦化原料为煤粉时使用煤粉喷口25，喷出物料进行焦化。其它流程和操作与实施例1相同。 

实施例3 

本实用新型清洁能源生产的系统的气化装置的另一种形式如图5所示，设有普通回转窑32、冷却器28和原料预热器22。普通回转窑设有氢气和氧气喷口31。原料预热器22设有换热器19、发电蒸汽盘管20、上口、下口和气化出口。上口与上料设备21连接、下口与普通回转窑的窑膛连接，气化出口与气体净化装置12连接。冷却器设有发电蒸汽盘管20，冷却器的上口与普通回转窑连接，下口与炉渣分离设备16连接。其它流程和设备与实施例1相同。 

实施例4 

本实用新型清洁能源生产的系统的气化装置的另一种形式如图6所示，气化装置为竖窑式气化炉34。竖窑式气化炉设有原料入口、气化气出口、废渣出口、发电蒸汽盘管20与氢气和氧气喷口31连接。原料入口与上料设备21连接，气化器出口与气体净化装置12连接，废渣出口与炉渣分离设备16连接，氢气和氧气喷口31与氢气和氧气管路连接。其它流程和设备与实施例1相同。 

Claims (7)

1.一种清洁能源生产的系统，包括气化装置（10）、煤料场（6）和水蒸气储罐（8），所述气化装置设有上料设备（21）、气化设备、燃料气入口、蒸汽入口、烟气出口、气化气体出口和废渣出口；所述上料设备与煤料场连接，所述蒸汽入口与水蒸汽储罐连接，其特征是：所述清洁能源生产的系统设有变换反应及氢气净化装置（2）、气体净化装置（12）、氢气输送设备（9）、二氧化碳储存装置（1）、氮氧化合物处理及水蒸气回收装置（13）、水蒸汽储罐（8）、氧气及富氧空气供给设备（14）、重金属处理设备（15）、炉渣分离设备（16）和水泥厂（17）；所述变换反应及氢气净化装置设有煤气入口、氢气出口和二氧化碳出口，所述气化装置（10）的气化气体出口通过气体净化装置与煤气入口连接，氢气出口与氢气输送设备（9）连接，二氧化碳出口与二氧化碳储存装置（1）连接；所述气化装置的废渣出口与炉渣分离设备（16）连接，炉渣分离设备与重金属处理设备（15）和水泥厂（17）连接；所述氮氧化合物处理及水蒸气回收装置（13）设有烟气入口、氮氧化物排放口和凝结水出口，烟气入口与气化装置的烟气出口连接，氮氧化物排放口与排放系统连接，凝结水出口和水蒸汽储罐（8）与气化装置的蒸汽入口连接；所述氧气及富氧空气供给设备（14）连接到气化装置的烧嘴。

2.根据权利要求1所述的清洁能源生产的系统，其特征是：所述系统设有焦化装置（7）、裂解装置（3）、煤气净化装置（4）、焦油分离装置（5）和焦油及化工利用装置（11），所述焦化装置设有上料设备（21）、烟气出口、燃料气入口、煤粉喷嘴、焦化气出口和焦炭出口；所述上料设备与煤料场（6）连接，所述焦炭出口与气化装置（10）的上料设备连接，所述焦化气出口与焦油分离装置（5）连接，所述烟气出口连接到氮氧化合物处理及水蒸气回收装置（13）的烟气入口，所述燃料气入口与氢气输送设备（9）连接；所述焦油分离装置设有液体出口和气体出口，液体出口与焦油及化工利用装置（11）连接，气体出口通过煤气净化装置（4）与裂解装置（3）连接，裂解装置出口连接到变换反应及氢气净化装置（2）。

3.根据权利要求1或2所述的清洁能源生产的系统，其特征是：所述气化装置设有间壁式回转窑（23）、能量回收设备（18）、冷却器（28）和原料预热器（22），所述间壁式回转窑设有窑膛（26）和间壁加热室（27），所述间壁加热室设有烧嘴（24），烧嘴与氢气输送装置连接；所述窑膛设有蒸汽喷口（29）、煤粉喷口（25）和氧气及富氧空气喷口（30）；所述能量回收设备（18）设有换热器（19）、发电蒸汽盘管（20），能量回收设备的上口与氮氧化合物处理及水蒸气回收装置（13）连接，下口与间壁加热室连接；所述原料预热器（22）设有换热器（19）、发电蒸汽盘管（20）、上口、下口和气化出口，上口与上料设备（21）连接、下口与窑膛（26）连接，气化出口与气体净化装置（12）连接；所述冷却器设有发电蒸汽盘管（20），冷却器的上口与窑膛连接，下口与炉渣分离设备（16）连接。

4.根据权利要求1或2所述的清洁能源生产的系统，其特征是：所述气化装置设有普通回转窑（32）、冷却器（28）和原料预热器（22），所述普通回转窑设有氢气和氧气喷口（31），所述原料预热器（22）设有换热器（19）、发电蒸汽盘管（20）、上口、下口和气化出口，上口与上料设备（21）连接、下口与普通回转窑的窑膛连接，气化出口与气体净化装置（12）连接；所述冷却器设有发电蒸汽盘管（20），冷却器的上口与普通回转窑连接，下口与炉渣分离设备（16）连接。

5.根据权利要求1或2所述的清洁能源生产的系统，其特征是：所述气化装置为竖窑式气化炉（34），所述竖窑式气化炉设有原料入口、气化气出口、废渣出口、发电蒸汽盘管（20）与氢气和氧气喷口（31）；原料入口与上料设备（21）连接，气化器出口与气体净化装置(12)连接，废渣出口与炉渣分离设备（16）连接，氢气和氧气喷口（31）与氢气和氧气管路连接。

6.根据权利要求2所述的清洁能源生产的系统，其特征是：所述焦化装置设有间壁式回转窑（23）、能量回收设备（18）、冷却器（28）和原料预热器（22），所述间壁式回转窑设有窑膛（26）和间壁加热室（27），所述间壁加热室（27）为砌筑在回转窑体耐材中的通道，所述通道为直线通道或螺旋形通道；所述间壁加热室设有烧嘴（24），烧嘴与氢气输送装置连接；所述窑膛设有煤粉喷口（25）；所述能量回收设备（18）设有换热器（19）、发电蒸汽盘管（20），能量回收设备的上口与氮氧化合物处理及水蒸气回收装置（13）连接，下口与间壁加热室连接；所述原料预热器（22）设有换热器（19）、发电蒸汽盘管（20）、上口、下口和焦化气出口，上口与上料设备（21）连接、下口与窑膛（26）连接，焦化气出口与焦油分离装置（5）连接；所述冷却器设有发电蒸汽盘管（20），冷却器的上口与窑膛连接，下口与气化装置（10）连接。

7.根据权利要求2所述的清洁能源生产的系统，其特征是：所述氢气输送设备（9）出口分为三路，一路与氢气管道连接，一路与发电厂自身燃料储罐连接，一路连接到气化装置的燃料气入口；所述氢气管道连接到化工厂；所述二氧化碳储存装置（1）的出口分别与输送管道单元、深埋处理系统和二氧化碳与氢气循环单元连接。

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