CN205443204U

CN205443204U - 一种固定床加压连续气化制氢系统

Info

Publication number: CN205443204U
Application number: CN201521089504.1U
Authority: CN
Inventors: 袁峥嵘; 李传玉; 赵平; 李仁贵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2025-12-24

Abstract

本实用新型提供一种固定床加压连续气化制氢系统，包括气化单元、脱硫单元、压缩单元、变换单元、变脱精脱单元、脱碳单元和提氢单元，所述气化单元、脱硫单元、压缩单元、变换单元、变脱精脱单元、脱碳单元依次连通，所述脱碳单元产生的脱碳气进入压缩单元，经压缩单元压缩的脱碳气进入提氢单元。本实用新型的有益效果为：（1）从根本上解决固定床间歇气化和常压固定床纯氧（富氧）连续气化制氢的环保问题，对环境友好。（2）有效降低电耗、水耗，综合能耗相对间歇气化降低20~30%。（3）相同规模气化炉数量降低，同时取消常压气化配套水煤气储气设施（气柜）、造气循环水处理和罗茨风机等，有效节约投资和占地。

Description

一种固定床加压连续气化制氢系统

技术领域

本发明涉及一种制氢气的系统，具体来说是一种固定床加压连续气化制氢系统。

背景技术

中国是一个富煤、少油、贫气的国家，中国煤炭资源丰富，而石油和天然气则相对较少，以煤为主的能源结构将长期存在。据统计，国内氢气的用量，51%用于合成氨，45%用于炼油，4%用于生产化学品和其他用途。在很长一段时间内，中国还需要以煤为原料获得氢气，这是中国的能源国情决定的。

目前国内生产氢气的主要工艺路线主要有轻烃水蒸气转化制氢、裂解制氢和煤制氢，轻烃水蒸气转化制氢中最为典型的即天然气制氢，裂解制氢中最为典型的即甲醇制氢。在各种制氢技术中，煤制氢的成本是最低的，远低于天然气和甲醇制氢。在国内各种煤制氢技术中，以常压固定床气化投资相对最小，但是环保问题难以解决，且消耗大，能耗低，占地较大。各种气流床、流化床则投资较大，并不适用于中小规模制氢。

实用新型内容

本发明的目的是为了解决现有技术中传统固定床常压气化制氢环保性能差、生产效率低、综合能耗大、占地大等问题，提供一种环境友好、节能高效、节约占地的固定床加压连续气化制氢气的系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种固定床加压连续气化制氢系统，包括气化单元、脱硫单元、压缩单元、变换单元、变脱精脱单元、脱碳单元和提氢单元，所述气化单元、脱硫单元、压缩单元、变换单元、变脱精脱单元、脱碳单元依次连通，所述脱碳单元产生的脱碳气进入压缩单元，经压缩单元压缩的脱碳气进入提氢单元。

优选地，所述气化单元包括气化炉、开工风机、双旋风分离器、显热回收器、空冷器、水冷器、静电除尘器、所述气化炉、双旋风分离器、显热回收器、空冷器、水冷器、静电除尘器逐一连通，所述气化炉的顶部设有料仓，所述气化炉的底部与混合罐和开工风机连通。

优选地，所述脱硫单元包括冷却塔和脱硫塔，所述冷却塔和脱硫塔相通，所述脱硫塔顶端连通有清洗塔，所述脱硫塔的底部联通有第一贫液槽，所述第一贫液槽通过富液泵与氧化再生槽连通，所述氧化再生槽一侧与第二贫液槽连通，所述第二贫液槽通过贫液泵与脱硫塔连通；所述氧化再生槽另一侧与硫泡沫槽连通，所述硫泡沫槽通过硫泡沫泵与熔硫釜连通。

优选地，所述压缩单元包括依次连通的I级前分离缓冲器、I级排气缓冲器、I级排气冷却器、II级排气缓冲器、II级排气冷却器和II级排气分离器；来自所述脱碳单元的脱碳气经过依次连通的III级吸气分离缓冲器、III级排气缓冲器、III级排气冷却器、IV级吸气分离缓冲器、IV级排气缓冲器、IV级排气冷却器和IV级排气分离器压缩后进入提氢单元。

优选地，所述变换单元第一变换炉和第二变换炉，中压过热蒸汽经电加热器加热后进入第一变换炉，加热后的气体进入增湿器后进入第二变换炉变换，经变换的气体与来自压缩单元的煤气混合后进入脱盐水加热器，加热后的气体经复合空冷器、变换气分离器变换分离后进入下一单元。

优选地，所述变脱精脱单元包括第一精脱硫塔、塔后分离器、变脱塔、闪蒸槽、第二精脱硫塔、硫泡沫槽、硫泡沫泵，所述第一精脱硫塔、塔后分离器、变脱塔、闪蒸槽、第二精脱硫塔、硫泡沫槽、硫泡沫泵逐一连通，所述变脱塔通过溶液制备泵与贫液槽连通，所述贫液槽与第二精脱硫塔连通。

优选地，所述脱碳单元，包括变脱气缓冲罐、多个脱碳吸附塔和脱碳真空泵，所述变脱气缓冲罐与脱碳吸附塔一端相连，多个脱碳吸附塔并联后与脱碳真空泵相连。

优选地，所述提氢单元，包括脱碳气缓冲罐、多个提氢吸附塔、提氢真空泵、解吸气缓冲罐和解吸气混合灌，所述脱碳气缓冲罐与提氢吸附塔连接，多个提氢吸附塔并联后的一端与提氢真空泵相连，另一端与所述解吸气缓冲罐相连，所述提氢真空泵与解吸气混合灌连接，所述解吸气缓冲罐与解吸气混合灌并联。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

（1）从根本上解决固定床间歇气化和常压固定床纯氧（富氧）连续气化制氢的环保问题，对环境友好。

（a）本实用新型为固定床加压连续气化，取消了固定床间歇气化过程中的吹风气，同时解决了常压固定床纯氧或富氧连续气化开停工及事故状态无组织排放问题，从根本上解决气体排放问题。

（b）气化温度高，冷凝液除盐后可循环利用，无污水排放，环境友好。

（c）气化采用复合空冷加间接水冷，取消常压气化的洗气塔及造气循环水处理装置，无造气污水排放。

（d）取消罗茨风机和气化鼓风机，有效控制装置噪音。

（e）湿法加干法脱硫，脱硫效果好，CO2尾气排放中硫含量远低于国家标准。

（2）有效降低电耗、水耗，综合能耗相对间歇气化降低20~30%。

（a）通过增加气化炉高径比，使得煤气在炉膛中停留时间增加，反应更加充分，灰渣中残炭含量低（残炭＜5%），同时有效降低炉顶带出物，降低原料煤消耗。

（b）相对间歇气化，由于吹风气带走热量损失较大（包括吹风气的显热、潜热及煤粉的潜热），连续气化没有吹风气，冷煤气效率大大提高。

（c）加压气化，有效降低后续工段的压缩功，用电负荷大为降低。同时取消了空气鼓风机、造气循环水热水及冷水泵产生的电耗。

（d）采用复合空冷加间接水冷，取消水洗塔，有效降低水耗。

（3）相同规模气化炉数量降低，同时取消常压气化配套水煤气储气设施（气柜）、造气循环水处理和罗茨风机等，有效节约投资和占地。

（4）采用全低温变换，蒸汽加入量低，有效节水节能。

（5）采用变压吸附脱碳，相对传统湿法脱碳，消耗低，能耗低。

（6）采用变压吸附氢气提纯，氢气纯度高，提氢解析气可回收利用或做燃料气。

（7）全自动化控制，实现本质安全和环保，提高工作效率。

附图说明

图1为本实用新型气化单元结构示意图。

图2为本实用新型脱硫单元结构示意图。

图3为本实用新型压缩单元结构示意图。

图4为本实用新型变换单元结构示意图。

图5为本实用新型变脱精脱单元结构示意图。

图6为本实用新型脱碳单元结构示意图。

图7为本实用新型提氢单元结构示意图。

其中，1、料仓，2、气化炉，3、混合灌，4、开工风机，5、双旋风分离器，6、显热回收器，7、空冷器，8、水冷器，9、静电除尘器，10、冷却塔，11、脱硫塔，12、清洗塔，13、第一贫液槽，14、富液泵，15、第二贫液槽，16、氧化再生槽，17、贫液泵，18、硫泡沫槽，19、硫泡沫泵，20、熔硫釜，21、I级前分离缓冲器，22、I级排气缓冲器，23、I级排气冷却器，24、II级排气缓冲器，25、II级排气冷却器，26、II级排气分离器，27、III级吸气分离缓冲器，28、III级排气缓冲器，29、III级排气冷却器，30、IV级吸气分离缓冲器，31、IV级排气缓冲器，32、IV级排气冷却器，33、IV级排气分离器，34、第一变换炉，35、第二变换炉，36、电加热器，37、增湿器，38、脱盐水加热器，39、复合空冷器，40、变换气分离器，41、第一精脱硫塔，42、塔后分离器，43、变脱塔，44、闪蒸槽，45、第二精脱硫塔，46、硫泡沫槽，47、硫泡沫泵，48、溶液制备泵，49、贫液槽，50、变脱气缓冲罐，51、脱碳吸附塔，52、脱碳真空泵，53、脱碳气缓冲罐，54、提氢吸附塔，55、提氢真空泵，56、解吸气缓冲罐，57、解吸气混合灌。

具体实施方式

为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

一种固定床加压连续气化制氢系统，包括气化单元、脱硫单元、压缩单元、变换单元、变脱精脱单元、脱碳单元和提氢单元，所述气化单元、脱硫单元、压缩单元、变换单元、变脱精脱单元、脱碳单元依次连通，所述脱碳单元产生的脱碳气进入压缩单元，经压缩单元压缩的脱碳气进入提氢单元。利用本系统制氢气的方法为：

实施例1：以无烟煤为原料，制取30000Nm³/h氢气（氢气压力：2.0MPaG，温度：40℃，纯度：99.9%）。

无烟煤主要指标如下：

分项固定碳挥发分水分灰分硫分粒度

（Fcdaf）（Vdaf）（Mad）（Ad）(St.d)mm

Wt%806-95-7~13~0.66-30

（1）气化原料如下：

原料煤：18.8t/h；原料氧气（99.6v%）：9500Nm³/h；水蒸气：23t/h。

（2）由固定床加压连续气化生产的水煤气（CO：42%，H₂：38%，CO₂：18%，CH₄：1.6%，N₂：0.2%，O₂：0.2%，H₂S:2g/Nm³，流量为40000Nm³/h，压力为0.098MPaG），经过除尘、降温后送往粗脱硫将H₂S脱除至100mg/Nm³，再经过往压缩机，升压至0.8MPaG，送往变换，变换出口变换气控制CO在0.5～1%，送往变换气脱硫，将H₂S脱除至20mg/Nm³，再经过干法精脱硫，将H₂S脱除至0.1～1ppm去脱碳脱除CO₂，再送往压缩机，压缩到2.1MPaG后送往氢气提纯，生产出压力为2.0MPaG的高纯度氢气（H₂≥99.9%,CO+CO₂≤20ppm)。

（3）在实例1中，本实用新型相对常压固定床纯氧连续气化制氢，节省1台气化炉，节省1台煤气柜及附属设施，节省1套造气循环水处理系统，节省3~4台罗茨风机，同时节约电耗约1400kW·h，节约水耗16t/h，节省占地约12亩。

实施例2：以焦炭为原料，制取80000Nm³/h氢气（氢气压力：2.5MPaG，温度：40℃，纯度：99.9%）。

原料焦炭主要指标如下：

分项固定碳挥发分水分灰分硫分粒度

（Fcdaf）（Vdaf）（Mad）（Ad）(St.d)mm

Wt%85~1.55-7~13~0.36-30

（1）气化原料如下：

焦炭：47.7t/h；原料氧气（99.6v%）：24500Nm³/h；水蒸气：63t/h。

（2）由固定床加压连续气化生产的水煤气（CO：42.5%，H₂：38.5%，CO₂：17%，CH₄：1.6%，N₂：0.2%，O2：0.2%，H₂S:1g/Nm³，流量为106000Nm³/h，压力为0.098MPaG），经过除尘、降温后送往粗脱硫将H₂S脱除至100mg/Nm³，再经过往压缩机，升压至0.8MPaG，送往变换，变换出口变换气控制CO在0.5～1%，送往变换气脱硫，将H₂S脱除至20mg/Nm³，再经过干法精脱硫，将H₂S脱除至0.1～1ppm去脱碳脱除CO₂，再送往压缩机，压缩到2.6MPaG后送往氢气提纯，生产出压力为2.5MPaG的高纯度氢气（H₂≥99.9%,CO+CO₂≤20ppm)。

（3）在实例2中，本实用新型相对常压固定床纯氧连续气化制氢，节省2台气化炉，节省1台煤气柜及附属设施，节省1套造气循环水处理系统，节省5~6台罗茨风机，同时节约电耗约3500kW·h，节约水耗40t/h，节省占地约18亩。

实施例3：以兰炭为原料，制取10000Nm³/h氢气（氢气压力：1.6MPaG，温度：40℃，纯度：99.9%）。

原料兰炭主要指标如下：

分项固定碳挥发分水分灰分硫分粒度

（Fcdaf）（Vdaf）（Mad）（Ad）(St.d)mm

Wt%~779~105~79~100.36~30

（1）气化原料如下：

焦炭：6.6t/h；原料氧气（99.6v%）：3200Nm³/h；水蒸气：7.4t/h。

（2）由固定床加压连续气化生产的水煤气（CO：39%，H₂：38%，CO₂：21%，CH₄：1.5%，N₂：0.3%，O₂：0.2%，H₂S:1g/Nm³，流量为14000Nm³/h，压力为0.098MPaG），经过除尘、降温后送往粗脱硫将H₂S脱除至100mg/Nm³，再经过往压缩机，升压至0.8MPaG，送往变换，变换出口变换气控制CO在0.5～1%，送往变换气脱硫，将H₂S脱除至20mg/Nm³，再经过干法精脱硫，将H₂S脱除至0.1～1ppm去脱碳脱除CO₂，再送往压缩机，压缩到1.7MPaG后送往氢气提纯，生产出压力为1.6MPaG的高纯度氢气（H2≥99.9%,CO+CO₂≤20ppm)。

（3）在实例3中，本实用新型相对常压固定床纯氧连续气化，节省1台气化炉，节省1台煤气柜及附属设施，节省1套造气循环水处理系统，节省2台罗茨风机，同时节约电耗约500kW·h，节约水耗5.5t/h，节省占地约10亩。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种固定床加压连续气化制氢系统，其特征在于，包括气化单元、脱硫单元、压缩单元、变换单元、变脱精脱单元、脱碳单元和提氢单元，所述气化单元、脱硫单元、压缩单元、变换单元、变脱精脱单元、脱碳单元依次连通，所述脱碳单元产生的脱碳气进入压缩单元，经压缩单元压缩的脱碳气进入提氢单元。

2.根据权利要求1所述的固定床加压连续气化制氢系统，其特征在于，所述气化单元包括气化炉（2）、开工风机（4）、双旋风分离器（5）、显热回收器（6）、空冷器（7）、水冷器（8）、静电除尘器（9）、所述气化炉（2）、双旋风分离器（5）、显热回收器（6）、空冷器（7）、水冷器（8）、静电除尘器（9）逐一连通，所述气化炉（2）的顶部设有料仓（1），所述气化炉（2）的底部与混合罐（3）和开工风机（4）连通。

3.根据权利要求1所述的固定床加压连续气化制氢系统，其特征在于，所述脱硫单元包括冷却塔（10）和脱硫塔（11），所述冷却塔（10）和脱硫塔（11）相通，所述脱硫塔（11）顶端连通有清洗塔（12），所述脱硫塔（11）的底部联通有第一贫液槽（13），所述第一贫液槽（13）通过富液泵（14）与氧化再生槽（16）连通，所述氧化再生槽（16）一侧与第二贫液槽（15）连通，所述第二贫液槽（15）通过贫液泵（17）与脱硫塔（11）连通；所述氧化再生槽（16）另一侧与硫泡沫槽（18）连通，所述硫泡沫槽（18）通过硫泡沫泵（19）与熔硫釜（20）连通。

4.根据权利要求1所述的固定床加压连续气化制氢系统，其特征在于，所述压缩单元包括依次连通的I级前分离缓冲器（21）、I级排气缓冲器（22）、I级排气冷却器（23）、II级排气缓冲器（24）、II级排气冷却器（25）和II级排气分离器（26）；来自所述脱碳单元的脱碳气经过依次连通的III级吸气分离缓冲器（27）、III级排气缓冲器（28）、III级排气冷却器（29）、IV级吸气分离缓冲器（30）、IV级排气缓冲器（31）、IV级排气冷却器（32）和IV级排气分离器（33）压缩后进入提氢单元。

5.根据权利要求1所述的固定床加压连续气化制氢系统，其特征在于，所述变换单元第一变换炉（34）和第二变换炉（35），中压过热蒸汽经电加热器（36）加热后进入第一变换炉（34），加热后的气体进入增湿器（37）后进入第二变换炉（35）变换，经变换的气体与来自压缩单元的煤气混合后进入脱盐水加热器（38），加热后的气体经复合空冷器（39）、变换气分离器（40）变换分离后进入下一单元。

6.根据权利要求1所述的固定床加压连续气化制氢系统，其特征在于，所述变脱精脱单元包括第一精脱硫塔（41）、塔后分离器（42）、变脱塔（43）、闪蒸槽（44）、第二精脱硫塔（45）、硫泡沫槽（46）、硫泡沫泵（47），所述第一精脱硫塔（41）、塔后分离器（42）、变脱塔（43）、闪蒸槽（44）、第二精脱硫塔（45）、硫泡沫槽（46）、硫泡沫泵（47）逐一连通，所述变脱塔（43）通过溶液制备泵（48）与贫液槽（49）连通，所述贫液槽（49）与第二精脱硫塔（45）连通。

7.根据权利要求1所述的固定床加压连续气化制氢系统，其特征在于，所述脱碳单元，包括变脱气缓冲罐（50）、多个脱碳吸附塔（51）和脱碳真空泵（52），所述变脱气缓冲罐（50）与脱碳吸附塔（51）一端相连，多个脱碳吸附塔（51）并联后与脱碳真空泵（52）相连。

8.根据权利要求1所述的固定床加压连续气化制氢系统，其特征在于，所述提氢单元，包括脱碳气缓冲罐（53）、多个提氢吸附塔（54）、提氢真空泵（55）、解吸气缓冲罐（56）和解吸气混合灌（57），所述脱碳气缓冲罐（53）与提氢吸附塔（54）连接，多个提氢吸附塔（54）并联后的一端与提氢真空泵（55）相连，另一端与所述解吸气缓冲罐（56）相连，所述提氢真空泵（55）与解吸气混合灌（57）连接，所述解吸气缓冲罐（56）与解吸气混合灌（57）并联。