CN210885291U - 一种火电厂焦炭制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种火电厂焦炭制氢系统,包括火电厂蒸汽供给管道、焦炭供给装置、焦炭制氢装置、气体净化与分离装置和二氧化碳供给管路;焦炭制氢装置包括一氧化碳生产单元和氢气生产单元;一氧化碳生产单元连通于焦炭供给装置、二氧化碳供给管路和氢气生产单元;氢气生产单元连通于火电厂蒸汽供给管道、气体净化与分离装置的输入口;气体净化与分离装置从混合气中分离出氢气。利用本实用新型利用火电厂锅炉烟气余热供给焦炭制氢装置降低制氢能耗,同时焦炭的利用可大量减少煤炭运输成本和废水、废渣的产生量,并且利用火电厂设施处理废气、废水、废渣,可极大地降低氢气的生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及制氢技术领域,具体涉及一种在火电厂内利用焦炭和火电厂水蒸汽制氢的系统。
背景技术
我国的能源结构表现为“富煤、贫油、少气”,相比于石油、天然气和其他能源资源,我国煤炭资源丰富,是世界最大的煤炭生产和消费国,产量占世界煤炭总产量的37%。煤炭在我国一次能源结构中的比例约为70%,预计这种局面在今后几十年内不会发生根本改变。然而目前我国煤炭大约80%以直接燃烧的方式产生电能,不仅效率低、浪费资源且污染环境,因此寻求煤炭的综合利用,提高煤炭附加值已成为近年来煤化工产业热点。
氢是目前公认的最洁净的燃料,也是非常重要的化工原料。因此,氢将成为21世纪的一种非常重要的洁净能源。目前,世界各国对制氢技术的发展都给予了高度重视。一般说来,制氢技术可以分为两大类:(1)水电解制氢;(2)从其它一次能源转换制氢,主要是以化石能源(煤、石油、天然气)为原料与水蒸汽在高温下发生重整转化反应生成氢。
煤是我国制氢的主要原料,虽然煤焦化副产的焦炉气也用于制氢,但煤气化制氢目前在国内氢气生产中占据主导地位。煤气化制氢是先将煤炭与氧气发生燃烧反应,进而与水反应,得到以氢气和CO为主要成分的气态产品,然后经过脱硫净化,CO继续与水蒸气发生变换反应。而纯氧的制取需要空气分离装置,需要大量消耗能源。另外,CO与水蒸气的反应过程在气化炉内受到大量其他气体的干扰,反应效率低。
而且煤作为制氢原料,煤中含有大量水份及其他杂质,花费大量运输成本得到的煤原料在制氢工艺中产生大量废水废渣。
实用新型内容
针对现有技术的不足,本实用新型旨在提供一种火电厂焦炭制氢系统,利用煤焦化后的焦炭作为制氢原料,可大量减少运输成本和废水、废渣的产生量,并进一步将制氢生产设施与火电厂现有设备及环境进行结合,极大地降低氢气的生产成本和废气、废水、废渣的处理费用。
为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种火电厂焦炭制氢系统,包括火电厂蒸汽供给管道、焦炭供给装置、焦炭制氢装置、气体净化与分离装置和二氧化碳供给管路;所述焦炭制氢装置包括一氧化碳生产单元和氢气生产单元;所述一氧化碳生产单元设有焦炭原料入料口、二氧化碳输入口和一氧化碳输出口,所述焦炭原料入料口连通于所述焦炭供给装置,所述二氧化碳输入口连通于所述二氧化碳供给管路的输出端;所述氢气生产单元包括有一氧化碳输入口、蒸汽输入口和混合气输出口,所述一氧化碳输入口连通于所述一氧化碳生产单元的一氧化碳输出口,所述蒸汽输入口连通于所述火电厂蒸汽供给管道的输出端,所述混合气输出口连通于所述气体净化与分离装置的输入口;所述气体净化与分离装置用于从混合气中分离出氢气和二氧化碳。
进一步地,所述焦炭制氢系统还包括启动阶段供给二氧化碳管路,所述启动阶段供给二氧化碳管路连接火电厂锅炉烟囱前的烟气引流管道或液态二氧化碳储罐,用于利用洁净烟气或液态二氧化碳满足启动阶段焦炭制氢装置中对二氧化碳的需求量。
进一步地,所述气体净化与分离装置的二氧化碳输出口连通于所述二氧化碳供给管路。
进一步地,所述火电厂蒸汽供给管道连通于所述火电厂锅炉的主蒸汽管道、汽轮机高压缸抽汽管道、汽轮机高压缸排汽管道、汽轮机再热热段蒸汽管道、汽轮机中压缸抽汽管道、汽轮机中压缸排汽管道中的任意一个或组合。
进一步地,所述气体净化与分离装置的废气输出口连通于火电厂锅炉的烟气处理装置的烟气入口。
进一步地,所述气体净化与分离装置的氢气输出口连通于氢气存储装置。
进一步地,所述焦炭制氢装置的废液废渣废气排出口连通于所述火电厂的废渣废液废气处理装置。
进一步地,所述系统的一氧化碳生产单元的排出口设置净化分离装置,所述净化分离装置连通于火电厂的废渣废液废气处理装置和/或火电厂烟气处理装置,用于对一氧化碳生产单元的排出物质进行净化分离,分离净化产生的废渣、废气、废液利用火电厂烟气处理装置或废气废液废渣处理装置进行无害化处理,分离的洁净的一氧化碳进入氢气生产单元。
进一步地,所述氢气生产单元内一氧化碳与水蒸汽反应产生的热量传递给火电厂一次风、二次风或火电厂凝结水或热网循环水。
进一步地,焦炭原料包括半焦、全焦、焦炭粉、焦炭颗粒、清洁型炭、兰炭、活性炭、含焦颗粒、焦油中的任意一种。
进一步地,所述焦炭制氢装置所需热量由火电厂锅炉高温烟气、煤气、天然气、煤粉补燃燃烧器中任一种或多种产生的热量提供。
本实用新型的有益效果在于:
1.利用火电厂产生的蒸汽作为原料参与制氢,火电厂水蒸汽来源稳定、廉价,启动阶段利用火电厂排放的二氧化碳与焦炭反应生成一氧化碳,可以降低火电厂的碳排放强度。
2.利用火电厂锅炉的高温烟气提供焦炭制氢系统所需热量,大大降低了焦炭制氢系统的能耗水平。
3.本系统和火电厂有效结合,废气、废液、废渣均排入火电厂内的处理设施中进行处理,可以避免高额的处理设施的投资费用。
4.利用焦炭作为制氢原料,节省了大量运输原煤中所含水份的运输成本,制氢系统现场产生的废水量大大降低。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的系统结构示意图;
图2为本实用新型实施例3的连接结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述,需要说明的是,本实施例以本技术方案为前提,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
本实施例提供一种火电厂焦炭制氢系统,如图1所示,包括火电厂蒸汽供给管道1、焦炭供给装置2、焦炭制氢装置3、气体净化与分离装置4和二氧化碳供给管路5;所述焦炭制氢装置3包括一氧化碳生产单元和氢气生产单元;所述一氧化碳生产单元设有焦炭原料入料口、二氧化碳输入口和一氧化碳输出口,所述焦炭原料入料口连通于所述焦炭供给装置2,所述二氧化碳输入口连通于所述二氧化碳供给管路5的输出端;所述氢气生产单元包括有一氧化碳输入口、蒸汽输入口和混合气输出口,所述一氧化碳输入口连通于所述一氧化碳生产单元的一氧化碳输出口,所述蒸汽输入口连通于所述火电厂蒸汽供给管道1的输出端,所述混合气输出口连通于所述气体净化与分离装置4的输入口;所述气体净化与分离装置4用于从混合气中分离出氢气和二氧化碳。
在本实施例中,所述火电厂焦炭制氢系统还包括启动阶段供给二氧化碳管路6,所述启动阶段供给二氧化碳管路6连接火电厂锅炉烟囱前的烟气引流管道7或液态二氧化碳储罐8,用于利用洁净烟气或液态二氧化碳满足启动阶段焦炭制氢装置3中对二氧化碳的需求量。
在本实施例中,所述气体净化与分离装置4的二氧化碳输出口连通于所述二氧化碳供给管路5。
在本实施例中,所述火电厂蒸汽供给管道1连通于所述火电厂锅炉100的主蒸汽管道,另外还可以连通于汽轮机高压缸抽汽管道、汽轮机高压缸排汽管道、汽轮机再热热段蒸汽管道、汽轮机中压缸抽汽管道、汽轮机中压缸排汽管道中的任意一个或组合。
在本实施例中,所述气体净化与分离装置4的废气输出口连通于火电厂锅炉100的烟气处理装置的烟气入口。
在本实施例中,所述气体净化与分离装置4的氢气输出口连通于氢气存储装置9。
在本实施例中,所述焦炭制氢装置3的废液废渣废气排出口连通于所述火电厂的废渣废液废气处理装置101。
在本实施例中,所述焦炭制氢装置的一氧化碳生产单元的排出口设置净化分离装置,对排出物质进行净化分离,分离净化产生的废渣、废气、废液利用火电厂烟气处理装置或废气废液废渣处理装置进行无害化处理,分离的洁净的一氧化碳进入氢气生产单元。
在本实施例中,所述氢气生产单元内一氧化碳与水蒸汽反应产生的热量传递给火电厂一次风、二次风或火电厂凝结水或热网循环水。
在本实施例中,焦炭原料包括半焦、全焦、焦炭粉、焦炭颗粒、清洁型炭、兰炭、活性炭、含焦颗粒、焦油等含焦炭的燃料中的任意一种;
在本实施例中,所述焦炭制氢装置3所需热量由火电厂锅炉高温烟气或煤气、天然气或煤粉补燃燃烧器产生的热量提供。
实施例2
本实施例提供一种利用上述系统的方法,具体为:
利用火电厂内设置的煤焦化炉生产的热态焦炭原料直接供给焦炭制氢装置,焦炭制氢装置中的一氧化碳生产单元利用输入的热态焦炭原料和二氧化碳反应生成一氧化碳,一氧化碳从一氧化碳生产单元中输出至氢气生产单元中;在氢气生产单元中,火电厂蒸汽供给管道向氢气生产单元输送高温水蒸汽,一氧化碳与高温水蒸汽反应制取包含氢气和二氧化碳的混合气体,混合气体从氢气生产单元中输出进入气体净化与分离装置分离净化出氢气。
供给的焦炭原料可以为半焦、全焦、焦炭粉、焦炭颗粒、清洁型炭、兰炭、活性炭、含焦颗粒、焦油等含焦炭的燃料中的任意一种。
在本实施例中,所述二氧化碳供给管路的二氧化碳来源可以来自火电厂锅炉烟气或液态二氧化碳储罐,可以作为一氧化碳产生单元的原料来源。
另外,所述气体净化与分离装置分离出的二氧化碳也可以作为原料返回至一氧化碳产生单元中参与一氧化碳的生产。
在本实施例中,水蒸汽来自所述火电厂锅炉100的主蒸汽管道,另外还可以来自汽轮机高压缸抽汽管道、汽轮机高压缸排汽管道、汽轮机再热热段蒸汽管道、汽轮机中压缸抽汽管道、汽轮机中压缸排汽管道中的任意一个或组合。
在本实施例中,所述气体净化与分离装置分离出氢气和二氧化碳后剩下的废气可以返回到火电厂锅炉的废气处理装置中,经过处理后排出。这样可以在不增加成本的基础上对废气进行处理,避免污染,和火电厂进行有效结合。
在本实施例中,所述焦炭制氢装置的一氧化碳生产单元和氢气生产单元产生的废渣、废液、废气排入火电厂的废渣废液废气处理装置101,可以在不增加成本的基础上对氢气生产过程中产生的废气、废渣、废液进行处理,避免污染。
实施例3
本实施例提供一种火电厂蒸汽供给管道供给蒸汽的连接示意图。
如图2所示,本实施例中,所述火电厂蒸汽供给管道1连通于火电厂锅炉100的主蒸汽管道102,并连通于火电厂汽轮机103的蒸汽管道。
在本实施例中,所述汽轮机103是指多级汽轮机,包括有高压缸1031、中压缸1032和低压缸1033,连接于火电厂发电机104。火电厂蒸汽供给管道1连通于所述高压气缸1031的蒸汽管道、中压气缸1032的蒸汽管道和再热热段蒸汽管道1034。
上述连接结构应用于实施例1所述系统中,可以实现从火电厂中获取高温蒸汽作为制备氢气的原料。
实施例4
本实施例涉及利用上述实施例1-3任一所述火电厂焦炭制氢系统的火电厂焦炭制氢方法,包括下列步骤:
焦炭原料采用外购方式,或者利用火电厂原煤在焦化炉内通过高温、中温、低温中任意一种焦化反应生成焦炭原料;所述焦炭原料包括全焦、半焦、兰炭、型炭中的任意一种或组合;
所述焦炭原料通过焦炭供给装置供给所述焦炭制氢装置的所述一氧化碳生产单元,在启动阶段利用火电厂锅炉烟气中的二氧化碳或液态二氧化碳储罐满足一氧化碳生产单元的二氧化碳需求量;
所述焦炭制氢装置中反应所需热量由火电厂锅炉高温烟气、煤气或煤粉补燃燃烧器产生的热量提供;
所述焦炭制氢装置正常运行后,气体净化与分离装置分离出的二氧化碳进入二氧化碳供给管路,进入所述一氧化碳生产单元中与焦炭原料反应生成一氧化碳;
所述一氧化碳生产单元的排出口设置净化分离装置,对排出物质进行净化分离,分离净化产生的废渣、废气、废液利用火电厂的烟气处理装置或废气废液废渣处理装置进行无害化处理,分离得到的洁净的一氧化碳进入氢气生成单元;
所述洁净的一氧化碳进入所述氢气生产单元,与火电厂蒸汽供应管路提供的水蒸汽反应,生成氢气和二氧化碳;反应产生的热量传递给火电厂一次风、二次风或火电厂凝结水或热网循环水。
实施例5
一种火电厂焦炭制氢系统能量平衡计算方法,根据整个系统的能量输入和输出,可以得到下面的能量平衡计算式:
Q输入=Q烟+Q蒸汽+QH2反应+Q焦=Q输出=Q渣+Q冷却+Q废气+QH2+QCO2+Q散
其中:
Q输入为供给焦炭制氢系统的热量,kJ;
Q烟=F烟*Cp烟(T烟进-T烟出),为火电厂锅炉烟气供给焦炭制氢系统的热量,kJ;F烟为从火电厂锅炉引出的高温烟气流量kg/h;Cp烟为烟气的比热容,kJ/kg℃;T烟进、T烟出分别为进入系统和排出系统的烟气的温度,℃;
Q蒸汽为火电厂水蒸汽带入系统的热量,kJ;
QH2反应为制氢装置中CO与水蒸汽制氢反应的释放的热量,kJ;
Q焦为焦炭带入系统的热量,kJ;
Q输出为焦炭制氢系统释放的热量,kJ;
Q渣为焦炭制氢系统产生的废渣带出的热量,kJ;
Q冷却为参与冷却的电厂一次风、二次风或冷却水带走的热量,kJ;
Q废气为焦炭制氢系统产生的废气带出的热量,kJ;
QH2为系统最终产生的氢气带出的热量,kJ;
QCO2为系统最终产生的CO2带出的热量,kJ;
Q散为系统各个工艺过程中散发的热量,kJ;
整个系统的物质平衡式如下:
M焦炭+M水蒸汽=M渣+MH2+MCO2+M废气。
对于本领域的技术人员来说,可以根据以上的技术方案和构思,给出各种相应的改变和变形,而所有的这些改变和变形,都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,包括火电厂蒸汽供给管道、焦炭供给装置、焦炭制氢装置、气体净化与分离装置和二氧化碳供给管路;所述焦炭制氢装置包括一氧化碳生产单元和氢气生产单元;所述一氧化碳生产单元设有焦炭原料入料口、二氧化碳输入口和一氧化碳输出口,所述焦炭原料入料口连通于所述焦炭供给装置,所述二氧化碳输入口连通于所述二氧化碳供给管路的输出端;所述氢气生产单元包括有一氧化碳输入口、蒸汽输入口和混合气输出口,所述一氧化碳输入口连通于所述一氧化碳生产单元的一氧化碳输出口,所述蒸汽输入口连通于所述火电厂蒸汽供给管道的输出端,所述混合气输出口连通于所述气体净化与分离装置的输入口;所述气体净化与分离装置用于从混合气中分离出氢气和二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,所述焦炭制氢系统还包括启动阶段供给二氧化碳管路,所述启动阶段供给二氧化碳管路连接火电厂锅炉烟囱前的烟气引流管道或液态二氧化碳储罐,用于利用洁净烟气或液态二氧化碳满足启动阶段焦炭制氢装置中对二氧化碳的需求量。
3.根据权利要求1所述的火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,所述气体净化与分离装置的二氧化碳输出口连通于所述二氧化碳供给管路。
4.根据权利要求1所述的火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,所述火电厂蒸汽供给管道连通于所述火电厂锅炉的主蒸汽管道、汽轮机高压缸抽汽管道、汽轮机高压缸排汽管道、汽轮机再热热段蒸汽管道、汽轮机中压缸抽汽管道、汽轮机中压缸排汽管道中的任意一个或组合。
5.根据权利要求1所述的火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,所述气体净化与分离装置的废气输出口连通于火电厂锅炉的烟气处理装置的烟气入口。
6.根据权利要求1所述的火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,所述气体净化与分离装置的氢气输出口连通于氢气存储装置。
7.根据权利要求1所述的火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,所述焦炭制氢装置的废液废渣废气排出口连通于所述火电厂的废渣废液废气处理装置。
8.根据权利要求1所述的火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,所述系统的一氧化碳生产单元的排出口设置净化分离装置,所述净化分离装置连通于火电厂的废渣废液废气处理装置和/或火电厂烟气处理装置,用于对一氧化碳生产单元的排出物质进行净化分离,分离净化产生的废渣、废气、废液利用火电厂烟气处理装置或废气废液废渣处理装置进行无害化处理,分离的洁净的一氧化碳进入氢气生产单元。
9.根据权利要求1所述的火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,所述氢气生产单元内一氧化碳与水蒸汽反应产生的热量传递给火电厂一次风、二次风或火电厂凝结水或热网循环水。
10.根据权利要求1所述的火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,焦炭原料包括半焦、全焦、焦炭粉、焦炭颗粒、清洁型炭、兰炭、活性炭、含焦颗粒、焦油中的任意一种。
11.根据权利要求1所述的火电厂焦炭制氢系统,其特征在于,所述焦炭制氢装置所需热量由火电厂锅炉高温烟气、煤气、天然气、煤粉补燃燃烧器中任一种或多种产生的热量提供。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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