CN217264848U

CN217264848U - 通过煤低碳化利用来制取氢气的装置

Info

Publication number: CN217264848U
Application number: CN202121104152.8U
Authority: CN
Inventors: 杨玉坤; 孙武星; 白正阳
Original assignee: China United Engineering Corp Ltd
Current assignee: China United Engineering Corp Ltd
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2031-05-21

Abstract

本实用新型提供一种通过煤低碳化利用来制取氢气的装置，其制氢效率高、单元装置小、设备投资低、反应条件温和、污染物排放低、对煤种无特殊要求。流化床气化炉上设置有给料口、水蒸气入口、气化炉氧气入口、再生CaO入口、气化炉溢流口和H₂出口；循环流化床富氧燃烧炉上设置有进料口、高温细灰入口、燃烧炉氧气入口、再循环烟气入口、石灰石入口、燃烧炉溢流口和高温烟气出口；燃烧炉溢流口与再生CaO入口连接；气化炉溢流口与进料口连接；高温烟气出口与旋风分离器连接；旋风分离器与高温细灰入口连接；旋风分离器的烟气出口分别与再循环烟气入口和换热器连接；背压式汽轮机与换热器连接；背压式汽轮机的排汽出口、减压器、水蒸气入口依次连接。

Description

通过煤低碳化利用来制取氢气的装置

技术领域

本实用新型涉及一种通过煤低碳化利用来制取氢气的装置，主要用于在煤化工、发电等行业利用煤生产出清洁能源氢气。

背景技术

氢能是一种高效无碳、可持续发展的清洁能源。氢能是最佳的碳中和能源载体，是在电力、热力、液体燃料等各种能源之间实现转化的重要媒介，可用于发电、供热、交通燃料等，具有零污染、零碳排放、应用广、热值高、可存储等诸多优点。

煤制氢技术具有成本较低、容易大规模发展等优点，同时我国能源资源以煤炭为主的现状也为煤制氢的发展奠定了基础。但现有煤制氢装置往往存在设备结构复杂、配套装置多、运转周期较短、投资高、碳排放高等诸多问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的通过煤低碳化利用来制取氢气的装置，其制氢效率高、单元装置小、设备投资低、反应条件温和、污染物排放低、对煤种无特殊要求。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种通过煤低碳化利用来制取氢气的装置，其特征在于：包括流化床气化炉、循环流化床富氧燃烧炉、旋风分离器、换热器、背压式汽轮机和减压器；所述的流化床气化炉上设置有给料口、水蒸气入口、气化炉氧气入口、再生CaO入口、气化炉溢流口和H₂出口；所述的循环流化床富氧燃烧炉上设置有进料口、高温细灰入口、燃烧炉氧气入口、再循环烟气入口、石灰石入口、燃烧炉溢流口和高温烟气出口；燃烧炉溢流口与再生CaO入口连接；气化炉溢流口与进料口连接；高温烟气出口与旋风分离器的烟气进口连接；旋风分离器的高温细灰出口与高温细灰入口连接；旋风分离器的烟气出口分别与再循环烟气入口和换热器的热流体入口连接；背压式汽轮机的过热蒸汽入口与换热器的冷流体出口连接；背压式汽轮机的排汽出口、减压器、水蒸气入口依次连接。

本实用新型还包括除尘净化装置，所述的除尘净化装置与H₂出口连接。

本实用新型还包括一号返料器，气化炉溢流口通过一号返料器与进料口连接。

本实用新型还包括二号返料器，燃烧炉溢流口通过二号返料器与再生CaO入口连接。

本实用新型还包括三号返料器，旋风分离器的高温细灰出口通过三号返料器高温细灰入口连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、具有制氢效率高、单元装置小、设备投资低、反应条件温和、污染物排放低、对煤种无特殊要求等优点。另外，碳减排是目前全世界都高度关注的重大问题，CO₂作为主要的温室气体，其减排对解决全球温室效应问题起着决定性作用。本装置通过CaO的固化和再生以及半焦富氧燃烧，将煤利用过程中产生的CO₂全部富集到烟气中，能够有效实现CO₂的减排控制，这是本装置在CO₂减排控制方面所具有的巨大优势。这样，通过一套装置就实现了煤在制取清洁能源的同时有效地控制了碳排放。

2、本装置在流化床气化炉中不追求对煤进行条件严苛的完全气化，而是将反应活性较低、未被气化的那部分半焦送入循环流化床富氧燃烧炉鼓入O₂/CO₂进行富氧燃烧，为循环流化床富氧燃烧炉中通过石灰石的煅烧实现CaO的再生提供所需要的热量，同时在流化床气化炉中利用从循环流化床富氧燃烧炉中再生得到的CaO吸收并固化煤气化过程中产生的CO₂从而得到高纯浓度H₂，这样就在获得H₂这种清洁能源的同时有效地降低了投资和运行成本，具有很好的环境效益和经济效益。

3、本装置通过煤的部分气化与CaO的固化/再生的耦合，利用CaO作为煤气化过程中所产生的CO₂的接受体，在制取了高纯浓度H₂的同时实现了硫、氮污染物的耦合抑制和有效脱除以及CO₂的的富集，从而用简单经济的方法解决了煤利用过程中污染物的控制和碳减排问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

本实用新型实施例包括流化床气化炉6、除尘净化装置7、一号返料器9、二号返料器16、循环流化床富氧燃烧炉17、旋风分离器18、三号返料器19、换热器20、背压式汽轮机22和减压器23。

流化床气化炉6上设置有给料口1、水蒸气入口2、气化炉氧气入口3、再生CaO入口4、气化炉溢流口5和H₂出口8。流化床气化炉6的运行温度为750～900℃，运行压力为0.1～6MPa。

循环流化床富氧燃烧炉17上设置有进料口10、高温细灰入口11、燃烧炉氧气入口12、再循环烟气入口13、石灰石入口14、燃烧炉溢流口15和高温烟气出口21。循环流化床富氧燃烧炉17的运行温度为850～1100℃，运行压力为0.1～6MPa。

除尘净化装置7与H₂出口8连接。

燃烧炉溢流口15通过二号返料器16与再生CaO入口4连接

气化炉溢流口5通过一号返料器9与进料口10连接。

高温烟气出口21与旋风分离器18的烟气进口连接。

旋风分离器18的高温细灰出口通过三号返料器19与高温细灰入口11连接。

旋风分离器18的烟气出口分别与再循环烟气入口13和换热器20的热流体入口连接。

背压式汽轮机22的过热蒸汽入口与换热器20的冷流体出口连接。

背压式汽轮机22的排汽出口、减压器23、水蒸气入口2依次连接。

煤和补充CaO经给料口1加入到流化床气化炉6中，煤在水蒸气以及少量O₂等气化剂的作用下发生部分气化，通过煤中碳与水蒸气的水煤气反应、碳与少量O₂的氧化反应、甲烷重整反应以及CO与水蒸气的水煤气变换反应，最终生成气化产物H₂和CO₂,未被完全气化的固态产物即为半焦。CO₂与从循环流化床富氧燃烧炉17经二号返料器16输送到给料口1添加进流化床气化炉6的补充CaO发生碳酸化反应生成CaCO₃，将CO₂从气化产物中分离出来并固定到CaCO₃中，同时CaO的碳酸化反应以及煤中碳与少量O₂的氧化反应放出的大量热量为煤的气化反应提供所需的热量。气化产物中的H₂经除尘净化装置7净化后得到高纯浓度的H₂，H₂纯度高达99%以上，

H₂可用于交通燃料、发电、供热等。未被气化掉的半焦和由CaO通过碳酸化反应生成的CaCO₃组成的混合物从流化床气化炉6的气化炉溢流口5溢出，然后经一号返料器9被输送至循环流化床富氧燃烧炉17。半焦在循环流化床富氧燃烧炉17中与鼓入的O₂发生燃烧反应，放出大量热量将从循环流化床富氧燃烧炉17的给料口14加入的石灰石和从流化床气化炉6输送过来的CaCO₃煅烧，CaCO₃经煅烧后分解生成CaO和CO₂，从而实现了CaO的再生。再生的CaO从流化床富氧燃烧炉17的燃烧炉溢流口15溢出，然后经二号返料器16被输送至流化床气化炉6，在流化床气化炉6中吸收并固化煤气化过程中所产生的CO₂，形成循环。由循环流化床富氧燃烧炉17中半焦燃烧产生的CO₂和CaCO₃煅烧产生的CO₂所组成的高温烟气经旋风分离器18进行气固分离后，分离下来的高温细灰经三号返料器19回送至循环流化床富氧燃烧炉17参与物料循环，而分离得到的富含CO₂的高温烟气一部分再循环回循环流化床富氧燃烧炉17中用于控制炉内燃烧温度，另一部分则用于将高压给水加热成高温高压的过热蒸汽，过热蒸汽在背压式汽轮机22中做功发电，背压式汽轮机22的排汽一部分对外供热给热用户，另一部分则经减压器23减压后送入流化床气化炉6用作煤气化所需的气化剂。换热后的富含CO₂的低温烟气很容易实现CO₂的捕获，从而进一步将CO₂进行利用和/或封存，最终实现CO₂的减排控制。这样，通过煤的部分气化过程和CaO对CO₂的固化和再生过程的耦合，在制取清洁能源H₂的同时实现了碳减排控制，具有巨大的社会效益和现实意义。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种通过煤低碳化利用来制取氢气的装置，其特征在于：包括流化床气化炉、循环流化床富氧燃烧炉、旋风分离器、换热器、背压式汽轮机和减压器；所述的流化床气化炉上设置有给料口、水蒸气入口、气化炉氧气入口、再生CaO入口、气化炉溢流口和H₂出口；所述的循环流化床富氧燃烧炉上设置有进料口、高温细灰入口、燃烧炉氧气入口、再循环烟气入口、石灰石入口、燃烧炉溢流口和高温烟气出口；燃烧炉溢流口与再生CaO入口连接；气化炉溢流口与进料口连接；高温烟气出口与旋风分离器的烟气进口连接；旋风分离器的高温细灰出口与高温细灰入口连接；旋风分离器的烟气出口分别与再循环烟气入口和换热器的热流体入口连接；背压式汽轮机的过热蒸汽入口与换热器的冷流体出口连接；背压式汽轮机的排汽出口、减压器、水蒸气入口依次连接。

2.根据权利要求1所述的通过煤低碳化利用来制取氢气的装置，其特征在于：还包括除尘净化装置，所述的除尘净化装置与H₂出口连接。

3.根据权利要求1所述的通过煤低碳化利用来制取氢气的装置，其特征在于：还包括一号返料器，气化炉溢流口通过一号返料器与进料口连接。

4.根据权利要求1所述的通过煤低碳化利用来制取氢气的装置，其特征在于：还包括二号返料器，燃烧炉溢流口通过二号返料器与再生CaO入口连接。

5.根据权利要求1所述的通过煤低碳化利用来制取氢气的装置，其特征在于：还包括三号返料器，旋风分离器的高温细灰出口通过三号返料器高温细灰入口连接。