CN220537493U - 垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统。其中，方法包括以下步骤：沼气脱硫；将所述脱硫沼气和汽包或汽轮机抽汽产生的饱和蒸汽按照(2～4):1的比例混合，通入水蒸气重整转化装置中获得含有CO2、CO和H2的转化气；将转化气接入中温变换装置得到变换气；将S3中的变换气接入CO2捕集装置得到产品CO2；通过变压吸附装置，制得产品H2和含有CH4、CO、H2、CO2的解吸气。S2中的所述水蒸气重整转化装置中所需的热量为垃圾渗滤液厌氧沼气燃烧产生，以及通过S5中的解吸气进入所述水蒸气重整转化装置顶部的燃烧器燃烧后提供。本实用新型利用垃圾焚烧设施产生的电能和废热，能够降低制氢能耗和经济成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及氢气制备技术领域，特别涉及一种垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统。
背景技术
氢能是我国能源转型和促进经济发展的重要战略选择，也是国家应对气候变化、建设低碳社会的一个重要举措。目前国内外氢气制备主要依靠化石原料，占比95％-99％，这使得氢能的清洁属性大打折扣，有必要开发更清洁的制氢原料。同时，随着社会经济的发展和城市化进程的加快，城市生活垃圾的产量逐年递增，我国城市生活垃圾主要通过焚烧发电进行处理，垃圾焚烧厂的垃圾渗滤液厌氧处理产生的沼气主要成分为甲烷，成分达60％以上，非常适合用作制备氢气的原料。由于沼气来源于生活垃圾，得到的氢气属于绿氢，是氢能利用的理想形态。目前，我国绿氢供应主体是采用可再生能源(例如太阳能、风能、核能等)电解水制氢，制氢成本主要是用电成本，制备1公斤氢气的电耗在35～55度左右，用电成本根据电价而定，制氢成本仍远高于蓝氢成本，不利于绿氢的发展。
垃圾渗滤液是指来源于垃圾焚烧厂渗滤出来的成分非常复杂的高浓度有机废水。沼气是垃圾焚烧厂渗滤液处理的主要产物之一，成分是以甲烷和二氧化碳为主，两者都是温室气体，而CH4的温室效应当量又是CO2的20多倍。目前我国垃圾焚烧厂对沼气的处理与利用方式是将垃圾渗滤液沼气直接送入垃圾焚烧炉焚烧，作为余热锅炉炉内补充热源，该方式能量回收利用效率低下，同时存在CO2排放问题，造成能源浪费。
因此，现有技术需要进行改进。
实用新型内容
现有技术中，垃圾焚烧厂通常将垃圾渗滤液沼气直接送入垃圾焚烧炉焚烧，作为余热锅炉炉内补充热源，能量回收利用效率低下，同时存在CO2排放问题，造成能源浪费，因此本实用新型提供一种垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统用于解决上述问题。
本实用新型提供一种垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统，包括依次连接的沼气生成装置、沼气脱硫装置、水蒸气重整转化装置、中温变换装置、CO2捕集装置和变压吸附提纯装置，所述沼气依次通过沼气脱硫装置和水蒸气重整转化装置得到转化气，经过中温变换装置得到变换气，再经过所述CO2捕集装置和变压吸附提纯装置，得到产品H2和产品CO2，同时未被所述变压吸附提纯装置吸附的气体再次进入所述水蒸气重整转化装置。
在一种实现方式中，所述沼气脱硫装置包括依次连接的过滤塔、生物脱硫塔、氧化铁干式脱硫塔和氧化锌干式脱硫塔。
在一种实现方式中，所述垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统还包括余热回收装置，所述余热回收装置与所述水蒸气重整转化装置连接，用于将所述转化气进行降温。
有益效果：本实用新型提供的垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统，通过将垃圾渗滤液生成的沼气作为制氢原料，利用垃圾焚烧设施产生的电能和废热为所述水蒸气重整转化装置提供所需的热量，能够降低制氢能耗和经济成本；同时将制备的氢气用于垃圾收运车，实现生活垃圾治理、制氢、用氢一体化模式；同时将制氢过程中产生的二氧化碳进行捕集，实现整个制氢工业生产上的减碳或脱碳。
附图说明
图1是本实用新型提供的垃圾渗滤液沼气制备氢气的方法的步骤流程图；
图2是本实用新型提供的垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统的结构连接示意图；
图3是图2所示的沼气脱硫装置的结构连接示意图。
其中，附图中各标号分别表示为：
10、沼气生成装置；20、沼气脱硫装置；21、过滤塔；22、生物脱硫塔；23、氧化铁干式脱硫塔；24、氧化锌干式脱硫塔；30、减温减压装置；40、水蒸气重整转化装置；50、余热回收装置；60、中温变换装置；70、CO2捕集装置；80、变压吸附提纯装置；90、CO2提纯装置。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”，或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。而且，本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请具体参阅图1，图1是本实用新型提供的垃圾渗滤液沼气制备氢气的方法的步骤流程图。本实用新型提供一种垃圾渗滤液沼气制备氢气的方法，其包括以下步骤：
S1、沼气脱硫：将垃圾焚烧厂垃圾渗滤液厌氧产生的沼气进行脱硫，得到沼气中的硫化氢含量降至0.5ppm以下的脱硫沼气；
S2、水蒸气重整转化：将所述脱硫沼气和汽包或汽轮机抽汽产生的饱和蒸汽按照(2～4):1的比例混合，通入水蒸气重整转化装置中进行重整转化，获得含有CO2、CO和H2的转化气；
S3、中温变换：将S2中的转化气接入中温变换装置，通过催化剂反应将CO和水蒸汽转化为CO2和H2，得到变换气；
S4、CO2捕集：将S3中的变换气接入CO2捕集装置，通过吸附剂的选择吸附将变换气中的CO2吸附，得到产品CO2，未变吸附的气体为原料气；
S5、变压吸附提纯：将S4中的原料气通过变压吸附装置，制得产品H2和含有CH4、CO、H2、CO2的解吸气，所述解吸气作为补充燃料进入步骤S2中；
其中，S2中的所述水蒸气重整转化装置中所需的热量为垃圾渗滤液厌氧沼气燃烧产生，以及通过S5中的解吸气进入所述水蒸气重整转化装置顶部的燃烧器燃烧后提供。
具体的，在S1中具体包括：将垃圾焚烧厂垃圾渗滤液厌氧产生的沼气进行预脱硫，将沼气中的硫化氢含量降至50ppm以下，再进行精脱硫，得到沼气中的硫化氢含量降至0.5ppm以下的脱硫沼气，所述预脱硫的步骤包括生物脱硫和氧化铁干式脱硫，所述精脱硫的步骤为氧化锌干式脱硫。
在S1中，所述预脱硫的步骤前还包括将沼气中的冷凝水和颗粒杂物进行粗过滤。进一步的，垃圾焚烧厂垃圾渗滤液厌氧生成沼气的过程中，可采用UASB工艺进行，即采用升流式厌氧污泥床反应器进行，将垃圾渗滤液从升流式厌氧污泥床反应器的底部进入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解垃圾渗滤液中的有机物，使其转化为沼气。
所述预脱硫中的生物脱硫利用微生物或它所含的酶催化含硫化合物包括H2S、有机硫等，将其所含的硫积放出来，实现脱硫。所述氧化铁干式脱硫通过以活性氧化铁为脱硫剂，使气体中的H2S与活性氧化铁充分接触，并生成硫化铁和亚硫化铁，从而脱除H2S。所述氧化锌干式脱硫通过氧化锌与沼气中的二氧化硫发生反应，吸附二氧化硫生成硫酸盐，实现脱硫效果。氧化锌脱硫通过其较高的吸附效率和较快的吸附速率，有效除去沼气中的硫化氢和二氧化硫，实现沼气的有效脱硫。
在S2中，所述饱和蒸汽为垃圾焚烧厂汽包或汽轮机抽汽后经过减温减压后形成。在本实施例中，所述汽轮机可以是一次调节抽汽式或二次调节抽汽式。垃圾焚烧厂汽包或汽轮机抽汽后产生高温高压蒸汽，通过减温减压步骤将高温高压蒸汽通过减压和减温的方式，使其达到安全使用的标准。具体的，在本实施例中，所述饱和蒸汽与脱硫沼气按照3.2:1的比例进行混合，便于将所述脱硫沼气有效转化为含有CO2、CO和H2的转化气。需要说明的是，在S2中，所述转化气还经过余热回收并将温度降至320-360℃。更具体的，所述转化气可通过余热回收将其温度降至340℃，再进行后续的操作。
在S3中，将转化气进入中温变换装置，在催化剂的作用下发生变换反应，将CO与水蒸气转化为CO2和H2，得到变换气，其中，变换气中H2含量约70％，CO2含量约20％。
在S4中，所述转化气经过CO2捕集装置，在吸附剂的选择吸附下，并经过CO2提纯装置，形成产品CO2。未被吸附的转化气则进入变压吸附提纯装置中。具体的，在S5中，所述变压吸附装置为PSA装置，利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开，得到产品H2。
结合参阅图2和图3，图2是本实用新型提供的垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统的结构连接示意图，图3是图2所示的沼气脱硫装置的结构连接示意图。另一方面，本实用新型还提供一种垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统，其用于本实用新型所述的垃圾渗滤液沼气制备氢气的方法，其包括依次连接的沼气生成装置10、沼气脱硫装置20、水蒸气重整转化装置40、中温变换装置60、CO2捕集装置70和变压吸附提纯装置80。
具体的，垃圾焚烧厂垃圾渗滤液厌氧产生的沼气依次通过沼气脱硫装置20和水蒸气重整转化装置40得到含有CO2、CO和H2的转化气，经过中温变换装置60得到含有CO2和H2的变换气，再经过所述CO2捕集装置70和变压吸附提纯装置80，得到产品H2和产品CO2，同时未被所述变压吸附提纯装置80吸附的气体再次进入所述水蒸气重整转化装置。
进一步的，所述沼气脱硫装置20包括依次连接的过滤塔21、生物脱硫塔22、氧化铁干式脱硫塔23和氧化锌干式脱硫塔24。
所述垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统还包括余热回收装置50，所述余热回收装置50与所述水蒸气重整转化装置40连接，用于将所述转化气进行降温。所述垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统还包括减温减压装置30，所述减温减压装置30与所述水蒸气重整转化装置40连接，用于将汽包或汽轮机抽汽产生的饱和蒸汽降温降压后为可安全使用的饱和水蒸气进行后续的操作。
所述减温减压装置30包括减压阀、减温器和冷却器。所述减压阀通过设定的压力值，自动调节蒸汽的压力，从而达到减压的目的。所述减温器通过将蒸汽与冷却介质接触，将其温度降低到安全范围内。所述冷却器将蒸汽通过冷却水进行冷却，从而达到减温的目的。
总的来说，本实用新型所提供的垃圾渗滤液沼气制备氢气的方法及系统，通过将垃圾渗滤液生成的沼气作为制氢原料，利用垃圾焚烧设施产生的电能和废热为所述水蒸气重整转化装置提供所需的热量，能够降低制氢能耗和经济成本；同时将制备的氢气用于垃圾收运车，实现生活垃圾治理、制氢、用氢一体化模式；同时将制氢过程中产生的二氧化碳进行捕集，实现整个制氢工业生产上的减碳或脱碳。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统，其特征在于，包括依次连接的沼气生成装置、沼气脱硫装置、水蒸气重整转化装置、中温变换装置、CO2捕集装置和变压吸附提纯装置，所述沼气依次通过沼气脱硫装置和水蒸气重整转化装置得到转化气，经过中温变换装置得到变换气，再经过所述CO2捕集装置和变压吸附提纯装置，得到产品H2和产品CO2，同时未被所述变压吸附提纯装置吸附的气体再次进入所述水蒸气重整转化装置。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统，其特征在于，所述沼气脱硫装置包括依次连接的过滤塔、生物脱硫塔、氧化铁干式脱硫塔和氧化锌干式脱硫塔。
3.根据权利要求2所述的垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统，其特征在于，所述垃圾渗滤液沼气制备氢气的系统还包括余热回收装置，所述余热回收装置与所述水蒸气重整转化装置连接，用于将所述转化气进行降温。
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| GR01 | Patent grant | ||
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