一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法及系统
本发明属于余热回收利用技术领域，尤其涉及一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法及系统。该方法包括如下步骤：S1：高炉熔渣、水蒸气与含碳固体燃料细颗粒的浆液进行气化反应，生成以一氧化碳和氢气为主的粗合成气以及灰分；S2：将粗合成气与水蒸气进行重整反应，生成的合成气包括氢气、二氧化碳和水蒸气；S3：将S2中生成的合成气中的二氧化碳去除，生成了包含氢气和水蒸气的合成气；S4：将生成的包含氢气和水蒸气的中的水蒸气去除，形成富氢合成气；利用步骤S1中反应产生炉渣的热量制备水蒸气，并为S1和S2的反应过程提供所需的水蒸气。该制备方法实现了工艺流程简单，成本和能耗大幅降低，无污染物产生。
发明专利
CN201910305887.8
2019-04-16
CN109880653A
2019-06-14
C10J3/46(2006.01)
东北大学
段文军;吕潇峻;李朝
110169 辽宁省沈阳市浑南区创新路195号
北京易捷胜知识产权代理事务所(普通合伙)
韩国胜
1.一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，包括如下步骤： S1：高炉熔渣、水蒸气与含碳固体燃料细颗粒的浆液进行气化反应，生成以一氧化碳和氢气为主的粗合成气以及灰分； S2：将粗合成气与水蒸气进行重整反应，生成的合成气包括氢气、二氧化碳和水蒸气； S3：将S2中生成的合成气中的二氧化碳去除，生成了包含氢气和水蒸气的合成气； S4：将生成的包含氢气和水蒸气的中的水蒸气去除，形成富氢合成气； 利用步骤S1中反应产生炉渣的热量制备水蒸气，并为S1和S2的反应过程提供所需的水蒸气。 2.根据权利要求1所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于： 在步骤S1之后，还包括粗合成气和灰分进行分离的步骤。 3.根据权利要求1所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于： 步骤S1中的气化反应温度为1450℃-1250℃； 步骤S3中的重整反应温度为350℃-650℃。 4.根据权利要求1所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于： 步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液的浓度为50％-60％。 5.根据权利要求1所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于： 步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液中的含碳固体燃料细颗粒直径为100μm-300μm。 6.根据权利要求1所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于： 步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液中的含碳固体燃料细颗粒包括高阶煤、中阶煤、低阶煤、煤焦、生物质、石油焦、油页岩和/或含碳固体废物。 7.根据权利要求1所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于： 步骤S3中添加有重整反应催化剂，催化剂包括负载型金属催化剂； 负载型金属催化剂中的活性组分包括铂、金、银、铁、钼、铜或钴金属单体，或者铂、金、银、铁、钼、铜和钴中任意两种及以上复合而成的复合负载型金属催化剂。 8.一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统，其特征在于，其采用如权利要求1-7任意一项所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法进行富氢合成气的制备，其包括气化反应器、重整反应器和换热器； 气化反应器具有高温熔渣入口、浆液入口、水蒸气入口、炉渣出口和合成气出口，其中，高温熔渣通过熔渣入口输入气化反应器中，含碳固体燃料细颗粒的浆液通过浆液入口输入至气化反应器中，水蒸气通过水蒸气入口输入至气化反应器中； 高炉熔渣、水蒸气和含碳固体燃料细颗粒的浆液在气化反应器中进行化学反应，并将反应后生成的粗合成气输入至重整反应器中，将炉渣输入至换热器中，换热器通过与炉渣换热制备水蒸气； 换热器的水蒸气出口与气化反应器、重整反应器的水蒸气入口连通。 9.根据权利要求8所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统，其特征在于， 该系统还包括储渣罐、含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器、分离设备、收集器、吸收塔、干燥器、储氢器和高炉渣粒收集器； 储渣罐与熔渣入口相连，储渣罐用于存储高炉排出的高温熔渣，使得高温熔渣能够稳定和连续的输出； 含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器与浆液入口相连，含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器用于存储配置好的含碳固体燃料细颗粒的浆液，为气化反应器内的气化反应提供反应物； 气化反应器与重整反应器之间设置有分离设备，分离设备能够接收气化反应器产生的以一氧化碳和氢气为主的粗合成气以及灰分，并将粗合成气与灰分分离并分别输出，将分离出来的粗合成气输入至重整反应器内； 收集器与分离设备的灰分出口端相连，其用于收集分离设备输出的灰分； 吸收塔与重整反应器的气体出口端相连，吸收塔用于接收重整反应器输出的包含有氢气、二氧化碳及水蒸气的合成气，并吸收其中的二氧化碳，形成包含有氢气和水蒸气的合成气并输出； 吸收塔与干燥器相连接，干燥器用于接收吸收塔输出的包含有氢气和水蒸气的合成气，吸收其中的水蒸气，形成富氢合成气并输出； 储氢器与干燥器相连接，储氢器用于接收干燥器输出的富氢合成气并存储； 高炉熔渣粒化器设置在换热器与气化反应器之间，高炉熔渣粒化器用于接收气化反应器排出的气化反应后的高炉熔渣形成高温渣粒并输出； 换热器用于接收高炉熔渣粒化器形成的高温渣粒，通过换热的方式产生水蒸气并输出到气化反应器和重整反应器中； 高炉渣粒收集器与换热器相连接，高炉渣粒收集器用于接收换热器排出的渣粒。 10.根据权利要求9所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统，其特征在于： 分离设备为旋风分离器；气化反应器为鼓泡床气化反应器；重整反应器为固定床重整反应器；换热器为间接式换热器。