一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统

本技术属于煤化工，具体涉及一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统。

背景技术：

1、煤炭作为基础能源的同时也是重要的化工原料，在我国85％左右的煤炭直接用于燃烧，其余主要作为炼焦。陕北地区煤炭资源丰富，作为国家级能源化工基地，其煤种主要为低变质的侏罗纪弱粘或不粘煤，属于低阶煤，具有煤质好、低灰、低硫、低磷、高挥发分的特点，是生产兰炭的优质低温干馏、工业气化、液化和动力用煤。

2、兰炭，俗称半焦或者焦粉，块状结构，粒度一般在3mm以上80mm以下，浅黑色，主要特点是化学活性高、灰分低、固定碳高、比电阻高且固定碳高。我国兰炭产业主要分布在西部地区，陕北是我国兰炭产业的发源地，20世纪80年代中后期陕北就开始进行兰炭生产，最开始采用土法炼焦生产兰炭，其生产规模较小，煤焦油的回收利用较少，焦炉煤气也是全部排放，环境污染十分严重。随着技术、工艺条件的提升，兰炭产业得到了快速发展。兰炭产业已经发展成陕北地区产值规模较大的煤化工产业之一。

3、在生产兰炭的过程中，大多采用内热式直立炉干馏技术，并且被广泛应用。目前，大多数企业都采用水熄焦技术，这不仅浪费了大量的热能，而且导致兰炭的含水量高，需要烘干，而烘干过程又消耗大量热能。兰炭尾气中含有大量的污染物，没有得到很好的净化。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就是为了解决上述问题而提供的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，有效地提高低阶煤的分质分级利用和氢气产率，其中兰炭炉采用煤的分级分段燃烧，利用发电抽汽进行预热、热解等，利用兰炭良好的吸附性能进行兰炭尾气净化。整个系统提高了兰炭尾气的净化，减少了兰炭的含水量，节省了加热裂解的燃气消耗量，使得燃气的热值提高，同时提高了兰炭尾气热值、能源效率。

2、本实用新型采用以下技术方案：

3、一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，包括空气分离器、干燥器、兰炭炉、电热反应器、分离及净化装置、ccs装置、锅炉、汽轮机和发电机；

4、空气分离器用于将空气分离得到纯氧气，空气分离器的纯氧气出口和汽轮机的抽汽出口连接至干燥器的进口，汽轮机的抽汽出口还连接至兰炭炉的蒸汽入口，干燥器的出口分为两路，一路连接至兰炭炉，另一路连接至电热反应器，兰炭炉和电热反应器的合成气出口连接至分离及净化装置的进口，分离及净化装置设置有h2，co2和其他可燃气体出口，其中co2出口连接至ccs装置，其他可燃气体出口连接至锅炉，锅炉用于驱动汽轮机，进而带动发电机发电。

5、本实用新型进一步的改进在于，兰炭炉包括煤仓、电液阀、进料口、预热室、换热器、锁汽器、热解室、蒸汽入口、燃烧器、过滤网、颗粒流冷却器和兰炭出口；

6、煤仓、电液阀、进料口、预热室、热解室和兰炭出口自上而下依次连接在一起，预热室内设置有换热器，热解室内的底部设置有颗粒流冷却器，热解室的侧壁上设置有蒸汽入口、燃烧器和过滤网。

7、本实用新型进一步的改进在于，预热室的热源采用汽轮机中的蒸汽和热解室热解兰炭产生的高温兰炭尾气。

8、本实用新型进一步的改进在于，热解室的热源采用汽轮机的蒸汽和燃烧器加热的热量提供。

9、本实用新型进一步的改进在于，热解室产生的高温兰炭尾气经过高温兰炭层过滤净化送入预热室。

10、本实用新型进一步的改进在于，兰炭炉上部煤仓下方设置有电液阀，用于控制原料煤通过进料口进入兰炭炉炉膛。

11、本实用新型进一步的改进在于，兰炭炉中预热室中设置有换热器，其热源来自热解室中热解原料煤所产生的高温兰炭尾气。

12、本实用新型进一步的改进在于，预热室下方设置有锁汽器，用于将预热产生的水蒸汽与原料煤分离开来。

13、本实用新型进一步的改进在于，兰炭炉下部设置有颗粒流冷却器，其由多块膜式壁竖直排列组成，冷却至50℃。

14、本实用新型进一步的改进在于，汽轮机中的蒸汽用于空气的加热和兰炭炉中煤的热解。

15、与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益的技术效果：

16、本实用新型提供的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，有效地提高低阶煤的分质分级利用和氢气产率，其中兰炭炉采用分段分级燃烧，其中在预热段采用热解段的高温兰炭尾气来预热原料煤，原料煤中的水分析出之后，采用锁汽装置将蒸汽与原料煤进行分离开来。原料煤进入热解室进行热解生产兰炭。从能量的利用角度上提高了高温兰炭尾气热量的利用，同时将原料煤析出的水分分离出来，极大的改善了兰炭的干燥成本。

17、进一步的，兰炭炉中的热解室采用的热源来源于两部分，其中一部分为发电的抽汽，另一部分采用布置燃烧器来提供更多的热量，使其达到热解所需的温度600-700℃。这样利用有效的利用了发电蒸汽，使热量得到回收。

18、进一步的，热解室中下端将高温兰炭尾气经高温兰炭层抽出送入预热室，有效的将兰炭尾气的热量再利用，并且得到有效的净化。

19、综上所述，本实用新型提供的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，有效地提高低阶煤的分质分级利用和氢气产率，通过兰炭炉分段分级预热、热解，提高了兰炭尾气的净化，减少了兰炭的含水量，节省了加热裂解的燃气消耗量，使得燃气的热值提高，同时提高了兰炭尾气热值、能源效率。对于解决我国兰炭产业得到有效提升，应用前景广阔，具有很高的经济和社会价值。

技术特征：

1.一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，其特征在于，包括空气分离器(1)、干燥器(2)、兰炭炉(3)、电热反应器(4)、分离及净化装置(5)、ccs装置(6)、锅炉(7)、汽轮机(8)和发电机(9)；

2.根据权利要求1所述的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，其特征在于，兰炭炉包括煤仓(31)、电液阀(32)、进料口(33)、预热室(34)、换热器(35)、锁汽器(36)、热解室(37)、蒸汽入口(38)、燃烧器(39)、过滤网(310)、颗粒流冷却器(311)和兰炭出口(312)；

3.根据权利要求2所述的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，其特征在于，预热室(34)的热源采用汽轮机(8)中的蒸汽和热解室(37)热解兰炭产生的高温兰炭尾气。

4.根据权利要求2所述的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，其特征在于，热解室(37)的热源采用汽轮机(8)的蒸汽和燃烧器(39)加热的热量提供。

5.根据权利要求2所述的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，其特征在于，热解室(37)产生的高温兰炭尾气经过高温兰炭层过滤净化送入预热室(34)。

6.根据权利要求2所述的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，其特征在于，兰炭炉(3)上部煤仓(31)下方设置有电液阀(32)，用于控制原料煤通过进料口(33)进入兰炭炉炉膛。

7.根据权利要求2所述的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，其特征在于，兰炭炉(3)中预热室(34)中设置有换热器(35)，其热源来自热解室(37)中热解原料煤所产生的高温兰炭尾气。

8.根据权利要求1所述的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，其特征在于，预热室(34)下方设置有锁汽器(36)，用于将预热产生的水蒸汽与原料煤分离开来。

9.根据权利要求1所述的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，其特征在于，兰炭炉(3)下部设置有颗粒流冷却器(311)，其由多块膜式壁竖直排列组成，冷却至50℃。

10.根据权利要求1所述的一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，其特征在于，汽轮机(8)中的蒸汽用于空气的加热和兰炭炉(3)中煤的热解。

技术总结
本技术公开了一种基于可再生能源消纳的低阶煤制氢系统，包括空气分离器，干燥器，兰炭炉，电热反应器，分离及净化装置，CCS装置，锅炉，汽轮机和发电机。具体为：低阶煤经烘干后送入兰炭炉进行热解制备兰炭，生成的兰炭进入气化炉进行制取氢气。兰炭炉和气化炉中生成的合成气通过气体分离及净化装置得到H<subgt;2</subgt;，CO<subgt;2</subgt;和其他可燃气体，其中CO<subgt;2</subgt;通过CCS装置进行捕集，其余可燃气体送入燃气锅炉进行燃烧利用。本技术有效地提高低阶煤的分质分级利用和氢气的产率，其中兰炭炉分段分级预热、热解，提高了兰炭尾气的净化，减少了兰炭的含水量，节省了加热裂解的燃气消耗量，使得燃气的热值提高，同时提高了兰炭尾气热值、能源效率。

技术研发人员：刘银河,关昱
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>西安交通大学
技术研发日：20230519
技术公布日：2024/1/15