二段式双鼓泡床制氢装置的制作方法

1.本发明涉及煤化工技术领域，尤其涉及一种二段式双鼓泡床制氢装置。


背景技术：

2.气化工艺根据其反应及气化生成物的目的来决定气化装置以及开工条件，现有技术中一般用煤来制取氢气等合成气，采用的技术为鼓泡床气化。现有的双鼓泡床气化技术中主要包括两个鼓泡床，一个为气化炉，另一个为燃烧炉，鼓泡床中一般使用两种床料，分别为cao/caco3和sio2。煤粉在气化炉中气化生成合成气，合成气及时排出；气化结束后会剩下残留焦炭与煤中的灰分，焦炭与灰分以及床料一起进入到燃烧炉中，此时焦炭会发生燃烧反应放出热量，从而加热沙子与灰分；温度很高的沙子和灰分又流回到气化炉中，为气化过程提供热量，而燃烧产生的高温烟气则从燃烧炉中排出。
3.现有的传统的双鼓泡床的使用缺点包括：第一，现有的工艺的双鼓泡床采用cao/caco3，sio2两种床料，两种床料混合在一起，不利于发挥两种床料的作用，且直接与煤粉接触，污染严重；第二，燃烧炉中的高温烟气虽然可以得到利用，但是利用率比较低，最终使得整个工艺的效率降低。
4.因此，亟需一种可以减少污染、反应充分以及能源利用率高的制氢装置。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种二段式双鼓泡床制氢装置，以解决现有技术问题中的缺陷。
6.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
7.一种二段式双鼓泡床制氢装置，包括：第一鼓泡床和第二鼓泡床；
8.所述第一鼓泡床用于作为燃烧炉，第二鼓泡床用于作为气化炉，每个鼓泡床包括通过法兰连接的上下两部分，第一鼓泡床的上部和第二鼓泡床的上部分别装有cao和caco3的混合床料，第一鼓泡床的下部和第二鼓泡床的下部分别装有sio2床料；
9.第一鼓泡床的上部和第二鼓泡床的上部之间分别设置有上下两个通路，上通路通过第一旋风分离器连接，下通路通过第一管道连接；第一鼓泡床的下部和第二鼓泡床的下部之间同样设置有上下两个通路，上通路通过第二旋风分离器连接，下通路通过第二管道连接。
10.优选地，第一鼓泡床的下部和第二鼓泡床的下部分别设置有第一布风板和第二布风板，第一鼓泡床的上部和第二鼓泡床的上部分别设置有第三布风板和第四布风板，所述第一布风板、第二布风板、第三布风板和第四布风板分别用于承托住对应位置的床料。
11.优选地，第二鼓泡床的上部中安装有第一换热器，用于对第二鼓泡床的上部进行热量交换；所述第一换热器的出口与第二鼓泡床的底端通过蒸汽管路连接。
12.优选地，第一换热器的出口与所述蒸汽管路之间还连接有第二换热器。
13.优选地，第二鼓泡床的顶端还设置有烟气出口管路，用于与大气相连，所述烟气出口管路置于所述第二换热器的内部，用于通过烟气为所述第二换热器提供热量。
14.优选地，第一旋风分离器通过第一返料器与第一鼓泡床的上部相连；所述第二旋风分离器通过第二返料器与第一鼓泡床的下部相连。
15.优选地，烟气出口管路的出口方向与所述第二换热器的水蒸气流向方向逆向设置。
16.由上述本发明的二段式双鼓泡床制氢装置提供的技术方案可以看出，本发明的有益效果如下：
17.1)采用双鼓泡床气化，将煤的气化和焦炭燃烧分离开，这样可以充分利用煤中的能量；
18.2)通过将每个鼓泡床装置分为上下两段，下段以沙子(sio2)为床料，上段以石灰石(cao/caco3)为床料，上段的床料可以避免与煤直接接触，防止床料的污染，便于循环利用，并且上段床料的cao可以吸收气化过程产生的co2,有利于反应正向进行产生更多的富氢燃气；
19.3)通过管路和旋风分离器分别使两个鼓泡床的两个上段的床料进行混合，两个鼓泡床的两个下段的床料进行混合，避免不同床料的直接接触，可以使每种床料更纯净，循环利用的次数更多；
20.4)本装置中产生的高温烟气不仅可以为煤的气化提供热量，还有利于caco3转化为cao,有利于吸收气化过程产生的co2；
21.5)本装置中以水蒸作气为气化剂，不需额外引入能量完成水到水蒸气的变化过程；通过用作汽化炉的鼓泡床的上段以及用作燃烧炉的鼓泡床产生的高温烟气提供热量，进而提高能量的利用率。
22.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实施例的二段式双鼓泡床制氢装置结构示意图；
25.附图标记说明：
26.1第二换热器 2第一换热器出口 3第一换热器 4第一换热器入口 5第二鼓泡床的上部 6第四布风板 7法兰 8第二鼓泡床的下部 9第二布风板 10蒸汽管路 11烟气出口管路 12烟气出口管路出口 13第一旋风分离器 14第一鼓泡床的上部 15第一返料器 16第一管道 17第三布风板 18法兰 19第二旋风分离器 20第一鼓泡床的下部 21第二返料器 22第二管道 23第一布风板 24富氢燃气出口 25空气与水蒸气入口 26空气入口
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参
考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
28.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
29.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
30.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且并不构成对本发明实施例的限定。
31.实施例
32.图1为本实施例的二段式双鼓泡床制氢装置结构示意图，参照图1，该装置包括：第一鼓泡床(左)和第二鼓泡床(右)；第一鼓泡床用于作为燃烧炉，主要发生焦炭的燃烧反应，第二鼓泡床用于作为气化炉，主要发生煤的气化反应，每个鼓泡床包括通过法兰(7，18)连接的上下两部分，第一鼓泡床的上部14和第二鼓泡床的上部5分别装有cao和caco3的混合床料，第一鼓泡床的下部20和第二鼓泡床的下部8分别装有sio2床料；第一鼓泡床的上部14和第二鼓泡床的上部5之间分别设置有上下两个通路，上通路通过第一旋风分离器13连接，下通路通过第一管道16连接；第一鼓泡床的下部20和第二鼓泡床的下部8之间同样设置有上下两个通路，上通路通过第二旋风分离器19连接，下通路通过第二管道22连接。
33.第一鼓泡床的下部20和第二鼓泡床的下部8分别设置有第一布风板23和第二布风板9，第一鼓泡床的上部14和第二鼓泡床的上部5分别设置有第三布风板17和第四布风板6，第一布风板23、第二布风板9、第三布风板17和第四布风板6分别用于承托其上部对应位置的床料。
34.第二鼓泡床的上部5中安装有第一换热器3，用于对第二鼓泡床的上部进行热量交换；第一换热器3的出口与第二鼓泡床的底端通过蒸汽管路10连接。
35.第一换热器3的出口与蒸汽管路10之间还连接有第二换热器1。
36.第二鼓泡床的顶端还设置有烟气出口管路11，用于与大气相连，烟气出口管路11置于第二换热器1的内部，用于通过烟气为第二换热器1提供热量。通过第二换热器1进一步的将第一换热器3中流出的水气化。
37.第一旋风分离器13通过第一返料器15与第一鼓泡床的上部5相连；第二旋风分离器19通过第二返料器21与第一鼓泡床的下部8相连。
38.需要说明的是，烟气出口管路11的出口方向与第二换热器1的水蒸气流向方向逆向设置。这样通过烟气出口管路11出来的烟气可以使第二换热器1中的水充分的气化得到水蒸气。
39.以下为采用本实施例装置进行制氢的具体过程：
40.1)在第二鼓泡床的底端的空气与水蒸气入口(25)通入水蒸气和空气，经过第二布风板9使水蒸气和空气流速均匀，便于产生流化现象；第一鼓泡床的底端的空气入口(26)由
风机通入空气，经过第一布风板23使空气流速均匀，便于产生流化现象。
41.第二鼓泡床底端的的空气与水蒸气入口(25)由专业的给煤设备送入煤粉，从第二鼓泡床底端的空气与水蒸气入口(25)通入空气和水蒸气(约600℃)。其中，煤粉作为气化碳氢燃料，水蒸气和空气作为气化剂。第二鼓泡床中发生煤的气化，第二鼓泡床的下部8的主要反应有：
42.c h2o
→
co h2(1)；
43.c o2→
co2(2)；
44.2c o2→
2co(3)
45.此外煤自身热解也会生成一定的产物，综合来看在第二鼓泡床的下部8中煤的气化过程是一个吸热过程。煤气化合成气(co、h2、ch4等)通过第四布风板6进入到第二鼓泡床的上部5，上段的主要反应有：
46.co h2o
→
co2 h2(4)；
47.cao co2→
caco3(5)；
48.第二鼓泡床的上部5的cao吸收反应(4)生成的co2，使该反应可以使沿正方向进行的程度更大，对h2的生成是有利的，因此从第二鼓泡床的上部5的富氢燃气出口(24)可以收集到富氢合成气。此外cao和caco3还可以充当催化剂，使反应(4)的反应速率提高。因此，可以使第二鼓泡床的气化反应进行的更加充分，更有利于气化过程。
49.第二鼓泡床的下部8中会有剩余的焦炭未参与到煤的气化反应，这些剩余的焦炭(含煤灰)连同沙子通过第二管道22被送入到第一鼓泡床的下部20中。由于第一鼓泡床的下部20中通入空气，在第一鼓泡床的下部20剩余的焦炭和空气进行燃烧反应，主要反应为：
50.c o2→
co2(6)；
51.燃烧反应会放出热量，从而加热第一鼓泡床的下部20的沙子(sio2床料)，沙子经过第二旋风分离器19和第二返料器21流回到第二鼓泡床的下部8，此时的沙子温度高,可以为煤的气化过程提供一定的热量。第一鼓泡床的下部20燃烧生成的高温烟气通过第三布风板17进入到第一鼓泡床的上部14，此时第二鼓泡床的上部5的填料cao和caco3经过第一管道16也进入到第一鼓泡床的上部14，在烟气提供的高温的条件下会发生caco3分解反应:
52.caco3→
cao co2(7)；
53.从而进一步的利用高温烟气的热量。生成的cao通过第一旋风分离器13和第一返料器15流回到第二鼓泡床的上部5，继续吸收气化过程中产生的co2。
54.煤的气化过程需要用到水蒸气，而水变为水蒸气的过程需要能量，本装置可以充分利用高温烟气以及气化炉上段的热量。水由第一换热器入口4流入作为第一换热器3的沿气化炉的管壁方向铺设水冷壁管路，水在第一换热器3中流动会吸收气化炉上段的热量。水从第一换热器出口2流出，流入到第二换热器1中，与此同时高温烟气从烟气出口管路11也流入到第二换热器1中，水继续吸收高温烟气的热量完成水变成水蒸气的过程，最后水蒸气流入蒸汽管路10，然后流入第二鼓泡床的下部8的进口，高温烟气释放完热量后烟气出口12流出。
55.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围
为准。