富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)工藝和太陽能聚光集熱煤氣化爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)工藝和太陽能聚光集熱煤氣化爐，富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備包括太陽能聚光集熱煤氣化爐、多級富氫燃氣生產(chǎn)裝置、水洗塔和脫硫器，富氫燃氣生產(chǎn)裝置包括旋風(fēng)分離器和螺旋管式換熱器；螺旋管式換熱器具有換熱腔、螺旋管組件、水煤氣進入口、水煤氣出口、混合物出口、氣體出口和可通入水或水蒸汽在水熱解催化劑的作用下生成的水熱解生成物的進口，換熱腔位于螺旋管組件的外圍，并且水煤氣進入口連接螺旋管組件后與水煤氣出口相連通，進口、混合物出口和氣體出口均與換熱腔連通；旋風(fēng)分離器的輸出端與同一級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中的螺旋管式換熱器的水煤氣進入口相連通，水煤氣出口連接至下一級的旋風(fēng)分離器的輸入端。本發(fā)明不僅能夠生產(chǎn)出氫氣含量高的潔凈燃氣，而且能夠提高熱轉(zhuǎn)換效率，降低污染。
【專利說明】富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)工藝和太陽能聚光集熱煤氣化爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)工藝和太陽能聚光集熱煤氣化爐。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我們國家煤富、氣貧(短期無法大規(guī)模開采頁巖氣、可燃冰)、少油，煤在整個國內(nèi)能源消耗的比率高于65%而且在短期內(nèi)不可能得到根本性的改變，而將煤直接燃燒的火力發(fā)電架構(gòu)如下:燃燒一水加溫一水蒸氣一汽輪機一發(fā)電機，該架構(gòu)系統(tǒng)主要存在能量轉(zhuǎn)換效率低，一般為35%左右且污染嚴(yán)重，而現(xiàn)在的煤氣化工藝中，消耗了很多熱能，如式:C+H20 — CCHH2吸熱，C+2H20 — C02+2H2吸熱，在目前煤氣化中由于靠燃燒煤得到的熱量而使公式充分反應(yīng)，為了提供熱而大量燃燒的煤一方面造成了污染，另一方面降低了化石燃料煤的產(chǎn)氣率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備，它不僅能夠生產(chǎn)出氫氣含量高的潔凈燃氣，而且能夠提高熱轉(zhuǎn)換效率，降低污染。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備，它包括太陽能聚光集熱煤氣化爐、多級富氫燃氣生產(chǎn)裝置、水洗塔和脫硫器，富氫燃氣生產(chǎn)裝置包括旋風(fēng)分離器和螺旋管式換熱器；螺旋管式換熱器具有換熱腔、螺旋管組件、水煤氣進入口、水煤氣出口、混合物出口、氣體出口和可通入水或水蒸汽在水熱解催化劑的作用下生成的水熱解生成物的進口，換熱腔位于螺旋管組件的外圍，并且所述的水煤氣進入口連接螺旋管組件后與水煤氣出口相連通，所述的進口、混合物出口和氣體出口均與換熱腔連通；旋風(fēng)分離器的輸出端與同一級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中的螺旋管式換熱器的水煤氣進入口相連通，水煤氣出口連接至下一級的旋風(fēng)分離器的輸入端，相對應(yīng)的氣體出口通過輸送管道連接至該水煤氣出口與下一級的旋風(fēng)分離器的輸入端之間的的連接管道上；在首級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中，旋風(fēng)分離器的輸入端與太陽能聚光集熱煤氣化爐的水煤氣輸出端相連通；在末級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中，所述的螺旋管式換熱器的水煤氣出口依次連接最終旋風(fēng)分離器、水洗塔和脫硫器后連接至最終成品輸出管道。
[0005]進一步為了能夠更好使產(chǎn)生的氫氣從氣體出口流向水煤氣出口，所述的輸送管道中設(shè)置有泵和單向閥，所述的氣體出口依次連接泵和單向閥后連接至水煤氣出口與下一級的旋風(fēng)分離器的輸入端之間的連接管道上。
[0006]進一步，所述的旋風(fēng)分離器均設(shè)置有沉淀物出口。
[0007]進一步為了能夠更加便于排出廢棄物，所述的螺旋管式換熱器的換熱腔的底壁為向著混合物出口方向的向下 傾斜狀。
[0008]本發(fā)明還提供了一種該富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備的富氫燃氣生產(chǎn)工藝，該工藝的步驟如下:通過太陽能聚光集熱煤氣化爐將其內(nèi)產(chǎn)生的水煤氣通入首級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中的旋風(fēng)分離器，并同時向每一個螺旋管式換熱器的進口內(nèi)通入混合物；其中，混合物為水或水蒸汽在水熱解催化劑的作用下生成的水熱解生成物；在螺旋管式換熱器中，水蒸汽和螺旋管組件內(nèi)的水煤氣進行換熱交換，使其產(chǎn)生出氫氣，該氫氣從氣體出口通向水煤氣出口，和水煤氣形成混合氣體進入下一級富氫燃氣生產(chǎn)裝置的旋風(fēng)分離器，依次進行直至經(jīng)過最終旋風(fēng)分離器分離后，經(jīng)過水洗塔水洗，然后通過脫硫器脫硫處理，最后形成富氫潔凈燃氣通入最終成品輸出管道。
[0009]本發(fā)明提供一種富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備中所使用的太陽能聚光集熱煤氣化爐，它包括聚光透鏡、集熱面、料室、保溫隔熱層組、水煤氣室和物料輸送管，保溫隔熱層組位于料室的外圍以便用于對料室的保溫，物料輸送管伸入料室中，集熱面設(shè)置在料室的一側(cè)用于加熱料室內(nèi)混合物，聚光透鏡的尾部與集熱面銜接，水煤氣室位于料室的上方，并與料室相連通。
[0010]進一步為了能夠充分利用太陽能，集熱面由受光側(cè)往內(nèi)依次包括光譜選擇透過涂層、中高溫選擇吸收涂層、減反射層、多層微孔陶瓷層和致密層；其中，多層微孔陶瓷層的多孔表面上燒結(jié)有光熱 轉(zhuǎn)化層；其中，所述的致密層由金屬合金或金屬氧化物或陶瓷中的一種或幾種的混合物制成；所述的光熱轉(zhuǎn)化層由黑鉻或黑鎳或黑氧化鐵制成。
[0011]進一步為了盡可能減少料室的熱量向周圍環(huán)境中傳遞散發(fā)，保溫隔熱層組由料室側(cè)往外依次包括高溫隔熱層、高溫真空保溫層、中溫隔熱層、中溫加熱層、中溫保溫層和中溫真空保溫層。
[0012]進一步為了減少加料時對集熱面的沖擊和影響，物料輸送管伸入料室的管端部與集熱面之間設(shè)置有受料擋板。
[0013]進一步為了減少熱散失并且防止了灰塵影響入射效果，聚光透鏡的外壁上由里向外依次設(shè)置有真空保溫層和隔熱層。
[0014]采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明主要是利用太陽能聚光集熱煤氣化爐對噴入氣化爐中的煤粉、水煤漿及少量催化劑加溫，并噴入氣化劑水蒸氣(可由太陽能或系統(tǒng)中的余熱制成)，使煤得以熱解氣化，部分水蒸氣在已氣化的CO、CO2, HS和固體碳、固體硫及其它催化劑和煤本身含有的C、S使水蒸氣中的水分子得以在1000°c左右的相對低溫下被熱化學(xué)分解而成自由體氫氣和氧氣等，而催化劑實際起到了兩種作用，一是降低了煤熱解溫度，
二是協(xié)同作用下使部分水蒸氣被低溫?zé)峄瘜W(xué)分解制成氫氣，對于氣化爐中生產(chǎn)出來的合成氣體經(jīng)多級旋風(fēng)分離、降溫，再通過換熱加入水或水蒸汽在水熱解催化劑的作用下生成的水熱解生成物所產(chǎn)生的氫氣，然后經(jīng)過水洗、脫硫等工藝而最終制成富氫潔凈燃氣，
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的太陽能聚光集熱煤氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明的聚光透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明的集熱面的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0020]如圖1所示，一種富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備，它包括太陽能聚光集熱煤氣化爐、多級富氫燃氣生產(chǎn)裝置、水洗塔7和脫硫器8，富氫燃氣生產(chǎn)裝置包括旋風(fēng)分離器3和螺旋管式換熱器4 ;螺旋管式換熱器4具有換熱腔4-1、螺旋管組件4-2、水煤氣進入口 4-3、水煤氣出口4-4、混合物出口 4-5、氣體出口 4-6和可通入水或水蒸汽在水熱解催化劑的作用下生成的水熱解生成物的進口 4-7，換熱腔4-1位于螺旋管組件4-2的外圍，并且所述的水煤氣進入口 4-3連接螺旋管組件4-2后與水煤氣出口 4-4相連通，進口 4-7、混合物出口 4_5和氣體出口 4-6均與換熱腔4-1連通；旋風(fēng)分離器3的輸出端與同一級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中的螺旋管式換熱器4的水煤氣進入口 4-3相連通，水煤氣出口 4-4連接至下一級的旋風(fēng)分離器3的輸入端，相對應(yīng)的氣體出口 4-6通過輸送管道連接至該水煤氣出口 4-4與下一級的旋風(fēng)分離器3的輸入端之間的連接管道上；在首級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中，旋風(fēng)分離器3的輸入端與太陽能聚光集熱煤氣化爐的水煤氣輸出端5-1相連通；在末級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中，螺旋管式換熱器4的水煤氣出口 4-4依次連接最終旋風(fēng)分離器6、水洗塔7和脫硫器8后連接至最終成品輸出管道。
[0021]如圖1所示，輸送管道中設(shè)置有泵9和單向閥10，氣體出口 4-6依次連接泵9和單向閥10后連接至水煤氣出口 4-4與下一級的旋風(fēng)分離器3的輸入端之間的連接管道上。
[0022]如圖1所示，旋風(fēng)分離器3均設(shè)置有沉淀物出口 3-1。
[0023]如圖1所示，螺旋管式換熱器4的換熱腔4-1的底壁為向著混合物出口 4-5方向的向下傾斜狀。
[0024]一種富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備的富氫燃氣生產(chǎn)工藝，該工藝的步驟如下:通過太陽能聚光集熱煤氣化爐將其內(nèi)產(chǎn)生的水煤氣通入首級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中的旋風(fēng)分離器3，并同時向每一個螺旋管式換熱器4的進口 4-7內(nèi)通入混合物；其中，混合物為水或水蒸汽在水熱解催化劑的作用下生成的水熱解生成物；在螺旋管式換熱器4中，水蒸汽和螺旋管組件4-2內(nèi)的水煤氣進行換熱交換，使其產(chǎn)生出氫氣，該氫氣從氣體出口 4-6通向水煤氣出口 4-4，和水煤氣形成混合氣體進入下一級富氫燃氣生產(chǎn)裝置的旋風(fēng)分離器3，依次進行直至經(jīng)過最終旋風(fēng)分離器6分離后，經(jīng)過水洗塔7水洗，然后通過脫硫器8脫硫處理，最后形成富氫潔凈燃氣通入最終成品輸出管道。
[0025]水熱解催化劑可以采用氯化釩、氯化鐵、氯化銅、碘化砷、氧化砷、溴化鈣以及氯化鐵和氧化鐵的混合物。
[0026]如圖2~4所示，一種富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備中所使用的太陽能聚光集熱煤氣化爐，它包括聚光透鏡11、集熱面12、料室13、保溫隔熱層組14、水煤氣室15和物料輸送管16，保溫隔熱層組14位于料室13的外圍以便用于對料室的保溫，物料輸送管16伸入料室13中，集熱面12設(shè)置在料室13的一側(cè)用于加熱料室13內(nèi)混合物，聚光透鏡11的尾部與集熱面12銜接，水煤氣室15位于料室13的上方，并與料室13相連通。該太陽能聚光集熱煤氣化爐中可設(shè)置多個傳感器，可根據(jù)爐內(nèi)溫度高低，調(diào)控噴粉量、氣化劑量使整個制氣系統(tǒng)處于高產(chǎn)性能最佳狀態(tài)。水煤氣室15處可以連通有水蒸汽注入通道15-1。水煤氣室15內(nèi)壁上設(shè)置有真空保溫層15-2。聚光透鏡11采用定日聚光反光鏡陣列來進行采光。
[0027] 如圖4所示，集熱面12由受光側(cè)往內(nèi)依次包括光譜選擇透過涂層12-1、中高溫選擇吸收涂層12-2、減反射層12-3、多層微孔陶瓷層12-4和致密層12_5 ;其中，多層微孔陶瓷層12-4的多孔表面上燒結(jié)有光熱轉(zhuǎn)化層；其中，致密層12-5由金屬合金或金屬氧化物或陶瓷中的一種或幾種的混合物制成；所述的光熱轉(zhuǎn)化層由黑鉻或黑鎳或黑氧化鐵制成，光熱轉(zhuǎn)化層采用氣相沉積或液相沉積或等離子噴涂法包覆在多層微孔陶瓷層12-4的多孔表面上。
[0028]如圖2所示，保溫隔熱層組14由料室側(cè)往外依次包括高溫隔熱層14-1、高溫真空保溫層14-2、中溫隔熱層14-3、中溫加熱層14-4、中溫保溫層14_5和中溫真空保溫層14-6。
[0029]如圖2所示，物料輸送管16伸入料室13的管端部與集熱面12之間設(shè)置有受料擋板18。受料擋板18可以承受因煤粉、水煤漿、水蒸氣的噴射形成的二相流，減少二相流對爐體的沖擊、磨蝕，還防止?fàn)t體 出現(xiàn)冷區(qū)。物料輸送管16可設(shè)置多個，可通入煤粉或水煤漿或水蒸汽或少量催化劑，也可以通過射流泵通入料室13。該催化劑為固體堿催化劑、負載型金屬氧化物催化劑、NiO/ Y -Al2O3催化劑、雙金屬氧化物負載型催化劑、Ag2O-CO3O4/ y -Al2O3催化劑。
[0030]如圖3所示，聚光透鏡11的外壁上由里向外依次設(shè)置有真空保溫層11-1和隔熱層11-2。聚光透鏡可以采用復(fù)合拋物面透鏡或菲涅爾透鏡。
[0031]本發(fā)明的工作原理如下:
[0032]本發(fā)明主要是利用太陽能聚光集熱煤氣化爐對噴入氣化爐中的煤粉、水煤漿及少量催化劑加溫，并噴入氣化劑水蒸氣(可由太陽能或系統(tǒng)中的余熱制成)，使煤得以熱解氣化，部分水蒸氣在已氣化的co、co2、hs和固體碳、固體硫及其它催化劑及煤本身含有的c、s使水蒸氣中的水分子得以在1000°c左右的相對低溫下被熱化學(xué)分解而成自由體氫氣和氧氣等，而催化劑實際起到了兩種作用，一是降低了煤熱解溫度，二是協(xié)同作用下使部分水蒸氣被低溫?zé)峄瘜W(xué)分解制成氫氣，對于氣化爐中生產(chǎn)出來的合成氣體經(jīng)多級旋風(fēng)分離、降溫，再通過換熱加入氫氣，然后經(jīng)過水洗、脫硫等工藝而最終制成富氫潔凈燃氣。
[0033]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于:它包括太陽能聚光集熱煤氣化爐、多級富氫燃氣生產(chǎn)裝置、水洗塔(7)和脫硫器(8)，富氫燃氣生產(chǎn)裝置包括旋風(fēng)分離器(3)和螺旋管式換熱器(4);螺旋管式換熱器(4)具有換熱腔(4-1)、螺旋管組件(4-2)、水煤氣進入口(4-3)、水煤氣出口(4-4)、混合物出口(4-5)、氣體出口(4-6)和可通入水或水蒸汽在水熱解催化劑的作用下生成的水熱解生成物的進口(4-7)，換熱腔(4-1)位于螺旋管組件(4-2)的外圍，并且所述的水煤氣進入口(4-3)連接螺旋管組件(4-2)后與水煤氣出口(4-4)相連通，所述的進口(4-7)、混合物出口(4-5)和氣體出口(4-6)均與換熱腔(4-1)連通；旋風(fēng)分離器(3)的輸出端與同一級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中的螺旋管式換熱器(4)的水煤氣進入口(4-3)相連通，水煤氣出口(4-4)連接至下一級的旋風(fēng)分離器(3)的輸入端，相對應(yīng)的氣體出口(4-6)通過輸送管道連接至該水煤氣出口(4-4)與下一級的旋風(fēng)分離器(3)的輸入端之間的連接管道上；在首級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中，旋風(fēng)分離器(3)的輸入端與太陽能聚光集熱煤氣化爐的水煤氣輸出端(5-1)相連通；在末級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中，所述的螺旋管式換熱器(4)的水煤氣出口(4-4)依次連接最終旋風(fēng)分離器(6)、水洗塔(7)和脫硫器(8)后連接至最終成品輸出管道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于:所述的輸送管道中設(shè)置有泵(9)和單向閥(10)，所述的氣體出口(4-6)依次連接泵(9)和單向閥(10)后連接至水煤氣出口(4-4)與下一級的旋風(fēng)分離器(3)的輸入端之間的連接管道上。
3.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于:所述的旋風(fēng)分離器(3)均設(shè)置有沉淀物出口(3-1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于:所述的螺旋管式換熱器(4)的換熱腔(4-1)的底壁為向著混合物出口(4-5)方向的向下傾斜狀。
5.一種如權(quán)利要求1至5中任一項所述的富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備的富氫燃氣生產(chǎn)工藝，其特征在于該工藝的步驟如下:通過太陽能聚光集熱煤氣化爐將其內(nèi)產(chǎn)生的水煤氣通入首級富氫燃氣生產(chǎn)裝置中的旋風(fēng)分離器(3)，并同時向每一個螺旋管式換熱器(4)的進口(4-7)內(nèi)通入混合物；其中，混合物為水或水蒸汽在水熱解催化劑的作用下生成的水熱解生成物；在螺旋管式換熱器(4)中，水蒸汽和螺旋管組件(4-2)內(nèi)的水煤氣進行換熱交換，使其產(chǎn)生出氫氣，該氫氣從氣體出口(4-6)通向水煤氣出口(4-4)，和水煤氣形成混合氣體進入下一級富氫燃氣生產(chǎn)裝置的旋風(fēng)分離器(3)，依次進行直至經(jīng)過最終旋風(fēng)分離器(6)分離后，經(jīng)過水洗塔(7)水洗，然后通過脫硫器(8)脫硫處理，最后形成富氫潔凈燃氣通入最終成品輸出管道。
6.一種如權(quán)利要求1至5中任一項所述的富氫燃氣生產(chǎn)設(shè)備中所使用的太陽能聚光集熱煤氣化爐，其特征在于:它包括聚光透鏡(11)、集熱面(12)、料室(13)、保溫隔熱層組(14)、水煤氣室(15)和物料輸送管(16)，保溫隔熱層組(14)位于料室(13)的外圍以便用于對料室的保溫，物料輸送管(16)伸入料室(13)中，集熱面(12)設(shè)置在料室(13)的一側(cè)用于加熱料室(13)內(nèi)混合物，聚光透鏡(11)的尾部與集熱面(12)銜接，水煤氣室(15)位于料室(13)的上方，并與料室(13)相連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能聚光集熱煤氣化爐，其特征在于:所述的集熱面(12)由受光側(cè)往內(nèi)依次包括光譜選擇透過涂層(12-1)、中高溫選擇吸收涂層(12-2)、減反射層(12-3)、多層微孔陶瓷層(12-4)和致密層(12-5);其中，多層微孔陶瓷層(12_4)的多孔表面上燒結(jié)有光熱轉(zhuǎn)化層；其中，所述的致密層(12-5)由金屬合金或金屬氧化物或陶瓷中的一種或幾種的混合物制成；所述的光熱轉(zhuǎn)化層由黑鉻或黑鎳或黑氧化鐵制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能聚光集熱煤氣化爐，其特征在于:所述的保溫隔熱層組(14)由料室側(cè)往外依次包括高溫隔熱層(14-1)、高溫真空保溫層(14-2)、中溫隔熱層(14-3)、中溫加熱層(14-4)、中溫保溫層(14-5)和中溫真空保溫層(14_6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能聚光集熱煤氣化爐，其特征在于:所述的物料輸送管(16)伸入料室(13)的管端部與集熱面(12)之間設(shè)置有受料擋板(18)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能聚光集熱煤氣化爐，其特征在于:所述的聚光透鏡(11)的外壁上由里向外依次設(shè)置有真空保溫層(11-1)和隔熱層(11-2)。
【文檔編號】C10J3/48GK103965967SQ201410205207
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】巢建平 申請人:巢建平