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一种含 碳浆料制氢工艺

阅读：1027发布：2020-10-10

专利汇可以提供一种含碳浆料制氢工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种含碳浆料制氢工艺，其特征在于包括下述步骤：将新鲜的含碳浆液、含三价铁离子的硫酸水溶液与来自第一蒸发塔的第一上塔的液相混合后送入水热反应釜内反应，得到的浆液氧化液送至第一闪蒸塔内闪蒸，闪蒸气导入第一闪蒸塔的上塔内，与浆液氧化液换热，液相送至第二蒸发塔，第二闪蒸塔下塔内生成的气相进入其上塔换热；换热后的液相与第一闪蒸塔下塔内的气相换热；液相排出分离出的上清液送去电解器电解制氢；生成的氢气排出，产生的电解液返回第二闪蒸塔上塔与闪蒸汽换热，换热后的电解液送至第一闪蒸塔上塔与下塔闪蒸汽换热。，下面是一种含碳浆料制氢工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种含碳浆料制氢工艺，其特征在于包括下述步骤：
将新鲜的含碳浆液、含三价铁离子的硫酸水溶液与来自第一蒸发塔的第一上塔的温度为120～150℃液相混合后送入水热反应釜内，在100℃～250℃、0.1-5.0MPaA下反应1～4小时，得到浆液氧化液和CO2排放气；所述CO2排放气经由排放气管道G2排出；
所述浆液氧化液送至第一闪蒸塔T1的第一下塔内进行闪蒸，控制第一下塔的压力为
0.2～0.5MPaA，闪蒸后得到温度为120～150℃的液相；第一下塔内生成的闪蒸气导入第一闪蒸塔T1的第一上塔内，与第一上塔内的浆液氧化液换热，第一上塔内生成的气相经由排放气管道G2排出；
第一蒸发塔的第一下塔内温度为120～150℃的液相送至第二蒸发塔的第二下塔，控制所述第二下塔内的压力为0.03～0.08MPaA，闪蒸后得到温度为70～90℃的液相；第二下塔内生成的气相导入第二蒸发塔的第二上塔内，与第二上塔内的物料换热；第二上塔内生成的气相导出冷却后经由排放气管道G2排出，第二上塔内温度为70～90℃的液相送去所述第一上塔换热与第一下塔的气相换热；
第二下塔内温度为70～90℃的液相排出，经沉淀、分离后得到的上清液换热至70～80℃后送去电解器A1进行电解制氢；控制所述上清液中的颗粒浓度≤200ppm，最大颗粒粒径≤0.15mm；
浆液氧化液经电解器电解后得到的氢气经由氢气管道G4排出，产生的电解液送至第二闪蒸塔的第二上塔内，与来自第二下塔的闪蒸汽换热至70～90℃，换热后的电解液送至一级闪蒸塔上塔与下塔闪蒸汽直接换热至120～150℃后送至水热反应釜。
2.根据权利要求1所述的含碳浆料制氢工艺，其特征在于所述水热反应釜内的反应温度为100℃～250℃，反应压力为0.1～5.0MPaA。
3.根据权利要求1或2所述的含碳浆料制氢工艺，其特征在于所述含碳浆液为新鲜煤浆，所述新鲜煤浆的组成为水和煤粉，所述煤粉的含量为40～60wt％；所述新鲜煤浆与来自第一闪蒸塔T1的上塔的液相的重量比为1:(2～20)。
4.根据权利要求3所述的含碳浆料制氢工艺，其特征在于所述水热反应釜内煤粉、三价铁离子和硫酸根离子的比例为(20-200)g:(0.1-1.0)摩尔：(0.5-2.0)摩尔。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的含碳浆料制氢工艺，其特征在于所述水热反应釜至少有三个，且各所述水热反应釜并联设置；其中至少一个水热反应釜用于进料，至少一个水热反应釜用于出料，其余的水热反应釜进行水热氧化反应。

说明书全文

一种含碳浆料制氢工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及到水热反应和电解的工艺过程技术，尤其指一种含碳浆料制氢工艺。

背景技术

[0002] 世界煤炭存储丰富，煤炭被认为是地球上可获得的最廉价能源，长期以来在能源消费中占有重要地位，但是由此也带来了对环境和生态造成极大损害的空气污染和二氧化碳排放问题。同样，煤炭在我国一次能源的消耗中占比例高达75％，且存在着利用效率低，浪费严重等问题。基于环境保护及能源安全的考虑，研究新型的煤炭利用方式以及提高煤炭利用效率有着极大的积极意义。

[0003] ZL201310096085.3公开了《一种从煤生产纯净氢气和二氧化碳的工艺方法》，采用氧化剂化学氧化煤粉浆液，生成二氧化碳，然后生成的还原态氧化剂再通过电化学氧化而恢复再生，并产生氢气。在该发明的工艺方法中，煤粉浆液的化学氧化和氧化剂电化学氧化再生分别在密闭的反应釜和电化学反应池中进行：煤粉被硫酸水溶液中三价铁离子氧化，三价铁离子则还原变成二价铁离子；二价铁离子再在电化学反应池中转化(再生)成三价铁离子，从而实现氧化剂循环利用。该技术避免了煤颗粒会磨损贵金属电极、导致产氢的成本高；电极与煤粉颗粒之间是固相-固相反应，反应速率极低，电流密度一般不超过10mA/cm2，达不到工业化生产要求等问题。但是，该申请所使用的电解器由阳极室、阴极室和夹在两室之间的质子交换膜构成，工作时，随着反应的进行，阳极室和阴极室中电解液中反应物浓度下降，反应速率随之下降；阳极和阴极距离较大，增大了离子传导的阻力，降低了电能利用效率，产氢率低；同时，该专利所述流程也不能实现对煤浆氧化液能量的回收利用，能耗高。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种高效、节能降耗效果好且能长周期运行、产物纯净、易于工业化的含碳浆料制氢工艺。

[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该煤浆制氢工艺，其特征在于包括下述步骤：

[0006] 将新鲜的含碳浆料、含三价铁离子的硫酸水溶液与来自第一蒸发塔的第一上塔的温度为120～150℃液相混合后送入水热反应釜内，在100℃～250℃、0.1-5.0MPaA下反应1～4小时，得到煤浆氧化液和CO2排放气；所述CO2排放气经由排放气管道G2排出；

[0007] 所述煤浆氧化液送至第一闪蒸塔T1的第一下塔内进行闪蒸；控制第一下塔的压力为0.2～0.5MPaA；闪蒸后得到温度为120～150℃的液相；第一下塔内生成的闪蒸气导入第一闪蒸塔T1的第一上塔内，与第一上塔内的煤浆氧化液换热，第一上塔内生成的气相经由排放气管道G2排出；

[0008] 第一蒸发塔的第一下塔内温度为120～150℃的液相送至第二蒸发塔的第二下塔，控制所述第二下塔内的压力为0.03～0.08MPaA，闪蒸后得到温度为70～90℃的液相；第二下塔内生成的气相导入第二蒸发塔的第二上塔内，与第二上塔内的物料换热；第二上塔内生成的气相导出冷却后经由排放气管道G2排出，第二上塔内温度为70～90℃的液相送去所述第一上塔换热与第一下塔的气相换热；第二闪蒸塔内的真空由图示的蒸汽抽引器产生，也可以由其他类型的真空系统产生。

[0009] 第二下塔内温度为70～90℃的液相排出，经沉淀、分离后得到的上清液换热至70～80℃后送去电解器A1进行电解制氢；控制所述上清液中的颗粒浓度≤200ppm，最大颗粒粒径≤0.15mm；

[0010] 煤浆氧化液经电解器电解后得到的氢气经由氢气管道G4排出，产生的电解液送至第二闪蒸塔的第二上塔内，与来自第二下塔的闪蒸汽换热至70～90℃，换热后的电解液送至一级闪蒸塔上塔，与下塔闪蒸汽直接换热至120～150℃后，送至水热反应釜。

[0011] 优选所述水热反应釜内的反应温度为180～200℃，反应压力为0.1～2.0MPaA。

[0012] 所述新鲜的含碳浆料可以是煤浆、污泥或生物质等等，其中固含量为10～70wt％。

[0013] 优选采用新鲜煤浆，煤浆的组成为水和煤粉，所述煤粉的含量为40～60wt％；所述新鲜煤浆与来自第一闪蒸塔T1的上塔的液相的重量比为1:(2～20)。

[0014] 优选所述水热反应釜内煤粉、三价铁离子和硫酸根离子的比例为(20-200)g:(0.1-1.0)摩尔：(0.5-2.0)摩尔。

[0015] 所述水热反应釜至少有三个；其中至少一个水热反应釜用于进料，至少一个水热反应釜用于出料，其余的水热反应釜进行水热氧化反应。

[0016] 与现有技术相比，本发明所提供的煤浆制氢系统，可充分回收水热反应釜产生的煤浆电解液的热量，将其降低至70℃左右；避免采用间接换热方式回收含固高的煤浆电解液的热量，因为含固液体极易造成换热器结垢和堵塞，在工程上无法实现长周期操作。同时，采用真空闪蒸方式将含煤粉的液体充分降温后在送至沉降槽分离固相，可避免污染气体的产生。附图说明

[0017] 图1为本发明实施例的流程示意图。

具体实施方式

[0018] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

[0019] 如图1所示，该煤浆制氢系统包括：

[0020] 水热反应釜B，有三个，相互并联设置，用于氧化煤粉制成煤浆氧化液，其中一个水热反应釜用于进料，一个水热反应釜用于出料，其余的水热反应釜进行反应；各水热反应釜的物料入口均连接新鲜煤浆输送管道G1，各水热反应釜的气相出口均连接排放气管道G2，各水热反应釜的液相出口均连接第一蒸发塔T1的第一下塔的物料入口。

[0021] 蒸发塔，有两级，分别为第一蒸发塔T1和第二蒸发塔T2，通过调整闪蒸压力，来控制闪蒸塔出口煤浆氧化液温度；其中：

[0022] 第一蒸发塔T1包括相互隔离的第一上塔和第一下塔。其中第一下塔的物料进口连接水热反应釜的液相出口，第一下塔的气相出口连接第一上塔；第一上塔的液相出口通过第一泵P1连接新鲜煤浆输送管道G1，其输出的物料与新鲜煤浆混合后进入水热反应釜；第一上塔的气相出口连接排放气管道G2。

[0023] 第二蒸发塔T2包括相互隔离的第二上塔和第二下塔。第一下塔的液相出口通过第二泵P2连接第二下塔的物料进口，第二下塔的气相出口连接第二蒸发塔T2的第二上塔；第二上塔的气相出口进入第二换热器冷却后，进入气液分离器V，分离出液相，分离器V的气相出口连接喷射器J的第一入口，分离器液相可以去T4也可以外排；第二上塔的液相出口通过第三泵P3连接第一上塔的物料进口，第二上塔的气相出口连接喷射器J的第一入口；喷射器J的出口连接排放气管道G2，喷射器J的第二入口连接低压蒸汽管道G3。

[0024] 沉降槽T3，用于分离第二蒸发塔的第二下塔送来的液相物料；第二下塔的液相出口通过第四泵P4连接沉降槽的物料入口，沉降槽的液相出口连接清液罐T4，沉降槽的固相出口连接过滤器X1的物料入口。

[0025] 清液罐T4，用于缓冲和储存清液，其物料入口连接沉降槽的液相出口和过滤器的液相出口，其物料出口通过第五泵P5连接第一换热器E1后再连接电解器A1的物料入口。

[0026] 电解器A1，用于电解煤浆氧化液，生成氢气；可以根据需要选用现有技术中的任意一种。电解器的液相排放口通过第六泵P6连接第二蒸发塔的第二上塔的物料入口，电解器的液相出口连接氢气输送管道G4。

[0027] 该含碳浆料制氢工艺包括下述步骤：

[0028] 将新鲜煤浆、含三价铁离子的硫酸水溶液与来自第一蒸发塔的第一上塔的温度为120～150℃液相混合后送入水热反应釜内，在180～200℃、1.5～2.0MPa A下反应3小时；控制水热反应釜内煤粉、三价铁离子和硫酸根离子的比例为100g:0.5摩尔：1.3摩尔得到煤浆氧化液和CO2排放气；所述CO2排放气经由排放气管道G2排出；

[0029] 新鲜煤浆也可以采用含碳的污泥浆液和/或生物质浆液。

[0030] 将煤浆氧化液送至第一闪蒸塔T1的第一下塔内进行闪蒸；控制第一下塔的压力为0.2～0.5MPaA；闪蒸后得到温度为120～150℃的液相；第一下塔内生成的闪蒸气导入第一闪蒸塔T1的第一上塔内，与第一上塔内的煤浆氧化液换热，第一上塔内生成的气相经由排放气管道G2排出；

[0031] 第一蒸发塔的第一下塔内温度为120～150℃的液相送至第二蒸发塔的第二下塔，控制所述第二下塔内的压力为0.03～0.08MPaA，闪蒸后得到温度为70～90℃的液相；第二下塔内生成的气相导入第二蒸发塔的第二上塔内，与第二上塔内的物料换热；第二上塔内生成的气相导出冷却后经由排放气管道G2排出，第二上塔内温度为70～90℃的液相送去所述第一上塔换热与第一下塔的气相换热；

[0032] 第二下塔内温度为70～90℃的液相排出，经沉淀、分离后得到的上清液换热至70～80℃后送去电解器A1进行电解制氢；控制所述上清液中的颗粒浓度≤200ppm，最大颗粒粒径≤0.15mm；

[0033] 煤浆氧化液经电解器电解后得到的氢气经由氢气管道G4排出，产生的电解液送至第二闪蒸塔的第二上塔内，与来自第二下塔的闪蒸汽换热至70～90℃，换热后的电解液送至一级闪蒸塔上塔与下塔闪蒸汽直接换热至120～150℃后送至水热反应釜。

[0034] 新鲜煤浆的组成为水和煤粉，所述煤粉的含量为50wt％；所述新鲜煤浆与来自第一闪蒸塔T1的上塔的液相的重量比为1:10。

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