原位吸附强化水汽变换制氢的工艺的制作方法_2

文档序号:8552727阅读:来源:国知局
提高了碳转化率,采用向下20-30度喷入气化剂,造成炉内旋流,促进多相混合流动,提高了炉内气固接触和反应时间,也对保护循环流化床炉膛具有一定作用,尤其适合于劣质重油残渣的处理,添加石灰石实现炉内脱硫,负荷变化范围大,调节性能好,只需调节给料量和流化速度就可以满足锅炉负荷的变化,循环流化床可方便准确调节燃烧气化过程的多相流动与反应;本发明吸附强化水汽变换制氢方面:以催化剂和吸附剂固体混合物同时移动、反应和再生的连续催化吸附强化重整制氢,基本思想来源于吸附强化重整制氢与连续催化重整,从传质角度,CO2不断从体系被高效率吸附,强化了 CO水汽变换反应,进而使过程不断朝生成H2方向移动,提高了 CO和水蒸气转化率。本发明不仅保证了重油残渣连续稳定的进行气化制氢,简化了流程,而且再生器连续的吸附和解吸CO2,对0)2的回收利用也极为有利,本发明解决了固体含碳原料连续制氢问题,大幅度降低了制氢成本。
【附图说明】
[0010]附图是本发明的工艺示意图。
[0011]图中:2空气进口 ;3重油残渣一次进料口 ;4石灰石脱硫剂进料口 ;5水蒸气进口;6重油残渣二次进料口;7循环流化床;8旋风分离器;9细颗粒小料管;10控制阀;11循环进料管;12合成气出口 ;13合成气进口 ;14催化剂和吸附剂排渣扣;15提升管;16水蒸气进口;17排空口;18催化剂和吸附剂循环出口;19催化剂和吸附剂进口;20吸附剂再生器;21催化剂和吸附剂出口 ;22提升管;23催化剂再生器的进口 ;24催化剂再生器;25吸附剂和催化剂循环出口;26吸附剂和催化剂循环排渣口;27气体出口;28氢气、水蒸汽和氮气进口;29氮气和CO2气体出口;30氮气进口;31催化剂和吸附剂循环进口;32催化剂和吸附剂补给口;33水汽变换反应器;34氢气产品出口;35排渣口;36氮气进口。
【具体实施方式】
[0012]下面通过附图和实施例对本发明进一步详细描述:如图1所示,一种重油残渣炉内喷钙循环流化床气化吸附强化水汽变换制氢的工艺方法,由循环流化床7、水汽变换反应器33、吸附剂再生器20和催化剂再生器24组成;
[0013]循环流化床7设置有空气进口 2、重油残渣一次进料口 3、石灰石脱硫剂进料口 4、水蒸气进口 5、重油残渣二次进料口 6、合成气出口 12、排空口 17和排渣口 35,循环流化床还包括旋风分离器8、细颗粒小料管9、控制阀10、循环进料管11 ;
[0014]水汽变换反应器33设置有合成气进口 13、氮气进口 36、水蒸气进口 16、氢气产品出口 34、催化剂和吸附剂循环进口 31、催化剂和吸附剂循环出口 18、催化剂和吸附剂补给P 32,排渣扣14 ;
[0015]吸附剂再生器20设置有氮气进口 30、氮气和CO2气体出口 29、与来自水汽变换反应器33的催化剂和吸附剂出口 18相连的催化剂和吸附剂进口 19、吸附剂再生器设置有催化剂和吸附剂出口 21,吸附剂再生器通过提升管22与催化剂再生器24接通,通过压力使吸附剂和催化剂从吸附剂再生器20提升到催化剂再生器24中,吸附剂再生器20与水汽变换反应器33通过提升管15连接;催化剂再生器24设置有氢气、水蒸汽和氮气进口 28、气体出口 27、吸附剂和催化剂循环出口 25和排渣口 26,催化剂再生器24与水汽变换反应器33通过提升管35连接。
[0016]所述方法在循环流化床7中进行重油残渣部分燃烧、气化与炉内脱硫,生成的合成气在水汽变换反应器33中进行快速移动的0)2原位吸附强化水汽变换制氢,吸附剂通过加热在再生器20中进行吸附剂再生,催化剂通过水蒸汽和氢气在再生器24中实现再生和还原,催化剂、吸附剂在水汽变换反应器与2个再生器之间连续移动,具体步骤包括:
[0017]a,炉内喷钙循环流化床燃烧气化:在循环流化床7中进行重油残渣部分燃烧、气化和炉内脱硫,最终将重油残渣转化为合成气,重油残渣一次进料3和二次进料6质量比例保持在1:6?1:10范围,所用空气2的量按照空气中氧摩尔数与重油残渣一次进料3中的碳摩尔数之比为1:1?1:1.2范围确定,循环流化床气化所用水蒸气5的用量按照水蒸气摩尔数与重油残渣二次进料6中的碳摩尔数之比为3:1?6:1范围确定,石灰石脱硫剂的用量按照其Ca含量与重油残渣二次进料6的质量比为5?10%范围确定,从进口 4喷入炉内,喷口温度控制在900-950°C,水蒸气(5)进入炉内的喷口角度向下倾斜20-30度喷入炉内进行气化。
[0018]b,由步骤a生成的合成气通过合成气进口 13进入水汽变换反应器33中进行吸附强化水汽变换制氢,变换制氢用水蒸汽16的用量比例按照水蒸汽、重油残渣二次进料6中含碳的摩尔比值S/C为3:1?6:1范围确定,变换制氢用载气氮气的用量比例按照氮气、重油残渣二次进料6中含碳的摩尔比为5?15:1确定,合成气和水蒸汽在水汽变换反应器33中自下而上流动,均匀混合后的催化剂和吸附剂颗粒在水汽变换反应器33中连续不断的自上而下移动,与混合气体逆流接触反应,固体催化剂和吸附剂混合物在移动床反应器的停留时间保持在30-45分钟,产品氢气从水汽变换反应器33的出口 34排出,催化剂和吸附剂经过水汽变换反应器33的出口 18进入再生器20中再生吸附剂,新鲜的催化剂和吸附剂可通过水汽变换反应器33的补给进口 32送入水汽变换反应器中,温度保持在450-600°C,所述催化剂的成分为10-18?七%的N1和82_90wt%的Al2O3组成,所述催化剂由英国Johnson Matthey Catalysts (庄信万丰催化剂)生产,产品号为:HCG 6300,所述吸附剂的成份的质量百分比为高于98%的CaO和低于2%的杂质,所述杂质成份包括CaC03、MgO、CaCl2,所述吸附剂由中国汕头西陇化工厂有限公司生产,执行标准:Q/STXH114-2007。所述催化剂和吸附剂颗粒的粒径均为0.40-0.90mm,吸附剂质量与催化剂质量使用比例保持在1:1?1:5范围。
[0019]c,吸附剂的再生:步骤b的催化剂和吸附剂经过吸附剂再生器20的进口 19进入吸附剂再生器,继续自上而下移动,以体积分数为100%氮气经过进口 30进入再生器,加热吸附剂再生器20,使其温度维持在800-900°C进行再生吸附剂。
[0020]d,催化剂的再生与还原:步骤c的催化剂和吸附剂经过催化剂再生器24的进口23进入催化剂再生器24中,继续自上而下移动,以体积分数为10%的水蒸汽、5%的氢气和体积分数为85%的氮气的混合再生气体经过进口 28进入催化剂再生器24与催化剂和吸附剂接触,再生器24的温度维持为500-650 °C,催化剂再生器24中的再生气体经过出口 27排出,再生后的催化剂和吸附剂经过催化剂再生器24的出口 25到提升管35中被氮气提升重新返回到水汽变换反应器33中进行循环。
[0021]在所述水汽变换反应器33的产品气体出口 6采用TSlOl-GC分析仪器分析氢气、甲烷、CO和CO2的含量。
[0022]实施例1
[0023]按照重油残渣一次进料和二次进料质量比例1:6,循环流化床所用空气按照空气中氧摩尔数与重油残渣一次进料中的碳摩尔数之比为1:1.2,所用水蒸气按照水蒸气摩尔数与重油残渣二次进料中的碳摩尔数之比为5:1,石灰石脱硫剂的用量按照其Ca含量与重油残渣二次进料的质量比为6 %,气化剂水蒸气进入循环流化床炉内的喷口角度向下倾斜25度喷入,进行循环流化床燃烧气化重油残渣,生成的合成气进入水汽变换反应器,按照重油残渣二次进料中的碳、水蒸汽和氮气按照摩尔比C/H20/N2s 1.78/5.35/20.8,送入水汽变换反应器中,其中氮气的流率为:0.5 X 10?3 HiirT1 (STP),水汽变换反应器温度为560°C,吸附剂质量与催化剂质量使用比例为1:1,固体催化剂和吸附剂混合物在移动床反应器的停留时间保持在35分钟,100%氮气吹扫吸附剂再生器,吸附剂再生温度为900°C,以体积分数为10%的水蒸汽、5%的氢气与85%氮气混合气体为催化剂再生器吹扫再生气体,催化剂再生器温度为600°C,催化剂和吸附剂粒径均为(0.40-0.90)mm,系统运行60分钟,收集水汽变换反应器产品气体,采用GC分析产品气体成分,测定产品气体平均体积浓度为:17.5%的H2,0.3%的CH4, 0.1 %的CO2, 0.1 %的CO,扣除N2和水蒸汽,计算产品氢气纯度
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