一种含碳浆料制氢系统的制作方法

文档序号:14615130发布日期:2018-06-05 22:03阅读:187来源:国知局

本实用新型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系统。



背景技术:

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。

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、导致产氢的成本高的问题;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。



技术实现要素:

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状,提供一种高效且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系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:该含碳浆料制氢系统,包括:

水热反应釜,用于氧化含碳浆料制成含碳浆料氧化液,其入口连接新鲜含碳浆料输送管道;

电解器,将含碳浆料氧化液电解为氢气;

其特征在于还包括:

第一蒸发塔,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所述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连接所述新鲜含碳浆料输送管道,第一上塔的气相出口连接排放气管道;

第二蒸发塔,包括相互隔离的第二上塔和第二下塔;其中第二下塔的物料进口连接所述第一下塔的液相出口,第二下塔的气相出口连接第二上塔;第二上塔的液相出口连接所述第一上塔的物料进口,第二上塔的气相出口连接所述排放气管道;

沉降槽,用于分离所述第二蒸发塔的第二下塔送来的液相物料;所述沉降槽的物料入口连接所述第二下塔的液相出口,沉降槽的液相出口连接清液罐,沉降槽的固相出口连接过滤器的物料入口;

清液罐,用于缓冲和储存清液,其物料入口连接所述沉降槽的液相出口和所述过滤器的液相出口,其物料出口连接所述电解器的物料入口;

所述电解器的液相排放口连接所述第二蒸发塔的第二上塔;

所述水热反应釜至少有两个,且相互并联设置;

所述水热反应釜有三个。

所述第一蒸发塔的液相出口通过第一泵连接所述新鲜含碳浆料输送管道;

所述第一蒸发塔的第一下塔的液相出口通过第二泵连接所述第二蒸发塔的第二下塔;

所述第二蒸发塔的第二上塔的液相出口通过第三泵连接所述第一蒸发塔的第一上塔;

所述第二蒸发塔的第二下塔的液相出口通过第四泵连接所述沉降槽;

所述清液罐通过第五泵连接所述电解器;

所述电解器的液相出口通过第六泵连接所述第二蒸发塔的第二上塔。

所述清液罐通过第一换热器连接所述电解器;

所述第二蒸发塔的第二上塔的气相出口通过第二换热器连接所述排放气管道。

所述第二蒸发塔的第二上塔的气相出口连接蒸汽喷射器J的第一入口,所述蒸汽喷射器的第二入口连接低压蒸汽管道,所述蒸汽喷射器的出口连接所述排放气管道。

与现有技术相比,本实用新型所提供的含碳浆料制氢系统,可充分回收水热反应釜产生的含碳浆料电解液的热量,避免采用间接换热方式回收含固高的含碳浆料电解液的热量,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碳浆料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。

本实用新型适用各种含碳浆料制氢,例如煤浆制氢、污泥制氢、生物质制氢等,尤其适合煤浆制氢。

附图说明

图1为本实用新型实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示,该含碳浆料制氢系统包括:

水热反应釜B,有三个,相互并联设置,用于氧化含碳浆料制成含碳浆料氧化液,本实施例中的含碳浆料为煤浆;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含碳浆料输送管道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。

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,来控制闪蒸塔出口含碳浆料氧化液温度;其中:

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连接新鲜含碳浆料输送管道G1,其输出的物料与新鲜含碳浆料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。

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。

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。

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。

电解器A1,用于电解含碳浆料氧化液,生成氢气;本实施例示出了一个,也可以有多个;电解器的结构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。

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