风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统的制作方法

本发明涉及煤炭化工，具体涉及一种风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统。

背景技术：

1、截止2023年10月底，我国可再生能源发电装机量占比已达49.9％。随着可再生能源发电装机量的不断提升，近年来可再生能源发电量占全年发电量的比例基本在1/3左右。可再生能源发电的间歇性与不稳定性导致了其发电入网相对困难，有时候电网无法及时调整负荷而不得已使具备发电能力的风能及光被放弃，这也导致可再生能源发电量占比难以进一步提升。

2、目前国内弃风，弃光率很高，为了尽可能多的利用这些绿色能源，多种解决路线的尝试正在进行中。目前已经开展了抽水蓄能的多处试点。该种蓄能方式投资巨大，而且对项目选址有着多种要求，因此无法大规模推广。电解水制氢也是技术路线之一。目前电能制氢主要路线是电解水制氢，且成熟的技术是碱性电解水制氢(alk)，这种技术主要的设备是电解槽，由于该技术使用的是碱性水，设备腐蚀性大，且大型化难度大，另外也存在安全性问题，因此其大规模推广一直存在障碍。

3、我国西部地广人稀、日照充足、水资源丰富，非常适合绿色能源发电，利用西部地区的大量未开发的戈壁、荒漠可以兴建大型大阳能发电设施，同时可以在水道上游梯次布局水电站充分利用水资源的势能。另一方面，我国西部的新疆、内蒙古地区低阶煤储量也非常巨大，低阶煤用作燃料，往往热值偏低，且其中的其他杂质也会影响燃烧效率，因此对于低阶煤的高效利用主要还是通过煤化工转化为高级燃料以及工业品。

技术实现思路

1、针对现有的可再生能源发电由于能源间歇性与不稳定性，存在入网困难，发电利用率低的问题，本发明提供一种通过煤电耦合实现可再生能源发电闲时利用的风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统。

2、本发明的技术方案提供一种风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，包括煤热解系统、等离子裂解系统以及气体提取系统；

3、煤热解系统将输入的煤热解转化为裂解气及其他产物，裂解气输入等离子裂解系统中；

4、等离子裂解系统中，裂解气与水蒸汽混合后反应促进裂解气中的烷烃气体转化为氢气，提高裂解气中氢气的质量分数；反应后的裂解气返回煤热解系统中，与煤热解系统中的煤换热；

5、气体提取系统设置在煤热解系统与等离子裂解系统之间的裂解气循环中，用于从裂解气循环中提取裂解气或者裂解气中的一种或多种组分。

6、优选地，所述气体提取系统设置在自煤热解系统向等离子裂解系统输气的通路中。

7、优选地，所述等离子裂解系统包括等离子加热器，相应于输入等离子加热器的裂解气的一定质量比的水蒸汽与裂解气一同输入等离子加热器。

8、优选地，所述气体提取系统包括用于氢气提取的膜分离器，膜分离器将裂解气中富含的氢气提取出来输送至相应的工业系统或者输送至储氢设备储存。

9、优选地，所述煤热解系统包括末煤流化热解系统与颗粒煤热解系统，所述末煤流化热解系统用于煤粉的高温热解处理，颗粒煤热解系统用于颗粒煤的热解处理；所述等离子裂解系统所得的裂解气依次进入所述末煤流化热解系统与所述颗粒煤热解系统，所述裂解气与所述末煤流化热解系统和所述颗粒煤热解系统中的煤换热。

10、优选地，所述煤热解系统还包括净化系统，所述裂解气自所述颗粒煤热解系统输出后进入所述净化系统，所述净化系统用于所述裂解气的净化与降温。

11、优选地，所述煤热解系统还包括炭料冷却塔，所述末煤流化热解系统与所述颗粒煤热解系统中热解所得的炭料进入所述炭料冷却塔中待冷却，所述净化系统处理后的裂解气一部分进入所述炭料冷却塔中与所述炭料换热使炭料降温，与所述炭料换热后的裂解气继续进入所述直立炉中。

12、优选地，所述净化系统包括在气体循环中先后设置的精细除尘器以及煤气净化装置；精细除尘器滤除从末煤流化热解系统与颗粒煤热解系统中带出的超细粉尘，所述超细粉尘送入所述炭料冷却塔中待冷，煤气净化装置对裂解气进行洗涤净化，净化后的裂解气一部分作为冷却介质进入所述炭料冷却塔。

13、优选地，所述煤热解系统还包括上料系统，上料系统对原煤预热筛分，低于特定粒径的末煤进入所述末煤流化热解系统中热解，高于特定粒径的颗粒煤进入所述颗粒煤热解系统中热解。

技术特征：

1.一种风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，其特征在于，包括煤热解系统(1)、等离子裂解系统(2)以及气体提取系统(3)；

2.如权利要求1所述的风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，其特征在于，所述气体提取系统(3)设置在自煤热解系统(1)向等离子裂解系统(2)输气的通路中。

3.如权利要求2所述的风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，其特征在于，所述等离子裂解系统(2)包括等离子加热器(21)，相应于输入等离子加热器(21)的裂解气(q)的一定质量比的水蒸汽(q1)与裂解气(q)一同输入等离子加热器(21)。

4.如权利要求3所述的风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，其特征在于，所述气体提取系统(3)包括用于氢气提取的膜分离器(31)，膜分离器(31)将裂解气(q)中富含的氢气提取出来输送至相应的工业系统或者输送至储氢设备储存。

5.如权利要求1-4任一所述的风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，其特征在于，所述煤热解系统(1)包括末煤流化热解系统(11)与颗粒煤热解系统(12)，所述末煤流化热解系统(11)用于煤粉的高温热解处理，颗粒煤热解系统(12)用于颗粒煤的热解处理；所述等离子裂解系统(2)所得的裂解气(q)依次进入所述末煤流化热解系统(11)与所述颗粒煤热解系统(12)，所述裂解气(q)与所述末煤流化热解系统(11)和所述颗粒煤热解系统(12)中的煤换热。

6.如权利要求5所述的风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，其特征在于，所述煤热解系统(1)还包括净化系统(13)，所述裂解气(q)自所述颗粒煤热解系统(12)输出后进入所述净化系统(13)，所述净化系统(13)用于所述裂解气(q)的净化与降温。

7.如权利要求6所述的风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，其特征在于，所述煤热解系统(1)还包括炭料冷却塔(122)，所述末煤流化热解系统(11)与所述颗粒煤热解系统(12)中热解所得的炭料进入所述炭料冷却塔(122)中待冷却，所述净化系统(13)处理后的裂解气(q)一部分进入所述炭料冷却塔(122)中与所述炭料换热使炭料降温，与所述炭料换热后的裂解气(q)继续进入所述直立炉(121)中。

8.如权利要求6所述的风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，其特征在于，所述净化系统(13)包括在气体循环中先后设置的精细除尘器(131)以及煤气净化装置(132)；精细除尘器(131)滤除从末煤流化热解系统(11)与颗粒煤热解系统(12)中带出的超细粉尘，所述超细粉尘送入所述炭料冷却塔(122)中待冷，煤气净化装置(132)对裂解气(q)进行洗涤净化，净化后的裂解气(q)一部分作为冷却介质进入所述炭料冷却塔(122)。

9.如权利要求5所述的风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，其特征在于，所述煤热解系统(1)还包括上料系统(14)，上料系统(14)对原煤预热筛分，低于特定粒径的末煤进入所述末煤流化热解系统(11)中热解，高于特定粒径的颗粒煤进入所述颗粒煤热解系统(12)中热解。

技术总结
本发明提供一种风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统，包括煤热解系统、等离子裂解系统以及气体提取系统；煤热解系统将煤转化为裂解气，裂解气输入等离子裂解系统中；等离子裂解系统在等离子加热条件下裂解，使裂解气中的气体向氢气转化，提升裂解气中的氢气含量，所得的裂解气重新返回煤热解系统中，与煤热解系统中的煤换热。该风电光电等离子体裂解水蒸汽重整煤炭热解气制氢系统利用煤热解系统对原煤热解，等离子裂解系统对热解气进一步裂解制氢，达到煤炭热解与利用电能化学制氢的有机结合，能够实现对风电光电的高效利用。通过换热后的裂解气实现了热量在高温炭料中回收与在颗粒煤热解系统中再利用，实现能量的高效利用。

技术研发人员：娄文昊,娄建军,黄杨柳
受保护的技术使用者：新疆乾海环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17