本发明涉及焦炉煤气处理技术领域，尤其涉及一种基于焦炉直接生产氢气的工艺系统及其控制方法。
背景技术：
焦炉是将煤在隔绝空气的条件下加热干馏产生焦炭的炉子，煤在干馏过程中同时产生焦炉煤气，焦炉煤气的主要成分是H2（55%~60%）和CH4（23%~27%），另外还含有少量的CO（5%~8%）、C2以上不饱和烃（2%~4%）、CO2（1.5%~3%)、O2 (0.3%~0.8%))、N2(3%~7%)等，焦炉煤气属于中热值煤气，其热值为17~19MJ/Nm3，是一种重要的二次能源。焦炉气含氢气量高，通过变压吸附可产生高纯度的氢气，氢气是一种洁净的新能源燃料，也可以作为合成氨的原料，钢铁厂用氢气作为轧钢光亮退火的保护气。
焦炉初始产生的荒煤气中含有焦油、苯、萘、硫化物、氨、氢化氢等多种杂质，需要经过初冷、脱硫、脱氨、脱苯等多个工序才能得到干净的焦炉煤气，干净的焦炉煤气作为变压吸附制取氢气的原料。但是，目前通过干净的焦炉煤气再产生高纯度的氢气，成本较高。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种基于焦炉直接生产氢气的工艺系统及其控制方法，旨在降低回收焦炉煤气中氢气成本。
为实现上述目的，本发明提供一种基于焦炉直接生产氢气的工艺系统，包括：竖管、三通阀以及与三通阀连接的煤气回收净化支路和氢气回收支路，其中，
所述竖管位于炭化室顶部，竖管上安装有氨水喷淋装置，竖管的出口处安装有三通阀；
所述煤气回收净化支路包括依次连接的第一集气管、初冷器、第一电捕焦、脱硫塔、第一洗氨塔以及洗苯塔；
所述氢气回收支路包括依次连接第二集气管、第二洗氨塔以及第二电捕焦；
当炭化室中心煤的温度小于或等于预设温度时，控制三通阀使竖管与煤气回收净化支路连通；当炭化室中心煤的温度大于预设温度时，控制三通阀使竖管与氢气回收支路连通。
优选地，所述煤气回收净化支路的第一电捕焦和脱硫塔之间设置有第一鼓风机。
优选地，所述氢气回收支路的第二电捕焦后方设置有第二鼓风机。
优选地，所述第一洗氨塔和第二洗氨塔均与蒸氨装置连接。
优选地，所述的基于焦炉直接生产氢气的工艺系统还包括与所述三通阀电连接的控制器，炭化室内部设置用于测量炭化室中心煤温度的温度测量装置，控制器与温度测量装置电连接。
本发明进一步提出一种基于上述焦炉直接生产氢气的工艺系统的控制方法，包括以下步骤：
在煤干馏初期，控制三通阀使竖管与煤气回收净化支路连通，焦炉煤气通过竖管喷淋氨水降温后，进入煤气回收净化支路中依次进行降温、除焦油、脱硫、除氨和除苯处理后，得到净煤气；
当炭化室中心煤的温度超过预设温度后，控制三通阀切换使竖管与氢气回收支路连通，焦炉煤气通过竖管喷淋氨水降温后，通过氢气回收支路的第二洗氨塔除氨后得到高浓度的氢气。
优选地，所述预设温度为750℃。（该设定温度与煤种有关，对于一般的配合煤约为750℃）。
本发明提出的基于焦炉直接生产氢气的工艺系统，具有以下有益效果：
1、可以同时实现焦炉直接生产焦炉煤气和浓度高于95%的氢气，同时其回收氢气成本低；
2、在保证静电除尘器除尘效率和除尘稳定性的同时，能够取消原系统的煤气冷却器，从而简化系统。
附图说明
图1为本发明基于焦炉直接生产氢气的工艺系统的结构示意图。
图中，10-竖管，20-三通阀，31-第一集气管，32-初冷器，33-第一电捕焦，34-脱硫塔，35-第一洗氨塔，36-洗苯塔，37-第一鼓风机，41-第二集气管，42-第二洗氨塔，43-第二电捕焦，44-第二鼓风机，50-蒸氨装置。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出一种基于焦炉直接生产氢气的工艺系统。
本优选实施例中，一种基于焦炉直接生产氢气的工艺系统，包括：竖管10、三通阀20以及与三通阀20连接的煤气回收净化支路和氢气回收支路，其中，
竖管10位于炭化室顶部，竖管10上安装有氨水喷淋装置，竖管10的出口处安装有三通阀20；
煤气回收净化支路包括依次连接的第一集气管31、初冷器32、第一电捕焦33、脱硫塔34、第一洗氨塔35以及洗苯塔36；
氢气回收支路包括依次连接第二集气管41、第二洗氨塔42以及第二电捕焦43；
当炭化室中心煤的温度小于或等于预设温度时，控制三通阀20使竖管10与煤气回收净化支路连通；当炭化室中心煤的温度大于预设温度时，控制三通阀20使竖管10与氢气回收支路连通。
进一步地，煤气回收净化支路的第一电捕焦33和脱硫塔34之间设置有第一鼓风机37。氢气回收支路的第二电捕焦43后方设置有第二鼓风机44。
第一洗氨塔35和第二洗氨塔42均与蒸氨装置50连接。通过蒸氨装置50对洗氨塔内的氨水进行回收。
进一步地，本基于焦炉直接生产氢气的工艺系统还包括与三通阀20电连接的控制器，炭化室内部设置用于测量炭化室中心煤温度的温度测量装置，控制器与温度测量装置电连接。
通过设置控制器，从而实现自动控制切换，减少了人工操作。因干馏煤的温度是从两侧往中心不断升高的，当炭化室中心煤的温度达到750℃时，便将三通阀切换到氢气回收支路。
焦炉是有很多组炭化室并联组成的，每个炭化室相互独立，煤在炭化室内干馏时间约在18-22h，煤在干馏初期主要生成甲烷、硫化氢、焦油、苯及同系物、萘等，随着干馏温度的升高，氢气的含量不断提高，在干馏后期煤在成焦过程中释放出来的几乎全部是氢气。因此，本基于焦炉直接生产氢气的工艺系统根据炭化室中心煤的温度进行及时切换。
本基于焦炉直接生产氢气的工艺系统其工作原理如下。
在煤干馏初期，控制三通阀20使竖管10与煤气回收净化支路连通，焦炉煤气通过竖管10喷淋氨水降温后，进入煤气回收净化支路中依次进行降温、除焦油、脱硫、除氨和除苯处理后，得到净煤气；
当炭化室中心煤的温度超过预设温度（750℃）后，控制三通阀20切换使竖管10与氢气回收支路连通，焦炉煤气通过竖管10喷淋氨水降温后，通过氢气回收支路的第二洗氨塔42除氨后得到高浓度的氢气。
本发明提出的基于焦炉直接生产氢气的工艺系统，具有以下有益效果：
1、可以同时实现焦炉直接生产焦炉煤气和浓度高于95%的氢气，同时其回收氢气成本低；
2、在保证静电除尘器除尘效率和除尘稳定性的同时，能够取消原系统的煤气冷却器，从而简化系统。
本发明进一步提出一种基于焦炉直接生产氢气的工艺系统的控制方法。
本优选实施例中，一种基于焦炉直接生产氢气的工艺系统的控制方法，包括以下步骤：
在煤干馏初期，控制三通阀使竖管与煤气回收净化支路连通，焦炉煤气通过竖管喷淋氨水降温后，进入煤气回收净化支路中依次进行降温、除焦油、脱硫、除氨和除苯处理后，得到净煤气；
当炭化室中心煤的温度超过预设温度后，控制三通阀切换使竖管与氢气回收支路连通，焦炉煤气通过竖管喷淋氨水降温后，通过氢气回收支路的第二洗氨塔除氨后得到高浓度的氢气。
具体地，预设温度为750℃。（该设定温度与煤种有关，对于一般的配合煤约为750℃）。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。