一種煤氣化制備潔凈氣基豎爐還原氣的系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種通過煤氣化制備潔凈氣基豎爐還原氣的系統，包括煤氣化單元、脫硫單元和電解設備；所述煤氣化單元的出氣口連接于所述脫硫單元的進氣口，所述脫硫單元的出氣口和所述電解設備的氫氣出口共同連接至氣基豎爐還原氣的進氣管道；所述脫硫單元的出液口連接至所述電解設備的進液口，所述電解設備的出液口反向連接至所述脫硫單元的進液口。本實用新型的系統，通過電解再生吸收劑方法，可實現吸收劑的循環利用，同時電解產生的氫氣可以調節還原氣的H2/CO比例，從而使該還原氣達到氣基豎爐還原氣要求，電解產生的氧氣還可進一步作為煤氣化的氧氣來源。
【專利說明】
一種煤氣化制備潔凈氣基豎爐還原氣的系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種煤氣化制備潔凈氣基豎爐還原氣的系統及方法，涉及還原氣制備凈化領域。【背景技術】
[0002]我國的資源特點為多煤、少油、少天然氣，因此以焦爐煤氣、煤制氣等以煤為能源獲得的煤氣作為還原氣是我國豎爐直接還原工藝發展的必然選擇。在煤的焦化和氣化過程中，煤中的硫主要以H2S的形式進入氣相，使得焦爐煤氣和煤制氣中均含有大量的H2S，均需要脫硫后才能進一步利用，否則會影響豎爐直接還原產品海綿鐵的品質。
[0003]對于硫化氫的脫除，已見報道的處理方法很多，這些方法主要分為兩大類:干法脫硫劑脫硫工藝和濕法脫硫劑脫硫工藝。脫除H2S既可凈化環境，又可回收硫，因此，研究開發高效脫除H2S新技術，對環境保護具有重要的意義。硫化氫的脫除技術經過幾十年的發展， 已經取得了很多成果。隨著環保法規的日趨嚴格，高效、低投入、資源化、無二次污染的技術正日益引起人們的重視，例如微生物分解法、臭氧氧化法、電化學法、微波法等新興脫硫方法。
[0004]目前，電化學脫硫法由于具有設備簡單、投資少、條件溫和、脫硫效率高，對環境沒有二次污染等優點，已成為近年來研究的熱點。使用電化學法脫除硫化氫有以下優越性: (1)電化學設備簡單，投資的，無需對原設備進行較大的改造；(2)操作維護簡單，可長期連續使用，可實行無人管理，易調節；(3)對體系的物理和化學性質影響較小，無副作用。
[0005]在豎爐還原制備海綿鐵的實際生產中，無論哪一種豎爐工藝都必須使用富氫煤氣還原生產海綿鐵。由于C0還原過程為放熱反應，氫氣還原反應為吸熱反應。若還原氣中C0 含量過高，局部C0還原放熱反應產生的熱量積累可能使局部爐料的溫度超過950°C，引起局部爐料軟化結塊。另外，在含C0高于33%的還原氣還原生產海綿鐵的過程中，在400°C?700 °C升降溫過程中會發生嚴重的析碳，嚴重影響豎爐和還原氣加熱爐的順利運行。而且，在長期高溫環境下，C0會腐蝕加熱爐管，局部生成片狀Fe3C，不定期脫落，久之就容易發生爐管煤氣泄漏的惡性事故。C0還原過程中，球團礦易產生膨脹、碎裂等現象，而用氫氣還原時這些現象幾乎沒有發生過。另外，氫氣的還原速度遠遠高于⑶的還原速度。因此，使用富氫煤氣生產海綿鐵更有利于生產的穩定運行，降低運行成本以及工序能耗。【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種通過煤氣化制備潔凈氣基豎爐還原氣的系統。
[0007]本實用新型所述的系統，包括煤氣化單元、脫硫單元和電解設備;所述煤氣化單元的出氣口連接于所述脫硫單元的進氣口，所述脫硫單元的出氣口和所述電解設備的氫氣出口共同連接至氣基豎爐還原氣的進氣管道；
[0008]所述脫硫單元的出液口連接至所述電解設備的進液口，所述電解設備的出液口反向連接至所述脫硫單元的進液口。
[0009]本實用新型所述的系統，所述電解設備的氧氣出口連接于所述煤氣化單元的進氣 □ 〇
[0010]本實用新型所述的系統，所述脫硫單元包括吸收塔和沉降槽，所述吸收塔的塔身上設有進氣口、出氣口、進液口和出液口，所述出氣口位于進液口的上方，所述進液口位于進氣口的上方;所述沉降槽的上部設有進液口和出液口，底部設有單質硫出口；所述吸收塔的出液口連接至所述沉降槽的進液口，所述沉降槽的出液口連接至電解設備的進液口。
[0011]本實用新型所述的系統，所述煤氣化單元包括氣化爐和位于所述氣化爐底部的激冷室以及冷卻塔;所述氣化爐的下降管通到所述激冷室的冷卻腔中；所述激冷室的氣體出口與所述冷卻塔相連，所述冷卻塔的氣體出口連接于所述脫硫單元的進氣口；
[0012]所述激冷室的上部設有冷卻水入口和氣體出口，下方設有灰渣出口；
[0013]所述氣化爐為水冷壁氣流床氣化爐。
[0014]本實用新型所述的系統，所述電解設備為電解槽，所述電解槽的陽極選用石墨電極或金屬電極;所述石墨電極的材料為石墨板或碳纖維布，所述金屬電極的材料為鉛、鈦、 釕或耐腐蝕的金屬合金電極；陰極為鉑電極、鍍鉑石墨電極或不銹鋼電極;所述電解槽由隔膜分為陽極室和陰極室，所述隔膜為離子交換膜。
[0015]所述電解槽優選為:電解槽的陽極選用石墨電極；陰極為鍍鉑石墨電極;所述電解槽由陽離子交換膜分為陽極室和陰極室。
[0016]本實用新型所述的系統，所述脫硫單元中的吸收劑為Fe3+的鹵族元素鹽溶液與相應的鹵族元素的酸的混合溶液，所述溶液的pH為4?7。
[0017]本實用新型所述的系統，其結構優選為:
[0018]包括煤氣化單元、脫硫單元和電解設備;所述煤氣化單元的出氣口連接于所述脫硫單元的進氣口，所述脫硫單元的出氣口和所述電解設備的氫氣出口共同連接至氣基豎爐還原氣的進氣管道；
[0019]所述脫硫單元的出液口連接至所述電解設備的進液口，所述電解設備的出液口反向連接至所述脫硫單元的進液口。
[0020]所述電解設備的出液口反向連接至所述脫硫單元的進液口。
[0021]所述脫硫單元包括吸收塔和沉降槽，所述吸收塔的塔身上設有進氣口、出氣口、進液口和出液口，所述出氣口位于進液口的上方，所述進液口位于進氣口的上方;所述沉降槽的上部設有進液口和出液口，底部設有單質硫出口；所述吸收塔的出液口連接至所述沉降槽的進液口，所述沉降槽的出液口連接至電解設備的進液口。
[0022]所述煤氣化單元包括水冷壁氣流床氣化爐和位于所述氣化爐底部的激冷室以及冷卻塔;所述氣化爐的下降管通到所述激冷室的冷卻腔中；所述激冷室的氣體出口與所述冷卻塔相連，所述冷卻塔的氣體出口連接于所述脫硫單元的進氣口。
[0023]所述電解槽的陽極選用石墨電極；陰極為鍍鉑石墨電極;所述電解槽由陽離子膜分為陽極室和陰極室。
[0024]本實用新型所述的系統的操作方法如下:
[0025]1)原料煤經粉碎后與氣化劑在煤氣化單元中進行氣化反應，得到粗煤氣；
[0026]2)將所述粗煤氣通入吸收塔，經過吸收劑吸收，去除其中的硫化氫，得凈煤氣；
[0027]3)所述凈煤氣與所述電解設備制備的氫氣混合，得到氣基豎爐富氫還原氣;所述電解槽的工作過程為，吸收有硫化氫的吸收劑通入所述電解槽，經電解槽處理后重新得到吸收劑，通入吸收塔的液體入口進行循環使用；電解槽電解的過程中產生的氧氣通入所述氣化爐的氣體入口，作為氣化劑的氧氣來源。[〇〇28](三)有益效果
[0029]本實用新型所述的系統具有如下有益效果:
[0030]1)通過引入電解設備，可制備產量可控的H2，所得H2與煤氣混合后，可調節凈煤氣中的H2/C0比例，得到符合氣基豎爐使用要求的還原氣(H2/C0彡0.7)。
[0031]2)本實用新型所述的系統在脫硫過程中脫硫效率高，采用電解再生吸收劑方法， 可實現吸收劑的循環利用，對環境無二次污染;且吸收和再生過程中得到的硫和氫氣均為附加值較高的產品。相對其他方法，此法得到的氫氣成本較為低廉。提高了資源利用率，降低了運營成本。[〇〇32]3)本實用新型所述系統在吸收劑電解再生的過程中，還伴隨有部分H20被氧化生成副產物氧氣，該部分氧氣可以用作煤氣化氣化劑，參與煤氣化反應，降低空壓站負荷，降低了運營成本。
[0033]4)本實用新型所述系統所用吸收劑原料簡單易得，價格低廉，易于實現后期的循環使用，還可得到單質硫。【附圖說明】[〇〇34]圖1為煤氣化制備潔凈氣基豎爐還原氣的系統示意圖；
[0035]圖中:1、氣化爐;2、急冷室;3、吸收塔;4、沉降槽;5、電解槽;6、冷卻塔。【具體實施方式】
[0036]以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。[〇〇37] 實施例1
[0038]本實施例涉及本實用新型所述的煤氣化制備潔凈氣基豎爐還原氣的系統:
[0039]包括煤氣化單元、脫硫單元和電解設備;所述煤氣化單元的出氣口連接于所述脫硫單元的進氣口，所述脫硫單元的出氣口和所述電解設備的氫氣出口共同連接至氣基豎爐還原氣的進氣管道；
[0040]所述脫硫單元的出液口連接至所述電解設備的進液口，所述電解設備的出液口反向連接至所述脫硫單元的進液口。[0041 ]所述電解設備的氧氣出口連接于所述煤氣化單元的進氣口。[〇〇42] 實施例2[〇〇43]本實施例涉及本實用新型所述的煤氣化制備潔凈氣基豎爐還原氣的系統，其結構不意圖如圖1:
[0044]同實施例1相比，其區別在于，
[0045]所述電解設備為電解槽5,所述電解槽的陽極材料為石墨電極，陰極材料為鍍鉑石墨電極，隔膜為陽離子交換膜。
[0046]所述脫硫單元包括吸收塔3和沉降槽4,所述吸收塔3的塔身上設有進氣口、出氣口、進液口和出液口，所述出氣口位于進液口的上方，所述進液口位于進氣口的上方；
[0047]所述沉降槽4的上部設有進液口和出液口，底部設有單質硫出口；所述吸收塔的出液口連接至所述沉降槽的進液口，所述沉降槽的出液口連接至電解槽4的進液口。
[0048] 實施例3
[0049]本實施例涉及本實用新型所述的煤氣化制備潔凈氣基豎爐還原氣的系統:
[0050]同實施例2相比，其區別在于，所述煤氣化單元包括氣化爐1和位于所述氣化爐底部的激冷室2以及冷卻塔6,所述激冷室的上部設有冷卻水入口和氣體出口，下方設有灰渣出口；所述氣化爐1的下降管通到所述激冷室2的冷卻腔中；所述激冷室的氣體出口連接于所述冷卻塔6，所述冷卻塔6的出氣口連接于所述吸收塔3的進氣口。[0051 ] 實施例4
[0052]本實施例涉及利用本實用新型所述的裝置制備氣基豎爐還原氣的方法，包括如下步驟:[〇〇53]本實施例涉及利用實施例3所述的系統制備氣基豎爐還原氣的方法，包括如下步驟:
[0054] 1)原料煤經粉碎后與氣化劑進行氣化反應，得到粗煤氣；[〇〇55]所述煤粉碎后的粒徑為90mi，所述氣化劑為氧氣；
[0056] 2)將所述粗煤氣通過吸收劑，去除其中的硫化氫，得凈煤氣;所述吸收劑為pH值為 6的FeBr3與HBr的混合溶液，所述粗煤氣的通入溫度為80 °C，所述粗煤氣的通入速度為18m/ s，所述吸收劑的噴淋速度為4X 103m3/h。[〇〇57] 3)所述凈煤氣與所述電解設備制備的氫氣混合，得到H2/C0為2.0的氣基豎爐富氫還原氣;所述電解設備為電解槽，所述電解槽的電流密度為20mA/cm2;吸收有硫化氫的吸收劑通入所述電解槽，經電解槽處理后重新得到吸收劑，進行循環使用；電解槽電解的過程中還產生氧氣，所述氧氣作為氣化劑中的氧氣來源。[〇〇58] 本實施例中，H2S的吸收率為99%。[〇〇59]雖然，上文中已經用一般性說明、【具體實施方式】及試驗，對本實用新型作了詳盡的描述，但在本實用新型基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實用新型精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本實用新型要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種煤氣化制備潔凈氣基豎爐還原氣的系統，其特征在于，包括煤氣化單元、脫硫單 元和電解設備;所述煤氣化單元的出氣口連接于所述脫硫單元的進氣口，所述脫硫單元的 出氣口和所述電解設備的氫氣出口共同連接至氣基豎爐還原氣的進氣管道；所述脫硫單元的出液口連接至所述電解設備的進液口，所述電解設備的出液口反向連 接至所述脫硫單元的進液口。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述電解設備的氧氣出口連接于所述煤氣 化單元的進氣口。3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述脫硫單元包括吸收塔和沉降槽，所述 吸收塔的塔身上設有進氣口、出氣口、進液口和出液口，所述出氣口位于進液口的上方，所 述進液口位于進氣口的上方;所述沉降槽的上部設有進液口和出液口，底部設有單質硫出 口；所述吸收塔的出液口連接至所述沉降槽的進液口，所述沉降槽的出液口連接至電解設 備的進液口。4.根據權利要求1?3任一項所述的系統，其特征在于，所述煤氣化單元包括氣化爐和 位于所述氣化爐底部的激冷室以及冷卻塔;所述氣化爐的下降管通到所述激冷室的冷卻腔 中；所述激冷室的氣體出口與所述冷卻塔相連，所述冷卻塔的氣體出口連接于所述脫硫單 元的進氣口。5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述氣化爐為水冷壁氣流床氣化爐。6.根據權利要求1或5所述的系統，其特征在于，所述電解設備為電解槽，所述電解槽的 陽極選用石墨電極或金屬電極;所述石墨電極的材料為石墨板或碳纖維布，所述金屬電極 的材料為鉛、鈦、釕或耐腐蝕的金屬合金電極；陰極為鉑電極、鍍鉑石墨電極或不銹鋼電極； 所述電解槽由隔膜分為陽極室和陰極室，所述隔膜為離子交換膜。7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述電解槽的陽極選用石墨電極；陰極為 鍍鉑石墨電極;所述電解槽由陽離子膜分為陽極室和陰極室。
【文檔編號】C10J3/82GK205635670SQ201620298143
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】宋敏潔, 王東方, 韓希強, 郭科宏, 吳小飛, 吳道洪
【申請人】北京神霧環境能源科技集團股份有限公司