[发明专利]基于液态冶金渣显热的天然气水蒸气重整制氢的装置及方法

说明书

一种基于液态冶金渣显热的天然气水蒸气重整制氢的装置，包括保温渣罐，保温渣罐通过水口连接粒化装置，粒化装置连通转化炉，转化炉炉底设置有供气装置和排渣装置，转化炉顶部连通催化反应器，催化反应器顶部一侧通过水平气道连通转化气余热锅炉，转化气余热锅炉的转化气出口依次连通中温变换反应器、变压吸附装置，变压吸附装置的脱附尾气出口通过管道连通粒化装置。高温冶金渣使天然气被加热，气液流与被冶金渣过热的蒸汽发生转化反应，省去布置复杂的燃烧装置，也不必设置管路，节省了昂贵材料费用；同时液态冶金渣提供的热量也避免大量燃烧天然气，天然气使用量上大大减少，从而减少了二氧化碳排放量。

技术领域

本发明涉及冶金固废利用、能源化工技术制氢装置领域，具体涉及基于液态冶金渣显热的天然气水蒸气重整制氢的装置及方法。

背景技术

氢是十分重要的能源载体，天然气重整制氢是目前工业上主要的制氢方法，该方法通过将天然气和水蒸气在催化剂的作用下反应转化制得氢气，需要在转化炉内1160℃左右的高温范围下进行，设备结构复杂、造价昂贵、工作条件苛刻，现在一般燃烧甲烷来给转化炉提供热量。

钢铁冶金过程产生大量的高温废渣，其排出温度在1400℃～1650℃，每吨渣约含1750MJ的热量，液态冶金渣是高品质的余热资源，现有技术处理液态冶金渣的方式主要为水淬法，水淬法不仅浪费大量水资源还会造成环境的污染。

因此我们可以将液态冶金渣的热能进行回收，使其作用在天然气蒸汽重整上，利用液态冶金渣的热能对转化炉提供热量供给，从而减少冶金渣的热量浪费，和避免大量燃烧甲烷产生大量的二氧化碳。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供基于液态冶金渣显热的天然气水蒸气重整制氢的装置及方法。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种基于液态冶金渣显热的天然气水蒸气重整制氢的装置，包括保温渣罐，所述保温渣罐通过水口连接粒化装置，所述粒化装置连通转化炉，所述转化炉炉底设置有供气装置和排渣装置，所述转化炉顶部连通催化反应器，所述催化反应器顶部一侧通过水平气道连通转化气余热锅炉，所述转化气余热锅炉的转化气出口依次连通中温变换反应器、变压吸附装置，所述变压吸附装置的脱附尾气出口通过管道连通粒化装置。

所述粒化装置由拉瓦尔结构的气体喷嘴和扩张通道组成，水口的连通口位于气体喷嘴与扩张通道之间，粒化装置通过扩张通道布置在转化炉的侧面上部炉壁上。

所述扩张通道为夹层结构，夹层内壁设有通风喷孔。

所述转化气余热锅炉和转化炉水冷壁均与汽包连通，产生的饱和蒸汽送入转化炉底部的供气装置，富余的蒸汽外送。

所述水平气道内设置气固分离装置。

所述供气装置与开工蒸汽管道连通。

一种基于液态冶金渣显热的天然气水蒸气重整制氢方法，制氢方法的步骤为：

S1，系统启用前，先对保温渣罐、水口和粒化装置进行烘干和预加热处理，待预热温度达到1000℃时，将液态冶金渣引流到保温渣罐内，保持渣液流动度，流动度高的渣液通过水口流入粒化装置的气体喷嘴与扩张通道之间；

S2，天然气和适量氧气进入粒化装置的气体喷嘴内，天然气和氧气混合气体通过气体喷嘴拉瓦尔喉部加速形成超音速气流，超音速气流喷出喷嘴横向冲击水口流出的渣液，克服渣液的表面张力和粘度约束，使液态冶金渣破碎成微液液滴；分散在混合气中形成气液流，期间天然气、氧气发生弱氧化反应放热，使气液流温度不低于冶金渣熔化温度，渣液不凝固黏结，并在扩张通道壁喷射脱附尾气形成气膜，气液混合流通过扩张通道喷入转化炉炉腔；