CN109880653B - 一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于余热回收利用技术领域，尤其涉及一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统及方法。该制备系统包括气化反应器、重整反应器和换热器。其中，高温熔渣通过高温熔渣入口输入气化反应器中，含碳固体燃料细颗粒的浆液通过浆液入口输入至气化反应器中，水蒸气通过水蒸气入口输入至气化反应器中。高炉熔渣、水蒸气以及含碳固体燃料细颗粒的浆液在气化反应器中进行化学反应，并将反应后生成的粗合成气输入至重整反应器，经重整反应后输出包含有氢气、二氧化碳及水蒸气的合成气，接着分别去除二氧化碳和水蒸气，从而获得富氢合成气。本发明耦合了气化反应器、重整反应器以及换热器的技术优势，既有效利用了高炉熔渣的高品质余热余能，又实现了富氢合成气的制备。

Description

一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法及系统

技术领域

本发明属于余热回收利用技术领域，尤其涉及一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法及系统。

背景技术

钢铁企业是我国的耗能大户，钢铁企业的余热资源约占燃料消耗量的三分之一。随着一系列的技术的使用，使得钢铁企业的余热得到了回收，但是高炉渣的显热仍没有得到有效的回收利用。因此对高炉渣余热回收利用的研究成为近年来人们关注的焦点。高炉渣在高炉炼铁过程中产生，从高炉排出的温度约为1500℃，呈熔融状态，吨渣热焓值约为1770MJ，相当于60kg标煤完全燃烧所产生的热量。2018年我国的高炉渣产量达到了2.5亿吨，携带热量相当于1500万吨标准煤的发热值。高炉渣余热的回收利用能够有效地降低钢铁企业的能源消耗，有利于实现节能减排的目标。

高炉渣余热余能回收利用的制约因素主要集中在三个方面：高炉渣的导热系数较低，相当一部分余热回收设备对熔渣流动性的要求比较高，以达到最佳的熔渣流量和风量的配比；高炉渣余热利用过程中的能耗与污染问题严重，传统的湿法处理方式对环境污染比较严重，干式粒化法则对装置的投资和运行成本要求较大；后续冷渣的利用是不可忽视的问题，冷却速度越快，它的性质就越接近于水泥材料的水硬性和强度。

当前高炉渣的处理方法主要有两类：水淬法和干式处理法。水淬法即用新水直接冲击高温熔渣使其温度迅速降低形成大量的玻璃态物质，而作为生产水泥的原料，产生的热水仅用于钢铁企业的厂区供暖及洗浴等用途，余热回收率仅有有限的10％左右。典型的水淬法主要为底滤法、因巴法、图拉法、拉萨法及名特克法。干式处理法主要有机械破碎法、风淬法及离心粒化法，回收高炉渣的显热，由于这些方式存在热回收率低、潜热未被利用、能耗大、处理困难等问题，还处于实验研究阶段，并未广泛应用到生产实际当中。

关于高炉渣余热余能的回收利用问题受到了很大的重视，国内外有关钢铁企业和高校、研究所正在开展研究工作，但目前为止并未见到实体设备广泛工业化应用的报道，也未形成成熟技术。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的高炉炉渣余热回收利用率低技术问题，本发明提供一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法及系统。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统，其包括气化反应器、重整反应器和换热器；

气化反应器具有高温熔渣入口、浆液入口、水蒸气入口、炉渣出口和合成气出口，其中，高温熔渣通过高温熔渣入口输入气化反应器中，含碳固体燃料细颗粒的浆液通过浆液入口输入至气化反应器中，水蒸气通过水蒸气入口输入至气化反应器中；

高炉熔渣、水蒸气和含碳固体燃料细颗粒的浆液在气化反应器中进行化学反应，并将反应后生成的粗合成气输入至重整反应器中，将炉渣输入至换热器中，换热器通过与炉渣换热制备水蒸气；

换热器的水蒸气出口与气化反应器、重整反应器的水蒸气入口连通。

富氢合成气制备系统还包括储渣罐、含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器、分离设备、收集器、吸收塔、干燥器、储氢器和高炉渣粒收集器；

储渣罐与高温熔渣入口相连，储渣罐用于存储高炉排出的高温熔渣，使得高温熔渣能够稳定和连续的输出；

含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器与浆液入口相连，含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器用于存储配置好的含碳固体燃料细颗粒的浆液，为气化反应器内的气化反应提供反应物；

气化反应器与重整反应器之间设置有分离设备，分离设备能够接收气化反应器产生的以一氧化碳和氢气为主的粗合成气以及灰分，并将粗合成气与灰分分离并分别输出，将分离出来的粗合成气输入至重整反应器内；

收集器与分离设备的灰分出口端相连，其用于收集分离设备输出的灰分；

吸收塔与重整反应器的气体出口端相连，吸收塔用于接收重整反应器输出的包含有氢气、二氧化碳及水蒸气的合成气，并吸收其中的二氧化碳，形成包含有氢气和水蒸气的合成气并输出；

吸收塔与干燥器相连接，干燥器用于接收吸收塔输出的包含有氢气和水蒸气的合成气，吸收其中的水蒸气，形成富氢合成气并输出；

储氢器与干燥器相连接，储氢器用于接收干燥器输出的富氢合成气并存储；

高炉熔渣粒化器设置在换热器与气化反应器之间，高炉熔渣粒化器用于接收气化反应器排出的气化反应后的高炉熔渣形成高温渣粒并输出；

换热器用于接收高炉熔渣粒化器形成的高温渣粒，通过换热的方式产生水蒸气并输出到气化反应器和重整反应器中；

高炉渣粒收集器与换热器相连接，高炉渣粒收集器用于接收换热器排出的渣粒。

优选的，分离设备为旋风分离器；气化反应器为鼓泡床气化反应器；重整反应器为固定床重整反应器；换热器为间接式换热器。

一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其采用如以上所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统进行富氢合成气的制备，包括如下步骤：

S1：高炉熔渣、水蒸气与含碳固体燃料细颗粒的浆液进行气化反应，生成以一氧化碳和氢气为主的粗合成气以及灰分；

S2：将粗合成气与水蒸气进行重整反应，生成的合成气包括氢气、二氧化碳和水蒸气；

S3：将S2中生成的合成气中的二氧化碳去除，生成了包含氢气和水蒸气的合成气；

S4：将生成的包含氢气和水蒸气的合成气中的水蒸气去除，形成富氢合成气；

利用步骤S1中反应产生炉渣的热量制备水蒸气，并为S1和S2的反应过程提供所需的水蒸气。

步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液的浓度为50％-60％。

优选的，在步骤S1之后，还包括粗合成气和灰分进行分离的步骤。

优选的，步骤S1中的气化反应温度为1250℃-1450℃；

步骤S2中的重整反应温度为350℃-650℃。

优选的，步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液中的含碳固体燃料细颗粒直径为100μm-300μm。

优选的，步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液中的含碳固体燃料细颗粒包括高阶煤、中阶煤、低阶煤、煤焦、生物质、石油焦、油页岩和/或含碳固体废物。

优选的，步骤S2中添加有重整反应催化剂，重整反应催化剂包括负载型金属催化剂；

负载型金属催化剂中的活性组分包括铂、金、银、铁、钼、铜或钴金属单体，或者铂、金、银、铁、钼、铜和钴中任意两种以上复合而成的复合负载型金属催化剂。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提供的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法及系统，高炉熔渣的余热用于固体燃料的气化反应，特别是高炉熔渣的高品质潜热得到了有效的利用，同时气化反应与重整反应过程中使用的水蒸气均通过高炉熔渣的余热产生，这样的方式也降低了能耗。

本发明的制备方法耦合了高炉熔渣余热利用和固体燃料气化反应以及重整反应的技术优势，既有效利用了高炉熔渣的高品质余热余能，又实现了富氢合成气的制备。

综上所述，本发明的制备方法实现了富氢合成气的制备的同时利用的高品质高炉熔渣余热，工艺流程简单，成本和能耗大幅降低，无污染物产生，对钢铁企业的节能降耗具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明具体实施方式提供的熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统的结构示意图；

【附图标记说明】

1：浆液存储器；2：储渣罐；3：气化反应器；4：旋风分离器；5：重整反应器；6：吸收塔；7：干燥器；8：储氢器；9：高炉熔渣粒化器；10：换热器；11：灰分收集器；12：高炉渣粒收集器。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，在本实施例提供一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统，该系统包括含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器1、储渣罐2、气化反应器3、旋风分离器4、重整反应器5、吸收塔6、干燥器7、储氢器8、高炉熔渣粒化器9、换热器10、灰分收集器11和高炉渣粒收集器12。

含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器1与气化反应器3相连接，用于存储配置好的含碳固体燃料细颗粒的浆液，为气化反应器3内的气化反应提供反应物。

储渣罐2与气化反应器3相连接，用于存储高炉排出的高温熔渣，使得高温熔渣能够稳定和连续的输出。

气化反应器3能够供高炉熔渣、水蒸气和含碳固体燃料细颗粒的浆液在其中进行化学反应，生成以一氧化碳和氢气为主的粗合成气以及灰分并输出。气化反应器3中主要发生的反应包括：

歧化反应：

氧化反应：

部分氧化反应：

水气反应：

甲烷化反应：

水气转化反应：

甲烷重整反应：

分离设备即旋风分离器4与气化反应器3相连接，能够接收气化反应器3产生的以一氧化碳和氢气为主的粗合成气以及灰分，并将粗合成气与灰分分离并分别输出。

灰分收集器11与旋风分离器4相连接，用于收集旋风分离器4输出的灰分。

重整反应器5与分离器4相连接，用于接收旋风分离器4输出的合成气，并一定温度下通过催化剂的作用，使得合成气中的一氧化碳与通入的水蒸气发生水气转化反应生成氢气和二氧化碳。重整反应器中发生的主要反应包括：

吸收塔6与重整反应器5相连接，用于接收重整反应器5输出的主要含有氢气、二氧化碳及水蒸气的合成气，并吸收其中的二氧化碳，形成主要含有氢气和水蒸气的合成气并输出,。吸收塔中发生的主要反应包括：

干燥器7与吸收塔6相连接，用于接收吸收塔6输出的主要含有氢气和水蒸气的合成气，吸收其中的水蒸气，形成富氢合成气并输出。

储氢器8与干燥器7相连接，用于接收干燥器7输出的富氢合成气并存储。由此，可以理解为富氢合成气的制备通过含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器1、储渣罐2、气化反应器3、旋风分离器4、重整反应器5、吸收塔6、干燥器7、储氢器8来实现。

高炉渣熔粒化器9与气化反应器3相连接，用于接收气化反应器3排出的气化反应后的高炉熔渣形成高温渣粒并输出，在此过程中高炉熔渣的温度下降到1250℃以下，这样当高炉熔渣粒化器9接触到熔渣后，熔渣的温度继续下降到其凝固点以下形成高炉渣粒。

换热器10与高炉熔渣粒化器9相连接，用于接收高炉熔渣粒化器9形成的高温渣粒，通过换热的方式产生水蒸气并输出到气化反应器3和重整反应器5中。

高炉渣粒收集器12与换热器10相连接，用于接收换热器10排出的渣粒。由此，可以理解为，高炉熔渣余热余能的回收利用通过含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器1、储渣罐2、气化反应器3、高炉熔渣粒化器9、换热器10、高炉渣粒收集器12来实现。

综上，本实施例的制备系统利用高炉熔渣含大量高品质余热及固体燃料气化反应需要热量供给的特点，创新的提出一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统。设计了同时含有高炉熔渣、水蒸气以及含碳固体燃料细颗粒的浆液的气化反应器3，有效利用了高炉熔渣的高品质余热驱动气化反应的进行，并且增设了换热器10，利用气化反应器3排出的高炉渣的剩余热量，另外重整反应器5设置将获得的粗合成气转变为富氢合成气。由此，本发明耦合了气化反应器3、重整反应器5以及换热器10的技术优势，既有效利用了高炉熔渣的高品质余热余能，又实现了富氢合成气的制备。综上，本发明的制备系统实现了富氢合成气的制备的同时利用的高品质高炉熔渣余热，工艺流程简单，成本和能耗大幅降低，无污染物产生，对钢铁企业的节能降耗具有重要的意义。

进一步参照附图1，在本实施例中，气化反应器3为鼓泡床气化反应器。气化反应器3的顶端设有两个固定的开口，分别连接含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器1和储渣罐2；同时气化反应器3顶端还设置有一个粗合成气出口；气化反应器3的底端设置两个固定的开口，一个固定的开口用于通入换热器10产生的水蒸气，另一个固定的开后用于排出反应后温度下降的高炉熔渣，此时的高炉熔渣的温度下降到1250℃以下，其粘度相较于气化反应之前有显著增大。在此过程中，高炉排出的高炉熔渣进入到储渣罐2中并以稳定的流量连续的通入到气化反应器3中，当高炉熔渣量达到了气化反应器3总容量的三分之二位置处时开始同时通入含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器1中含碳固体燃料细颗粒的浆液和换热器10产生的水蒸气。含碳固体燃料细颗粒的浆液和水蒸气进入到气化反应器3中时温度迅速升高到1250℃-1450℃，含碳固体燃料细颗粒的浆液、水蒸气和高炉熔渣相互接触发生气化反应产生粗合成气，随着含碳固体燃料细颗粒的浆液、水蒸气和高炉熔渣的不断加入，高炉熔渣持续为气化反应供给热量，而气化反应也在迅速进行。在这个过程中不断产生的粗合成气以及携带的灰分有气化反应器3进入到旋风分离器4中将粗合成气和灰分分离。由此，可理解为气化反应随着含碳固体燃料细颗粒的浆液和水蒸气的加入而迅速开始，高炉熔渣的高品质显热和潜热转变为气化反应的化学热，而水蒸气由气化反应器3底部通入时即作为气化剂又产生鼓泡，起到了搅拌反应区的作用，增加了反应物、气化剂及高炉熔渣的相互接触。

进一步参照附图1，在本实施例中，含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器1与并未有特定的限制，仅需采用技术成熟，操作方面及广泛使用的相关装置即可。

进一步参照附图1，在本实施例中，储渣罐2并未有特定的限制，仅需采用技术成熟，操作方面及广泛使用的相关装置即可。储渣罐2的选择应与高炉排渣量相匹配，系统内配备储渣罐2的数量不仅限于1个，可以采用多个储渣罐进行存储高炉熔渣，储渣罐2的使用过程中需保证熔渣流的稳定流出，防止熔渣堵塞出口，应具有一定的防堵塞装置；同时由于高炉熔渣的温度高，腐蚀性较强，采用的储渣罐需具有良好的保温性能及耐腐蚀性能，以保证整个系统的顺利运行。

进一步参照附图1，在本实施例中，气化反应器3的底部设有固定的水蒸气入口，本发明并不局限于采用一个入口，也可采用多个均匀/不均匀分布的水蒸气入口。多个均匀/不均匀分布的水蒸气入口更有利于含碳固体燃料细颗粒的浆液、水蒸气及高炉熔渣的相互接触。

进一步参照附图1，在本实施例中，本发明并不局限于以鼓泡床气化反应器为气化反应器3，任何能够同时提供高炉熔渣、含碳固体燃料细颗粒的浆液和水蒸气的反应器均可作为气化反应器3，而各个位置的入口/出口也不局限于气化反应器3的位置，各个位置的入口/出口可根据不同的气化反应器的结构而不同，在此过程中保证高炉熔渣、含碳固体燃料细颗粒的浆液和水蒸气的通入量相匹配即可。

进一步参照附图1，在本实施例中，旋风分离器4与气化反应器3、重整反应器5以及灰分收集器11相连接。具体的，旋风分离器4的侧壁面上设置有入口，粗合成气和灰分通过此入口进入到旋风分离器中；而旋风分离器4的另一侧上壁面上设置有出口，该出口用于旋风分离器4处理完的不含有灰分的合成气的排除；旋风分离器4的底部设置有灰分出口，该出口用于灰分的排出。从以上可以理解为，含有合成气和灰分的粗合成气由气体入口进入到旋风分离器中，而后被分离的合成气由气体出口排出，灰分由底部出口排出。本发明专利的旋风分离器4未做特别设计，旋风分离器4的尺寸和处理量与气化反应器3相匹配即可。

进一步参照附图1，在本实施例中，灰分收集器11并未有特定的限制，仅需采用技术成熟，操作方面及广泛使用的相关装置即可。

进一步参照附图1，在本实施例中，重整反应器5为固定床反应器，重整反应器5与旋风分离器4相连接以接收去除灰分的合成气。具体的，重整反应器5的侧壁面设置固定的入气口以接收去除灰分的合成气，另一侧壁面也设置一个固定的入气口以排出重整反应后的合成气，在底部设置固定的入气口以接收由换热器10产生的合成气。在重整反应器内部放置了负载型金属催化剂，其中活性组分主要为铂、金、银、铁、钼、铜和钴等金属单体或者其中任意两种以上复合而成的复合负载型金属催化剂。

进一步参照附图1，在本实施例中，本发明并不局限于以固定床反应器为重整反应器5，任何能够完成水气转化反应的重整反应器均可作为重整反应器5，而各个位置的入口/出口也不局限于重整反应器5的位置，各个位置的入口/出口可根据不同的重整反应器的结构而不同，在此过程中保证一氧化碳具有较高的转化效率即可。

进一步参照附图1，在本实施例中，吸收塔6与重整反应器5相连接，并未有特定的限制，仅需采用技术成熟，操作方面及广泛使用的相关装置即可。具体的，吸收塔6的侧壁面设置固定的入气口以接收重整反应器5制备的合成气，顶部中央设置有喷淋装置以吸收合成气中的二氧化碳，在吸收塔6的另一侧面设置固定的出气口以排出出去二氧化碳气体的合成气，此时合成气中的主要成为为氢气和水蒸气。

进一步参照附图1，在本实施例中，干燥器7与吸收塔6相连接，并未有特定的限制，仅需采用技术成熟，操作方面及广泛使用的相关装置即可。具体的，干燥器7的侧壁面设有入气口和出气口以完成合成气的干燥，排出干燥的富氢合成气。

进一步参照附图1，在本实施例中，储氢器8与干燥器7相连接，并未有特定的限制，仅需采用技术成熟，操作方面及广泛使用的相关装置即可。

进一步参照附图1，在本实施例中，高炉熔渣粒化器9与气化反应器3相连接，以将气化反应器排出的高炉熔渣形成渣粒。具体的，高炉熔渣粒化器中设置有两个对置的转向相反的转鼓，高炉熔渣由气化反应器排出后流入到两转鼓中间位置，经转鼓旋转带动并进一步降温形成表面凝壳的渣粒。

进一步参照附图1，在本实施例中，高炉熔渣粒化器9并不仅限于附图1中的转鼓式，任何能够完成干式高炉熔渣粒化的渣粒化器均可作为高炉熔渣粒化器9，在此过程中保证具有较高的粒化效率以及较为均一的高炉渣颗粒粒径即可。

进一步参照附图1，在本实施例中，换热器10与高炉熔渣粒化器9相连接，以回收高炉熔渣粒化器中排出的高炉渣粒所携带的余热余能。具体的，高炉熔渣粒化器形成的渣粒进入到换热器10中，换热器10的边壁为水冷壁，高温渣粒与水冷壁内的冷水间接换热形成水蒸气用于气化反应器3与重整反应器5中。

进一步参照附图1，在本实施例中，本发明并不局限于以间接换热器为换热器10，任何能够有效回收渣粒余热而形成水蒸气的换热器均可作为换热器10，而水冷壁的位置也不局限于换热器10的位置，可根据不同换热器结构而不同，在此过程中保证换热效率即可。

进一步参照附图1，在本实施例中，高炉渣粒收集器12与换热器10相连接，并未有特定的限制，仅需采用技术成熟，操作方面及广泛使用的相关装置即可。

在本实施方式中还提供了一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，在本实施例中，制备方法可参照上述制备系统进行实施。具体包括如下步骤：

S1.高炉熔渣、水蒸气与含碳固体燃料细颗粒的浆液进行气化反应，生成以一氧化碳和氢气为主的粗合成气以及灰分。

S2.对形成的粗合成气与灰分进行分离处理。

S3.将粗合成气通入到重整反应器中与水蒸气进行重整反应，生成的气体主要包括氢气、二氧化碳及水蒸气。

S4.将形成的合成气通入到吸收塔中除去二氧化碳，生成了包含氢气和水蒸气的合成气。

S5.将生成的包含氢气和水蒸气的合成气通入干燥塔中，形成富氢合成气。

S6.将高炉渣粒的热量通过换热的方式形成水蒸气，并送回到S1和S3步骤中使用。

综上所述，本实施例的制备方法利用高炉熔渣含大量高品质余热及固体燃料气化反应需要热量供给的特点，创新的提出一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，将高炉熔渣的余热用于固体燃料的气化反应，特别是高炉熔渣的高品质潜热得到了有效的利用，同时气化反应与重整反应过程中使用的水蒸气均通过高炉熔渣的余热产生，这样的方式也降低了能耗。由此，本发明的制备方法耦合了高炉熔渣余热利用和固体燃料气化反应以及重整反应的技术优势，既有效利用了高炉熔渣的高品质余热余能，又实现了富氢合成气的制备。综上，本发明的制备方法实现了富氢合成气的制备的同时利用的高品质高炉熔渣余热，工艺流程简单，成本和能耗大幅降低，无污染物产生，对钢铁企业的节能降耗具有重要的意义。

进一步，在本实施例中，步骤S1中的气化反应温度为1250℃-1450℃；步骤S2中的重整反应温度为350℃-650℃。

进一步，在本实施例中，步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液的浓度为50％-60％。

进一步，在本实施例中，步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液中的含碳固体燃料细颗粒直径为100μm-300μm。

进一步，在本实施例中，步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液中的含碳固体燃料细颗粒包括高阶煤、中阶煤、低阶煤、煤焦、生物质、石油焦、油页岩及含碳固体废物。

进一步，在本实施例中，步骤S2中添加有重整反应催化剂，重整反应催化剂主要是负载型金属催化剂，其中活性组分主要为铂、金、银、铁、钼、铜和钴等金属单体或者其中任意两种以上复合而成的复合负载型金属催化剂。

采用上述制备方法和制备系统，以含碳固体燃料煤粉为例，煤粉的工业分析和元素分析如表1所示，制备出的富氢合成气的组分以及各组分的浓度如表2所示。

表1煤粉的工业分析和元素分析

表2富氢合成气的组分和组分浓度

合成气组分	H<sub>2</sub>	CO	CO<sub>2</sub>	CH<sub>4</sub>
					组分浓度(％)	94.13	5.64	0.23	-

由表2可知，上述两个实施例中提供的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法和系统既实现了富氢合成气的制备，其组分浓度达到了94.13％，又有效回收利用了高炉熔渣的高品质余热余能。

显然，本发明的制备方法不局限于实施例一所示出的制备系统，只要能够完成步骤S1和步骤S3即可。同时，需要强调的是，虽然在制备方法中以S1-S6进行了排序，但并不构成对步骤先后顺序的限定，除非后步骤必须利用先步骤的产物或者本专业领域相关技术人员公知的需要先步骤先执行的情况，否则并不局限于上述实施例所列出的顺序。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统，包括气化反应器、重整反应器和换热器；

气化反应器具有高温熔渣入口、浆液入口、水蒸气入口、炉渣出口和合成气出口，其中，高温熔渣通过高温熔渣入口输入气化反应器中，含碳固体燃料细颗粒的浆液通过浆液入口输入至气化反应器中，水蒸气通过水蒸气入口输入至气化反应器中；

高炉熔渣、水蒸气和含碳固体燃料细颗粒的浆液在气化反应器中进行化学反应，并将反应后生成的粗合成气输入至重整反应器中，将炉渣输入至换热器中，换热器通过与炉渣换热制备水蒸气；

换热器的水蒸气出口与气化反应器、重整反应器的水蒸气入口连通；

所述富氢合成气制备系统还包括储渣罐、含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器、分离设备、收集器、吸收塔、干燥器、储氢器和高炉渣粒收集器；

储渣罐与高温熔渣入口相连，储渣罐用于存储高炉排出的高温熔渣，使得高温熔渣能够稳定和连续的输出；

含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器与浆液入口相连，含碳固体燃料细颗粒的浆液存储器用于存储配置好的含碳固体燃料细颗粒的浆液，为气化反应器内的气化反应提供反应物；

气化反应器与重整反应器之间设置有分离设备，分离设备能够接收气化反应器产生的以一氧化碳和氢气为主的粗合成气以及灰分，并将粗合成气与灰分分离并分别输出，将分离出来的粗合成气输入至重整反应器内；

收集器与分离设备的灰分出口端相连，其用于收集分离设备输出的灰分；

吸收塔与重整反应器的气体出口端相连，吸收塔用于接收重整反应器输出的包含有氢气、二氧化碳及水蒸气的合成气，并吸收其中的二氧化碳，形成包含有氢气和水蒸气的合成气并输出；

吸收塔与干燥器相连接，干燥器用于接收吸收塔输出的包含有氢气和水蒸气的合成气，吸收其中的水蒸气，形成富氢合成气并输出；

储氢器与干燥器相连接，储氢器用于接收干燥器输出的富氢合成气并存储；

高炉熔渣粒化器设置在换热器与气化反应器之间，高炉熔渣粒化器用于接收气化反应器排出的气化反应后的高炉熔渣形成高温渣粒并输出；

换热器用于接收高炉熔渣粒化器形成的高温渣粒，通过换热的方式产生水蒸气并输出到气化反应器和重整反应器中；

高炉渣粒收集器与换热器相连接，高炉渣粒收集器用于接收换热器排出的渣粒。

2.根据权利要求1所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统，其特征在于：

分离设备为旋风分离器；气化反应器为鼓泡床气化反应器；重整反应器为固定床重整反应器；换热器为间接式换热器。

3.一种熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其采用如权利要求1-2任意一项所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备系统进行富氢合成气的制备，包括如下步骤：

S1：高炉熔渣、水蒸气与含碳固体燃料细颗粒的浆液进行气化反应，生成以一氧化碳和氢气为主的粗合成气以及灰分；

S2：将粗合成气与水蒸气进行重整反应，生成的合成气包括氢气、二氧化碳和水蒸气；

S3：将S2中生成的合成气中的二氧化碳去除，生成了包含氢气和水蒸气的合成气；

S4：将生成的包含氢气和水蒸气的合成气中的水蒸气去除，形成富氢合成气；

利用步骤S1中反应产生炉渣的热量制备水蒸气，并为S1和S2的反应过程提供所需的水蒸气；

步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液的浓度为50％-60％。

4.根据权利要求3所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于：

在步骤S1之后，还包括粗合成气和灰分进行分离的步骤。

5.根据权利要求3所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于：

步骤S1中的气化反应温度为1250℃-1450℃；

步骤S2中的重整反应温度为350℃-650℃。

6.根据权利要求3所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于：

步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液中的含碳固体燃料细颗粒直径为100μm-300μm。

7.根据权利要求3所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于：

步骤S1中的含碳固体燃料细颗粒的浆液中的含碳固体燃料细颗粒包括高阶煤、中阶煤、低阶煤、煤焦、生物质、石油焦、油页岩和/或含碳固体废物。

8.根据权利要求3所述的熔渣余热驱动的富氢合成气制备方法，其特征在于：

步骤S2中添加有重整反应催化剂，重整反应催化剂包括负载型金属催化剂；

负载型金属催化剂中的活性组分包括铂、金、银、铁、钼、铜或钴金属单体，或者铂、金、银、铁、钼、铜和钴中任意两种以上复合而成的复合负载型金属催化剂。

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