一种利用可再生能源低成本制氢联产高性能碳黑的系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种利用可再生能源低成本制氢联产高性能碳黑的系统，包括脱硫装置、等离子炬装置、裂解气热量回收装置、气固分离装置、除尘装置、冷却装置、气体增压装置和PSA氢气提纯装置。本实用新型专利技术具有原料转化率高、结焦少、工艺流程简单、投资低、无三废排放、低成本、启停灵活、易操作等特点，真正实现绿色低碳、洁净高效的循环经济，易模块化实现工业化生产。生产。生产。

【技术实现步骤摘要】
一种利用可再生能源低成本制氢联产高性能碳黑的系统


[0001]本技术涉及氢气制备
，具体涉及一种利用可再生能源低成本制氢联产高性能碳黑的系统。

技术介绍

[0002]氢是一种用途广泛的燃料及能源，可以使用各种能源(如煤炭、石油、天然气、生物质、可再生能源和核能)通过多种技术(重整、气化、电解、热解、水分解等)来生产。工业上大规模化制氢，通常具有投资大、能耗高、碳排放高的缺点，如煤制氢，每吨氢气直接碳排约11吨，属于灰氢；化工尾气包括焦炉气制氢，属于蓝氢；小型化制氢，通常具有高耗电、高成本的缺点，如水电解制氢，属绿氢，标立方氢气电耗～5Kwh，即便处于开发示范中的PEM水电解制氢技术，标立方氢气电耗也在3.5～4.3Kwh。
[0003]炭黑用途广泛，需求量大，2020年全球炭黑需求量为1600万吨。传统炭黑基本都是利用渣油或煤焦油燃烧制得，具有碳排放高、污染大、成本高、性能不稳定等劣势。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种利用可再生能源低成本制氢联产高性能碳黑的系统，以解决现有技术的不足。
[0005]本技术采用以下技术方案：
[0006]一种利用可再生能源低成本制氢联产高性能碳黑的系统，包括脱硫装置、等离子炬装置、裂解气热量回收装置、气固分离装置、除尘装置、冷却装置、气体增压装置和PSA氢气提纯装置；
[0007]脱硫装置，用于脱除部分预热后的富甲烷气中的硫；
[0008]等离子炬装置，以可再生能源生产的绿电提供电能，以预热后的后工序返回的富氢气中的氢气电离提供等离子体射流，裂解脱硫、预热后的富甲烷气制氢联产碳黑；
[0009]裂解气热量回收装置，用于回收等离子炬装置送出的裂解气中的部分热量，部分预热原料富甲烷气，预热脱硫后的富甲烷气，部分预热后工序返回的即气体增压装置出口的第三管道送出的富氢气，预热后工序返回的即气体增压装置出口的第二管道送出的富氢气；
[0010]气固分离装置，用于将热量部分回收后的裂解气中的固体产品即炭黑产品和气体产品即富氢气分离；
[0011]除尘装置，用于将气固分离装置送出的富氢气中的微量炭黑脱除；
[0012]冷却装置，用于将除尘后的富氢气冷却；
[0013]气体增压装置，用于将冷却后的富氢气、PSA氢气提纯装置的释放气增压；
[0014]PSA氢气提纯装置，用于将气体增压装置出口的第一管道送出的富氢气提纯，得到高纯度氢气产品；
[0015]富甲烷气供应装置的出口和裂解气热量回收装置连接，裂解气热量回收装置的富
甲烷气部分预热出口和脱硫装置连接，裂解气热量回收装置的富氢气部分预热出口和脱硫装置连接，脱硫装置的出口和裂解气热量回收装置连接，裂解气热量回收装置的富甲烷气预热出口和等离子炬装置连接，裂解气热量回收装置的富氢气预热出口和等离子炬装置连接，等离子炬装置的出口和裂解气热量回收装置连接，裂解气热量回收装置的裂解气出口和气固分离装置连接，气固分离装置的固体出口和炭黑产品存储装置连接，气固分离装置的气体出口和除尘装置连接，除尘装置的出口和冷却装置连接，冷却装置的出口、PSA氢气提纯装置的释放气出口均和气体增压装置连接，气体增压装置出口的第一管道和PSA氢气提纯装置连接，PSA氢气提纯装置的氢气出口和氢气产品存储装置连接，气体增压装置出口的第二管道和裂解气热量回收装置的富氢气预热进口连接，气体增压装置出口的第三管道和裂解气热量回收装置的富氢气部分预热进口连接。
[0016]进一步地，脱硫装置包括加氢反应器和氧化锌脱硫槽，加氢反应器用于部分预热后的富甲烷气中的有机硫和部分预热后的后工序返回的富氢气中的氢气反应生成硫化氢；氧化锌脱硫槽，用于将加氢反应器生成的硫化氢与氧化锌反应，以脱除部分预热后的富甲烷气中的硫。
[0017]进一步地，气固分离装置为旋风分离器。
[0018]进一步地，除尘装置为布袋除尘器。
[0019]进一步地，冷却装置为循环水冷却装置。
[0020]进一步地，气体增压装置为压缩机。
[0021]本技术的有益效果：
[0022]1、随着煤化工制氢的投资成本、环保成本、运输成本等费用的上涨，以及电解水制氢电耗降低有限，等离子体裂解富甲烷气制氢将是具有潜在应用前景的新兴制氢技术。本技术采用可再生能源等离子体裂解富甲烷气，低成本生产氢气同时联产高性能炭黑产品，具有原料转化率高、结焦少、工艺流程简单、投资低、无三废排放、低成本、启停灵活、易操作等特点，真正实现绿色低碳、洁净高效的循环经济，易模块化实现工业化生产。
[0023]2、本技术等离子炬装置送出的高温裂解气与原料富甲烷气、脱硫后的富甲烷气及后工序返回的富氢气间接换热，裂解气被降温，利于后续工序的顺利开展，同时原料富甲烷气和后工序返回的部分富氢气部分预热进入脱硫装置，减少了脱硫装置的电耗，脱硫后的富甲烷气和后工序返回的部分富氢气预热进入等离子炬装置，大大减少了等离子炬装置的电耗。本技术将原料富甲烷气先部分预热，脱硫后继续预热，分阶段进行预热，后工序返回的富氢气一部分其部分预热，另一部分其预热，分部分进行预热，分阶段和分部分进行预热，不仅能保证脱硫工作的顺序进行，同时也最大程度利用了高温裂解气的热量。
[0024]3、本技术将后工序的富氢气部分返回作为循环氢，一部分用于脱硫装置脱硫，一部分用于等离子体裂解富甲烷气，原料得到了充分利用，节省成本。
[0025]4、本技术原料可采用天然气、生物甲烷、页岩气、煤层气、焦炉气、热解煤气等富甲烷气，原料适应范围广。
[0026]5、本技术利用风能、水能、太阳能等可再生能源生产的绿电，再生产绿氢和零碳炭黑，符合国家双碳战略，具有绿色环保、无碳排放的环保优势，是一种零碳技术。若采用生物甲烷，有助于实现“零碳”到“负碳”的技术升级。同时等离子炬反应温度高、热损少，启停快，并可间歇生产，适应可再生能源的波动性、间歇性。本技术优先选择可再生能源
丰富的地点去建设。
[0027]6、本技术等离子体裂解富甲烷气制氢气，联产炭黑产品，本技术炭黑产品为高性能碳材料，达到GB/T 7044
‑
2013中的高色素炭黑，粒径小(粒径9～17nm)，黑度高(黑度≤22)，结构高，含碳量高(含碳量大于99.5wt％)，挥发分和灰分极低，氢含量小于O.1wt％，氧含量O.07％～0.26wt％，pH值5～7，电阻率极低，具有优良的导电性、导热性和抗静电效果，可应用于橡胶、电极材料、油墨、涂料、塑料制品、钢铁渗碳等领域，可替代天然黑色石墨、半导电层材料、橡胶补强剂、导电材料混合剂、传导性材料等。
附图说明
[0028]图1为本技术系统结构示意图。
[0029]图2为脱硫装置结构示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合实施例和附图对本技术做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本技术，但并不用来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用可再生能源低成本制氢联产高性能碳黑的系统，其特征在于，包括脱硫装置、等离子炬装置、裂解气热量回收装置、气固分离装置、除尘装置、冷却装置、气体增压装置和PSA氢气提纯装置；脱硫装置，用于脱除部分预热后的富甲烷气中的硫；等离子炬装置，以可再生能源生产的绿电提供电能，以预热后的后工序返回的富氢气中的氢气电离提供等离子体射流，裂解脱硫、预热后的富甲烷气制氢联产碳黑；裂解气热量回收装置，用于回收等离子炬装置送出的裂解气中的部分热量，部分预热原料富甲烷气，预热脱硫后的富甲烷气，部分预热后工序返回的即气体增压装置出口的第三管道送出的富氢气，预热后工序返回的即气体增压装置出口的第二管道送出的富氢气；气固分离装置，用于将热量部分回收后的裂解气中的固体产品即炭黑产品和气体产品即富氢气分离；除尘装置，用于将气固分离装置送出的富氢气中的微量炭黑脱除；冷却装置，用于将除尘后的富氢气冷却；气体增压装置，用于将冷却后的富氢气、PSA氢气提纯装置的释放气增压；PSA氢气提纯装置，用于将气体增压装置出口的第一管道送出的富氢气提纯，得到高纯度氢气产品；富甲烷气供应装置的出口和裂解气热量回收装置连接，裂解气热量回收装置的富甲烷气部分预热出口和脱硫装置连接，裂解气热量回收装置的富氢气部分预热出口和脱硫装置连接，脱硫装置的出口和裂解气热量回收装置连接，裂解气热量回收装置的富甲烷气预热出口和等离子炬装置连接，裂解气热量回收装置的富氢气预热出口和等离子炬装置连接，等离子炬装置的出口和裂解气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云峰，张香全，吴文军，刘庆，
申请(专利权)人：上海源晗能源技术有限公司，
类型：新型
国别省市：