本發(fā)明涉及焦化，尤其涉及一種高效規(guī)?；鸟詈现茪涔に嚰跋到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、“氫冶金”和“鋼化聯(lián)產(chǎn)”是鋼鐵及焦化行業(yè)“減碳”的有效途徑，其核心資源是低成本氫氣的規(guī)模化供應(yīng)。目前，通過(guò)制取或分離等技術(shù)手段，工業(yè)規(guī)模的氫氣可源于天然氣、煤、水和工業(yè)副產(chǎn)氣。其中，水電解制氫具有氫氣純度高、雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)，如果將水電解制氫與可再生能源進(jìn)行耦合，則能夠?qū)崿F(xiàn)制氫過(guò)程“零碳”排放，具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，結(jié)合可再生能源與水電解技術(shù)制取“綠氫”將是獲取氫氣的重要途徑，也是實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光等可再生能源大規(guī)模消納和傳統(tǒng)能源快速轉(zhuǎn)型的理想模式。

2、水電解制氫有三種主要技術(shù)路線(xiàn)，分別為：堿性水電解、質(zhì)子交換膜水電解和固體氧化物水電解。目前，只有堿性水電解技術(shù)得到了大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，這主要與其發(fā)展成熟、投資成本較低以及耐久性好等優(yōu)點(diǎn)相關(guān)，但該技術(shù)仍存在制氫效率較低、設(shè)備體積大、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。

3、因?yàn)榧兯妼?dǎo)率很小(1～10μs·cm)，只有加入一定量電解質(zhì)后，才有利于水電解反應(yīng)發(fā)生，所以對(duì)堿性水電解技術(shù)而言，一定濃度的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液才是較為理想的電解液。理論上，堿性水電解過(guò)程只消耗水，堿僅起導(dǎo)電作用，但由于氣體夾帶、過(guò)濾器清洗、管道系統(tǒng)跑冒滴漏等原因，實(shí)際運(yùn)行時(shí)仍要經(jīng)常向系統(tǒng)中補(bǔ)充損失的堿。然而，堿性電解液反復(fù)循環(huán)累積的雜質(zhì)離子和不溶性小顆粒，特別是吸收空氣中二氧化碳形成的碳酸鹽，都會(huì)使其導(dǎo)電能力逐漸下降。當(dāng)雜質(zhì)濃度累積到一定程度(如碳酸鹽濃度升至1mg/l)時(shí)，會(huì)造成電解電流降低，單位電耗升高，嚴(yán)重劣化電解性能和效率，從而不得不關(guān)閉系統(tǒng)更換電解液，這樣既影響了系統(tǒng)正常操作運(yùn)行，也帶來(lái)了一定的泄露風(fēng)險(xiǎn)。因此，控制電解液品質(zhì)對(duì)堿性水電解技術(shù)極為重要。

4、公開(kāi)號(hào)為cn116905007a的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了“一種堿性電解水制氫系統(tǒng)及電解水制氫方法”，系統(tǒng)包括電解槽、氣液分離裝置、以及增設(shè)的離子凈化裝置和固體雜質(zhì)過(guò)濾器，在電解的同時(shí)就能完成對(duì)電解液的凈化，避免了電解液周期性更換，減少了電解槽停機(jī)次數(shù)，但其也增加了電解系統(tǒng)的投資成本，提高了運(yùn)行的復(fù)雜性。

5、授權(quán)公告號(hào)為cn116768430b的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了“一種堿性電解液的處理方法及系統(tǒng)”、授權(quán)公告號(hào)為cn220633198u的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了“一種輔助除雜的回收裝置”、授權(quán)公告號(hào)為cn210215013u的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了“一種堿性電解液凈化回收裝置”，均采用了獨(dú)立于電解系統(tǒng)外的堿性電解液凈化設(shè)備，這種離線(xiàn)的凈化設(shè)備與電解系統(tǒng)間沒(méi)有關(guān)聯(lián)，只有把電解液全部置換后，才能進(jìn)行“系統(tǒng)外”凈化，既增加了設(shè)備投資，又增加了操作難度，還帶來(lái)了一定的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種高效規(guī)?；鸟詈现茪涔に嚰跋到y(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)的堿液循環(huán)使用的水電解工藝，本發(fā)明中堿液參與水電解后不在電解系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，而是直接送往氨水蒸餾系統(tǒng)，采用反應(yīng)蒸餾的方式，使堿液與氨水中的固定銨發(fā)生反應(yīng)生成揮發(fā)氨，揮發(fā)氨經(jīng)逐級(jí)汽提富集，在蒸餾塔頂?shù)玫胶辈荒龤夂?，再送往氨分解系統(tǒng)繼續(xù)催化分解為含氫過(guò)程氣，并進(jìn)一步分離提純得到氫氣，再與水電解制得的氫氣匯集，一起作為產(chǎn)品氫氣送往下游用戶(hù)使用。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種高效規(guī)?；鸟詈现茪涔に?，耦合堿性水電解制氫系統(tǒng)、氨水蒸餾系統(tǒng)、氨分解系統(tǒng)與氫氣分離匯集系統(tǒng)，堿性水電解制氫系統(tǒng)中的堿液不在電解系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，而直接送往氨水蒸餾系統(tǒng)，采用反應(yīng)蒸餾的方式，使堿液與氨水中的固定銨發(fā)生反應(yīng)生成揮發(fā)氨，經(jīng)逐級(jí)汽提冷凝后，將富集的含氨不凝氣送往氨分解系統(tǒng)催化分解為含氫過(guò)程氣，經(jīng)分離提純得到氫氣，最終與水電解制得的氫氣匯集后作為產(chǎn)品氫氣送往下游用戶(hù)。

4、進(jìn)一步的，一種高效規(guī)模化的耦合制氫工藝，具體包括如下步驟：

5、1)堿性水電解制氫系統(tǒng)中，在堿性電解槽內(nèi)參與水電解反應(yīng)后的堿性電解液，經(jīng)氣液分離后直接送往氨水蒸餾系統(tǒng)；其中，含氫電解液經(jīng)氣液分離、捕霧及純化后得到的高純氫氣送往氫氣分離匯集系統(tǒng)，含氧電解液經(jīng)氣液分離、捕霧及純化后得到的氧氣送往下游氧氣用戶(hù)；

6、2)氨水蒸餾系統(tǒng)中，來(lái)自堿性水電解制氫系統(tǒng)的堿液與換熱氨水在蒸餾塔內(nèi)反應(yīng)，生成的氨汽經(jīng)逐級(jí)汽提冷凝，得到的含氨不凝氣送往氨分解系統(tǒng)；

7、3)氨分解系統(tǒng)中，含氨不凝氣被催化分解為含氫過(guò)程氣；

8、4)氫氣分離匯集系統(tǒng)中，對(duì)含氫過(guò)程氣中的氫氣進(jìn)行分離提純，得到的氫氣與堿性水電解制氫系統(tǒng)送出的氫氣匯集后，作為產(chǎn)品氫氣送往下游氫氣用戶(hù)。

9、進(jìn)一步的，所述步驟1)中，堿液為包括氫氧化鉀、氫氧化鈉在內(nèi)的強(qiáng)堿溶液，堿液濃度為2％wt～40％wt。

10、進(jìn)一步的，所述步驟3)中，使用釕基或鎳基催化劑催化分解含氨不凝氣，反應(yīng)在600～850℃條件下進(jìn)行，所需熱量由燃?xì)馊紵蚋邷卣羝峁?；反?yīng)后含氫過(guò)程氣的余熱經(jīng)余熱回收裝置回收。

11、進(jìn)一步的，所述步驟4)中，分離提純含氫過(guò)程氣的方式包括變溫吸附或變壓吸附；吸附劑包括分子篩或活性炭。

12、本發(fā)明所述一種高效規(guī)模化的耦合制氫系統(tǒng)，包括堿性水電解制氫系統(tǒng)、氨水蒸餾系統(tǒng)、氨分解系統(tǒng)及氫氣分離匯集系統(tǒng)；堿性水電解制氫系統(tǒng)中的堿性電解槽通過(guò)堿液輸送管道連接氨水蒸餾系統(tǒng)中的氨水蒸餾塔，堿液輸送管道上設(shè)氣液分離器分離氫氣和氧氣；氣液分離器的氫氣出口通過(guò)氫氣管道連接產(chǎn)品氫氣管道上游的混合器；氨水蒸餾系統(tǒng)通過(guò)含氨不凝汽管道連接氨分解系統(tǒng)中的氨分解反應(yīng)器；氨分解系統(tǒng)通過(guò)含氫過(guò)程氣管道連接氫氣分離匯集系統(tǒng)；氫氣分離匯集系統(tǒng)包括依次連接的壓縮機(jī)、終冷器、吸附塔及混合器，吸附塔頂?shù)臍錃獬隹诠艿劳ㄟ^(guò)混合器連接產(chǎn)品氫氣管道。

13、進(jìn)一步的，所述堿液輸送管道包括含氫電解液管道、含氧電解液管道、堿液管道一及堿液管道二；所述氣液分離器包括氫堿分離器及氧堿分離器；堿性電解槽通過(guò)含氫電解液管道連接氫堿分離器，氫堿分離器的堿液出口連接堿液管道一；氫堿分離器的氫氣出口連接氫氣管道，氫氣管道上沿氫氣流動(dòng)方向依次設(shè)有氫冷凝器、氫捕霧器及氫純化器；堿性電解槽通過(guò)含氧電解液管道連接氧堿分離器，氧堿分離器的堿液出口連接堿液管道二；氧堿分離器的氧氣出口連接氧氣管道，氧氣管道上沿氧氣流動(dòng)方向依次設(shè)有氧冷凝器、氧捕霧器及氧純化器；堿液管道一與堿液管道二匯合后連接氨水蒸餾塔的堿液入口。

14、進(jìn)一步的，所述氨水蒸餾塔頂部的氨汽出口通過(guò)氨汽管道連接塔項(xiàng)冷凝器，塔頂冷凝器的含氨不凝氣出口中通過(guò)含氨不凝氣管道連接氨分解反應(yīng)器；塔頂冷凝器的冷凝液通過(guò)回流冷凝液管道接至氨水蒸餾塔上部的回流液入口；氨水蒸餾塔的上部設(shè)氨水入口，下部設(shè)熱源入口連接塔底再沸器，底部設(shè)蒸氨廢水出口。

15、進(jìn)一步的，所述氨分解系統(tǒng)由氨分解反應(yīng)器、加熱器、余熱鍋爐及過(guò)程氣冷卻器組成；氨分解反應(yīng)器靠近含氨不凝氣入口的一端設(shè)加熱器，氨分解反應(yīng)器的含氫過(guò)程氣出口通過(guò)含氫過(guò)程氣管道連接氫氣分離匯集系統(tǒng)；靠近氨分解反應(yīng)器的含氫過(guò)程氣管道上設(shè)余熱鍋爐，余熱鍋爐下游的含氫過(guò)程氣管道上設(shè)過(guò)程氣冷卻器。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、1)本發(fā)明所述工藝與傳統(tǒng)堿液循環(huán)使用的堿性水電解工藝相比，避免了堿液反復(fù)循環(huán)使用后雜質(zhì)離子累積和不溶性小顆粒對(duì)電解液品質(zhì)的影響，提高了電解液電導(dǎo)率，降低了電解電耗，提升了電解制氫效率，增加了電解制氫產(chǎn)量；

18、2)本發(fā)明所述工藝與現(xiàn)有焦?fàn)t煤氣凈化或廢水處理工藝相結(jié)合，把電解后的堿液作為氨水蒸餾的原料之一，利用反應(yīng)蒸餾的方法，深度分解氨水中的固定銨，再將得到的氨汽進(jìn)一步分解、分離、提純后得到氫氣，實(shí)現(xiàn)了氫氣增產(chǎn)；

19、3)本發(fā)明所述工藝是一種具備雙重制氫能力的產(chǎn)氫工藝，即包括電解制氫過(guò)程和氨分解制氫過(guò)程，不僅使總的氫產(chǎn)量大幅提高，而且是一種可大規(guī)模實(shí)施的高效耦合的制氫工藝路線(xiàn)；

20、4)采用本發(fā)明所述工藝后，省去了現(xiàn)有堿性水電解工藝必備的堿液循環(huán)泵、堿液過(guò)濾器、堿液冷卻器，以及現(xiàn)有氨水蒸餾工藝的堿液泵、堿液預(yù)熱器和堿液槽等設(shè)備；實(shí)際應(yīng)用后，耦合兩種工藝的總投資成本、運(yùn)行復(fù)雜性和能耗均得到大幅下降；

21、5)本發(fā)明所述工藝中，電解時(shí)不使用循環(huán)堿液，因此沒(méi)有堿性電解液泄露和外排的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)；

22、6)本發(fā)明所述工藝采用“綠電”時(shí)，可用于生產(chǎn)“綠氫”。

23、7)本發(fā)明所述工藝不僅涉及鋼鐵焦化行業(yè)煉焦化學(xué)品生產(chǎn)領(lǐng)域，還涉及煤化工、石油化工，以及環(huán)保和低碳生產(chǎn)等技術(shù)領(lǐng)域，是一種高效規(guī)模化的耦合工藝。