專利名稱：一種利用加熱爐煙氣回收廢甘油制氫的系統(tǒng)及回收方法
技術領域：
本發(fā)明涉機械潤滑系統(tǒng)廢甘油的回收利用，具體地說涉及利用常規(guī)熱軋板坯加熱爐水平煙道入口處煙氣余熱回收廢甘油制取潔凈能源氫氣的系統(tǒng)及回收方法。
背景技術：
在各種エ業(yè)過程中，用于各種機械系統(tǒng)潤滑的甘油往往不能被系統(tǒng)完全耗散，存在過剩，這些過剩的廢甘油被直接排放到環(huán)境中，既浪費資源，又污染 環(huán)境。各類廢棄資源再利用技術中，固體廢甘油的回收并沒有受到研究人員的足夠重視，對于現(xiàn)有的ー些回收技術，由于孤立地考慮廢甘油的直接利用，費用較大，可操作性不強，如ー種從含有非常少量的甘油的廢水容液中回收甘油的方法(見國內專利“從含鹽廢水中回收甘油”，專利號CN85109000)，該法在回收甘油時經過蒸發(fā)、與戊醇接觸、分離析出的鹽、閃蒸除戊醇、真空精餾五個環(huán)節(jié)，流程較為復雜，投資成本高，不適合潤滑過程中未耗凈的廢甘油的回收。常規(guī)熱軋板坯加熱爐煙道入口處煙氣溫度在800°C 950°C之間，對于這類煙氣余熱的回收方式通常是在水平煙道放一到ニ組空氣換熱器，在空氣換熱器后再加一組煤氣換熱器(有的加熱爐無煤氣換熱器)對煤氣進行預熱。在實際使用過程中，由于排煙溫度過高，水平煙道內的空、煤氣換熱器很容易燒壞，此條件下?lián)Q熱器的壽命一般在2年左右。為解決此問題，常用的辦法是在水平煙道入口處加一臺風機進行吹掃，降低入口煙溫，使換熱器入口處煙氣溫度降低到600°C 700°C之間，此法可保證換熱器的壽命維持在5年左右。但缺點是降低了煙氣余熱的能級，増加了風機的電消耗。因此有必要開發(fā)新技術對此部分煙氣余熱進行回收。現(xiàn)有各類氫氣的制備新技術中，從能量消耗的角度來說有兩個主要流派ー是消耗電能，常見的是用電解水的制氫方法，如專利“電解水制氫裝置”(專利號CN200820218961. X)，該專利提供了一種電解水制氫裝置。該裝置能夠將制取氫氣所耗掉的電量回收，用回收的電量再使電解槽產生電解所需的電壓，如此反復，可大大降低電解所耗費的電能。但其消耗電能的本質沒有改變。ニ、消耗熱能，如專利“ー種利用催化劑裂化再生煙氣制氫的方法”(專利號CN200810302074. 5)，該專利提供制氫方法反應溫度為500°C 660°C，維持該反應需要耗散大量的熱源。這兩類制氫技術都是在大量耗散ー種能源的同時得到另ー種能源。整個過程包含了能級的降低然后再升高兩個過程。因此，不宣在孤立系統(tǒng)中制備氫氣，可將制氫的反應系統(tǒng)放置于前述的煙道系統(tǒng)中，即將甘油制氫的反應器作為余熱回收裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開ー種利用加熱爐煙氣回收廢甘油制氫的系統(tǒng)及回收方法，利用甘油具有與水無限互溶的物性和甘油的水溶液可以作為潔凈能源氫氣的制備原料兩大特性，對潤滑用廢甘油進行回收，配制成甘油水溶液，并利用常規(guī)熱軋板坯加熱爐水平煙道入口處煙氣余熱資源對回收后機械潤滑系統(tǒng)廢棄甘油進行深度處理制取潔凈能源氫氣，避免直接回收利用甘油所需的繁瑣エ藝，通過煙氣余熱作用，將其轉化成潔凈能源氫氣，從而實現(xiàn)廢甘油的綜合利用。本發(fā)明的特點是在常規(guī)熱軋板坯加熱爐水平煙道入口處安裝余熱回收系統(tǒng)，該位置煙氣溫度范圍為800°C 950°C，該系統(tǒng)包括甘油水溶液預熱器、CO2吸附劑預熱器、發(fā)射器、反應器和固-氣分離器等5個主要組成部分，在煙道外側發(fā)射器的上方安裝CO2吸附劑添加裝置和CO2吸附劑預熱裝 置。本發(fā)明的エ藝步驟如下首先對固態(tài)廢棄甘油進行收集；并利用甘油能夠與水能夠以任意比進行溶解的特點，將收集的廢甘油配制成甘油與水按摩爾比為I : 4 7的水溶液，并將該溶液加熱到65°C 75°C，然后過濾去除雜質得到純凈甘油水溶液；將此甘油水溶液加水后配制成甘油與水的摩爾比為I : 8. 9 9. 3水溶液，并泵到置于煙道中的甘油預熱裝置中進行預熱，同時將CO2吸附劑從其添加裝置中導入到置于煙道中的預熱器進行預熱，兩者的預熱溫度范圍為510°C 530°C，CO2吸附劑為顆粒直徑為38 180 μ m的鉀活化Mg-Al基水滑石；將預熱后的甘油水溶液和CO2吸附劑導入發(fā)射器中，在發(fā)射器中混合，然后通入反應器中，在反應器中發(fā)生如下反應C3H803+3H20 = 3C02+7H2, ΔH298 = 128kJ/mol,反應溫度為527°C 577°C，反應生成物中的CO2與CO2吸附劑反應，反應所采用的催化劑為鎳，催化劑通過再生可重復使用，催化劑活性面積> 70. 00m2/g，活性時間為6 7小時；反應的壓力條件為I個大氣壓，甘油水溶液的流速為O. 4 O. 7m/s，甘油水溶液與吸附劑的質量比為I : 3. I 3. 3。反應器為兩組，一組更換催化劑時另ー組工作。其后，反應生成物與CO2吸附劑在固-氣分離器中依靠吸附劑顆粒與氣態(tài)混合物比重不同的特性實現(xiàn)固、氣分離，分離后氣態(tài)產物(為氫氣和水蒸汽)經過除水處理后得到潔凈能源氫氣并儲存于氫氣瓶內。CO2吸附劑出除塵器后收集吸附劑收集器中，吸附劑通過再生可循環(huán)使用。本發(fā)明通過對固體廢甘油和常規(guī)板坯加熱爐水平煙道入口處余熱的綜合利用，避免了機械潤滑系統(tǒng)未耗散的廢甘油直接排放而導致的環(huán)境污染和資源浪費，同時實現(xiàn)了常規(guī)板坯加熱爐水平煙道入口處煙氣余熱回收，并將此部分能源由低能級的余熱形式轉化為高能級氫能源，具有良好的經濟價值和社會效益。


附圖為本發(fā)明利用加熱爐煙氣回收廢甘油制氫系統(tǒng)示意圖。圖中1固態(tài)廢甘油、2為待反應的潔凈甘油水溶液、3為甘油預熱器、4為CO2吸附劑添加裝置、5為CO2吸附劑預熱裝置、6發(fā)射器、7為反應器、8為固-氣分離器、9為氫氣瓶、10為CO2吸附劑收集裝置、11為加熱爐水平煙道入口。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的實施例做詳細介紹。本發(fā)明是在常規(guī)熱軋板坯加熱爐水平煙道入口 11處安裝余熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括甘油水溶液預熱器3、CO2吸附劑預熱器5、發(fā)射器6、反應器7和固-氣分離器8，將甘油水溶液預熱器和CO2吸附劑預熱器平行安裝于加熱爐煙道入口上方，二者均垂直于水平方向放置，并分別通過連接管道與置于煙道入口底部的發(fā)射器相連，反應器和固-氣分離器與發(fā)射器一祥均置于煙道內部，并通過連接管道依次相連，二者的放置方式皆垂直于水平方向也保證固-氣分離。為連續(xù)提供系統(tǒng)反應所需CO2吸附劑，在煙道外側發(fā)射器的上方安裝CO2吸附劑添加裝置4和CO2吸附劑預熱裝置5。實例I :取回收的IOOkg廢甘油，其質量濃度為92%，則其含有純甘油的量為lOOOmol，在此甘油中加入7000mol (126kg)水，通過靜置過濾得到具有一定純度的甘油水溶液。將該水溶液加熱到75°C，并進行過濾得到純凈的甘油水溶液。上述過程中水的損耗為 IOOmol ο如圖所示，將本發(fā)明提供的余熱回收系統(tǒng)安裝于常規(guī)熱軋板坯加熱爐水平煙道入ロ 11處，這類加熱爐煙囪底部抽カ為-400 -300Pa之間，單組空、煤氣換熱器的阻力通常低于lOOPa，在水平煙道入口放入制氫反應系統(tǒng)后，由于其內部需要加熱液態(tài)物質(甘油水溶液)，其體積必然比空、煤氣換熱器對煙氣的阻カ小很多，因此三者的阻力和值不會超過 排煙所需抽力，即加入制氫系統(tǒng)不影響加熱爐排畑。煙氣溫度為950°C，反應溫度為577°C，甘油水溶液的流速為0. 7m/s,甘油水溶液中加入水的量為2400摩爾后其摩爾濃度比為I 9.3。甘油水溶液和CO2吸附劑預熱溫度為530°C，然后通過發(fā)射器通入反應器中反應，反應后的混合物在旋風除塵器中實現(xiàn)氫氣、氣態(tài)水和CO2吸附劑分離。氫氣和氣態(tài)水出煙道后，由于受溫降的影響，水與氫氣實現(xiàn)分離，并將氫氣收集到氫氣瓶中，氫氣的量為7000摩爾。CO2吸附劑出煙道后收集到收集器中，再生后循環(huán)使用。實例2取回收的115kg的廢甘油，其質量濃度為80%，則其含有純甘油的量為lOOOmol，在此甘油中加入7000mol(126kg)水，通過靜置過濾得到具有一定純度的甘油水溶液。將該水溶液加熱到70°C，并進行過濾得到純凈的甘油水溶液。上述過程中水的損耗為lOOmol。按本技術方案將余熱回收系統(tǒng)安裝于常規(guī)熱軋板坯加熱爐水平煙道入口處，如實例I所述，該處加設制氫裝置后不影響加熱爐排煙，預熱溫度為520°c，然后通過發(fā)射器通入反應器中反應，反應后的混合物在旋風除塵器中實現(xiàn)氫氣、氣態(tài)水和CO2吸附劑分離。氫氣和氣態(tài)水出煙道后，由于受溫降的影響，水與氫氣實現(xiàn)分離，并將氫氣收集到氫氣瓶中，氫氣的量為7000摩爾。CO2吸附劑出煙道后收集到收集器中，再生后循環(huán)使用。實例3取回收的126kg廢甘油，其質量濃度為73%，則其含有純甘油的量為lOOOmol，在此甘油中加入7000mol(126kg)水，通過靜置過濾得到具有一定純度的甘油水溶液。將該水溶液加熱到65°C，并進行過濾得到純凈的甘油水溶液。上述過程中水的損耗為lOOmol。將本發(fā)明提供的余熱回收系統(tǒng)安裝于常規(guī)熱軋板坯加熱爐水平煙道入口處，如實例I所述，該處加設制氫裝置后不影響加熱爐排煙，煙氣溫度為800°C，反應溫度為527°C，甘油水溶液的流速為0. 4m/s,甘油水溶液中加入水的量為2000摩爾后其摩爾濃度為I 8.9。甘油水溶液和CO2吸附劑預熱溫度為510°C，然后通過發(fā)射器通入反應器中反應，反應后的混合物在旋風除塵器中實現(xiàn)氫氣、氣態(tài)水和CO2吸附劑分離。氫氣和氣態(tài)水出煙道后，由于受溫降的影響，水與氫氣實現(xiàn)分離，并將氫氣收集到氫氣瓶中，氫氣的量為7000摩爾。CO2吸附劑出煙道后收集到收集器中，再生后循環(huán)使用。
權利要求
1.ー種利用加熱爐煙氣回收廢甘油制氫的系統(tǒng)，其特征在于，在常規(guī)熱軋板坯加熱爐水平煙道入口處安裝余熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括甘油水溶液預熱器、發(fā)射器、反應器和固-氣分離器，將甘油水溶液預熱器和CO2吸附劑預熱器平行安裝于加熱爐煙道入口上方，二者均垂直于水平方向放置，并分別通過連接管道與置于煙道入口底部(煙道內)的發(fā)射器相連，反應器和固-氣分離器與發(fā)射器一祥均置于煙道內部，并通過連接管道依次向連，二者的放置方式皆垂直于水平方向以保證固-氣分離。
2.根據權利要求I所述的ー種利用加熱爐煙氣回收廢甘油制氫的系統(tǒng)，其特征在干，在煙道外側發(fā)射器的上方安裝CO2吸附劑添加裝置和CO2吸附劑預熱裝置。
3.ー種應用權利要求I所述的利用加熱爐煙氣回收廢甘油制氫系統(tǒng)的回收方法，其特征在干， a)首先對固態(tài)廢棄甘油進行收集，將收集的廢甘油配制成甘油與水按摩爾比為I 4 7的水溶液，并將該溶液加熱到65°C 75°C，然后過濾去除雜質得到純凈甘油水溶液； b)將此甘油水溶液加水后配制成甘油與水的摩爾比為I: 8. 9 9. 3水溶液，并泵到置于煙道中的甘油預熱器中進行預熱，同時將CO2吸附劑從其添加裝置中導入到置于煙道中的預熱器進行預熱，兩者的預熱溫度范圍為510°C 530°C ； c)將預熱后的甘油水溶液和CO2吸附劑導入發(fā)射器中，在發(fā)射器中混合，然后通入反應器中，在反應器中發(fā)生如下反應C3H803+3H20 = 3C02+7H2, AH298 = 128kJ/mol, 反應溫度為527°C 577°C，反應生成物中的CO2與CO2吸附劑反應，并加入催化劑，催化劑活性面積> 70. 00m2/g，活性時間為6 7小時；反應的壓力條件為I個大氣壓，甘油水溶液的流速為O. 4 O. 7m/s，甘油水溶液與吸附劑的質量比為I : 3. I 3. 3。
d)反應器為兩組，交替使用，反應生成物與CO2吸附劑在固-氣分離器中依靠吸附劑顆粒與氣態(tài)混合物比重不同的特性實現(xiàn)固氣分離，分離后氣態(tài)產物——氫氣和水蒸汽，經過除水處理后得到潔凈能源氫氣并儲存于氫氣瓶內，實現(xiàn)廢甘油制氫過程。
CO2吸附劑出除塵器后收集吸附劑收集器中，吸附劑通過再生可循環(huán)使用。
4.根據權利要求3所述的利用加熱爐煙氣回收廢甘油制氫系統(tǒng)的回收方法，其特征在于，所述的CO2吸附劑為顆粒直徑為38 180 μ m的鉀活化Mg-Al基水滑石。
5.根據權利要求3所述的利用加熱爐煙氣回收廢甘油制氫系統(tǒng)的回收方法，其特征在于，所述的反應所催化劑為鎳，使用過的催化劑通過再生可重復使用。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用加熱爐煙氣回收廢甘油制氫的系統(tǒng)及回收方法，其特點是在常規(guī)熱軋板坯加熱爐水平煙道入口處安裝余熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括甘油水溶液預熱器、發(fā)射器、反應器和固-氣分離器，將甘油水溶液預熱器和CO2吸附劑預熱器平行安裝于加熱爐煙道入口上方，二者分別通過連接管道與置于煙道入口底部(煙道內)的發(fā)射器相連，反應器和固-氣分離器與發(fā)射器均置于煙道內部，本發(fā)明通過對固體廢甘油和常規(guī)板坯加熱爐水平煙道入口處余熱的綜合利用，避免了機械潤滑系統(tǒng)未耗散的廢甘油直接排放而導致的環(huán)境污染和資源浪費，同時實現(xiàn)了加熱爐水平煙道入口處煙氣余熱回收，具有良好的經濟價值和社會效益。
文檔編號C01B3/38GK102718184SQ20111007781
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月29日
發(fā)明者劉常鵬, 張?zhí)熨x, 張宇, 李衛(wèi)東, 王東山, 袁玲, 賈麗娣, 賈振 申請人:鞍鋼股份有限公司