[發明專利]一種雙循環鏈式燃燒氫熱聯產并分離CO2的方法及其裝置

有效

• 申請號: 201110106761.1
• 申請日: 2011-04-27
• 公開（公告）號: CN102219183A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 向文國;陳時熠;薛志鵬;王東
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C01B3/10
• 分類號: C01B3/10
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明涉及利用含碳燃料氣體制取氫氣的方法和裝置，尤其涉及一種利用含碳燃料氣體經過鏈式循環制取氫氣并捕集CO₂的方法和裝置。

背景技術

氫氣，作為一種能源，可以直接燃燒發電、供熱或者通過燃料電池用于移動電源。氫氣在能量的轉化過程中，伴隨產物是水。氫氣作為一種無污染的二次能源，可以真正實現污染物的零排放。隨著全球氣候變暖和環境污染日益加劇，氫氣在不久的將來有望成為重要的能源載體。目前氫氣主要用作化工原料而非能源，其生產主要通過化石燃料的重整或者氣化。化石燃料在制取氫氣的過程中會產生二氧化碳。二氧化碳是一種典型的溫室氣體，如果將氫氣用作燃料并且在制氫的過程中不對二氧化碳加以捕集而排放到大氣中，將直接加劇溫室效應所導致的全球氣候變化。氫氣作為環境友好的二次能源的優點將會消失。我國是一個以煤為主要燃料的國家，在這一基本國情下，氫源的選擇主要來自于以煤為主的化石燃料，所以清潔高效地利用以煤為主的化石燃料制取氫氣并且有效捕集二氧化碳成為化石燃料清潔制氫的關鍵之一。

發明內容

本發明提供一種雙循環鏈式燃燒氫熱聯產并分離CO₂的方法及其裝置。本發明在利用含碳燃料氣體制取氫氣的同時能夠有效分離CO₂，并且產生附加熱量，具有減少溫室氣體排放和能量轉化效率高的優點。

本發明的方法技術方案如下：

一種雙循環鏈式燃燒氫熱聯產并分離CO₂的方法，將鐵置于制氫系統的空氣反應器流化床中，在制氫系統的空氣反應器流化床下端通入空氣，制氫系統的空氣反應器底室處于鼓泡流態化；制氫系統的空氣反應器流化床的溫度控制在1000℃；鐵與空氣中的氧氣反應生成Fe₂O₃；Fe₂O₃經過制氫系統的空氣反應器過渡段以及制氫系統的空氣反應器提升管，被空氣提升至制氫系統的空氣旋風分離器，經過氣固分離，Fe₂O₃通過制氫系統的空氣反應器下料管進入制氫系統的燃料反應器中；制氫系統的燃料反應器的溫度控制在900℃；制氫系統的燃料反應器流化床下端通入含碳的燃料氣體，制氫系統的燃料反應器處于鼓泡流態化，Fe₂O₃被還原為FeO或Fe；FeO或Fe經過溢流槽進入制氫系統的水蒸氣反應器流化床；在制氫系統的水蒸氣反應器流化床下端通入水蒸氣，水蒸氣反應器底室處于鼓泡流態化，制氫系統的水蒸氣反應器流化床的溫度控制在650℃；還原態的FeO或Fe與水蒸氣反應，固體產物為Fe₃O₄，氣體產物為H₂；Fe₃O₄經過水蒸氣反應器過渡段以及水蒸氣反應器提升管至氫氣旋風分離器，氣固經過分離，固體產物Fe₃O₄經過水蒸氣反應器下料管以及水蒸氣反應器溢流槽進入制氫系統的空氣反應器流化床，氣體產物則經過氫氣旋風分離器出口逸出，冷凝分離出其中的水后，得到純凈的H₂；進入制氫系統的空氣反應器流化床的Fe₃O₄與空氣煅燒，Fe₃O₄轉化為Fe₂O₃，Fe₂O₃實現循環利用；從制氫系統的燃料反應器出來的煙氣通過連接管進入制熱系統的燃料反應器流化床中的燃料反應器底部風室；在制熱系統的燃料反應器流化床中加入NiO，燃料反應器流化床中的燃料反應器處于鼓泡流態化；制熱系統的燃料反應器的溫度控制在900℃；NiO與來自制氫系統的燃料反應器煙氣中的殘余燃料氣體反應，固體產物為Ni，氣體產物為CO₂及水蒸氣；CO₂及水蒸氣從制熱系統的燃料反應器出口逸出，冷凝分離出其中的水后，得到純凈的CO₂，實現CO₂的捕集；制熱系統的燃料反應器的固體產物Ni通過溢流槽進入制熱系統的流化床中的空氣反應器底室，在制熱系統的空氣反應器下端通入空氣，制熱系統的空氣反應器底室處于鼓泡流態化，制熱系統的空氣反應器流化床的溫度控制在1000℃；還原態的Ni被空氣氧化，生成NiO，同時釋放出熱量；NiO經過制熱系統的空氣反應器過渡段以及制熱系統的空氣反應器提升管至制熱系統的空氣旋風分離器，氣固經分離，空氣從制熱系統的空氣旋風分離器出口逸出，固體產物NiO經過制熱系統的空氣反應器下料管進入制熱系統的燃料反應器，NiO實現循環利用。