[發明專利]一種煤氣化制氫的裝置及方法

無效

• 申請號: 201210027948.7
• 申請日: 2012-02-09
• 公開（公告）號: CN102585911A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 趙皓;沈來宏;宋國輝;宋濤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C10J3/56
• 分類號: C10J3/56;C10J3/66;C10K1/32
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明為一種基于鈣基吸附劑循環的煤氣化制氫的裝置及方法，尤其是通過煤氣化制氫裝置實現煤氣化、鈣基吸附劑捕捉二氧化碳和碳酸鈣煅燒三個過程分離的裝置及方法。

背景技術

煤炭利用技術產生大量的有害物質，對生態環境造成極大危害，其中排放的二氧化碳直接導致溫室效應，而二氧化碳的分離與處理需要消耗大量能量，如何合理利用煤炭、減少二氧化碳排放是煤炭利用技術的關鍵問題，煤炭利用技術主要分為直接燃燒與間接利用，間接利用主要通過化學鏈燃燒技術或煤氣化等技術實現。

傳統的煤氣化制氫技術，以石英砂作為床料，空氣（氧氣）、水蒸汽或氧氣和水蒸汽的混合氣體為流化氣體，在氣化反應器內煤顆粒進行部分燃燒和氣化，分別生成燃燒產物與氣化產物，收集后得到一定純度的燃料氣體，氣化所需熱量由煤的燃燒過程提供；缺點是煤燃燒產生的煙氣摻混到煤氣化產生的氣化產物中，燃料氣體品質低下。

現階段，基于雙流化床反應器的煤氣化制氫技術被采用，以鈣基吸附劑顆粒作為床料，煤氣化反應與碳酸鈣的煅燒反應分離；在氣化反應器內，水蒸汽作為流化氣體，煤顆粒與水蒸汽進行氣化反應，生成氣化產物，同時，鈣基吸附劑顆粒捕捉氣化產物中的二氧化碳，生成碳酸鈣顆粒，通過料腿返回到煅燒反應器，收集反應后的氣體產物，得到一定純度的燃料氣體；在煅燒反應器內，碳酸鈣顆粒煅燒生成鈣基吸附劑顆粒，再生的吸附劑顆粒通過旋風分離器返回到氣化反應器，從而實現鈣基吸附劑的循環利用以及兩個反應器間的熱量傳遞。但在常壓下，煤顆粒的最佳氣化溫度在900℃以上，而鈣基吸附劑捕集二氧化碳的最佳溫度在600-650℃；在氣化反應器中，煤顆粒氣化與鈣基吸附劑顆粒捕集二氧化碳這兩個過程同時進行，二者最佳反應溫度的不匹配性限制了該技術的應用，氣化反應器中煤顆粒氣化與鈣基吸附劑顆粒捕集二氧化碳的效果都不理想，產生的燃料氣中氫含量偏低，二氧化碳含量偏高，導致品質下降。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種能將煤氣化、鈣基吸附劑捕捉二氧化碳和碳酸鈣煅燒三個過程分離的煤氣化制氫的裝置及方法，用該方法氣化煤顆粒能得到更高品質的富氫燃料氣，并有效地捕集二氧化碳。?

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供了一種煤氣化制氫裝置，包括氣化反應器、與氣化反應器相對設置的吸附反應器、設置在氣化反應器與吸附反應器之間的煅燒反應器、氣化旋風分離器、吸附旋風分離器、外置熱交換器、氣化隔離器和吸附隔離器，

氣化反應器下部設有煤顆粒的進口和水蒸汽的第一進汽口，氣化隔離器下部設有水蒸汽的第二進汽口，氣化反應器的上部設有高溫合成氣的排氣口，吸附反應器下部設有低溫合成氣的進氣口和水蒸汽的第三進汽口，吸附反應器上部為富氫燃料氣排氣口，煅燒反應器的下部設有空氣的進氣口，氣化旋風分離器的上部設有第一煙氣排氣口，吸附旋風分離器?的上部設有第二煙氣排氣口；

外置熱交換器的高溫合成氣的進氣口連接氣化反應器的高溫合成氣的排氣口，外置熱交換器的低溫合成氣的出氣口接吸附反應器的低溫合成氣的進氣口，煅燒反應器上部分別與氣化旋風分離器的上部、吸附旋風分離器的上部相連通，氣化反應器通過氣化隔離器與煅燒反應器相連通，吸附反應器通過吸附隔離器與煅燒反應器相連通，氣化旋風分離器下部的氣化旋風分離器料腿插入氣化反應器，吸附旋風分離器下部的吸附旋風分離器料腿插入吸附反應器中。

優選的，所述煤氣化制氫裝置中的床料為鈣基吸附劑顆粒。

本發明還提供了一種煤氣化制氫裝置的氣化方法煤氣化制氫的方法包括煤顆粒的熱解氣化反應、鈣基吸附劑顆粒的碳酸化反應和碳酸鈣顆粒的煅燒反應；其中，

煤顆粒的熱解氣化反應：氣化反應器采用水蒸汽流化，將煤顆粒和水蒸汽分別從氣化反應器下部的煤顆粒的進口與水蒸汽的第一進汽口輸送進入氣化反應器，煅燒反應器的高溫鈣基吸附劑顆粒通過氣化旋風分離器料腿進入氣化反應器，對煤顆粒和水蒸汽加熱，煤顆粒發生熱解氣化反應，分解產生揮發性物質以及焦炭顆粒，焦炭顆粒進一步與水蒸汽發生水煤氣反應產生高溫合成氣，同時，氣化反應器中的鈣基吸附劑顆粒進行脫硫反應吸收合成氣中的硫氧化物，剩余的焦炭顆粒和鈣基吸附劑顆粒經氣化隔離器進入煅燒反應器，高溫合成氣從氣化反應器上部高溫合成氣的排氣口排出，氣化反應器溫度維持在900℃-950℃；