[發(fā)明專利]一種基于化學(xué)鏈反應(yīng)的氧氣-氫氣聯(lián)產(chǎn)裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310201778.4
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103274361A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于慶波;王坤;白敬晨;秦勤
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02;C01B3/06
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種基于化學(xué)鏈反應(yīng)的氧氣-氫氣聯(lián)產(chǎn)裝置，包括制氧流化床、制氫流化床、固定床和旋風(fēng)分離器；其特征在于制氧流化床的上部設(shè)有制氧流化床氣體出口，下部設(shè)有制氧流化床返料口，制氧流化床氣體出口與制氧旋風(fēng)分離器相連，制氧流化床返料口與固定床底部的固定床下料口相連，制氧旋風(fēng)分離器下部與制氫流化床進(jìn)料口相連；制氫流化床的上部設(shè)有制氫流化床氣體出口，制氫流化床氣體出口與制氫旋風(fēng)分離器相連，制氫旋風(fēng)分離器下部與固定床頂部的固定床進(jìn)料口相連；

所述的制氧流化床中部設(shè)有制氧流化床加料/補(bǔ)料口，底部設(shè)有制氧流化床載氣進(jìn)口和制氧流化床排料口；所述的制氫流化床底部設(shè)有制氫流化床水蒸氣進(jìn)口和制氫流化床排料口；所述的固定床上部設(shè)有固定床貧氧氣體出口，底部設(shè)有固定床氣體進(jìn)口；

所述的制氧流化床載氣進(jìn)口、制氫流化床水蒸氣進(jìn)口、固定床氣體進(jìn)口及固定床下料口均設(shè)有流量控制裝置；

所述的制氧旋風(fēng)分離器上部設(shè)有氧氣排氣口，并依次連接有布袋除塵器和氧氣儲氣柜；所述的制氫旋風(fēng)分離器上部設(shè)有氫氣排氣口，并依次連接有冷凝器、布袋除塵器和氫氣儲氣柜。

2.采用上述基于化學(xué)鏈反應(yīng)的氧氣-氫氣聯(lián)產(chǎn)裝置生產(chǎn)氫氣和氧氣的方法按照以下步驟進(jìn)行：

（1）將載氧體顆粒由制氧流化床加料/補(bǔ)料口加入到制氧流化床中，控制制氧流化床中反應(yīng)溫度為300-1100℃，載氧體進(jìn)行脫氧反應(yīng)并釋放氧氣；

打開制氧流化床載氣進(jìn)口流量控制裝置，通入載氣，載氣流量與反應(yīng)釋放的氧氣流量比控制在（1~5）：1，氧氣由載氣帶入制氧旋風(fēng)分離器中，脫氧后的載氧體顆粒也進(jìn)入制氧旋風(fēng)分離器，在制氧旋風(fēng)分離器中進(jìn)行氣固分離，載氣和氧氣經(jīng)制氧旋風(fēng)分離器上部排氣口進(jìn)入氧氣儲柜中，脫氧后的載氧體顆粒經(jīng)制氧旋風(fēng)分離器的下部進(jìn)入制氫流化床進(jìn)料口；

（2）控制制氫流化床的制氫反應(yīng)溫度為400-800℃，打開制氫流化床水蒸氣進(jìn)口流量控制裝置，脫氧后的載氧體與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成氫氣，水蒸氣與載氧體中活性成分的化學(xué)當(dāng)量比控制在（3~10）：1，生成的氫氣由水蒸氣帶入制氫旋風(fēng)分離器中，制氫后的載氧體顆粒也進(jìn)入制氫旋風(fēng)分離器，在制氫旋風(fēng)分離器中進(jìn)行氣固分離，水蒸汽在冷凝器中冷凝，氫氣進(jìn)入氫氣儲氣柜存儲，制氫后的載氧體顆粒經(jīng)制氫旋風(fēng)分離器的下部進(jìn)入固定床進(jìn)料口；

（3）控制固定床的空氣反應(yīng)器溫度為450-700℃，打開固定床氣體進(jìn)口流量控制裝置，通入反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體中氧氣與載氧體中活性成分的化學(xué)當(dāng)量比控制在（2~3）：1，制氫后的載氧體與反應(yīng)氣體中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，得到再生載氧體，再生載氧體經(jīng)固定床下料口和制氧流床返料口，再次回到制氧流化床，循環(huán)使用。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于化學(xué)鏈反應(yīng)的氧氣-氫氣聯(lián)產(chǎn)裝置生產(chǎn)氫氣和氧氣的方法，其特征在于所述的制氧反應(yīng)器中載氣是純氧氣、二氧化碳?xì)怏w或富含二氧化碳的工業(yè)煙氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于化學(xué)鏈反應(yīng)的氧氣-氫氣聯(lián)產(chǎn)裝置生產(chǎn)氫氣和氧氣的方法，其特征在于所述的空氣反應(yīng)器中反應(yīng)氣體為空氣或貧氧氣體，其中的氧氣體積分?jǐn)?shù)為5~21%。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于化學(xué)鏈反應(yīng)的氧氣-氫氣聯(lián)產(chǎn)裝置生產(chǎn)氫氣和氧氣的方法，其特征在于所述的載氧體是由活性組分和惰性載體按照質(zhì)量比(2~12):3組成的固體顆粒，直徑為10~1000μm；其中所述的活性成分是單一金屬氧化物Co₃O₄、CuO、Mn₂O₃、MnO₂、CrO₂、Fe₂O₃或Fe₃O₄，或上述幾種金屬氧化物任意比例的組合，或具有ABO₃型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦型金屬氧化物；所述的惰性載體是Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、MgAl₂O₄或YSZ釔穩(wěn)定氧化鋯。