[發明專利]一種利用煙氣制備合成氣的方法

有效

• 申請號: 201710311596.0
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107098312B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 梁志武;趙蕓蕾;金波
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C01B3/34
• 分類號: C01B3/34
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;蔣尊龍

本發明公開了一種利用煙氣制備合成氣的方法，利用煙氣中的二氧化碳、空氣中的氧氣以及過程中產生的水蒸氣通過化學鏈三重整甲烷實現制備不同比例的合成氣，同時化學鏈燃燒給化學鏈重整提供能量，整個系統實現完全自熱的過程。該方法既可以在沒有外加能量的情況下實現三重整反應制備合成氣，又可以實現二氧化碳的廢氣利用。

技術領域

本發明涉及一種利用煙氣制備合成氣的方法。

背景技術

人口增加及現有技術的發展，對能源的需求越來越大。傳統的能源利用存在許多問題，如“溫室效應”帶來的影響日益顯著，對CO₂的捕獲與資源化利用刻不容緩。常規的CO₂捕獲有燃燒前捕獲、燃燒后捕獲、富氧燃燒等工藝。燃燒后捕獲存在氮氣不易與CO₂分離的問題，燃燒前捕獲涉及變換反應制氫，最初的燃料轉化步驟較為復雜，系統成本較高，富氧燃燒工藝需要通純氧反應，昂貴的空氣分離裝置增大了設備成本。

關于將CO₂用于有機燃料的重整方面，目前有很多研究。以CO₂重整甲烷為例，理論H₂/CO摩爾比為1:1，不適于直接整合到下游產品工藝中，并且CO₂重整甲烷需要高壓條件，是強吸熱反應，若由CH₄燃燒提供熱能，會影響總凈碳效率。同時CO₂重整甲烷操作中要考慮CH₄和CO₂的進料比，若CO₂過量，還需考慮CO₂和產物氣體分離。相應地，甲烷部分氧化重整是放熱反應，不需外界供能，并且所得H_2/CO為2:1，可直接用于下游F-T合成工藝。但是甲烷部分氧化重整需要嚴格控制投料比以及操作條件，防止CH₄完全氧化，同時，為防止空氣中的N₂稀釋產物氣流，甲烷部分氧化重整需要通入純氧，即需要昂貴的空氣分離裝置。化學鏈技術的引用就解決了這些問題。化學鏈重整技術利用固體載體將常規的氣-氣重整反應變成兩個獨立的氣-固反應，有效地控制了反應速率，并利用載體傳遞物質及能量，實現了產物的原位分離。利用化學鏈空分的概念，分子氧與氧載體反應變成晶格氧，同時分離出氮氣，避免了NOx生成的同時又防止空氣中的N₂稀釋產物氣流，因此也減少了需要空分設備的成本。

發明內容

本發明解決的技術問題之一是，現有技術中甲烷重整需要消耗大量的能耗，且對于氣-氣反應，需要大容積的設備，且難以控制反應進程，不利于產業化。

本發明解決的技術問題之二是，傳統的CO₂捕獲技術能耗巨大，捕獲的CO₂利用率低，難以高效節能的方式實現CO₂捕獲與利用一體化。

本發明的技術方案是，提供一種利用煙氣制備合成氣的方法，包括以下步驟：

（1）將煙氣引入裝有氧載體和二氧化碳載體的第一反應器中，利用二氧化碳載體捕獲煙氣中的二氧化碳，再經氣固分離后得到氧載體和碳酸化的二氧化碳載體；所述碳酸化的二氧化碳載體是指二氧化碳載體與二氧化碳結合后的產物；

（2）將步驟（1）得到的氧載體和碳酸化的二氧化碳載體加入到第二反應器中，通入空氣，利用氧載體捕獲空氣中的氧氣，再經氣固分離后得到氧化態的氧載體和碳酸化的二氧化碳載體；所述氧化態的氧載體是指氧載體與氧氣結合后的產物；使分子氧反應后得到帶有晶格氧的產物；

（3）將步驟（2）得到的氧化態的氧載體和碳酸化的二氧化碳載體分成載體A和載體B兩部分，載體A加入到第三反應器中，載體B加入到第四反應器中；

將氧化態的氧載體和碳酸化的二氧化碳載體所組成的混合物分成兩股物料，即載體A和載體B，顯然載體A和載體B均含有上述兩種載體（氧化態的氧載體和碳酸化的二氧化碳載體）；