[發明專利]一種基于化學鏈技術的煤或生物質氣化直接制備氫氣和一氧化碳的方法

有效

• 申請號: 201911345280.9
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN110982558B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 向文國;劉一君;陳時熠
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C10J3/56
• 分類號: C10J3/56;C10J3/84;C10K1/02;C10J3/82;C10J3/72;C01B13/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種基于化學鏈技術的煤或生物質氣化直接制備氫氣和一氧化碳的方法，包括：燃料反應器、氧氣反應器、第一氣固分離裝置、第二氣固分離裝置、第一控制流動裝置、第二控制流動裝置、空氣分離裝置；氧化鈣在燃料反應器中捕集二氧化碳，在氧氣反應器中釋放二氧化碳，在催化劑作用下二氧化碳和焦炭反應生成一氧化碳，氧氣和二氧化碳既作為流化介質，同時也作為反應原料。本發明流程簡單，操作方便，工藝原料科學易得，成本低，碳利用效率高，污染物少，環境友好。

技術領域

本發明涉及能源化工技術領域，尤其是一種基于化學鏈技術的煤或生物質氣化直接制備氫氣和一氧化碳的方法。

背景技術

合成氣是以一氧化碳和氫氣作為主要組分，用作化工原料的一種原料氣。合成氣的原料范圍很廣，可由煤或焦炭等固體燃料氣化產生，也可由天然氣和石腦油等輕質烴類制取，還可由重油經部分氧化法生產。然而，在過去生產合成氣的過程中，不論是以煤還是天然氣為燃料，均會產生大量二氧化碳，因此，在合成氣生產過程中，去除二氧化碳或將二氧化碳轉化為一氧化碳是進一步提高系統效率、減少排放和保護環境所需要的。

鈣基化學鏈碳捕集技術是目前研究較為廣泛的二氧化碳捕集技術，世界上已有示范裝置級別的鈣循環燃燒后捕集二氧化碳裝置，煤氣化或甲烷濕重整過程與鈣循環耦合的制氫過程可以生產出純度很高的氫氣(85％)并捕集二氧化碳，但被捕集后的二氧化碳如何處置便成為了一個新的問題，且氧化鈣再生過程當中需要純氧，用純氧僅僅來燃燒焦炭提供熱量給氧化鈣再生并捕集二氧化碳也會造成系統效率降低，因此，將這一過程與合成氣生產過程相結合，可以更好地增加整個裝置生產產品的附加值，高效利用燃料。

其中，其它基于化學鏈技術的煤或生物質氣化制備氫氣和一氧化碳過程或裝置中(CN103113917，CN208234855，CN101638590，CN107325846，CN101975395)，并沒有提到或解決原位轉化二氧化碳制一氧化碳的辦法，且裝置結構設計較為復雜，造成成本升高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于化學鏈技術的煤或生物質氣化直接制備氫氣和一氧化碳的方法，實現鈣循環煤氣化過程中捕集的二氧化碳原位轉化成一氧化碳的目的，以直接獲得配比可調的合成氣(氫氣和一氧化碳)。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于化學鏈技術的煤或生物質氣化直接制備氫氣和一氧化碳的裝置，包括：燃料反應器、氧氣反應器、第一氣固分離裝置、第二氣固分離裝置、第一控制流動裝置、第二控制流動裝置、空氣分離裝置；負載有鐵或鎳的碳酸鈣床料通過第一氣固分離裝置和第一控制流動裝置，進入氧氣反應器生成負載有鐵或鎳的氧化鈣床料，負載有鐵或鎳的氧化鈣床料通過第二氣固分離裝置和第二控制流動裝置，進入燃料反應器生成再次生成負載有鐵或鎳的碳酸鈣床料；床料在兩個反應器之間循環，其中在燃料反應器中通入水蒸氣和煤或生物質，并產出氫氣，在氧氣反應器中通入氧氣，并產出一氧化碳，其中氧氣由空氣分離裝置提供，其將空氣中的氮氣和氧氣分離，以獲得純氧。

優選的，燃料反應器和氧氣反應器，均為流化床，流型均為快速流化床或氣力輸送床。

優選的，第一氣固分離裝置和第二氣固分離裝置均為慣性分離器、旋風分離器的一種，第一氣固分離裝置和第二氣固分離裝置分離反應器中產生的氣體和固體顆粒。

優選的，第一控制流動裝置和第二控制流動裝置均為V閥、U閥、L閥、H閥和J閥的一種，第一控制流動裝置和第二控制流動裝置控制床料傳輸并防止反應器之間氣體的反竄。

優選的，床料主要成分為氧化鈣，并負載有鐵或鎳，主要負載方法為浸漬法。

相應的，一種基于化學鏈技術的煤或生物質氣化直接制備氫氣和一氧化碳的方法，包括如下步驟：