[發明專利]耦合化學鏈反應及CO2

在審

• 申請號: 202011260374.9
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112408324A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 韓龍;巫平江;徐國強;烏悅倫;馬凱莉;張誠琨;夏佳;信長健;趙江林;郭會
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C01B3/48
• 分類號: C01B3/48;C01B3/50;C01B3/06;C01B32/50;C10J3/72;C10J3/86;C10J1/20;F28D21/00;H01M8/0612;F01D15/10;F01K17/02;F01K17/04;F02C6/18
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種耦合化學鏈反應及CO₂分離捕集的高效低能耗氫電熱冷多聯產系統，包括化學鏈氣化重整單元A、氣體處理凈化單元B、化學鏈制氫單元C以及聯合循環發電和多聯產單元D；所述化學鏈氣化重整單元與氣體處理凈化單元連接，所述氣體處理凈化單元與化學鏈制氫單元、聯合循環發電和多聯產單元連接，所述化學鏈制氫單元與聯合循環發電和多聯產單元連接。以及提供一種耦合化學鏈反應及CO2分離捕集的高效低能耗的氫電熱冷多聯產方法。本發明利用含碳燃料的化學鏈反應制備高純H₂并同時捕集CO₂，結合燃料電池、燃氣?蒸汽聯合循環、吸收式制冷裝置等構建了一種氫電熱冷多聯產系統及方法。具有投資小、能耗與成本低、效率高、用途廣的優點。

技術領域

本發明屬于含碳燃料制氫、CO₂捕集和能源化工多聯產系統，尤其是一種氫電熱冷多聯產系統及方法。

背景技術

能源高效清潔利用對節能減排和可持續發展至關重要。煤、石油、天然氣、生物質、有機固體廢棄物等含碳燃料主要通過燃燒的方式進行利用。燃料燃燒不但產生巨大的有效能損失和大量的污染物，而且排放的CO₂會加劇全球氣候變暖，給人類帶來災難性后果。為了滿足節能環保和可持續發展的要求，將含碳燃料轉化為H₂，同時將轉化過程產生的CO₂捕集，結合燃氣-蒸汽聯合循環發電，能夠構建更加高效清潔的先進能源利用系統。傳統的方法首先在高溫高壓下將含碳燃料氣化或重整轉變為以H₂和CO為主要成分的氣態燃料，再將氣態燃料進行水煤氣變換得到H₂和CO₂的混合氣，然后通過物理吸收、化學吸收、膜分離等方法將CO₂分離捕集并獲得高純H₂。因此，傳統的方法需要通常設置氣化爐、深冷空分制氧裝置、水煤氣變換裝置以及專門的CO₂分離捕集裝置，不但投資昂貴，而且制氧和CO₂捕集的能耗很大，制H₂成本高。同時，傳統方法所制備的H₂主要用于化工合成，沒有發揮H₂作為高效、清潔能源的優勢。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明利用含碳燃料的化學鏈反應制備高純H₂并同時捕集CO₂，結合燃料電池、燃氣-蒸汽聯合循環、吸收式制冷裝置等構建了一種氫電熱冷多聯產系統及方法。所提出的系統及方法具有投資小、能耗與成本低、效率高、用途廣的優點。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種耦合化學鏈反應及CO₂分離捕集的高效低能耗氫電熱冷多聯產系統，所述系統包括化學鏈氣化重整單元A、氣體處理凈化單元B、化學鏈制氫單元C以及聯合循環發電和多聯產單元D；

所述化學鏈氣化重整單元A，包括化學鏈氣化重整反應器A1和空氣反應器A2，其中，在化學鏈氣化重整反應器A1中，含碳燃料被金屬載氧體部分氧化，并與H₂O、CO₂反應轉化為含有H₂、CO、CH₄、CO₂的高溫燃料氣，金屬載氧體被還原，載氧體中元素的價態變低；在空氣反應器A2中，被還原的金屬載氧體被空氣中的O₂氧化，載氧體實現再生并送回氣化重整反應器A1循環利用，空氣反應器A2向外界排出以N₂為主要成分的高溫貧氧氣體；

所述氣體處理凈化單元B，包括燃料氣熱量回收利用裝置B1、除塵裝置B2、凈化裝置B3以及貧氧氣體的熱量回收利用裝置B4、凈化裝置B5和除塵裝置B6，熱量回收利用裝置B1、B4分別利用燃料氣、貧氧氣體的高溫顯熱產生高溫水蒸氣，除塵裝置B2、B6分別用于脫除燃料氣、貧氧氣體的固體顆粒物，凈化裝置B3、B5分別將燃料氣、貧氧氣體的S污染物、N污染物進行脫除；在該單元分別獲得清潔燃料氣和清潔的貧氧富氮空氣；