[实用新型]一种使用复合流化床制氢并分离CO2的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用燃料经气化或直接制取氢气的装置，尤其涉及一种使用复合流化床制氢并分离CO₂的装置。

背景技术

能源利用的可持续发展策略之一，实现能源的高效清洁利用。氢能以其清洁、高效、利用形式多样等诸多优点，在未来可持续能源系统中，有望成为能源载体。氢能利用效率较高，遗憾的是自然界中的氢大多是以化合态存在的，作为二次能源必须由其他一次能来制取。我国是一个以煤炭为主的能源消耗大国，在这一基本国情下，未来半个世纪内，在氢源的选择上，化石燃料仍将扮演着非常重要的角色。但化石能源向氢能转化的过程中排放出大量的CO₂，由此引起的温室效应对生态环境造成严重的破坏。由于以化石燃料为基础的氢生产过程排放的CO₂的量如此巨大，氢作为环境友好的清洁能源的优点将会消失。因此，在化石燃料制氢过程中，有效分离并固化CO₂成为能否实现化石燃料规模清洁制氢的关键之一。

实用新型内容

本实用新型提供一种使用化石复合流化床制氢并分离CO₂的装置，由于本实用新型将化石燃料制取氢气的同时能有效分离二氧化碳，具有获得洁净能源且利于环保的优点。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于实施权利要求1所述的化石燃料制氢并分离CO₂的装置，由空气反应器流化床、第一溢流槽、复合流化床、第二溢流槽、制氢反应器流化床及第三溢流槽组成，空气反应器流化床由主反应室、和空气反应器过渡段、空气反应器提升管及贫氧空气分离器组成，空气反应器提升管的下端通过空气反应器过渡段与主反应室相连，空气反应器提升管的上端与贫氧空气分离器相连；复合流化床由二氧化碳分离器、复合流化床提升管、返料槽、复合流化床过渡段、混合气化反应室及螺旋给料器组成，复合流化床提升管的下端通过过渡段与混合气化反应室相连，复合流化床提升管的上端与二氧化碳分离器的上端相连，二氧化碳分离器的下端通过返料槽与混合气化反应室相连；制氢反应器流化床由氢气主反应器、制氢反应器过渡段、制氢反应器提升管及氢气分离器组成，制氢反应器提升管的下端通过制氢反应器过渡段与氢气主反应器相连，制氢反应器提升管的上端与氢气分离器相连。空气反应器流化床中的贫氧空气分离器的下端，通过第一溢流槽与复合流化床中的复合流化床提升管的下端相连，复合流化床的下端经第二溢流槽与制氢反应器流化床的下端相连，制氢反应器流化床中的氢气分离器的下端经第三溢流槽与空气反应器流化床的下端相连。在空气反应器循环流化床的下端设有铁氧化物补充口F。在复合流化床的下端设有排渣口K。第一溢流槽、第二溢流槽、第三溢流槽及返料槽的底端B、D、I及K通入水蒸气作为松动风。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)在了解本装置制氢之前，首先涉及到铁氧化物的还原过程：

铁氧化物的还原次序是：

Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe 高于570℃

Fe₂O₃→Fe₃O₄→Fe 低于570℃

首先，Fe₂O₃转化为Fe₃O₄的过程如下：

Fe₂O₃+H₂→Fe₃O₄+H₂O+放热

Fe₂O₃+CO→Fe₃O₄+CO₂+放热

6Fe₂O₃+CH₄→4Fe₃O₄+CO₂+2H₂O+吸热

根据化学反应动力学，Fe₂O₃转化为Fe₃O₄的过程，可看作是不可逆反应，CO以及H₂能够完全反应，故反应平衡状态时，几乎没有未反应的CO或H₂。且该反应过程迅速。

其次，Fe₃O₄转化为FeO或Fe的过程如下：