[发明专利]一种固体燃料化学链气化制氢系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体燃料化学链气化制氢系统与方法，尤其是一种带CO₂捕捉的固体燃料化学链气化制氢系统与方法。

背景技术

氢气作为一种洁净的新型能源，不仅可以作为燃料，而且是重要的化工原料。氢气进行能量转换时产物是水，可实现真正意义上的污染物零排放。目前公开和授权的专利中有很多种制氢的方法，专利“煤与生物质共超临界水催化气化制氢装置及方法”公开了一种煤与生物质共超临界水催化气化制氢装置及方法，气体产物中氢气含量升高，而且使气体产物中二氧化碳的浓度提高，二氧化碳容易被分离出来并放到处理终端中，但该方法对反应器和反应条件要求较为苛刻，系统控制复杂；专利“聚焦太阳能热驱动的生物质超临界水气化制氢系统与方法”公开了一种聚焦太阳能热驱动的生物质超临界水气化制氢系统与方法，利用太阳能供热将低品味的生物质能通过超临界水气化制氢的方式转化为高品质的氢能，但该过程制氢的稳定性和技术经济性有待于进一步提高；专利“固体燃料催化水蒸气气化制取富氢气体的方法”利用固体热载体催化剂和生物质混合加入，实现生物质快速裂解和催化气化，氢气纯度高，但该方法涉及到高活性的催化剂的选择与制备以及催化反应器的设计等问题，催化剂的失活和磨损问题较难解决；专利“一种化学链制氢方法及其装置”选择钙钛矿型氧化物作为氧载体，装置主体结构包括燃料反应器、水蒸气反应器和空气反应器。在制得纯H₂的同时，实现了CO₂的自动分离，避免了温室气体的排放。但系统较为复杂，同时钙钛矿型氧化物制备也较为复杂。

化学链燃烧(chemical looping combustion)是一种崭新的燃烧理念，燃料不直接与空气接触燃烧，而是以载氧体在两个反应器之间的循环交替反应来实现燃料的燃烧过程；载氧体在空气中进行氧化反应，然后与燃料进行还原反应，气相反应产物只有CO₂和H₂O(汽)，凝结出水，得到高纯CO₂。基于化学链燃烧内生分离CO₂的特点，利用化学链气化的方法制氢是当前研究的热点，但利用氧载体化学链气化制氢，同时利用调质CaO实现CO₂的捕捉研究的还很少。

发明内容

本发明的目的是采用一种化学链燃烧方法与钙基吸附剂吸附集成的系统与方法实现固体燃料的制氢和CO₂捕捉，具有低成本制氢和减少温室气体排放的优点。

为了达到上述目的，本发明提供了一种固体燃料化学链气化制氢系统，其特征在于，包括空气反应器，空气反应器具有空气进口，空气反应器的出口连接第一气固分离装置的入口，第一气固分离装置的气体出口连接大气，第一气固分离装置的固体出口连接燃料反应器，燃料反应器通过返料装置与空气反应器相连，燃料反应器具有水蒸气进口和固体燃料进口，燃料反应器的出口连接第二气固分离装置的入口，第二气固分离装置的固体出口连接燃料反应器，第二气固分离装置的气体出口连接合成气变换装置，合成气变换装置的气体出口连接CO₂吸附单元的入口，CO₂吸附单元的排放口连接H₂处理单元，CO₂吸附单元的出口连接第三气固分离装置的入口，第三气固分离装置的CaCO₃固体出口连接煅烧炉，煅烧炉的出口连接第四气固分离装置的入口，第四气固分离装置的气体出口连接CO₂处理单元，第四气固分离装置的固体出口连接CaO储罐，CaO储罐连接CO₂吸附单元和CaO调质单元，CaO调质单元具有醋酸入口或水蒸气入口，CaO调质单元连接CO₂吸附单元。

进一步地，所述的合成气变换装置为耐硫中温变换或低温变换或中温变换串联低温变换反应器或等温变换反应器。

进一步地，所述的CaO储罐与CO₂吸附单元的管路上增加CaO进料口。