[发明专利]一种基于铁基载氧体分级还原的化学链制氢的装置及方法

权利要求书

1.一种基于铁基载氧体分级还原的化学链制氢装置，其特征在于：包括由空气反应器(1)、还原反应器(3)、燃料反应器(4)和蒸汽反应器(6)依次相互连接形成的循环反应装置。

2.根据权利要求1所述的基于铁基载氧体分级还原的化学链制氢装置，其特征在于：所述燃料反应器(4)的顶部设有气体出口，所述还原反应器(3)的底部设有气体进口，所述还原反应器(3)的底部还设有布风板(3.4)，所述布风板(3.4)上设有若干风帽(3.4.1)，所述气体出口和所述气体进口通过所述布风板(3.4)相连通。

3.根据权利要求1或2所述的基于铁基载氧体分级还原的化学链制氢装置，其特征在于：所述还原反应器(3)底部的气体进口与所述燃料反应器(4)的顶部的气体出口，通过布风板(3.4)相连通；所述布风板(3.4)上设有垂直贯穿所述还原反应器(3)和所述燃料反应器(4)的还原反应器排料管(3.2),所述还原反应器排料管(3.2)的顶部进料口设置在所述还原反应器(3)内部中间或下部区域，所述还原反应器排料管(3.2)的底部出料口伸入所述燃料反应器(4)内部中间或下部区域。

4.根据权利要求1所述的基于铁基载氧体分级还原的化学链制氢装置，其特征在于：所述空气反应器(1)通过旋风分离器(2)与所述还原反应器(3)连接；

设置于所述空气反应器(1)上部的空气反应器排气管(1.1)与所述旋风分离器(2)的上部进料口相连通，所述旋风分离器(2)的下部出料口通过料腿(2.1)与所述还原反应器(3)的顶部相连通，所述料腿(2.1)伸入所述还原反应器(3)内部中间或下部区域。

5.根据权利要求1所述的基于铁基载氧体分级还原的化学链制氢装置，其特征在于：所述燃料反应器(4)的中部或下部通过返料器(5)与所述蒸汽反应器(6)的下部相连通；所述蒸汽反应器(6)的中部或下部通过隔离器(7)与所述空气反应器(1)的下部相连通。

6.一种基于铁基载氧体分级还原的化学链制氢装置的方法，其特征在于：载氧体在所述空气反应器(1)、还原反应器(3)、燃料反应器(4)和蒸汽反应器(6)之间交替循环地进行氧化－还原反应，所述载氧体包括Fe₂O₃态铁基载氧体颗粒(1.2)、Fe₃O₄态铁基载氧体颗粒(3.3)、FeO态铁基载氧体颗粒(4.2)和Fe₃O₄态铁基载氧体颗粒(6.3)；具体方法包括以下步骤：

1)载氧体还原反应：在还原反应器(3)中，来自所述空气反应器(1)的Fe₂O₃态铁基载氧体颗粒(1.2)，与来自燃料反应器(4)的弱还原性气体发生还原反应生成Fe₃O₄态铁基载氧体颗粒(3.3)，所述Fe₃O₄态铁基载氧体颗粒(3.3)通过还原反应器排料管(3.2)进入所述燃料反应器(4)；

2)载氧体二次还原反应：经步骤1)生成的所述Fe₃O₄态铁基载氧体颗粒(3.3)进入所述燃料反应器(4)中，与进入燃料反应器(4)的气体燃料进行二次还原反应，生成FeO态铁基载氧体颗粒(4.2)，进入所述蒸汽反应器(6)；所述气体燃料转化为弱还原性气体，向上流出所述燃料反应器(4)，进入还原反应器(3)；

3)载氧体制氢反应：经步骤2)生成的所述FeO态铁基载氧体颗粒(4.2)进入所述蒸汽反应器(6)中，与进入蒸汽反应器(6)中的水蒸汽进行反应，生成Fe₃O₄态铁基载氧体颗粒(6.3)及氢气，所述氢气通过氢气排气管(6.2)排出，所述Fe₃O₄态铁基载氧体颗粒(6.3)进入所述空气反应器(1)；

4)载氧体再生反应：经步骤3)生成的所述Fe₃O₄态铁基载氧体颗粒(6.3)进入所述空气反应器(1)中，与进入空气反应器(1)中的空气进行氧化反应，生成Fe₂O₃态铁基载氧体颗粒(1.2)，完成载氧体再生反应，所述Fe₂O₃态铁基载氧体颗粒(1.2)进入所述还原反应器(3)。