[发明专利]一种用于固体燃料化学链制氢的装置及应用

权利要求书

1.一种用于固体燃料化学链制氢的装置，其特征在于它包括燃料反应器(1)、蒸汽反应器(2)、空气反应器(3)和第一旋风分离器(5)，第二旋风分离器(6)，其特征在于燃料反应器(1)中部的第一固体燃料进料口(1C)连接进料仓(4)，顶部氧载体入口(1E)连通第一旋风分离器(5)底部出口，底部第一固体产物出口(1A)通过非机械阀与蒸汽反应器(2)顶部连通；蒸汽反应器(2)底部设置水蒸汽进气口(2C)，顶部设置气体产物出口(2B)，气体产物出口(2B)与第二旋风分离器(6)连通，底部第二固体产物出口(2A)通过非机械阀与空气反应器(3)底部连通；空气反应器(3)底部设置连通布风板的空气入口(3A)，顶部产物出口(3B)连通第一旋风分离器(5)入口。

2.如权利要求1所述一种用于固体燃料化学链制氢的装置，其特征在于所述燃料反应器(1)包括壳体(1D)，固体燃料进料口(1C)，气体产物出口(1B)，第一固体产物出口(1A)，壳体(1D)的上部为气体反应区，中部为进料区，下部为焦炭反应区，在气体反应区与进料区之间设置第一锥形多孔分布板(1F)分隔，进料区与焦炭反应区之间设置第二锥形多孔分布板(1G)分隔，第一锥形多孔分布板(1F)设置第一锥形多孔分布板固体出口(1H)，第二锥形多孔分布板设置第二锥形多孔分布板固体出口(1I)，固体燃料进料口(1C)位于进料区上部的壳体(1D)，气体产物出口(1B)位于气体反应区上部的壳体(1D)，第一固体产物出口(1A)位于壳体(1)D底部，壳体(1D)顶部有连接氧载体入口(1E)。

3.如权利要求1所述一种用于固体燃料化学链制氢的装置，其特征在于所非机械阀为L阀或U阀。

4.如权利要求1所述一种用于固体燃料化学链制氢的装置，其特征在于所述的燃料反应器(1)和蒸汽反应器(2)均为气固逆流移动床。

5.如权利要求1-4任一项所述一种用于固体燃料化学链制氢的装置的应用，其特征在于包括以下步骤：

步骤(1)：根据固体燃料的进料量及元素分析数据，确定氧载体和水蒸汽量，其质量比为固体燃料：氧载体：水蒸汽=1：10.6-32.3：1.0-2.8；

步骤(2)：将相应量的氧载体从进料仓加入燃料反应器，打开非机械阀的松动气，使氧载体全部输送至空气反应器；

步骤(3)：从空气反应器的气体入口通入甲烷和空气，待甲烷燃烧加热氧载体料层至设定温度后，增大气体流量，使氧载体能够在体系中循环，同时向蒸汽反应器的水蒸汽，使氧载体在系统中达到稳定循环速率；

步骤(4)：待各反应器达到设定温度后，从进料仓加入煤粉至燃料反应器，同时逐渐关闭甲烷气体，待系统稳定后，从气体出口收集气体分析。

6.如权利要求5所述一种用于固体燃料化学链制氢的装置的应用，其特征在于所述氧载体的活性组分为Fe₂O₃，含量为40-75wt%；第一惰性抗烧结组分为Al₂O₃，含量为20-50wt%，第二惰性抗烧结组分SiO₍₂₎、ZrO₍₂₎、MgO的一种或几种，含量为0-4wt%；催化组份为K₍₂₎CO₍₃₎、Na₍₂₎CO₍₃₎、Li₍₂₎CO₍₃₎、KOH、NaOH的一种或几种，含量为1-10wt%。

7.如权利要求5所述一种用于固体燃料化学链制氢的装置的应用，其特征在于所述所述燃料反应器、蒸汽反应器、空气反应器的操作温度分别为750-1050℃、650-850℃、950-1250℃，操作压力为0.1-4.0MPa。

8.如权利要求5所述一种用于固体燃料化学链制氢的装置的应用，其特征在于

所述氧载体的粒径范围为0.0-4.00mm，固体燃料的粒径范围为0.08-0.18mm。

9.如权利要求5所述一种用于固体燃料化学链制氢的装置的应用，其特征在于所述的燃料反应器和蒸汽反应器的操作气速为氧载体临界流化速度u_mf的0.5-0.9倍。

10.如权利要求5所述一种用于固体燃料化学链制氢的装置的应用，其特征在于所述的空气反应器下部大直径区域为鼓泡流化床，操作气速为氧载体临界流化速度u_mf的1.5-5.0倍；空气反应器3上部小直径区域为快速流化床，操作气速为氧载体带出速度u_t的1.1-3.0倍。