[发明专利]富氢合成气和纯氢气的制备方法及制备系统

权利要求书

1.一种富氢合成气和纯氢气的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、载氧体颗粒、水蒸气与固体含碳燃料进行气化反应，生成以氢气和一氧化碳为主要组分的粗合成气、释氧后的载氧体颗粒、以及灰分；

S2、对所述粗合成气进行脱油脱水，形成富氢合成气；

S3、所述释氧后的载氧体颗粒与水蒸气进行重整反应，生成包含氢气和水蒸气的混合气以及重新被部分氧化的载氧体颗粒；

S4、对所述混合气进行脱水，形成纯氢气；

S5、步骤S3形成的载氧体颗粒与含氧气体进行氧化反应，生成完全被氧化的载氧体颗粒和贫氧气体，完全氧化后的载氧体颗粒返回步骤S1中使用；

S6、步骤S2和步骤S4中脱除的水与步骤S5生成的贫氧气体进行换热，形成水蒸气送回步骤S1中使用。

2.根据权利要求1所述的富氢合成气和纯氢气的制备方法，其特征在于，

先将步骤S1获得的载氧体颗粒与粗合成气和灰分的混合物分离，再分离粗合成气和灰分，对分离出的粗合成气执行步骤S2，对分离出的载氧体颗粒执行步骤S3，并对灰分进行收集。

3.根据权利要求1所述的富氢合成气和纯氢气的制备方法，其特征在于，

步骤S1中的气化反应的反应温度为750-1000℃；

步骤S3中的重整反应的反应温度为700-1000℃；

步骤S5中的氧化反应的反应温度为600-950℃。

4.根据权利要求1所述的富氢合成气和纯氢气的制备方法，其特征在于，

所述含氧气体中氧气的体积浓度为5-21％。

5.根据权利要求1所述的富氢合成气和纯氢气的制备方法，其特征在于，

步骤S1中采用的载氧体颗粒的直径为600-1000μm，该载氧体颗粒为镍基载氧体颗粒、铈基载氧体颗粒、铁基载氧体颗粒、钨基载氧体颗粒、钴基载氧体颗粒、铬基载氧体颗粒、铌基载氧体颗粒或其中任意两种以上复合而成的复合载氧体颗粒，或者钙钛矿型载氧体颗粒、类钙钛矿型载氧体颗粒。

6.根据权利要求1所述的富氢合成气和纯氢气的制备方法，其特征在于，

步骤S1中采用的固体含碳燃料的直径为50-200μm，所述固体含碳燃料包括煤、煤焦、生物质、石油焦、油页岩、生活垃圾、含碳工业废物。

7.一种富氢合成气和纯氢气的制备系统，其特征在于，包括：

气化反应器，所述气化反应器能够供载氧体颗粒、水蒸气与固体含碳燃料在其中进行气化反应，生成以氢气和一氧化碳为主要组分的粗合成气、释氧后的载氧体颗粒以及灰分并输出；

与气化反应器连接的分离设备，所述分离设备能够接收所述粗合成气、所述释氧后的载氧体颗粒以及所述灰分，并将三者分离开且分别输出；

与所述分离设备连接的脱油脱水装置，所述脱油脱水装置能够接收所述粗合成气并对所述粗合成气进行脱油脱水，形成富氢合成气并输出；

与所述分离设备连接的重整反应器，所述重整反应器能够接收所述释氧后的载氧体颗粒并供所述释氧后的载氧体颗粒与水蒸气在其中进行重整反应，生成包含氢气和水蒸气的混合气以及重新被部分氧化的载氧体颗粒并输出；

与所述重整反应器连接的脱水装置，所述脱水装置能够接收所述混合气并对所述混合气进行脱水，形成纯氢气并输出；

与所述重整反应器连接的氧化反应器，所述氧化反应器能够接收所述重整反应器中输出的载氧体颗粒并供该载氧体颗粒与含氧气体在其中进行氧化反应，生成完全被氧化的载氧体颗粒和贫氧气体；以及

与所述重整反应器、所述脱油脱水装置和所述脱水装置连接的换热器，所述换热器能够接收所述贫氧气体以及所述脱油脱水装置和所述脱水装置中脱除的水，并供三者在其中进行换热，形成水蒸气并输出；

其中，所述气化反应器与所述氧化反应器和所述换热器连接，以接收所述氧化反应器输出的完全被氧化的载氧体颗粒和所述换热器输出的水蒸气。