[发明专利]化学链重整制甲烷系统

说明书

技术领域

本发明涉及化学链重整制甲烷领域，是一种高效的，清洁的化学链制甲烷系统。

背景技术

化学链燃烧是无火焰燃烧，其主要原理是将传统的燃料与氧气直接接触转变为借助载氧体与燃料和空气分表发生反应的过程，燃料不在与氧气直接接触，而是借助载氧体，将空气中的氧气由氧化物中的氧原子形式带入燃料中发生反应。

煤化学链制甲烷对清洁能源的转化利用有很大意义，传统的制甲烷过程中存在着物质的浪费，针对这一弊端，进行设计一种可循环使用的反应过程，通过循环利用，来减少物质的浪费。化学链是一种新型的环保高效的的能源转化及利用技术，这对煤化学链制甲烷提供了一种重要的途径，对改变传统的制甲烷，克服传统制作弊端有重要意义，为化石能源的清洁利用和高效利用提供了新的思路。并且通过这种方法可以优化终端能源结构。随着环保，如何高效利用能源已成为如今乃至将来要深刻讨论，并且解决的重要问题，所以对于研究一种化学链制甲烷的化学工艺符合时代发展规律，我们利用水煤气为原料来研究基于煤化学链制甲烷的工艺，并采取一种新的反应过程来实现。

发明内容

通过水煤气变换膜制氢的反应来进行制氢气，水煤气通过膜将CO 和H₂分离开来，将分离的氢气通入煤化学链反应进行合成CH₄，剩余的CO 直接通入燃烧室，再将制成的CH₄通入燃烧室进行燃烧，这样通过煤化学链反应可以得到纯度较好的CH₄，避免了煤质进行直接燃烧产生的燃烧不充分，从而提升了燃烧效率，避免直接燃烧产生的不利因素。

通过对透氢膜反应器中影响转化率的因素进行分析，采取装备甲基的SiO₂膜来进行制取氢气。

本设备装置主要包括：透氢膜反应发生器，化学链重整反应发生器，化学链燃烧反应发生器，换热器，液氧储存器组成，采用水煤气这一反应物质，将其通入透氢膜反应发生器，产生氢气，一氧化碳和部分水蒸气，将产生的氢气通入化学链燃烧反应发生器，将一氧化碳和部分水蒸气通入化学链重整 反应发生器，经过一列的分离耦合过程生成甲烷等有机气体，生成的水蒸气经过化学链重整反应发生器生成氢气和部分氧离子，实现了水蒸气的循环使用，将生成的甲烷等有机可燃物经过换热器通入化学链燃烧反应发生器来进行能量转换。并将生成的富氧离子，经过氧载体，通入燃烧反应室，进行能量转移转化。系统原理示意图如图1所示。

（1）透氢膜反应发生器

通过水煤气变换膜制氢的反应来进行制氢气，水煤气通过膜将CO 和H₂分离开来，将分离的氢气通入煤化学链反应进行合成CH₄,剩余的CO 直接通入燃烧室，再将制成的 CH₄通入燃烧室进行燃烧，这样通过煤化学链反应可以得到纯度较好的CH₄，避免了煤质进行直接燃烧产生的燃烧不充分，从而提升了燃烧效率，避免直接燃烧产生的不利因素。

（2）化学链重整反应发生器

目的是提供一种成本低，能源转化率高，产氢效率高的基于化学链气化制甲烷及氢气的工艺。化学链制氢是一种新型高效制氢技术，该过程中氧载体携带的显热可提供气化反应所需要的热量，实现热量从放热反应器到吸热反应的热传递，同时借助于氧载体的循环，化学链制氢过程可实现氧从空气到水蒸气转移，同时将水分解为氢气和氧离子，CO与氢气反应合成甲烷和水，将CO加氢气化，和化学链催化制氢有机的耦合，可以实现煤质制取氢气和甲烷降低污染物的排放。

（3）化学链燃烧反应发生器

减少温室气体CO₂的排放量成为世界瞩目焦点，CO₂的减排可通过提高能源的转化率，和利用效率来实现，如今化石燃料仍然将是主要的使用能源，通过常规的燃烧烟气中捕捉CO₂困难很大，因此要从源头或过程中解决，本方案将采取从过程中通过化学链燃烧技术，来减少CO₂排放，从而达到节能减排目的，化学链燃烧技术具有先天性捕获CO₂的能力，而且还不需要额外的能量消耗，因此是实现高效清洁利用的一个新技术，具有广阔的发展前景。燃烧室中的化学链燃烧反应式为：

CH₄（g）＋H₂O(g)→CO(g)＋3H₂（g）（2.1）

CO(g)＋H₂O(g)→CO₂（g）＋H₂(g)（2.2）

（4）换热器