[发明专利]一种二氧化碳捕集与甲烷重整工艺耦合联产合成气的装置和方法

说明书

一种二氧化碳捕集与甲烷重整工艺耦合联产合成气的装置和方法，甲烷与第一氧载体于燃料反应器中反应生成CO₂和H₂O，被还原的第一氧载体转移到空气反应器中与空气反应补充晶格氧，之后氧化恢复后的第一氧载体再次返回燃料反应器中，为甲烷的燃烧反应提供晶格氧，循环使用；向还原反应器中通入甲烷，甲烷与第二氧载体于还原反应器内发生反应，生成合成气CO和H₂；分离得到的高纯度CO₂进入氧化反应器中，还原反应器内被还原的第二氧载体转移到氧化反应器中，重新被氧化后再进入还原反应器中，循环使用。该方法实现了CO₂的廉价捕集和就地转化利用，同时还提高了合成气品质和选择性，优化了反应器的结构与组成，符合循环经济理念的要求。

技术领域

本发明属于CO₂增效减排与CH₄转化利用领域，具体涉及一种二氧化碳捕集与甲烷重整工艺耦合联产合成气的装置和方法。

背景技术

能源问题一直是世界问题，在资源日益枯竭和生态环境恶化的双重压力下，寻找清洁能源成为必然，天然气作为三大化石能源之一，具有单位质量热值高，燃烧过程污染低等优点，伴随着非常规天然气资源的发现，天然气的来源和可开采量更加丰富，非常规天然气资源主要包括煤层气、页岩气、水溶气、无机气、天然气水合物、致密砂岩气及其浅层生物气等，中国非常规天然气资源潜力巨大，具有广阔的开发前景。甲烷作为天然气的主要成分，通常含量达到83％～99％，因此甲烷的转化利用一直以来都是天然气化工的重要研究内容。

甲烷燃烧产生的热量可以被回收用于发电，如果有效利用甲烷发电，那么将在一定程度上减少进口的原油量、节约我国对国外的资金投入。但是甲烷燃烧发电排放大量的CO₂，造成温室效应等一系列的生态问题。CO₂不仅仅是主要的温室气体，也是一种潜在的碳资源，因其特殊的物理化学性质CO₂在农业、工业、食品和医药卫生等领域有着广泛的应用，综合利用CO₂并使之转化为附加值较高的化工产品，不仅为碳化学工业提供了廉价易得的原料，对减轻温室效应也大有裨益。因此大力发展二氧化碳捕集技术具有重要的现实和战略意义，传统的CO₂捕集技术有燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧捕集等技术，但是传统CO₂捕集技术只能捕获少量的低浓度CO₂，导致系统效率显著降低、能耗较大、成本增加。而化学链燃烧技术是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术，可以不消耗额外能量实现CO₂的100％捕集，同时减少NO_x的生成，在碳捕获和埋存的背景下，化学链燃烧过程被认为是发电厂最具有前景的CO₂捕集技术。