[实用新型]一种基于化学链技术的煤制氢气的系统

说明书

本实用新型公开了一种基于化学链技术的煤制氢气的系统，该方法是空气进入空分单元得到纯净氧气；来自空分单元的氧气和煤进入气化炉进行反应生成主要成分为CO和H₂的合成气；来自气化炉的合成气和来自空气燃烧器的处于最高价态的高温氧载体进入还原器，在还原器中高温氧载体被还原，合成气则被氧化为CO₂、H₂O等；来自还原器的还原态氧载体和来自换热器的水蒸气进入氧化器，在氧化器中还原态氧载体被氧化，水蒸气则大部分被还原为氢气；来自氧化器的氧化态的氧载体和来自大气中的空气进入空气燃烧器，在空气燃烧器中氧化态的氧载体被氧化至最高价态，然后送至还原器进行反应。本实用新型具有成本低廉、能源转化效率高、环保节能的优点。

技术领域

本实用新型涉及一种基于化学链技术的煤制氢气的系统，属于煤化工技术领域。

背景技术

氢气是一种清洁能源，未来可作为化石燃料的替代能源。其燃烧的副产品只有水，氢气可满足日益增长的能源需求，且对环境无害。

目前而言，大部分工业规模的氢气来源于天然气重整，但是由于天然气价格的不断上升，由煤制氢气是一种更加经济的选择。

传统的煤制氢气技术的技术路线为由煤直接气化生成合成气(CO+H₂)，合成气经过水煤气变换反应生成氢气和CO₂。由于水煤气变换反应生成的氢气中含有大量的CO₂，需要再经过低温甲醇洗和PSA等单元来分离CO₂并得到高纯度的氢气。为分离CO₂而增加的后续分离单元导致投资的增加，降低了系统的整体能源效率，且仅得到大气压力下的CO₂，为将CO₂转移到封存地点并实现捕集，不得不二次加压，导致能源效率的进一步降低。

实用新型内容

本实用新型是针对上述技术问题提供一种基于化学链技术的煤制氢气的系统及方法，具有成本低廉、能源转化效率高、环保节能的优点。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于化学链技术的煤制氢气的方法，该方法包括以下步骤：

(1)纯净氧气和煤进入气化炉进行反应生成含有CO和H₂的合成气；

(2)来自气化炉的合成气和来自空气燃烧器的处于最高价态的高温氧载体进入还原器，在还原器中高温氧载体被还原，合成气则被氧化生产含有CO₂和水蒸气的混合物；

(3)来自还原器的还原态氧载体和来自第三换热器的水蒸气进入氧化器，在氧化器中还原态氧载体被氧化，水蒸气则大部分被还原为氢气；

(4)来自氧化器的氧化态的氧载体和来自大气中的空气进入空气燃烧器，在空气燃烧器中氧化态的氧载体被氧化至最高价态，然后送至还原器进行反应；

(5)来自界区的脱盐水经第一换热器、第二换热器、第三换热器换热后转变为水蒸气，来自第三换热器的水蒸气一部分进入氧化器进行反应，另一部分经第四换热器过热后送至膨胀机做功；

(6)来自还原器的产物气体经第二换热器、第一冷凝器降温并将水分离后得到高浓度的CO₂；

(7)来自氧化器的产物气体经第三换热器、第二冷凝器降温并将水分离后得到高浓度的H₂。

本实用新型技术方案中，所述氧载体的活性成分为Fe₂O₃，其粒径范围为0.5～5mm；所述氧载体的惰性成分为Al₂O₃、TiO₂、YSZ的一种或几种；优选：氧载体中的活性成分和惰性成分的质量比为1～10：1；进一步优选：氧载体中的活性成分和惰性成分的质量比为1～5：1。