[发明专利]耦合化学链反应及CO2

说明书

一种耦合化学链反应及CO₂分离捕集的高效低能耗氢电热冷多联产系统，包括化学链气化重整单元A、气体处理净化单元B、化学链制氢单元C以及联合循环发电和多联产单元D；所述化学链气化重整单元与气体处理净化单元连接，所述气体处理净化单元与化学链制氢单元、联合循环发电和多联产单元连接，所述化学链制氢单元与联合循环发电和多联产单元连接。以及提供一种耦合化学链反应及CO2分离捕集的高效低能耗的氢电热冷多联产方法。本发明利用含碳燃料的化学链反应制备高纯H₂并同时捕集CO₂，结合燃料电池、燃气‑蒸汽联合循环、吸收式制冷装置等构建了一种氢电热冷多联产系统及方法。具有投资小、能耗与成本低、效率高、用途广的优点。

技术领域

本发明属于含碳燃料制氢、CO₂捕集和能源化工多联产系统，尤其是一种氢电热冷多联产系统及方法。

背景技术

能源高效清洁利用对节能减排和可持续发展至关重要。煤、石油、天然气、生物质、有机固体废弃物等含碳燃料主要通过燃烧的方式进行利用。燃料燃烧不但产生巨大的有效能损失和大量的污染物，而且排放的CO₂会加剧全球气候变暖，给人类带来灾难性后果。为了满足节能环保和可持续发展的要求，将含碳燃料转化为H₂，同时将转化过程产生的CO₂捕集，结合燃气-蒸汽联合循环发电，能够构建更加高效清洁的先进能源利用系统。传统的方法首先在高温高压下将含碳燃料气化或重整转变为以H₂和CO为主要成分的气态燃料，再将气态燃料进行水煤气变换得到H₂和CO₂的混合气，然后通过物理吸收、化学吸收、膜分离等方法将CO₂分离捕集并获得高纯H₂。因此，传统的方法需要通常设置气化炉、深冷空分制氧装置、水煤气变换装置以及专门的CO₂分离捕集装置，不但投资昂贵，而且制氧和CO₂捕集的能耗很大，制H₂成本高。同时，传统方法所制备的H₂主要用于化工合成，没有发挥H₂作为高效、清洁能源的优势。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明利用含碳燃料的化学链反应制备高纯H₂并同时捕集CO₂，结合燃料电池、燃气-蒸汽联合循环、吸收式制冷装置等构建了一种氢电热冷多联产系统及方法。所提出的系统及方法具有投资小、能耗与成本低、效率高、用途广的优点。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种耦合化学链反应及CO₂分离捕集的高效低能耗氢电热冷多联产系统，所述系统包括化学链气化重整单元A、气体处理净化单元B、化学链制氢单元C以及联合循环发电和多联产单元D；

所述化学链气化重整单元A，包括化学链气化重整反应器A1和空气反应器A2，其中，在化学链气化重整反应器A1中，含碳燃料被金属载氧体部分氧化，并与H₂O、CO₂反应转化为含有H₂、CO、CH₄、CO₂的高温燃料气，金属载氧体被还原，载氧体中元素的价态变低；在空气反应器A2中，被还原的金属载氧体被空气中的O₂氧化，载氧体实现再生并送回气化重整反应器A1循环利用，空气反应器A2向外界排出以N₂为主要成分的高温贫氧气体；

所述气体处理净化单元B，包括燃料气热量回收利用装置B1、除尘装置B2、净化装置B3以及贫氧气体的热量回收利用装置B4、净化装置B5和除尘装置B6，热量回收利用装置B1、B4分别利用燃料气、贫氧气体的高温显热产生高温水蒸气，除尘装置B2、B6分别用于脱除燃料气、贫氧气体的固体颗粒物，净化装置B3、B5分别将燃料气、贫氧气体的S污染物、N污染物进行脱除；在该单元分别获得清洁燃料气和清洁的贫氧富氮空气；