[发明专利]逆流反应器中利用CO2

说明书

本发明提供了一种在逆流反应器环境内使用氧燃烧以提供热量的系统和方法。用于氧燃烧的氧可以由反应器中储存在储氧组分中的氧提供。通过在再生步骤期间使用储氧组分来提供用于燃烧的氧，可以为逆流反应器增加热量，同时减少或最小化稀释剂的添加并且同时避免对空气分离单元的需要。因此，可以形成基本上由CO₂和/或H₂O组成的再生烟道气，而不需要因产生基本上纯的含氧气流而需要另外成本。

技术领域

本发明涉及一种用于捕获在逆流反应器操作期间产生的CO₂的方法。

背景技术

逆流反应器是有益于在具有循环反应条件下的工艺中使用的反应器类型的实例。例如，由于重整反应的吸热性质，需要将另外的热量始终如一地引入重整反应环境中。逆流反应器可以提供将热量引入反应环境的有效方式。在反应循环的一部分用于重整或另一吸热反应之后，反应循环的第二部分可以用于燃烧或另一放热反应，以将热量加到反应环境中，为下一个重整步骤做准备。美国专利7,815,873和美国专利8,754,276提供了使用逆流反应器以在循环反应环境中进行多种吸热过程的实例。

对于吸热反应使用逆流反应器的一些优点与在高温下操作期间逆流反应器的效率有关。在操作期间，通过在反应器内进行燃烧，然后使用工作流体将热量分配到反应器传热表面，以加热逆流反应器中的传热表面。传热表面的这种直接加热能够使得有效地加热到相对高的温度，例如800℃或更高的温度。

进行许多类型的吸热反应的难点之一是为了给吸热反应提供热量，还产生了大量的CO₂。由于需要在高温环境中进行吸热反应以达到所期望的反应速率，这种反应的热需求通常会增加。除了由吸热反应本身产生的任何CO₂，例如作为烃重整的一部分产生的CO₂之外，还为了给反应环境提供热量而产生了CO₂。期望具有操作逆流反应器的系统和/或方法，其可以减少、最小化和/或减轻这种CO₂产生。

在发电环境中，化学回路反应器提供燃料的传统燃烧的替代方案。美国专利5,447,024描述了化学回路燃烧发电装置系统。所述系统被描述为能使用金属氧化物作为氧的燃烧源来燃烧燃料，这与使用空气作为氧源相反。燃料的燃烧将金属氧化物的一部分转化为金属。然后可以将金属转移到第二反应器，其中使金属与空气接触以再生金属氧化物。从燃烧反应和再生反应两者释放的热量可以例如以蒸汽的形式回收。

美国专利7,767,191描述了另一类型的化学回路反应器系统。代替仅使用氧气来再生金属，使用水将金属的至少一部分转化为金属氧化物。这导致产生H₂。然后，在金属转化为金属氧化物期间产生的H₂可以用作燃料电池的燃料。

发明内容

一方面，提供了一种用于进行吸热反应的方法。所述方法包括在反应器、如逆流反应器内的燃烧区中使含氧物流接触储氧组分，以形成氧化的储氧组分。储氧组分可以包括金属氧化物体系，所述金属氧化物体系包含氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化镍或其组合物。储氧组分还可以包括粘合剂，所述粘合剂包含氧化镁、氧化钙、氧化钇或其组合物。任选地，相对于储氧组分的重量，粘合剂可以对应于储氧组分的20重量％至80重量％。所述方法还可以包括在燃烧条件下，使包含燃料物流和工作流体的燃料混合物与氧化的储氧组分反应，以形成烟道气并将反应区中的一个或多个表面加热至600℃或更高的再生表面温度。燃料混合物可以包含20体积％或更多的CO₂。所述方法还可以包括使烟道气的至少一部分再循环以形成工作流体的至少一部分。另外地，所述方法可以包括在所述再生表面温度下使吸热试剂物流接触反应区中的一个或多个表面以形成吸热产物流，吸热试剂物流在反应区内的流动方向相对于燃料混合物的流动方向是反向的。

吸热试剂物流的一个实例可以是H₂O。在这一方面，吸热产物流可以对应于较高温度下的H₂O。作为另一实例，吸热试剂物流可以对应于烃，例如甲烷，并且吸热产物流可以对应于重整流出物。