[发明专利]一种煤四步法气化和太阳能热化学耦合的制氢系统及方法

权利要求书

1.一种煤四步法气化和太阳能热化学耦合的制氢系统，其特征在于，包括炼焦单元(1)、二氧化碳气化单元(2)、还原单元(3)、氧化单元(4)、集热单元Ⅲ(5)、燃烧单元(6)、净化单元(7)、余热回收单元Ⅰ(8)、余热回收单元Ⅱ(9)、换热单元Ⅰ(10)、换热单元Ⅱ(11)、变压吸附单元(12)、分离单元Ⅰ(13)、分离单元Ⅱ(14)、物流分配阀Ⅰ(15)、物流分配阀Ⅱ(16)、物流分配阀Ⅲ(17)、传热隔墙Ⅰ(18)、传热隔墙Ⅱ(19)、太阳能热化学反应单元(20)，其中：

炼焦单元(1)，用于将气化煤转化为焦炭，并生成副产品焦炉煤气；

二氧化碳气化单元(2)，用于将炼焦单元(1)产生的焦炭和还原单元(3)产生的二氧化碳转化为纯度较高的一氧化碳；

太阳能热化学反应单元(20)，用于在聚光太阳能驱动下分解水或者二氧化碳产生氢气、一氧化碳，包括还原单元(3)、氧化单元(4)、集热单元Ⅲ(5)，所述还原单元(3)包括辅助还原剂入口、还原单元气体出口；所述氧化单元(4)包括原料水入口、氧化单元气体出口；所述集热单元Ⅲ(5)能够聚集太阳能，产生高温并将热量传到还原单元(3)和氧化单元(4)中；在所述还原单元(3)中，通入一氧化碳和/或焦炭和/或焦炉煤气分离后剩余的还原性气体的一种或多种，产生的气体中的二氧化碳作为二氧化碳气化单元(2)的原料之一，在所述氧化单元(4)中，通入水产生氢气；所述太阳能热化学反应单元(20)的还原单元(3)和氧化单元(4)可以在同一个反应装置中也可以在两个反应装置中，由所选取的太阳能热化学反应器的类型决定；

集热单元(5)，为塔式或碟式太阳能聚光器，用于为系统的吸热单元提供热量；

燃烧单元(6)，用于将供热煤的化学能通过燃烧反应转化为热能，为系统的吸热单元提供热量；

净化单元(7)，用于对通过燃烧单元(6)出口流出的气体中的硫化物、氮氧化物进行净化处理；

余热回收单元，用于回收燃烧烟气的热量，包括余热回收单元Ⅰ(8)、余热回收单元Ⅱ(9)。余热回收单元Ⅰ(8)用于回收燃烧单元(6)产生的高温烟气的热量；余热回收单元Ⅱ(9)用于在余热回收单元Ⅰ(8)先回收一部分高温热量的基础上，进一步回收燃烧单元(6)产生的高温烟气的热量，以达到热量充分利用的效果；

换热单元，包括换热单元Ⅰ(10)和换热单元Ⅱ(11)，换热单元Ⅰ(10)是将还原单元(3)的还原单元气体出口流出的二氧化碳、一氧化碳、少量气态水以及二氧化碳气化单元(20)产生的一氧化碳两股流体进行热交换；换热单元Ⅱ(11)是将氧化单元(4)产生的氢气、气态水混合气与经过二次预热后的水进行热交换，既对氧化单元(4)需要的原料水进行第三次预热，又能降低氧化单元(4)产生的氢气、气态水混合气的温度，促进了混合气体的分离；

变压吸附单元(12)，用于分离焦炉煤气中的氢气和甲烷；

分离单元Ⅰ(13)，用于分离出太阳能热化学反应单元(20)中的还原单元(3)产生的二氧化碳、一氧化碳和水的混合物中的水；

分离单元Ⅱ(14)，用于分离太阳能热化学反应单元(20)中的氧化单元(4)的生成物氢气和气态水；

物流分配单元，包括物流分配阀Ⅰ(15)、物流分配阀Ⅱ(16)、物流分配阀Ⅲ(17)，所述物流分配阀Ⅰ(15)具有至少一个入口和至少两个出口，其中一个出口与所述二氧化碳气化单元(2)连通，另一个出口通过物流分配阀Ⅲ(17)与所述太阳能热化学反应单元(20)中的还原单元(3)相连；所述物流分配阀Ⅱ(16)具有至少一个入口和至少两个出口，其中一个出口与换热单元Ⅰ(10)冷流体入口连通，另一个出口经过分离后通入一氧化碳收集器中；所述物流分配阀Ⅲ(17)具有至少三个入口和至少一个出口，一个入口与变压吸附单元(12)的剩余还原性气体出口连通，一个入口与物流分配阀Ⅰ(15)的一个出口相连，一个入口与换热单元Ⅰ(10)的一氧化碳出口相连，一个出口与还原单元(3)的辅助还原剂入口相连；

传热隔墙Ⅰ(18)用于将燃烧单元(6)的热量传递到炼焦单元(1)；

传热隔墙Ⅱ(19)用于将燃烧单元(6)的热量传递到二氧化碳气化单元(2)。