[发明专利]一种重油残渣炉内喷钙循环流化床燃烧气化CO2原位吸附强化水汽变换制氢的工艺

摘要

一种重油残渣炉内喷钙循环流化床燃烧气化CO₂原位吸附强化水汽变换制氢的工艺，通过发明逐渐扩大炉膛的圆锥形循环流化床，使重油残渣在循环流化床低部进行部分空气燃烧，放出热量供大部分重油残渣原料进行水蒸气气化，在炉内喷入石灰石脱硫剂进行循环流化床炉内脱硫，循环流化床产生的合成气，进入移动床反应器，进行CO₂原位吸附强化水汽变换反应制氢，吸附强化水汽变换设置水汽变换移动床反应器和再生器，使NiO/AI₂O₃催化剂和吸附CO₂的CaO吸附剂连续同时移动、反应和再生。通过连续催化水汽变换与CO₂原位吸附分离的过程的耦合及其热质传递的强化水汽变换，能使来自于循环流化床的合成气在450～600℃连续制取高纯度氢气产品。

主权项

一种重油残渣炉内喷钙循环流化床燃烧气化CO₂原位吸附强化水汽变换制氢的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法的装置由炉内喷钙循环流化床、CO₂原位吸附强化水汽变换反应器、吸附剂再生器和催化剂再生器组成；循环流化床设置有空气进口、重油残渣一次进料口、石灰石脱硫剂进料口、水蒸气进口、重油残渣二次进料口、合成气出口、排空口和排渣口，循环流化床还包括旋风分离器、细颗粒下料管、控制阀、循环进料管；水汽变换反应器设置有合成气进口、氮气进口、水蒸气进口、氢气产品出口、催化剂和吸附剂循环进口、催化剂和吸附剂循环出口、催化剂和吸附剂补给口、催化剂和吸附剂排渣口；吸附剂再生器设置有氮气进口、氮气和CO₂气体出口、与来自水汽变换反应器的催化剂和吸附剂出口相连的催化剂和吸附剂进口、吸附剂再生器设置有催化剂和吸附剂出口，吸附剂再生器通过提升管与催化剂再生器接通，通过压力使吸附剂和催化剂从吸附剂再生器提升到催化剂再生器中，吸附剂再生器与水汽变换反应器通过提升管连接；催化剂再生器设置有氢气、水蒸汽和氮气进口、气体出口、吸附剂和催化剂循环出口和排渣口，催化剂再生器与水汽变换反应器通过提升管连接；在炉内喷钙循环流化床中进行重油残渣部分燃烧、气化与炉内脱硫，循环流化床炉膛采用自下而上逐渐扩大圆锥形设置，循环流化床底部进行部分重油残渣燃烧，燃烧产生热量供大部分重油残渣水蒸气气化制取合成气，生成的合成气在水汽变换反应器中进行快速移动的CO₂原位吸附强化水汽变换制氢，吸附剂在吸附剂再生器中通过加热进行吸附剂再生，催化剂通过水蒸汽和氢气在催化剂再生器中实现再生和还原，催化剂、吸附剂在水汽变换反应器与2个再生器之间连续移动，具体步骤包括：a,炉内喷钙循环流化床燃烧气化：在循环流化床中进行重油残渣部分燃烧、气化和炉内脱硫，最终将重油残渣转化为合成气，重油残渣一次进料和二次进料质量比保持在1:6～1:10范围，所用空气的量按照空气中氧摩尔数与重油残渣一次进料中的碳摩尔数之比为1:1～1:1.2范围确定，循环流化床气化所用水蒸气的用量按照水蒸气摩尔数与重油残渣二次进料中的碳摩尔数之比为3:1～6:1范围确定，石灰石脱硫剂的用量按照其Ca含量与重油残渣二次进料的质量比为5～10％范围确定，从进口喷入炉内，喷口温度控制在900‑950℃，水蒸气进入炉内的喷口角度向下倾斜20‑30度喷入炉内进行气化；b,由步骤a生成的合成气通过合成气进口进入水汽变换反应器中进行CO₂原位吸附强化水汽变换制氢，变换制氢用水蒸汽的用量比例按照水蒸汽、重油残渣二次进料中含碳的摩尔比值S/C为3:1～6:1范围确定，变换制氢用载气氮气的用量比例按照氮气、重油残渣二次进料中含碳的摩尔比为5～15：1确定，合成气和水蒸汽在水汽变换反应器中自下而上流动，均匀混合后的催化剂和吸附剂颗粒在水汽变换反应器中连续不断的自上而下移动，与混合气体逆流接触反应，固体催化剂和吸附剂混合物在移动床反应器的停留时间保持在30‑45分钟，产品氢气从水汽变换反应器的出口排出，催化剂和吸附剂经过水汽变换反应器的出口进入再生器中再生吸附剂，新鲜的催化剂和吸附剂可通过水汽变换反应器的补给进口送入水汽变换反应器中，温度保持在450‑600℃，所述催化剂的成分为10‑18wt％的NiO和82‑90wt％的Al₂O₃组成，所述吸附剂的成份的质量百分比为高于98％的CaO和低于2％的杂质，所述杂质成份包括CaCO₃、MgO、CaCl₂；所述催化剂和吸附剂颗粒的粒径均为0.40‑0.90mm，吸附剂质量与催化剂质量使用比例保持在1:1～1:5范围；c,吸附剂的再生：步骤b的催化剂和吸附剂经过吸附剂再生器的进口进入吸附剂再生器，继续自上而下移动，以体积分数为100％氮气经过进口进入再生器，加热吸附剂再生器，使其温度维持在800‑900℃进行再生吸附剂；d,催化剂的再生与还原：步骤c的催化剂和吸附剂经过催化剂再生器的进口进入催化剂再生器中，继续自上而下移动，以体积分数为10％的水蒸汽、5％的氢气和体积分数为85％的氮气的混合再生气体经过进口进入催化剂再生器与催化剂和吸附剂接触，再生器的温度维持为500‑650℃，催化剂再生器中的再生气体经过出口排出，再生后的催化剂和吸附剂经过催化剂再生器的出口到提升管中被氮气提升重新返回到水汽变换反应器中进行循环；在所述水汽变换反应器的产品气体出口采用分析仪器分析氢气、甲烷、CO和CO₂的含量。