[发明专利]一种基于铁或铁氧化物制氢并分离CO2的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用燃料经气化或直接制取氢气的方法和装置，尤其涉及一 种基于铁或铁氧化物制氢并分离CO₂的方法及装置。

背景技术

能源利用的可持续发展策略之一，实现能源的高效清洁利用。氢能以其清洁、 高效、利用形式多样等诸多优点，在未来可持续能源系统中，有望成为能源载体。 氢能利用效率较高，遗憾的是自然界中的氢大多是以化合态存在的，作为二次能 源必须由其他一次能来制取。我国是一个以煤炭为主的能源消耗大国，在这一基 本国情下，未来半个世纪内，在能源的选择上，化石燃料仍将扮演着非常重要的 角色。但化石能源向氢能转化的过程中排放出大量的CO₂，由此引起的温室效应 对生态环境造成严重的破坏。由于以化石燃料为基础的氢生产过程排放的CO₂的 量如此巨大，氢作为环境友好的清洁能源的优点将会消失。因此，在化石燃料制 氢过程中，有效分离并固化CO₂成为能否实现化石燃料规模清洁制氢的关键之 一。

发明内容

本发明提供一种基于铁或铁氧化物制氢并分离CO₂的方法及装置，由于本 发明将燃料制取氢气的同时能有效分离二氧化碳，具有获得洁净能源且利于环保 的优点。

本发明的方法技术方案如下：

一种基于铁或铁氧化物制氢并分离CO₂的方法，将铁或铁氧化物置于空气 反应器流化床内，在空气反应器流化床下端E通入流化空气，铁或铁氧化物与 空气中的氧气反应后得到Fe₂O₃，再使气固两相经贫氧空气分离器分离；分离后 的空气从贫氧空气分离器的上端H排出，分离后的Fe₂O₃通过第一溢流槽进入燃 料反应器流化床；Fe₂O₃在进入燃料反应器流化床时首先被夹带到燃料反应器提 升管中，并在燃料反应器提升管中与来自混合气化反应室的未反应的合成气反 应，并将合成气转化为二氧化碳水蒸气混合气，而Fe₂O₃则转化为Fe₃O₄，将以 上气固两相经二氧化碳分离器分离，分离后的二氧化碳水蒸气混合气从二氧化碳 分离器的上端I排出，冷凝后获得洁净的二氧化碳，而未反应的Fe₂O₃以及生成 的Fe₃O₄从二氧化碳分离器的下端排出，经返料槽进入混合气化反应室，固体燃 料则通过螺旋给料器进入混合气化反应室，混合气化反应室的下端A通入水蒸气 作为气化介质，由Fe₂O₃以及Fe₃O₄提供固体燃料与水蒸气气化的热量，气化后 的合成气与Fe₂O₃及Fe₃O₄发生还原反应，生成二氧化碳和水蒸气并与未反应的 合成气上升至燃料反应器提升管，而Fe₂O₃及Fe₃O₄则被还原为FeO或Fe，含有 FeO和Fe的铁氧化物通过第二溢流槽溢流到制氢反应器流化床，在制氢反应器 流化床下端C通入水蒸气作为流化介质，水蒸气与FeO或Fe反应生成氢气，FeO 或Fe则被氧化为Fe₃O₄，再使气固两相经氢气分离器分离，分离后的氢气水蒸 气混合气从该分离器上端G排出，冷凝后得到纯净的氢气，分离后的Fe₃O₄，经 过第三溢流槽回到空气反应器流化床进一步氧化，实现循环使用。

本发明的装置技术方案如下：