[发明专利]一种基于合成气制取氢气并分离二氧化碳的装置及方法

权利要求书

1.一种基于合成气制取氢气并分离二氧化碳的装置，其特征在于，该装置由吸收反应流化床(1)、再生反应流化床(2)与氧化反应流化床(3)组成；其中：

吸收反应流化床(1)由吸收反应室(1-1)、吸收反应室过渡段(1-3)、吸收床提升管(1-7)、氢气旋风分离器(1-9)、CaO第二下料管(1-5)、第一溢流槽(1-4)、第二溢流槽(1-6)、二氧化碳第一旋风分离器(1-10)、CaO第一下料管(1-8)以及第一返料槽(1-2)组成；

再生反应流化床(2)由再生反应室(2-1)、再生反应室过渡段(2-2)、再生床提升管(2-3)组成；

氧化反应流化床(3)由氧化反应室(3-1)、氧化反应室过渡段(3-3)、氧化床提升管(3-7)、空气旋风分离器(3-9)、Cu第二下料管(3-5)、第三溢流槽(3-4)、第四溢流槽(3-6)、二氧化碳第二旋风分离器(3-10)、Cu第一下料管(3-8)以及第二返料槽(3-2)组成；

吸收反应流化床(1)的吸收反应室过渡段(1-3)通过第一溢流槽(1-4)与再生反应流化床(2)相连，再生反应流化床(2)通过第三溢流槽(3-4)与氧化反应流化床(3)相连；

其中所述吸收反应流化床(1)中，吸收床提升管(1-7)的下端通过吸收反应室过渡段(1-3)与吸收反应室(1-1)相连，吸收床提升管(1-7)的上端与氢气旋风分离器(1-9)的上端相连，氢气旋风分离器(1-9)的下端通过CaO第二下料管(1-5)与第一返料槽(1-2)相连，第一返料槽(1-2)与吸收反应室(1-1)上端侧相连；二氧化碳第一旋风分离器(1-10)的下端通过CaO第一下料管(1-8)与第二溢流槽(1-6)相连，第二溢流槽(1-6)与吸收床提升管(1-7)下端侧相连，吸收反应室(1-1)通过第一溢流槽(1-4)与再生反应室(2-1)相连，吸收反应室(1-1)底端设有合成气和水蒸气口(B)，第一返料槽(1-2)的底部(A)、第一溢流槽(1-4)的底部(C)、第二溢流槽(1-6)的底部(E)设有松动风口；

所述再生反应流化床(2)中，再生床提升管(2-3)的下端通过再生反应室过渡段(2-2)与再生反应室(2-1)相连；再生床提升管(2-3)的左上端与二氧化碳第一旋风分离器(1-10)相连，再生床提升管(2-3)的右上端与二氧化碳第二旋风分离器(3-10)相连，再生反应室(2-1)底端设有合成气口(G)；

所述氧化反应流化床(3)中，二氧化碳第二旋风分离器(3-10)的下端通过Cu第一下料管(3-8)与第四溢流槽(3-6)相连，第四溢流槽(3-6)与氧化床提升管(3-7)下端侧相连，氧化反应室(3-1)通过第三溢流槽(3-4)与再生反应室(2-1)相连；氧化床提升管(3-7)的下端通过氧化反应室过渡段(3-3)与氧化反应室(3-1)相连，氧化床提升管(3-7)的上端与空气旋风分离器(3-9)的上端相连，空气旋风分离器(3-9)的下端通过Cu第二下料管(3-5)与第二返料槽(3-2)相连，第二返料槽(3-2)与氧化反应室(3-1)上端侧相连；氧化反应室(3-1)底端设有空气口(I)；第三溢流槽(3-4)的底部(H)、第四溢流槽(3-6)的底部(M)、第二返料槽(3-2)的底部(J)分别设有松动风口。

2.根据权利要求1所述的一种基于合成气制取氢气并分离二氧化碳的装置，其特征在于，通入第一溢流槽(1-4)的底部(C)、第二溢流槽(1-6)的底部(E)、第三溢流槽(3-4)的底部(H)、第四溢流槽(3-6)的底部(M)、第一返料槽(1-2)的底部(A)、第二返料槽(3-2)的底部(J)的松动风分别采用合成气、CO₂、合成气、CO₂、合成气和水蒸气、空气。

3.一种利用权利要求1所述装置的合成气制取氢气并分离二氧化碳的方法，其特征在于：在吸收反应室(1-1)底端的合成气和水蒸气口(B)通入合成气和水蒸气，合成气和水蒸气在吸收反应室(1-1)内通过变换反应生成H₂与CO₂；CO₂被来自第一返料槽(1-2)的CaO吸收，固化为CaCO₃；H₂与残余CO₂经过吸收反应室过渡段(1-3)进入吸收床提升管(1-7)；CaCO₃离开吸收反应室(1-1)，经过第一溢流槽(1-4)进入再生反应室(2-1)；在氧化反应室(3-1)底端的空气口(I)通入空气，Cu与空气在氧化反应室(3-1)内生成CuO；CuO离开氧化反应室(3-1)，经过第三溢流槽(3-4)进入再生反应室(2-1)；在再生反应室(2-1)底端的合成气口(G)通入合成气，CuO被合成气还原生成Cu、CO₂与H₂O；该反应放热，并为CaCO₃的煅烧分解提供热量；CaCO₃在再生反应室(2-1)重新分解为CO₂与CaO；再生反应室(2-1)内的产物是CaO与Cu的混合物和CO₂，一部分CO₂与CaO与Cu的混合物经过再生床提升管(2-3)到达二氧化碳第一旋风分离器(1-10)，CO₂与混合物分离，CO₂从二氧化碳第一旋风分离器(1-10)上端出口排出并捕集，混合物从二氧化碳第一旋风分离器(1-10)下端经CaO第一下料管(1-8)、第二溢流槽(1-6)至吸收床提升管(1-7)底部；吸收床提升管(1-7)的横截面积小于吸收反应室(1-1)的横截面积，吸收床提升管(1-7)内的物质处于快速流化状态，混合物被来自吸收反应室(1-1)的气体H₂以及残余CO₂提升，CaO吸收气体中的残余CO₂，离开吸收床提升管(1-7)的气体仅为H₂；H₂以及混合物经过氢气旋风分离器(1-9)，H₂从氢气旋风分离器(1-9)上端分离；混合物经过CaO第二下料管(1-5)、第一返料槽(1-2)重新回到吸收反应室(1-1)，进行下次循环；另一部分CO₂与Cu与CaO的混合物经过再生床提升管(2-3)到达二氧化碳第二旋风分离器(3-10)，CO₂与混合物分离，CO₂从二氧化碳第二旋风分离器(3-10)上端出口排出并捕集，混合物从二氧化碳第二旋风分离器(3-10)下端经Cu第二下料管(3-5)、第四溢流槽(3-6)至氧化床提升管(3-7)底部；氧化床提升管(3-7)的横截面积小于氧化反应室(3-1)的横截面积，氧化床提升管(3-7)内的物质处于快速流化状态，混合物被来自氧化反应室(3-1)的欠氧空气提升；欠氧空气及Cu与CaO的混合物经过空气旋风分离器(3-9)，欠氧空气从旋风分离器(3-9)上端分离，混合物从旋风分离器(3-9)下端经Cu第二下料管(3-5)、第二返料槽(3-2)重新回到氧化反应室(3-1)，进行下次循环。