[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

说明书

本发明公开了一种基于合成气制取氢气并分离二氧化碳的装置及方法，合成气(CO、H₂和少量CH₄)和水蒸气在吸收反应室内通过变换反应得到H₂与CO₂，CO₂被CaO吸收，生成CaCO₃；H₂经分离器与CaCO₃分离并捕集，CaCO₃进入再生反应室；CaCO₃经过煅烧分解为CO₂与CaO，CO₂经分离器与CaO分离并捕集，CaO重新回到吸收反应室；在氧化反应室通入空气，Cu与氧气燃烧生成CuO，CuO经分离器与燃烧后的欠氧空气分离进入再生反应室；CuO与合成气反应生成Cu和CO₂，CO₂经分离器与CuO分离并捕集，反应释放的热量为CaCO₃的煅烧分解供热，还原后的Cu重新回到氧化反应室，循环利用。

技术领域

本发明涉及水蒸气制氢的方法和装置，特别是涉及一种利用合成气和水蒸气重整反应制取氢气并分离CO₂的方法和装置。

背景技术

能源利用的可持续发展策略之一是实现能源高效清洁利用。进入21世纪，环境污染成为全球性的危机，主要责任归咎于化石能源的使用。氢能是公认的清洁能源，在能量的转化过程中，伴随产物是水，可真正实现污染物零排放。它具有储运方便、利用途径多样、高利用率及来源广泛等特点，可为解决能源危机、全球变暖和环境污染提供帮助。但遗憾的是自然界中的氢大多是以化合态存在，作为二次能源必须由其它一次能源诸如天然气、煤炭、生物质等含碳一次能源转换而获得。我国是一个以煤炭为主要能源的国家，在这一基本国情的前提下，未来半个世纪内，在能源的选择上，煤将仍扮演着重要的角色。但是煤气化合成气向氢能转化的过程中会排放出大量的CO₂，由此引起的温室效应对生态环境产生严重的负面影响，同时以合成气为基础的氢生产过程中排放的CO₂的数量相当巨大，氢作为清洁能源的优点将会消失。因此，在煤气化制氢过程中，有效分离并捕集CO₂成为关键之一。

发明内容

技术问题：本发明提供一种基于合成气制取氢气并分离二氧化碳的装置及方法。本发明在利用合成气和水蒸气重整反应制取氢气的同时能够有效分离CO₂，具有减少温室气体排放的优点。

技术方案：本发明的一种基于合成气制取氢气并分离二氧化碳的装置，由吸收反应流化床、再生反应流化床与氧化反应流化床组成；其中：

吸收反应流化床由吸收反应室、吸收反应室过渡段、吸收床提升管、氢气旋风分离器、CaO第二下料管、第一溢流槽、第二溢流槽、二氧化碳第一旋风分离器、CaO第一下料管以及第一返料槽组成；

再生反应流化床由再生反应室、再生反应室过渡段、再生床提升管组成；

氧化反应流化床由氧化反应室、氧化反应室过渡段、氧化床提升管、空气旋风分离器、Cu第二下料管、第三溢流槽、第四溢流槽、二氧化碳第二旋风分离器、Cu第一下料管以及返料槽组成；

吸收反应流化床的吸收反应室过渡段通过第一溢流槽与再生反应流化床相连，再生反应流化床通过第三溢流槽与氧化反应流化床相连。

所述吸收反应流化床中，吸收床提升管的下端通过吸收反应室过渡段与吸收反应室相连，吸收床提升管的上端与氢气旋风分离器的上端相连，氢气旋风分离器的下端通过CaO第二下料管与返料槽相连，返料槽与吸收反应室上端侧相连；二氧化碳第一旋风分离器的下端通过CaO第一下料管与第二溢流槽相连，第二溢流槽与吸收床提升管下端侧相连，吸收反应室通过第一溢流槽与再生反应室相连，吸收反应室底端设有合成气和水蒸气口，第一返料槽的底部、第一溢流槽的底部、第二溢流槽的底部设有松动风口。