[发明专利]氧载体煤催化热解制氢反应装置及氧载体煤催化热解制氢方法

说明书

本发明提出了一种氧载体煤催化热解制氢反应装置及氧载体煤催化热解制氢方法，其中该反应装置通过热解还原炉、移动床制氢炉和燃烧氧化炉的结合，在热解还原炉内进行催化热解、氧化载体还原等反应，还原载体进入移动床制氢炉中与高温水蒸气发生制氢反应生产富氢气体，热解半焦、亚氧化载体和未反应完全的还原载体进入燃烧氧化炉与含氧气体发生高温燃烧反应，产生的氧化载体、细灰和烟气，其中氧化载体通过返料装置循环回热解还原炉中，实现热流和物流的循环并达到充分利用的目的。与现有技术相比，利用本发明提供的装置和方法可使碳转化率达到99％，制得的氢气含量99.5％，同时具有反应强度大、能量利用率高、产品气产率大的特点。

技术领域

本发明涉及煤制氢技术领域，尤其涉及氧载体煤催化热解制氢反应装置及氧载体煤催化热解制氢方法。

背景技术

随着化石能源的消耗以及CO₂温室气体排放的增加，人们越来越关注一种清洁高效的可替代能源。氢能作为一种清洁能源，在能量转化过程中，最终产物是水，可真正实现污染物零排放，可广泛应用于航天动力、车载燃料、燃料电池、燃烧发电、化工生产等方面，是化石能源最佳的替代品之一。目前制备氢能的主要方法包括水蒸气重整制氢、电解水制氢和煤气化制氢等，其中煤气化制氢符合我国的能源结构特征和基本国情，是目前主流发展的制氢技术。传统的煤制氢主要包括煤气化、煤气净化、CO变换及提纯等工艺，所涉及的设备较多，各设备间温度、压力匹配困难，能耗大，流程长，系统能量转化率低。其中煤气化装置是煤制氢的关键设备，现有技术的煤气化装置主要采用气流床和流化床气化炉，其出口的合成气中氢气含量普遍偏低，增加了后续净化、变换和提纯工艺的负荷。例如：

专利CN 102585911A提出了一种煤气化制氢装置及方法，反应器内耦合了煤气化、钙基吸附剂捕获二氧化碳和碳酸钙煅烧三个反应过程，通过钙基吸附剂捕获煤气化合成气中的二氧化碳以提高氢气含量。专利CN 101830432B也公开了一种基于煤气化制取氢气并分离CO₂的方法及装置，气化反应和CO₂吸收反应在气化炉内进行，CaCO₃和焦炭再进入再生炉煅烧分解，再生得到CaO的过程。以上方法可直接提高出口热解气中的氢气含量，在一定程度上减少后续变换和提纯工艺的负荷。但是由于强化了变换影响导致CO₂含量大幅增加，而炉内的CO₂吸收反应又受到反应工艺条件和吸收剂性能的影响，CO₂去除效率较低，并含有CO、CH₄等气体，反应器出口氢气含量仍然偏低，未能达到高纯级别，并且无法省去后续的净化、变换和分离提纯单元。

上述专利技术中出口合成气中氢气含量较传统气化炉略有提高，但是气化、变换和CO₂吸收等诸多反应耦合在一个反应器内，反应工艺耦合难度大，并且产品气中氢气纯度不高，仍无法作为清洁的氢源直接进行应用。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种氧载体煤催化热解制氢反应装置，通过该装置可制得高纯度氢气，减小了后续净化、变换和提纯工艺的负荷。