[发明专利]一种副产氢气的富氧燃烧加热炉系统及方法

说明书

本发明公开了一种副产氢气的富氧燃烧加热炉系统及方法，富氧燃烧加热炉系统包括加热炉、释氧反应器、制氢反应器、吸氧反应器，常温水源、空气源、燃料气源、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器、第一冷凝器以及第二冷凝器。本发明的富氧燃烧加热炉系统采用化学链制氧技术为加热炉提供富氧气体，同时通过在释氧反应器通入燃料气为制氧和制氢过程提供热量，促进释氧反应快速进行，同时，优化系统的换热流程，提高进入制氢反应器水蒸气的温度，从而实现加热炉富氧燃烧系统快速高效运行，并最大限度制取氢气。

技术领域

本发明涉及加热炉技术领域，具体涉及一种副产氢气的富氧燃烧加热炉系统及方法。

背景技术

目前常规加热炉采用燃料和空气接触燃烧的方式加热工艺介质，高温烟气经余热回收系统后排出，这种方式存在污染物排放、加热炉热效率低、CO₂难以收集处理的问题。为进一步提高加热炉热效率，减少污染物的排放，富氧燃烧技术被认为是十分具有前景的技术。由于常规的低温精馏技术、膜分离技术和变压吸附技术等制氧技术成本较高，制约了加热炉富氧燃烧技术的发展。

化学链空气分离技术是一种新的空气分离技术，其原理是利用富氧载氧体在释氧反应器中发生释氧反应产生氧气，贫氧载氧体在吸氧反应器中与空气反应氧化再生。相比于常规的制氧技术，其具有能耗低、启动快、成本低、操作便捷等优点，为加热炉富氧燃烧技术的发展和应用提供了条件。H₂O在一定条件下与还原态载氧体反应可以生成H₂，同时利用相同的载氧体制取氢气可以进一步提高加热炉燃烧工艺的经济性。

参考文献1：专利公开号为CN113669752A的中国专利文献。

在参考文献1中，将化学链制氧和有氧燃烧反应结合实现富氧燃烧，能够在不显著增加制氧成本的前提下，实现富氧燃烧，提高有氧燃烧的反应速率和热效率。然而，该方法用于加热炉富氧燃烧过程，存在反应速度慢、制氢效率低、系统运行能耗高的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有加热炉富氧燃烧过程中反应速度慢、制氢效率低、系统运行能耗高的问题，提供一种副产氢气的富氧燃烧加热炉系统及方法。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种副产氢气的富氧燃烧加热炉系统：

包括加热炉、释氧反应器、制氢反应器、吸氧反应器，常温水源、空气源、燃料气源、第一换热器，第二换热器，第三换热器，第四换热器，第一冷凝器以及第二冷凝器；

所述吸氧反应器的出料口连接至第三旋风分离器，第三旋风分离器的气相出料口依次连接至第三换热器和第一换热器，第三旋风分离器的固相出料口连接至释氧反应器的固相进料口；

所述释氧反应器的出料口连接至第一旋风分离器，第一旋风分离器的气相出料口连接至加热炉，第一旋风分离器的固相出料口连接至制氢反应器的固相进料口；

所述制氢反应器的出料口连接至第二旋风分离器，第二旋风分离器的气相出料口依次连接至第四换热器和第一冷凝器，第二旋风分离器的固相出料口连接至吸氧反应器的固相进料口；

所述加热炉的烟气出口分为两路，其中一路连接至释氧反应器的气相进料口，另外一路依次连接至第二换热器和第二冷凝器；

所述常温水源依次通过第一换热器、第二换热器以及第三换热器后连接至制氢反应器的气相进料口；

所述空气源通过第四换热器连接至吸氧反应器的气相进料口；

所述燃料气源分为两路，其中一路连接至加热炉的燃烧器入口，另外一路连接至释氧反应器的气相进料口。

作为本发明一种副产氢气的富氧燃烧加热炉系统的进一步优化：所述第三旋风分离器与第三换热器之间还设置有气涡轮机。