一种基于合成气制取氢气并分离二氧化碳的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术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、H

Device and method for producing hydrogen gas and separating carbon dioxide based on synthesis gas

The invention discloses a device and a method for preparing hydrogen and separating carbon dioxide based on synthesis gas, wherein, synthetic gas (CO, H)

【技术实现步骤摘要】
一种基于合成气制取氢气并分离二氧化碳的装置及方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
技术问题：本专利技术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。本专利技术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：本专利技术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。所述再生反应流化床中，再生床提升管的下端通过再生反应室过渡段与再生反应室相连；再生床提升管的左上端与二氧化碳第一旋风分离器相连，再生床提升管的右上端与二氧化碳第二旋风分离器相连，再生反应室底端设有合成气口。所述氧化反应流化床中，二氧化碳第二旋风分离器的下端通过Cu第一下料管与第四流槽相连，第四溢流槽与氧化床提升管下端侧相连，氧化反应室通过第三溢流槽与再生反应室相连；氧化床提升管的下端通过氧化反应室过渡段与氧化反应室相连，氧化床提升管的上端与空气旋风分离器的上端相连，空气旋风分离器的下端通过Cu第二下料管与返料槽相连，返料槽与氧化反应室上端侧相连；氧化反应室底端设有空气口；第三溢流槽的底部、第四溢流槽的底部、第二返料槽的底部分别设有松动风口。所述通入第一溢流槽的底部、第二溢流槽的底部、第三溢流槽的底部、第四溢流槽的底部、第一返料槽的底部、第二返料槽的底部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。本专利技术的合成气制取氢气并分离二氧化碳的方法为：在吸收反应室底端的合成气和水蒸气口通入合成气和水蒸气，合成气和水蒸气在吸收反应室内通过变换反应生成H2与CO2；CO2被来自第一返料槽的CaO吸收，固化为CaCO3；H2与残余CO2经过吸收反应室过渡段进入吸收床提升管；在氧化反应室底端的空气口通入空气，Cu与空气在氧化反应室内生成CuO；CuO离开氧化反应室，经过第三溢流槽进入再生反应室；在再生反应室底端的合成气口通入合成气，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在再生反应室重新分解为CO2与CaO；再生反应室内的产物是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到达二氧化碳第一旋风分离器，CO2与混合物分离，CO2从二氧化碳第一旋风分离器上端出口排出并捕集，混合物从二氧化碳第一旋风分离器下端经下料管、第二溢流槽至吸收床提升管底部；吸收床提升管的横截面积小于吸收反应室的横截面积，吸收床提升管内的物质处于快速流化状态，混合物被来自吸收反应室的气体H2以及残余CO2提升，CaO吸收气体中的残余CO2，离开吸收床提升管的气体仅为H2；H2以及混合物经过氢气旋风分离器，H2从氢气旋风分离器上端分离；混合物经过下料管、返料槽重新回到吸收反应室，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到达二氧化碳第二旋风分离器，CO2与混合物分离，CO2从二氧化碳第二旋风分离器上端出口排出并捕集，混合物从二氧化碳第二旋风分离器下端经下料管、第四溢流槽至氧化床提升管底部；氧化床提升管的横截面积小于氧化反应室的横截面积，氧化床提升管内的物质处于快速流化状态，混合物被来自氧化反应室的欠氧空气提升；欠氧空气及Cu与CaO的混合物经过空气旋风分离器，欠氧空气从旋风分离器上端分离，混合物从旋风分离器下端经下料管、返料槽重新回到氧化反应室，进行下次循环。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术的方法及其装置在使用合成气和水蒸气制取氢气的同时能够分离CO2，实现CO2捕集。反应室的横截面积大于提升管的横截面积，床体横截面积的缩小使提升管内处在快速流化状态。其优势在于，CaO、CaCO3、Cu、CuO通过返料槽和溢流槽在各个反应室之间循环反应。CO与水蒸气发生变换反应该反应是可逆的，但是CO2由于CaO存在被吸收并固化为CaCO3。这样，变化反应平衡发生移动，CO不断与水蒸气反应生成CO2并随之固化为CaCO3；再生反应室中CuO被还原并放热，为CaCO3煅烧分解提供热量；再生后的CaO经过第二溢流槽进入吸收床提升管下端，由于吸收床提升管中气体的流速高，夹带作用显著，大部分再生后的CaO不能直接落入吸收反应室，而是首先在气化床提升管中与H2及残余CO2流化提升。在提升过程中，残余CO2被CaO吸收，最后经过分离，氢气旋风分离器出口获得H2，达到了获得纯净H2的目的。CaCO3经过第一溢流槽进入再生反应室，CuO经过第三溢流槽进入再生反应室，CuO与合成气反应生成Cu和CO2并放热，为CaCO3煅烧分解供热，CaCO3分解为CaO和CO2，CaO和Cu得到再生；Cu、CaO和CO2进入再生床提升管，经过二氧化碳旋风分离器分离，捕集到纯净的CO2，CaO重新进入吸收反应流化床，Cu重新进入氧化反应流化床循环使用。与传统的合成气制取氢气的工艺比较，本专利技术在没有其它额外能耗的基础上，实本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。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，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)与返料槽(1-2)相连，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。3.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，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)。4.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，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)与返料槽(3-2)相连，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)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈时熠，虞然，向文国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32