The invention discloses a heat balance compact fixed bed chemical chain integrated device and method for hydrogen production and decarbonization, which relates to the field of biomass hydrogen production of new energy resources, including fixed bottom plate, reactor A, reactor B, heat exchanger A, heat exchanger B, top complex containing rotary combination valve, insulation body and standard fastener, etc. There is an insulator outside the insulator, and the stainless steel sheet outside the insulator is fixed on the fixed bottom plate and the top composite outer circular surface, which avoids the fluidization wear of oxygen carriers. The heat balance design is adopted, which is conducive to the heat absorption and regeneration of CO2 adsorbents in adjacent heat exchangers and the reduction of oxygen carriers in the reactor, and the heat is efficiently utilized. The energy loss is greatly reduced, which makes the equipment more compact. The internal channel and complex structure make the pipeline connection greatly reduced. The control of single rotary combination valve is simpler than that of many valve switching processes, with flexible configuration, small floor area, low cost and good safety.
【技术实现步骤摘要】
一种热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置及方法
本专利技术涉及新能源的生物质制氢领域，尤其涉及一种热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置及方法。
技术介绍
化石能源在不断消耗减少的同时还带来了严重的环境污染问题，氢能源作为未来的主要能源之一被广泛关注，可再生的生物质制氢是未来氢能的主要来源之一，生物质热解化学链水蒸气重整气化制氢是生物质制氢的主要途径之一。生物质热解气化是利用空气中的氧气或含氧物作气化剂，在高温条件下将生物质燃料中的可燃部分转化为可燃气(主要是氢气、一氧化碳和甲烷)的热化学反应生物质气化技术，目前，我国已经建立了500多个生物质气化应用工程，连续运行的经验表明，生物质气化技术对处理大量的农作物废弃物、减轻环境污染、提高人民生活水平等多方面都发挥着积极的作用。进一步，以生物质热解气为原料，化学链水蒸气重整制氢使用固态金属氧化物作为催化氧载体，将原料气与水蒸气结合转化为氢气和二氧化碳，此技术不仅可以提高能量转换效率、减少环境污染,还可以结合二氧化碳吸收剂在制氢的同时捕捉该过程产生的CO2,被认为是一种较为理想的制氢方式，具有广阔的发展前景。生物质...
【技术保护点】
1.一种热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置，其特征在于，包括固定底板(1)、反应体A(2)、反应体B(3)、换热体A(4)、换热体B(5)、内含旋转组合阀的顶部复合体(6)、保温体(7)及标准紧固件，所述固定底板(1)与所述反应体A(2)、所述反应体B(3)、所述换热体A(4)、所述换热体B(5)、所述保温体(7)及标准紧固件相连，其与所述反应体A(2)、所述反应体B(3)、所述换热体A(4)、所述换热体B(5)连接面加工有四个凸台，可用于密封及定位，所述四个凸台中心设有两条通路，可用于连通所述反应体A(2)与所述换热体B(5)、所述反应体B(3)与所述换热体A(4)...
【技术特征摘要】
1.一种热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置，其特征在于，包括固定底板(1)、反应体A(2)、反应体B(3)、换热体A(4)、换热体B(5)、内含旋转组合阀的顶部复合体(6)、保温体(7)及标准紧固件，所述固定底板(1)与所述反应体A(2)、所述反应体B(3)、所述换热体A(4)、所述换热体B(5)、所述保温体(7)及标准紧固件相连，其与所述反应体A(2)、所述反应体B(3)、所述换热体A(4)、所述换热体B(5)连接面加工有四个凸台，可用于密封及定位，所述四个凸台中心设有两条通路，可用于连通所述反应体A(2)与所述换热体B(5)、所述反应体B(3)与所述换热体A(4)，所述固定底板(1)可与所述顶部复合体(6)通过标准紧固件连接；所述反应体A(2)、所述反应体B(3)为相同结构体，内置化学链水蒸气重整制氢催化剂，催化剂上下端分别设有多孔气流分布器及过滤岩棉，所述两反应体与所述固定底板(1)、所述顶部复合体(6)相连；所述换热体A(4)、所述换热体B(5)为相同结构体，所述换热体采用双通道设计，其中一通道a内填充二氧化碳吸收剂，其进出口接口位于所述换热体同侧，通道在所述换热体内为U型设计，另一通道b进出口接口位于所述换热体两侧，b通道其中一个接口与所述固定底板(1)通路相连，另一个接口与a通道两接口与所述顶部复合体(6)相连；所述内含旋转组合阀的所述顶部复合体(6)其一侧与所述反应体A(2)、所述反应体B(3)、所述换热体A(4)、所述换热体B(5)连接面加工有四个凸台，可用于密封及定位，所述四个凸台内有接口共八个，其中所述反应体A、B各一个，所述换热体A、B各三个，所述顶部复合体(6)另一侧中部留有定位卡槽，可与配套旋转控制机构相连，从而带动所述顶部复合体(6)内部的旋转组合阀阀芯转动，在卡槽旁边有六个接口，分别为：热解气入、H2O入、空气入、排空出、二氧化碳出、H2出，顶部复合体(6)外围可与固定底板(1)通过标准紧固件连接；整体反应器外面设保温体(7)，所述保温体(7)外部不锈钢薄板固定于所述固定底板(1)和所述顶部复合体(6)外圆面。2.如权利要求1所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置，其特征在于，所述反应体A(2)、所述反应体B(3)为固定床化学链反应器，其氧化和还原过程是通过流过介质的切换而完成的。3.如权利要求1所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置，其特征在于，所述装置中各物料进出的切换及各时序时间长度由内含旋转组合阀的所述顶部复合体(6)控制完成。4.如权利要求1所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置，其特征在于，所述装置中所述两个反应体及所述两个换热体交叉对称布置，且外部均包裹保温材料。5.如权利要求1所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置，其特征在于，所述装置中所述反应体A(2)、所述反应体B(3)、所述换热体A(4)、所述换热体B(5)均采用耐高温铁基合金材料，所述固定底板(1)采用耐高温陶瓷材料。6.一种热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳方法，其特征在于，应用如权利要求1-5中任一项热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置，所述反应体内制氢催化氧载体的活性组分为NiO、Fe2O3、MnO2或CoO，非活性载体为Al2O3、MgAl2O4或SiO2，所述换热体内二氧化碳吸收剂为CaO。7.如权利要求6所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳方法，其特征在于，所述反应体内制氢催化氧载体与所述换热体内二氧化碳吸收剂的摩尔比在0.2～2。8.如权利要求7所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳方法，其特征在于，所述化学链水蒸气重整制氢反应装置的工作温度为700～800℃，二氧化碳吸收剂吸收的工作温度为500～600℃，分解二氧化碳的工作温度为800～900℃。9.如权利要求8所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳方法，其特征在于，所述装置在连续循环运行时，一个周期内可分为八个步骤，其分别如下：(1)第一步：高温热解原料气由所述顶部复合体(6)进入后，在所述换热体A(4)换热通道b中与二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以降温，之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体A(2)，在内部载氧体催化作用下对原料气进行水蒸气重整获得氢气及二氧化碳，再送入所述换热体B(5)的二氧化碳吸收剂通道a的入口，二氧化碳被二氧化碳吸收剂吸收，氢气由所述通道a的出口经所述顶部复合体(6)排出接入外部氢气储罐，同时，水蒸气由所述顶部复合体(6)进入后，在所述换热体B(5)换热通道b中与其二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以升温，之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3)，内部未被完全氧化状态下的载氧体在高温水蒸气氧化，产生的氢气与残留的氮气由所述顶部复合体(6)排出，同时，所述换热体A(4)的二氧化碳吸收剂通道a在与所述换热体A(4)换热通道b的热交换升温后，通道a的出口二氧化碳由所述顶部复合体(6)排出接入外部二氧化碳储罐；(2)第二步：高温热解原料气由所述顶部复合体(6)进入后，在所述换热体B(5)换热通道b中与二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以降温，之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3)，在内部载氧体催化作用下对原料气进行水蒸气重整获得氢气及二氧化碳，再送入所述换热体A(4)的二氧化碳吸收剂通道a的入口，二氧化碳被二氧化碳吸收剂吸收，氢气由通道a的出口经所述顶部复合体(6)排出接入外部氢气储罐，同时，水蒸气由所述顶部复合体(6)进入后，在所述换热体A(4)换热通道b中与其二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以升温，之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体A(2)，内部处于还原状态下的载氧体在高温水蒸气氧化，产生的氢气与残留的原料气由所述顶部复合体(6)排出，同时，所述换热体B(5)的二氧化碳吸收剂通道a在与所述换热体B(5)换热通道b的...
【专利技术属性】
技术研发人员：豆斌林，贺明星，张华，崔国民，阮晨杰，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
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