耦合化学链反应及CO2分离捕集的高效低能耗氢电热冷多联产系统技术方案

一种耦合化学链反应及CO2分离捕集的高效低能耗氢电热冷多联产系统，所述系统包括化学链气化重整单元A、气体处理净化单元B、化学链制氢单元C以及联合循环发电和多联产单元D，所述化学链气化重整单元A与气体处理净化单元B连接，所述气体处理净化单元B与化学链制氢单元C、联合循环发电和多联产单元D连接，所述化学链制氢单元C与联合循环发电和多联产单元D连接。本实用新型专利技术利用含碳燃料的化学链反应制备高纯H2并同时捕集CO2，结合燃料电池、燃气

【技术实现步骤摘要】
耦合化学链反应及CO2分离捕集的高效低能耗氢电热冷多联产系统


[0001]本技术属于含碳燃料制氢、CO2捕集和能源化工多联产系统，尤其是一种氢电热冷多联产系统。

技术介绍

[0002]能源高效清洁利用对节能减排和可持续发展至关重要。煤、石油、天然气、生物质、有机固体废弃物等含碳燃料主要通过燃烧的方式进行利用。燃料燃烧不但产生巨大的有效能损失和大量的污染物，而且排放的CO2会加剧全球气候变暖，给人类带来灾难性后果。为了满足节能环保和可持续发展的要求，将含碳燃料转化为H2，同时将转化过程产生的CO2捕集，结合燃气
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蒸汽联合循环发电，能够构建更加高效清洁的先进能源利用系统。传统的方法首先在高温高压下将含碳燃料气化或重整转变为以H2和CO为主要成分的气态燃料，再将气态燃料进行水煤气变换得到H2和CO2的混合气，然后通过物理吸收、化学吸收、膜分离等方法将CO2分离捕集并获得高纯H2。因此，传统的方法需要通常设置气化炉、深冷空分制氧装置、水煤气变换装置以及专门的CO2分离捕集装置，不但投资昂贵，而且制氧和CO2捕集的能耗很大，制H2成本高。同时，传统方法所制备的H2主要用于化工合成，没有发挥H2作为高效、清洁能源的优势。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本技术利用含碳燃料的化学链反应制备高纯H2并同时捕集CO2，结合燃料电池、燃气
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蒸汽联合循环、吸收式制冷装置等构建了一种氢电热冷多联产系统。所提出的系统及方法具有投资小、能耗与成本低、效率高、用途广的优点。
[0004]为了解决上述技术问题，本技术的技术方案如下：
[0005]一种耦合化学链反应及CO2分离捕集的高效低能耗氢电热冷多联产系统，包括化学链气化重整单元、气体处理净化单元、化学链制氢单元以及联合循环发电和多联产单元，其中，
[0006]化学链气化重整单元，用于将含碳燃料在气化剂或重整剂的作用下与固体载氧体发生氧化还原反应，使其转化为高品质燃料气；
[0007]气体处理净化单元，用于将气化重整所得的燃料气、以及载氧体再生装置的贫氧空气进行热量回收利用、除尘、净化，获得清洁燃料气和清洁贫氧空气；
[0008]化学链制氢单元，基于金属载氧体的循环“氧化
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还原”反应，将水蒸气中的氢元素转化为高纯H2，清洁燃料气被氧化后生成高纯度CO2，同时实现制备高纯H2和CO2捕集，所制备的纯氢用于化工合成、交通运输或发电、供热、供冷，所捕集的纯CO2用于燃料气化重整或进行储运、利用、封存；
[0009]联合循环发电和多联产单元，用于利用燃料电池、燃气
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蒸汽轮机联合循环、低压蒸汽换热器、吸收式制冷装置将H2或清洁燃料气的化学能高效转化为电力、热能、冷能；
[0010]所述化学链气化重整单元与气体处理净化单元连接，所述气体处理净化单元与化学链制氢单元、联合循环发电和多联产单元连接，所述化学链制氢单元与联合循环发电和多联产单元连接。
[0011]进一步，所述的化学链气化重整单元包括相互连接的气化重整反应器和空气反应器。
[0012]再进一步，所述的气体处理净化单元包括燃料气热量回收利用装置、除尘装置、净化装置以及贫氧空气的热量回收利用装置、净化装置和除尘装置，其中，燃料气热量回收利用装置连接燃料气除尘装置，燃料气除尘装置连接燃料气净化装置；贫氧空气热量回收利用装置连接贫氧空气净化装置，贫氧空气净化装置连接贫氧空气除尘装置。
[0013]更进一步，所述的化学链制氢单元包括燃料反应器、CO2气体热量回收利用装置、冷凝器、水蒸气反应器和H2显热回收装置，其中，燃料反应器与水蒸气反应器相互连接，燃料反应器出口与CO2气体热量回收利用装置连接，CO2气体热量回收利用装置与冷凝器连接，水蒸气反应器出口与H2显热回收装置连接。
[0014]所述的联合循环发电和多联产单元包括燃料电池、燃料电池尾气热量回收装置、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机系统、低压蒸汽热交换器和吸收式制冷装置，其中，燃料电池与燃料电池尾气热量回收装置连接，燃料电池同时与燃气轮机燃烧室连接，燃气轮机与余热锅炉连接，余热锅炉与化学链气化重整单元、气体处理净化单元、化学链制氢单元的用汽或产汽单元连接，余热锅炉同时与蒸汽轮机、烟气冷凝器连接，蒸汽轮机与发电机、凝汽器、低压蒸汽热交换器、供热蒸汽热交换器连接，凝汽器与凝结水泵、循环冷却水系统连接，凝结水泵与余热锅炉连接，低压蒸汽热交换器与吸收式制冷装置连接。
[0015]本技术的有益效果表现在：
[0016]1、与传统的气化/重整制氢方法相比，本技术不需要设置深冷空分制氧装置、水煤气变换装置、CO2捕集装置，能够显著降低制氢和CO2捕集系统的投资。
[0017]2、与传统的气化/重整制氢方法相比，本技术在气化或重整单元不需要纯氧，避免了由于深冷空分制氧造成的大量能耗；同时，本技术无需采用物理吸收、化学吸收或膜分离等专门的CO2捕集装置，也极大避免了CO2捕集的能耗。
[0018]3、与传统的气化/重整制氢方法相比，本文气化重整反应器在能够在常压、中高温度下进行，能够避免高温、高压系统运行所产生的问题和进一步降低投资。
[0019]4、与传统的燃料气化重整制氢方法相比，本技术的化学链制氢方法避免了使用昂贵、具有环境危害性的水煤气变换反应催化剂，降低了制氢成本、减少了环境污染，并具有直接制备高纯H2的优点。
[0020]5、本技术通过能量的梯级合理利用，实现能源利用效率最大化。高品质的燃料气采用燃料电池、先进燃气轮机大幅度提高总体效率；系统各单元高温气体的热量经换热器传递到高温水蒸气中，并用于蒸汽轮机发电；燃气轮机燃烧室接收来自气体处理净化系统、燃料电池的富氮贫氧空气，能减少燃烧过程的NO
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污染物生成并增加燃气轮机透平的发电量；系统中的低品位热量则通过换热器和吸收式制冷装置向用户供热、供冷。
[0021]6、本技术能够提供氢、电、热、冷等多元化的产品，可灵活调整系统流程和各产品比例，能够满足化工、交通、电力、采暖、制冷等用户的多元化需求。
附图说明
[0022]图1给出了系统的整体图：
[0023]化学链气化重整单元A：A1,气化重整反应器；A2,空气反应器；
[0024]气体处理净化单元B：B1，燃料气热交换器；B2，燃料气除尘器；B3，燃料气净化器；B4，贫氧烟气热交换器；B5，贫氧烟气净化器；B6，贫氧烟气除尘器；
[0025]化学链制氢单元C：C1，燃料反应器；C2，CO2烟气热交换器；C3，CO2烟气冷凝器；C4，水蒸气反应器；C5，H2热交换器；
[0026]联合循环发电和多联产单元D：D1：燃料电池；D2，燃料电池尾气热交换器；D3，燃料电池尾气冷凝器；D4，燃料电池N2热交换器；D5，燃气轮机压气机；D6，燃气轮机燃烧器；D7，燃气轮机透平；D8，燃气轮机发电机；D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合化学链反应及CO2分离捕集的高效低能耗氢电热冷多联产系统，其特征在于，该系统包括化学链气化重整单元、气体处理净化单元、化学链制氢单元以及联合循环发电和多联产单元，其中，化学链气化重整单元，用于将含碳燃料在气化剂或重整剂的作用下与固体载氧体发生氧化还原反应，使其转化为高品质燃料气；气体处理净化单元，用于将气化重整所得的燃料气、以及载氧体再生装置的贫氧空气进行热量回收利用、除尘、净化，获得清洁燃料气和清洁贫氧空气；化学链制氢单元，基于金属载氧体的循环“氧化
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还原”反应，将水蒸气中的氢元素转化为高纯H2，清洁燃料气被氧化后生成高纯度CO2，同时实现制备高纯H2和CO2捕集，所制备的纯氢用于化工合成、交通运输或发电、供热、供冷，所捕集的纯CO2用于燃料气化重整或进行储运、利用、封存；联合循环发电和多联产单元，用于利用燃料电池、燃气
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蒸汽轮机联合循环、低压蒸汽换热器、吸收式制冷装置将H2或清洁燃料气的化学能高效转化为电力、热能、冷能；所述化学链气化重整单元与气体处理净化单元连接，所述气体处理净化单元与化学链制氢单元、联合循环发电和多联产单元连接，所述化学链制氢单元与联合循环发电和多联产单元连接。2.如权利要求1所述的耦合化学链反应及CO2分离捕集的高效低能耗氢电热冷多联产系统，其特征在于，所述的化学链气化重整单元包括相互连接的气化重整反应器和空气反应器。3.如权利要求1或2所述的耦合化学链反应及CO2分离捕集的高效低能耗氢电热冷多联产系...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩龙，巫平江，徐国强，乌悦伦，马凯莉，张诚琨，夏佳，信长健，赵江林，郭会，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：