一种耦合煤气化的富氢反应系统及煤气化的除碳方法技术方案

本发明专利技术涉及煤气化技术领域，具体涉及一种耦合煤气化的富氢反应系统。耦合煤气化的富氢反应系统包括煤气化装置，其底部设有蒸汽进口和煤进口，其顶部设有合成气出口；富氢反应器，其底部设有合成气进口和第一固相出料口，合成气进口与合成气出口连通，富氢反应器上还设有第一气相出料口和第一固相进料口；热分解反应器，其底部设有第二固相出料口，第二固相出料口与第一固相进料口连通，热分解反应器上还设有第二固相进料口和第二气相出料口，第二固相进料口与第一固相出料口连通，太阳能热源，适于为热分解反应器提供热量。本发明专利技术提供的耦合煤气化的富氢反应系统，脱碳效果较好，富氢产率高，并且大幅降低了脱碳的能耗。并且大幅降低了脱碳的能耗。并且大幅降低了脱碳的能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合煤气化的富氢反应系统及煤气化的除碳方法


[0001]本专利技术涉及煤气化
，具体涉及一种耦合煤气化的富氢反应系统及煤气化的除碳方法。

技术介绍

[0002]中国火电装机容量达到11.4亿千瓦，我国当前的能源结构仍然以煤为主，占能源消费量的58％。其中，相比于传统的燃煤发电技术，整体煤气化技术性能更高，有利于进一步降低碳排放。
[0003]煤气化是指煤或焦炭、半焦等固体燃料在高温常压或加压条件下与气化剂反应，转化为气体产物和少量残渣的过程。气化剂主要是水蒸气、空气或它们的混合气，气体产物视所用原料煤质、气化剂的种类和气化过程的不同而具有不同的组成，可分为空气煤气、半水煤气、水煤气等。
[0004]气化剂采用水蒸气的煤气化中，所得气体为水煤气，水煤气主要包含CO和H2，经过一个水煤气变换反应，CO就变成了CO2。此时，C02的去除对于提高H2的纯度具有协同强化作用。现有采用PSA提纯H2，脱碳效果较差，难以实现较高的富氢效果，且吸附剂多依赖传统化石能源再生，所以也会造成较大的能耗。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中煤气化脱碳效果差且能耗大的缺陷，从而提供一种耦合煤气化的富氢反应系统及煤气化的除碳方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种耦合煤气化的富氢反应系统，包括：
[0007]煤气化装置，其底部设有蒸汽进口和煤进口，其顶部设有合成气出口；
[0008]富氢反应器，其底部设有合成气进口和第一固相出料口，所述合成气进口与所述合成气出口连通，所述富氢反应器上还设有第一气相出料口和第一固相进料口；
[0009]热分解反应器，其底部设有第二固相出料口，所述第二固相出料口与所述第一固相进料口连通，所述热分解反应器上还设有第二固相进料口和第二气相出料口，所述第二固相进料口与所述第一固相出料口连通；
[0010]太阳能热源，适于为所述热分解反应器提供热量。
[0011]可选的，还包括：
[0012]材料再生储罐，其设有第三固相进料口和第三固相出料口，所述第三固相进料口与所述第一固相出料口连通，所述第三固相出料口与所述第二固相进料口连通。
[0013]可选的，所述太阳能热源设于所述材料再生储罐上，且适于吸收、储存太阳能并为所述热分解反应器供热。
[0014]可选的，所述第一气相出料口适于连接燃气轮机联合余热锅炉发电，所述第二气相出料口适于连接CO2汽轮机联合余热锅炉发电。
[0015]可选的，还包括：
[0016]水储罐，其进口与所述燃气轮机和/或CO2汽轮机连接,且适于接收余热，所述水储罐的出口与所述蒸汽进口连通。
[0017]可选的，还包括：
[0018]氧化物储罐，其与所述第二固相出料口连通，所述氧化物储罐的底部设有物料出口，所述物料出口与所述第一固相进料口连通。
[0019]可选的，还包括：
[0020]储气罐，其与所述氧化物储罐和第二气相出料口皆通过通断阀连通，所述氧化物储罐设有第三气相出料口。
[0021]可选的，还包括：
[0022]煤净化装置，其输入口适于连接煤源，输出口与所述煤进口连通。
[0023]本专利技术还提供一种煤气化的除碳方法，将煤气化后的水煤气以及水蒸气通入含有氧化物的富氢反应器中，生成碳酸盐以及H2；将生成的碳酸盐输送至热分解反应器中，在太阳能作用下进行热分解，生成氧化物和CO2；将生成的氧化物输送至所述富氢反应器中反应；如此循环。
[0024]可选的，生成的H2通入燃气轮机联合余热锅炉发电，生成的CO2通入CO2汽轮机联合余热锅炉发电。
[0025]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0026]1.本专利技术提供的耦合煤气化的富氢反应系统，设有煤气化装置、富氢反应器及热分解反应器，使用时在富氢反应器中放置氧化物，煤气化装置排出的水煤气和水蒸气进入富氢反应器中，发生如下反应(以氧化物为CaO为例)：
[0027]CO+H2O
→
H2+CO2，CO2+CaO
→
CaCO3[0028]第一方面，CO2与氧化物反应，能够实现CO2的去除，并且CO2的消耗能够促进水煤气变换反应的进行，进一步将CO消除，除碳效果较好，同时也能够生成富H2相；第二方面，氧化物除碳后生成碳酸盐，碳酸盐在热分解反应器中分解又形成氧化物，如此实现碳捕获材料的可再生利用，并且所依赖的热量来自于太阳能，从而大幅降低脱碳的能耗。
[0029]2.本专利技术提供的耦合煤气化的富氢反应系统，设有材料再生储罐，能够储存富氢反应器中生成的碳酸盐，这样富氢反应与热分解反应通过所述材料再生储罐相隔，即使两个反应不同步，也能保证两者独立的连续进行，从而提高了生产效率。
[0030]3.本专利技术提供的耦合煤气化的富氢反应系统，将太阳能热源设置在材料再生罐上，使得太阳能热源不需占用独立的空间，空间占用更小。
[0031]4.本专利技术提供的耦合煤气化的富氢反应系统，将气相出料口与汽轮机或燃气轮机联动，能够实现生成的H2或CO2的集中处理。
[0032]5.本专利技术提供的耦合煤气化的富氢反应系统，设有水储罐，水储罐与汽轮机或燃气轮机连接，能够将汽轮机或燃气轮机的余热传递给水储罐生成水蒸气，进一步降低了整个装置的损耗，节省环保。
[0033]6.本专利技术提供的耦合煤气化的富氢反应系统，设有氧化物储罐，能够对氧化物进行储存，即使富氢反应与热分解反应节拍不匹配，由于氧化物储罐可用以储存氧化物，所以可避免因两反应节拍不匹配导致的生产效率降低。
[0034]7.本专利技术提供的耦合煤气化的富氢反应系统，设有储气罐，一方面能够通过控制
进入氧化物储罐的CO2量，从而控制氧化物罐内的氧化物和碳酸盐的比例，从而在进入富氢反应器时影响富氢反应转换程度，如此可通过氧化物和碳酸盐的比例调节提升富氢反应的转换程度；另一方面，当CO2通入过剩时，多余的CO2会携带其与氧化物反应放出的热量，从第三气相出料口排出，提供给其他需要热量的场景，如此使得本系统具有储能的功能。
[0035]8.本专利技术提供的煤气化的除碳方法，利用氧化物能够对CO2进行吸收，CO2与氧化物反应放热，促进水煤气中CO与H2O的反应，从而在实现脱碳的同时，生成富H2相；并且，生成的碳酸盐在热分解反应器中会分解为氧化物进入富氢反应器中反应，如此实现了碳捕获材料的循环利用，并且所依赖的热量来自于太阳能，降低了能耗。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本专利技术实施例中富氢反应系统的结构示意图；
[0038]图2为本专利技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合煤气化的富氢反应系统，其特征在于，包括：煤气化装置(1)，其底部设有蒸汽进口(11)和煤进口(12)，其顶部设有合成气出口(13)；富氢反应器(2)，其底部设有合成气进口(21)和第一固相出料口(24)，所述合成气进口(21)与所述合成气出口(13)连通，所述富氢反应器(2)上还设有第一气相出料口(22)和第一固相进料口(23)；热分解反应器(3)，其底部设有第二固相出料口(31)，所述第二固相出料口(31)与所述第一固相进料口(23)连通，所述热分解反应器(3)上还设有第二固相进料口(32)和第二气相出料口(33)，所述第二固相进料口(32)与所述第一固相出料口(24)连通；太阳能热源，适于为所述热分解反应器提供热量。2.根据权利要求1所述的耦合煤气化的富氢反应系统，其特征在于，还包括：材料再生储罐(4)，其设有第三固相进料口(41)和第三固相出料口(42)，所述第三固相进料口(41)与所述第一固相出料口(24)连通，所述第三固相出料口(42)与所述第二固相进料口(32)连通。3.根据权利要求2所述的耦合煤气化的富氢反应系统，其特征在于，所述太阳能热源设于所述材料再生储罐(4)上，且适于吸收、储存太阳能并为所述热分解反应器(3)供热。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的耦合煤气化的富氢反应系统，其特征在于，所述第一气相出料口(22)适于连接燃气轮机联合余热锅炉发电，所述第二气相出料口(33)适于连接CO2汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海生，葛志伟，王亮，林曦鹏，张双，凌浩恕，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：