一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺技术方案

本发明专利技术属于可再生能源耦合液态化学链气化/重整技术领域，具体公开一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺，包括：可再生能源系统、气化/重整系统和载氧体再生系统；可再生能源系统分别与气化/重整系统和载氧体再生系统相连，用于为气化/重整系统和载氧体再生系统提供反应所需能量；气化/重整系统，用于发生液态化学链气化反应或者化学链重整反应；载氧体再生系统，用于采用氧化剂氧化载氧体实现载氧体的再生；载氧体再生系统和气化/重整系统相连。采用可再生能源系统为反应供能，在液态载氧体循环从过程中，无需外加热源，节约能源，且选用液态载氧体进行反应避免载氧体的烧结磨损现象，延长使用寿命。延长使用寿命。延长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺


[0001]本专利技术属于可再生能源耦合液态化学链气化/重整
，具体涉及一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺。

技术介绍

[0002]能源短缺和环境污染已经成为了全球关注的问题，作为能源大国，我国的能源结构为“富煤贫油少气”。我国煤炭的传统利用主要以燃烧为主，因此会出现能源利用效率较低、燃料燃烧不充分、回收和利用燃烧产物CO2等温室气体较难。煤炭和生物质等能源的清洁高效转化较为关键，碳基燃料的高效利用对实现双碳目标有着重要意义。合成气是极为重要的化工原料，以煤为原料制备合成气污染较大，效率较低。化学链气化/重整制备合成气是一种高效清洁的利用方式，可以避免碳基燃料传统转化过程带来的环境问题，而且还可以获得高品质的富氢合成气，是能源和环境领域崭新的发展方向。虽然目前化学链气化技术的研究与应用非常广泛，目前化学链气化/重整常用固态载氧体，在使用过程中存在许多不利的方面，首先固态金属氧化物在高温环境中容易结焦、烧结，其次化学链气化过程中产生的灰分可能会沉积在颗粒表面，这些现象都会影响氧载体的使用寿命。其次，化学链气化/重整工艺常用的流化床反应器存在大量能耗且载氧体在反应器之间的循环流动极易造成损耗。需要寻找新型载氧体和化学链气化重整工艺来解决上述问题。
[0003]通过使用液态金属氧化物作为碳基燃料的液态载氧体可以避免载氧体的烧结磨损现象，延长使用寿命。通过熔融载氧体代替原本的固态载氧体作为载体。液态化学链技术需要大量的能量为载氧体提供相变潜热以及反应热量。为了避免温室气体的大量排放，选择可再生能源作为系统的热量来源是很有前景的，例如太阳能、风能、潮汐能和地热能等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺。针对上述问题，通过设计液态化学链工艺流程、优化反应器结构提高可再生能源利用效率和载氧体使用寿命，同时实现液态载氧体在反应器内的循环再生反应，使反应更加平稳可控，降低载氧体由于磨损和烧结的可能性，由此可以延长载氧体的使用寿命。将可再生能源技术与液态化学链技术相结合可以实现高效的碳减排碳中和。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，包括：可再生能源系统，气化/重整系统和载氧体再生系统；
[0007]所述可再生能源系统分别与气化/重整系统和载氧体再生系统相连，用于为气化/重整系统和载氧体再生系统提供反应所需能量；
[0008]所述气化/重整系统，用于发生液态化学链气化反应或者化学链重整反应；
[0009]所述载氧体再生系统，用于采用氧化剂氧化载氧体实现载氧体的再生；
[0010]所述载氧体再生系统和气化/重整系统相连。
[0011]本专利技术的进一步改进在于：所述可再生能源系统为太阳能集热器，所述气化/重整系统为气化/重整反应器，所述载氧体再生系统为载氧体再生反应器，还包括空气换热器、冷凝器、压缩机和干燥器；
[0012]太阳能集热器连接气化/重整反应器和载氧体再生反应器，用于将能量传递给气化/重整反应器和载氧体再生反应器；
[0013]气化/重整反应器和载氧体再生反应器耦合，气化/重整反应器燃料入口与燃料管道相连，气化/重整反应器的产物出口与冷凝器入口相连；干燥器出口与压缩机入口相连，压缩机出口与空气换热器第一换热通道入口相连，空气换热器的第二换热通道入口与载氧体再生反应器的气体出口相连，空气换热器第二换热通道出口与载氧体再生反应器的气体入口相连，空气换热器第一换热通道出口连通大气。
[0014]本专利技术的进一步改进在于：所述气化/重整反应器和载氧体再生反应器相互耦合采用载氧体固定的外循环结构，包括两个控制阀门和偶数个反应器，所述控制阀门分别为第一控制阀门和第二控制阀门；所述反应器，一半的反应器为第一反应器，另一半为第二反应器；第二控制阀门同时连接燃料管道出口、第二反应器入口、第一反应器入口和空气换热器第二换热通道出口，第一控制阀门同时连接第一反应器出口、空气换热器第二换热通道入口、第二反应器出口和冷凝器入口。
[0015]本专利技术的进一步改进在于：所述气化/重整反应器和载氧体再生反应器相互耦合采用内循环的整体式流化床反应结构，包括一个整体式反应器，所述整体式反应器为圆柱体，包括第一反应室和第二反应室，第一反应室为圆柱体，设置在整体式反应器中心，第二反应室为环绕第一反应室的圆环柱体，第一反应室和第二反应室相邻面底部设有通道，第一反应室的气体入口与空气换热器的第一换热通道出口相连，所述第一反应室的气体出口与空气换热器的第二换热通道入口相连，第二反应室的产物出口与冷凝器入口相连，第二反应室的燃料入口与燃料管道相连。
[0016]本专利技术的进一步改进在于：所述整体式反应器为立方体，包括一个第一反应室和两个第二反应室，所述第一反应室和第二反应室都为立方体，所述第一反应室设置在整体式反应器中心，两侧设有两个第二反应室，第一反应室和两个第二反应室相邻面底部设有通道，第一反应室的气体入口与空气换热器的第一换热通道出口相连，所述第一反应室的气体出口与空气换热器的第二换热通道入口相连，两个第二反应室的出口都与冷凝器的入口相连，两个第二反应室的入口都与燃料管道相连。
[0017]本专利技术的进一步改进在于：还包括液体分布器，所述第一反应室和第二反应室顶部之间设有液体分布器，所述液体分布器与两反应室壁之间夹角为45
°‑
80
°
，液体分布器上均匀设有数量相同的导流槽和孔道。
[0018]一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气工艺，包括以下步骤：
[0019]进行反应，将燃料充入气化/重整反应器与氧化态的液态载氧体发生液态化学链重整反应；同时将空气经过空气换热器预热进入载氧体再生反应器与还原态的液态载氧体发生再生反应；
[0020]产物除水，将气化/重整反应器内产生的气体产物经过冷凝器分离成水和富氢合成气；载氧体再生反应器通过空气换热器排出贫氧空气；
[0021]将气化/重整反应器反应后生成的还原态载氧体与载氧体再生反应器反应后生成
的氧化态载氧体互换，重复进行反应与产物除水步骤。
[0022]一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气工艺，采用载氧体固定的外循环结构时，包括以下步骤：
[0023]在第一反应器内加入还原态的液态载氧体，第二反应器内加入氧化态的液态载氧体，燃料通入第二反应器，第二反应器产物出口和冷凝器入口相连，第一反应器(8)气体出口与空气换热器的第二换热通道入口相连，第一反应器的气体入口与空气换热器(4)第一换热通道出口相连，第一反应器发生液态载氧体的再生反应，第二反应器发生燃料的液态化学链气化/重整反应；
[0024]当第一反应器的还原态液态载氧体被完全氧化为氧化态，第二反应器的氧化态液体载氧体被完全还原为还原态时，第二反应器内生成的气体产物经过冷凝器得到富氢合成气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，包括：可再生能源系统，气化/重整系统和载氧体再生系统；所述可再生能源系统分别与气化/重整系统和载氧体再生系统相连，用于为气化/重整系统和载氧体再生系统提供反应所需能量；所述气化/重整系统，用于发生液态化学链气化反应或者化学链重整反应；所述载氧体再生系统，用于采用氧化剂氧化载氧体实现载氧体的再生；所述载氧体再生系统和气化/重整系统相连。2.根据权利要求1所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，所述可再生能源系统为太阳能集热器(1)，所述气化/重整系统为气化/重整反应器(2)，所述载氧体再生系统为载氧体再生反应器(3)，还包括空气换热器(4)、冷凝器(5)、压缩机(6)和干燥器(7)；太阳能集热器(1)连接气化/重整反应器(2)和载氧体再生反应器(3)，用于将能量传递给气化/重整反应器(2)和载氧体再生反应器(3)；气化/重整反应器(2)和载氧体再生反应器(3)耦合，气化/重整反应器(2)燃料入口与燃料管道相连，气化/重整反应器(2)的产物出口与冷凝器(5)入口相连；干燥器(7)出口与压缩机(6)入口相连，压缩机(6)出口与空气换热器(4)第一换热通道入口相连，空气换热器(4)的第二换热通道入口与载氧体再生反应器(3)的气体出口相连，空气换热器(4)第二换热通道出口与载氧体再生反应器(3)的气体入口相连，空气换热器(4)第一换热通道出口连通大气。3.根据权利要求2所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，所述气化/重整反应器(2)和载氧体再生反应器(3)相互耦合采用载氧体固定的外循环结构，包括两个控制阀门和偶数个反应器，所述控制阀门分别为第一控制阀门(10)和第二控制阀门(11)；所述反应器，一半的反应器为第一反应器(8)，另一半为第二反应器(9)；第二控制阀门(11)同时连接燃料管道出口、第二反应器(9)入口、第一反应器(8)入口和空气换热器(4)第二换热通道出口，第一控制阀门(10)同时连接第一反应器(8)出口、空气换热器(4)第二换热通道入口、第二反应器(9)出口和冷凝器(5)入口。4.根据权利要求2所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，所述气化/重整反应器(2)和载氧体再生反应器(3)相互耦合采用内循环的整体式流化床反应结构，包括一个整体式反应器(12)，所述整体式反应器(12)为圆柱体，包括第一反应室(13)和第二反应室(14)，第一反应室(13)为圆柱体，设置在整体式反应器(12)中心，第二反应室(14)为环绕第一反应室(13)的圆环柱体，第一反应室(13)和第二反应室(14)相邻面底部设有通道，第一反应室(13)的气体入口与空气换热器(4)的第一换热通道出口相连，所述第一反应室的气体出口与空气换热器(4)的第二换热通道入口相连，第二反应室(14)的产物出口与冷凝器(5)入口相连，第二反应室(14)的燃料入口与燃料管道相连。5.根据权利要求2所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，所述整体式反应器(12)为立方体，包括一个第一反应室(13)和两个第二反应室(14)，所述第一反应室(13)和第二反应室(14)都为立方体，所述第一反应室(13)设置在整体式反应器(12)中心，两侧设有两个第二反应室(14)，第一反应室(13)和两个第二反应室(14)相邻面底部设有通道，第一反应室(13)的气体入口与空气换热器(4)的第一换热通道出口相连，
所述第一反应室(13)的气体出口与空气换热器(4)的第二换热通道入口相连，两个第二反应室(14)的出口都与冷凝器(5)的入口相连，两个第二反应室(14)的入口都与燃料管道相连。6.根据权利要求4或5所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，还包括液体分布器(15)，所述第一反应室(13)和第二反应室(14)顶部之间设有液体分布器(15)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志强，郭伟，杨伯伦，张榕江，张博，张宏志，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：