一种硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的方法及装置，所述方法是一氧化碳和水蒸气在高温、催化剂的条件下进行水气变换反应，反应生成的变换气（二氧化碳和氢气）以2.0~5.0 m/s的速度从分离反应器底部的变换气进口进入，穿过连接通道进入到分离反应器主体中，二氧化碳被硅酸盐矿物颗粒吸收，在分离反应器出口处得到高纯度氢气。分离反应器设有多道闸门，所述闸门均连接自动化控制系统，通过所述自动化控制系统完成硅酸盐矿物废料的及时剔除和收集、新鲜硅酸盐矿物颗粒的及时填充，实现水气变换制氢中二氧化碳的强化分离。本发明专利技术有效解决了CO2及时高效可持续吸收、硅酸盐矿物废料收集及新鲜硅酸盐矿物颗粒填充的问题。粒填充的问题。粒填充的问题。

A method and device for silicate carbonation to enhance water gas transformation to produce hydrogen and fix carbon dioxide

【技术实现步骤摘要】
一种硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的方法及装置


[0001]本专利技术属于二氧化碳固定领域，具体涉及一种硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的方法及装置。

技术介绍

[0002]氢气作为一种重要的燃料和工业原料，主要用于合成氨、石油工业、冶金、燃料电池等，在现代工业生产中具有重要和广泛的用途。氢能源具有以下优点：清洁无污染，燃烧不具有其他污染物；热值高，与甲烷乙醇等其他燃料相比，热值要高出好几倍，除核燃料外，氢能是所有化石燃料，化工燃料和生物燃料中热值最高的。
[0003]水气变换反应[CO（g）+H2O（g）
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CO2（g）+H2（g）]在消除CO的同时还可以获得氢气，主要用于工业制氢、合成氨及合成甲醇等工艺。水气变换反应需在高温及催化剂的条件下进行。本专利技术装置与水气变换反应器连接并同时工作，一氧化碳与水蒸气在水气变换反应器中经充分反应后，产物二氧化碳与氢气直接进入本装置，在装置中实现对二氧化碳的实时去除，增强H2的产量和浓度。
[0004]脱除CO2的方法有很多种，如膜分离法、固体吸收剂吸收法、胺吸收法等。其中固体吸附剂吸收法应用广泛，常见的有锂基、镁基、水滑石以及钙基材料等。硅酸盐在CO2吸收方面效果良好，硅酸盐对CO2的吸附具有以下特点：吸附量大、吸附速率快。研究表明，每100kg的硅酸盐可以吸收36kg的CO2；在500℃下，10min内硅酸盐可以吸收近300kg的CO2。硅酸盐矿物在自然界中的含量丰富，如蛇纹石、镁橄榄石、滑石等，通过硅酸盐矿物吸收CO2可以生成永久的、稳定的碳酸盐，实现对CO2的永久固定。目前尚未有利用硅酸盐矿物在水气变换制氢反应中吸附CO2强化制氢的实例，其潜在利用价值尚未被发掘。
[0005]自动化如今已得到广泛应用，尤其在工业生产上应用颇多，通过自动化控制系统中设备的开关等，可以使系统中各个设备、单元之间产生优良的协调效果，从而使整个系统运行流畅。目前尚未有在水气变换制氢中引入自动化来强化二氧化碳分离从而高效制氢的案例。通过在对称系统中引入PLC控制系统，控制承载着硅酸盐矿物的栅板翻转，可及时的将吸附CO2后的硅酸盐矿物废料剔除，同时又可通过控制闸门的升降，及时的向系统中填充新鲜的硅酸盐颗粒，保证了系统对CO2的高效吸收。通过自动化控制对称系统交互工作，在一套系统清理硅酸盐矿物废料的同时，另一套系统工作，保证了系统对CO2的持续吸收。
[0006]通过本装置与水气变换反应器联合作用，生产得到的氢气纯度高达95%，简化了制氢流程，通过硅酸盐矿物对CO2的持续、高效、永久吸收，降低了CO2的产率，实现了持续制得高纯度氢气，降低了制氢成本。

技术实现思路

[0007]为实现水气变换高效制氢的目的，本专利技术提供了一种硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的方法及装置，以提高制得氢气的产量和纯度。本专利技术所要解决的技
术问题是水气变换制氢中吸收二氧化碳后硅酸盐矿物废料的及时剔除和新硅酸盐矿物颗粒的及时加入。本专利技术的技术方案是通过自动化控制及时剔除分离反应器内部的硅酸盐矿物废料，并且及时补充新鲜硅酸盐矿物颗粒进入分离反应器，实现水气变换高效制氢中二氧化碳的强化分离。
[0008]本专利技术解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的装置，包括对称分离反应器，该分离反应器底部设有二氧化碳、氢气进口，分离反应器的顶部设置有氢气出口，分离反应器的主体部分内部设有多层平行斜栅板，多层平行斜栅板两两相距1.5cm，所述多层平行斜栅板上设有用于阻挡硅酸盐矿物颗粒下漏且能使气体透过的圆孔，圆孔直径为4mm；多层平行斜栅板上放置有硅酸盐矿物颗粒，所述硅酸盐矿物颗粒的粒径为6 ~ 8mm。
[0009]使用上述装置进行硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的分离方法，包括下述步骤：在高温、催化剂的条件下，水气变换中一氧化碳与水蒸气反应成为变换气（二氧化碳和氢气），变换气以2.0 ~ 5.0 m/s的速度从所述的进口处穿过通道加入分离反应器内部，变换气中的二氧化碳被硅酸盐矿物颗粒吸附，在所述的氢气出口处得到了分离二氧化碳后的高纯度氢气。
[0010]作为改进，所述的分离反应器的变换气进口两边设有变换气第一闸门1、变换气第二闸门2，所述变换气第一闸门1、变换气第二闸门2连接PLC控制系统。通过控制变换气第一闸门1、变换气第二闸门2的开关来控制变换气进入变换气第一通道13、变换气第二通道14。
[0011]使用上述装置进行硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的分离方法，包括下述步骤：在高温、催化剂的条件下，水气变换中一氧化碳与水蒸气反应成为变换气（二氧化碳和氢气），变换气以2.0 ~ 5.0 m/s的速度从所述的进口处进入，通过控制变换气第一闸门1、变换气第二闸门2，使变换气穿过变换气第一通道13、变换气第二通道14进入分离反应器内部，变换气中的二氧化碳被硅酸盐矿物颗粒吸附，在所述的氢气出口处得到了分离二氧化碳后的高纯度氢气。
[0012]对上述方案进一步改进，所述分离反应器主体部分下方设有硅酸盐矿物废料桶，所述硅酸盐矿物废料桶上设有硅酸盐矿物废料桶第一闸门5、硅酸盐矿物废料桶第二闸门6，所述硅酸盐矿物废料桶第一闸门5、硅酸盐矿物废料桶第二闸门6与多层平行斜栅板轴承均连接PLC控制系统。
[0013]使用上述装置进行硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的分离方法，包括下述步骤：在高温、催化剂的条件下，水气变换中一氧化碳与水蒸气反应成为变换气（二氧化碳和氢气），变换气以2.0 ~ 5.0 m/s的速度从所述的进口处进入，通过控制变换气第一闸门1、变换气第二闸门2，使变换气穿过变换气第一通道13、变换气第二通道14进入分离反应器内部，变换气中的二氧化碳被硅酸盐矿物颗粒吸附，在所述的氢气出口处得到了分离二氧化碳后的高纯度氢气。通过控制硅酸盐矿物废料桶第一闸门5、硅酸盐矿物废料桶第二闸门6及多层平行斜栅板的轴承使硅酸盐矿物废料落入废料桶。
[0014]对上述方案进一步改进，所述分离反应器主体部分侧壁上靠近多层平行斜栅板处设有供新鲜硅酸盐矿物颗粒进入所述分离反应器主体部分内部的溜料口，所述溜料口连接硅酸盐矿物颗粒仓，溜料口上设有硅酸盐矿物颗粒第一闸门9、硅酸盐矿物颗粒第二闸门10，所述硅酸盐矿物颗粒第一闸门9、硅酸盐矿物颗粒第二闸门10连接PLC控制系统。
[0015]使用上述装置进行硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的分离方法，包括下述步骤：在高温、催化剂的条件下，水气变换中一氧化碳与水蒸气反应成为变换气（二氧化碳和氢气），变换气以2.0 ~ 5.0 m/s的速度从所述的进口处进入，通过控制变换气第一闸门1、变换气第二闸门2，使变换气穿过变换气第一通道13、变换气第二通道14进入分离反应器内部，变换气中的二氧化碳被硅酸盐矿物颗粒吸附，在所述的氢气出口处得到了分离二氧化碳后的高纯度氢气。通过控制硅酸盐矿物废料桶第一闸门5、硅酸盐矿物废料桶第二闸门本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的方法，其特点在于所述方法将经过水气变换反应所得包含二氧化碳和氢气的变换气从分离反应器底部的变换气进口加入，在分离反应器内部变换气中的二氧化碳被硅酸盐矿物颗粒吸附，在分离反应器顶部的氢气出口处得到分离二氧化碳后的高纯氢气。2.根据权利要求1所述的硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的方法，其特点在于所述分离反应器内温度控制在600 ~ 650 ℃之间。3.根据权利要求1所述的硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的方法，其特点在于所述变换气的加入速度为2.0 ~ 5.0 m/s。4.根据权利要求1所述的硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的方法，其特点在于所述高纯氢气的体积分数≥95%。5.一种根据权利要求1
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4任一所述的硅酸盐碳酸化增强水气变换制氢并固定二氧化碳的装置，其特征在于所述装置为对称分离反应器，所述分离反应器底部设有变换气进口，顶部设置有氢气出口，所述变换气进口通过变换气第一闸门（1）、变换气第二闸门（2）连接变换气第一通道（13）、变换气第二通道（14），所述对称分离反应器内部设有硅酸盐矿物颗粒仓（17），所述硅酸盐矿物颗粒仓（17）下方通过人字形通道分别连接硅酸盐矿物颗粒第一闸门（9）、硅酸盐矿物颗粒第二闸门（10），所述硅酸盐矿物颗粒第一闸门（9）、硅酸盐矿物颗粒第二闸门（10）分别连接设置在变换气第一通道（13）、变换气第二通道（14）内的第一多层平行斜栅板（7）、第二多层平行斜栅板（8），所述第一多层平行斜栅板（7）、第二多层平行斜栅板（8）上设有用于阻挡硅酸盐矿物颗粒下漏且能使气体透过的圆孔；硅酸盐矿物颗粒由硅酸盐矿物颗粒仓（17）落下通过硅酸盐矿物颗粒第一闸门（9）、硅酸盐矿物颗粒第二闸门（10）并分别放置在第一多层平行斜栅板（7）、第二多层平行斜栅板（8）上；所述第一多层平行斜栅板（7）、第二多层平行斜栅板（8）上方分别为氢气第一通道（15...

【专利技术属性】
技术研发人员：田森林，汪键飞，李晨，赵群，谢明军，宁平，李英杰，胡学伟，刘树根，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：