一种包含制氢过程的新型化学链燃烧方法技术

本发明专利技术属于供热技术领域，具体涉及一种包含制氢过程的新型化学链燃烧方法，包括如下步骤：将天然气和水在重整催化剂的条件下重整后与空气进行化学链燃烧。本发明专利技术的化学链燃烧方法将天然气预先还原为氢气和一氧化碳，从根本上解决了载氧体烧结积碳的问题。上解决了载氧体烧结积碳的问题。上解决了载氧体烧结积碳的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种包含制氢过程的新型化学链燃烧方法


[0001]本专利技术涉及供热
，具体涉及一种包含制氢过程的新型化学链燃烧方法。

技术介绍

[0002]本专利技术对于
技术介绍
的描述属于与本专利技术相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本专利技术的
技术实现思路
，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本专利技术在首次提出申请的申请日的现有技术。
[0003]随着经济的快速发展，人们在享受生活水平日益提高的同时也在消耗着大量的能源，这些能源在使用过程中排放的污染物质也在影响着人们赖以生存的生态环境。可以预见在未来很长的一段时间内，天然气、煤、石油等化石能源依然是人们使用的主要能源。其燃烧释放的二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)、硫化物(SO2)、颗粒物等大气污染物也越来越多。人们在考虑能源效率的同时也应该关注其对环境的影响。
[0004]人们在消耗能源的过程中排放的CO2能够导致温室效应；NOx、SO2对人体有致毒作用，是形成酸雨和酸雾的主要原因之一；颗粒物是导致雾霾天气的主要原因，而NOx是PM2.5中更为有害的二次颗粒的重要前体物。另外在阳光的照射下，NOx在达到一定浓度后会和大气中的挥发性有机物(VOC)发生一系列复杂的光化学氧化反应，可形成光化学烟雾，还会生成臭氧而导致大气氧化性增强，与雾霾一样对人体健康十分有害，对植物也有损害作用。天然气作为一种相对清洁的能源，与石油、煤炭相比对环境的影响要小得多，但是其燃烧产生的烟气中仍然还有一定量的污染物质，因此各国对天然气燃烧NOx的排放提出了越来越严格的限制标准。对于几十到几百千瓦级的小型燃气锅炉而言，NOx的排放指标一般要求在100ppm到200ppm之间，而美国加州最新的标准甚至要求达到18ppm以下。北京市也制定地方标准，规定从2017年4月1日起，新建锅炉的氮氧化物排放限值30mg/m3，可以看出人们应该对于NOx的减排给予足够的重视，化石燃料的低氮燃烧技术已成为研究热点。目前我国能源消耗量巨大，国家已经通过制定未来能源消耗总量来提高能源利用率和实现能源的清洁利用，因此有必要开发新一代的燃气洁净利用技术，进一步提高燃气的能源利用效率，同时实现污染物质零排放和排放物资源化利用。
[0005]化学链燃烧技术(Chemical
‑
Looping Combustion,CLC)作为洁净、高效的新一代燃烧技术，打破了传统的燃烧方式，成为解决能源与环境问题的创新性突破口。目前的化学链燃烧技术主要是以煤炭和天然气为燃料，主要应用对象是火力发电，其载氧体还原过程的温度要求在900℃以上，而氧化再生过程的温度则更高，达到1300℃。为了维持还原过程的热平衡并强化反应气体与载氧体之间的传热传质，系统多采用串行流化床。现有化学链燃烧工艺主要存在由于高温烧结与积碳以及磨损严重导致的载氧体寿命过短、系统复杂、气密性差等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例的目的是提供一种包含制氢过程的新型化学链燃烧方法。
[0007]一种包含制氢过程的新型化学链燃烧方法，包括如下步骤：
[0008]将天然气和水在重整催化剂的条件下重整后与空气进行化学链燃烧。
[0009]进一步的，将天然气和水在重整催化剂的条件下生成氢气和一氧化碳，然后将氢气和一氧化碳与载氧体还原反应，空气和还原的载氧体进行氧化反应得到所述的载氧体。
[0010]进一步的，将天然气和水在重整催化剂的条件下重整与化学链燃烧过程耦合。
[0011]本专利技术实施例具有如下有益效果：
[0012]本专利技术提出了一个以设有CH4预重整步骤为特征、基于双固定床反应器的化学链燃烧工艺流程。该工艺将CH4预先转化为还原能力更强的H2和CO，使得载氧体的还原过程能够在更低的温度下工作，从而从根本上克服了载氧体烧结积碳的问题。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例中设有CH4预重整的天然气化学链燃烧工艺示意图；
[0014]图2为本专利技术实施例中设有不含燃烧器的CH4预重整的天然气化学链燃烧工艺示意图；
[0015]图3为本专利技术实施例中以耦合了CH4重整环节为特征的天然气化学链燃烧工艺示意图；
[0016]图4为本专利技术实施例中应用于100kW级样机的天然气化学链燃烧工艺示意图；
[0017]图5为本专利技术实施例中100KW样机系统图；
[0018]图6为本专利技术实施例中应用于500kW级样机的天然气化学链燃烧工艺示意图；
[0019]图7为本专利技术实施例中100KW反应器示意图；
[0020]图8为本专利技术实施例中100KW反应器主体示意图；
[0021]图9为本专利技术实施例中100KW化学链组示意图；
[0022]图10为本专利技术实施例中500KW样机系统图；
[0023]图11为本专利技术实施例中500KW化学链组示意图；
[0024]图12为本专利技术实施例中500KW反应器示意图；
[0025]图13为本专利技术实施例中500KW反应器组示意图；
[0026]图14为本专利技术实施例中500KW反应器组焊剖面图。
具体实施方式
[0027]下面结合实施例对本申请进行进一步的介绍。
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。不同实施例之间可以替换或者合并组合，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，还可以根据这些实施例获得其他的实施方式。
[0029]CLC的主要原理是通过载氧体将在燃料和空气的混合气体中进行的燃烧反应分成两个分开进行的气固反应，即燃料与氧化态载氧体的还原反应和空气与还原态载氧体的氧化再生反应。载氧体在反应过程中起到了将空气中的氧以晶格氧
[0030](O2
‑
)的形式传递给燃料的作用，从而避免了燃料与空气的直接接触，将空气和燃料的直接的明火燃烧转变成间接的反应燃烧，可以说载氧体在整个化学链反应系统中处于
核心地位，其氧化还原性能、循环寿命、抗积碳能力和机械稳定性等都直接关系到整个CLC系统的成败。
[0031]CLC系统由氧化反应器、还原反应器及载氧体组成。载氧体一般由过渡金属氧化物和载体组成，其中金属氧化物属于活性成分，参与氧化还原反应并传递晶格氧，载体属于惰性成分，用于承载和分散金属氧化物并提高其机械性能和化学反应的稳定性。燃料与氧化态的载氧体首先在还原反应器内进行还原反应，燃料在反应中从氧化态载氧体获得晶格氧而形成反应产物CO2和H2O，经冷凝去除H2O后，得到高纯度的CO2，氧化态载氧体则失去晶格氧而被转化为还原态载氧体。还原反应器内氧化态载氧体与燃料发生还原反应的反应式如式1
‑
1所示：
[0032](2x+y/2)MeO+C
x
H
y
＝xCO2+y/2H2O+(2x+y/2)Me
ꢀꢀꢀ
(1
‑
1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含制氢过程的新型化学链燃烧方法，其特征在于，包括如下步骤：将天然气和水在重整催化剂的条件下重整后与空气进行化学链燃烧。2.根据权利要求1所述的零碳供热方法，其特征在于，将天然气和水在重整催化剂的条件下生成氢气...

【专利技术属性】
技术研发人员：车明，乔佳，王倩微，蔡昊，王馨培，金文龙，
申请(专利权)人：北京市燃气集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：