本发明专利技术属于碳转化与利用技术领域，特别涉及热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置及工艺。本发明专利技术提供的交互式双固定床装置包括CO2化学链转化系统和循环热系统，其中，CO2化学链转化系统包括内置多层反应介质的第一固定床反应装置、内置多层反应介质的第二固定床反应装置，多层反应介质为蜂窝状固体载氧体颗粒。一方面通过对阀门的切向控制操作实现交替式CO2连续转化，装置简约，稳定性好，具有显著可操作性。另一方面可以实现对高温生成物的热量，及放热反应生成热量回收循环利用，能量利用率高。用率高。用率高。
【技术实现步骤摘要】
一种热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置及工艺
[0001]本专利技术属于碳转化与利用
，特别涉及热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置及工艺。
技术介绍
[0002]我国是世界二氧化碳最大排放国，排放量占比全球接近30％，也是世界最大的高碳化石能源消费国，煤炭占比全球消费总量50％以上。我国已经设立碳达峰碳中和目标。即2030年前中国二氧化碳排放达到峰值，努力在2060年之前实现碳中和。要“完善碳排放统计核算制度，健全碳排放权市场交易制度”、“提升生态系统碳汇能力”。因此，面向实现双碳目标的重大需求，有必要开发碳捕集、利用与封存技术(CCUS)，使其转化为有用的产品加以利用，同时减少碳排放对环境造成的污染，气候变化才得以减缓。
[0003]CCUS技术系统由CO2的捕获、CO2的运输以及捕获的CO2再利用或者安全封存等过程构成。不得不提到的是美国Petra Nova Carbon Capture项目，该项目是世界最大的CCUS项目，建设耗资超过10亿美元，年捕集140万吨CO2，并输送到100公里外的老油田West Ranch(1938年)进行驱油。项目投资方在2017年1月投运前曾作过测算，为了维持其正常运行，石油价格必须保持在75美元/桶才能达到利润平衡点。而过去的五年，石油价格基本都在75美元以下，由于经济性原因，该项目已于2021年1月29日停运。因此，CCUS项目的实施必须以经济上可持续为重要考量。
技术实现思路
[0004]本项目提出一种热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置及工艺技术，其对环境友好，高效地将二氧化碳热化学转化为具有高附加值的CO，且反应速率快，通过阀门的切换控制达到CO2不间断转化。具体技术方案如下：
[0005]本专利技术第一方面提供热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置，包括CO2化学链转化系统和循环热系统；
[0006]所述CO2化学链转化系统包括内置多层反应介质11的第一固定床反应装置1、内置多层反应介质11的第二固定床反应装置2，多层反应介质11为蜂窝状固体载氧体颗粒；
[0007]其中，二氧化碳储存罐12出口与第一固定床反应装置1入口经第六节流阀8连通，第一固定床反应装置1出口与第一冷凝器24入口经第二节流阀4连通；二氧化碳储存罐12出口与第二固定床反应装置2入口经第八节流阀10连通，第二固定床反应装置2出口与第一冷凝器24入口经第四节流阀6连通；
[0008]氢气储存罐13出口与第一固定床反应装置1入口经第五节流阀7连通，第一固定床反应装置1出口与第二冷凝器25入口经第一节流阀3连通；氢气储存罐13出口与第二固定床反应装置2入口经第七节流阀9连通，第二固定床反应装置2出口与第二冷凝器25入口经第三节流阀5连通；
[0009]所述循环热系统包括第一循环换热系统22，第一循环换热系统22包括经换热管道
连通的第一冷凝器24、第二冷凝器25、热交换器26、第二循环泵28。
[0010]优选地，所述循环热系统还包括第二循环换热系统23，第二循环换热系统23包括经换热管道连通的第一固定床反应装置1、第一循环泵27、热交换器26、第二固定床反应装置2。
[0011]进一步地，第一换热介质箱20与第二循环换热系统23连接，第二换热介质箱21与第一循环换热系统22连接，用于补充换热介质。
[0012]进一步地，所述热交换器26用于加热第二循环换热系统23中的换热介质。
[0013]进一步地，第一固定床反应装置1和第二固定床反应装置2的罐体设有节流阀，用于调节换热介质流量。
[0014]进一步地，向先供给氢气的固定床反应装置中的多层反应介质11中装填高价态金属氧化物，另一个固定床反应装置中的多层反应介质11中装填低价态金属氧化物或金属单质。
[0015]本专利技术第二方面提供热化学CO2化学链转化工艺，所述工艺是基于本专利技术第一方面提供的交互式双固定床装置进行的，具体地，二氧化碳储存罐12向其中一个固定床反应装置供给CO2，与多层反应介质11中的低价态金属氧化物或金属单质反应，生成的CO气体，显热被第一冷凝器24冷却；氢气储存罐13则向另一个固定床反应装置供给氢气，与多层反应介质11中的高价态金属氧化物反应，生成高温水蒸气，通过第二冷凝器25换热后送入换热管道；多层反应介质11转化完成后，调整节流阀，二氧化碳储存罐12、氢气储存罐13则分别转向不同的固定床反应装置供给CO2、氢气。
[0016]进一步具体地，打开第一节流阀3、第四节流阀6、第五节流阀7、第八节流阀10，关闭第二节流阀4、第三节流阀5、第六节流阀8、第七节流阀9，二氧化碳储存罐12向第二固定床反应装置2供给CO2，与多层反应介质11中的低价态金属氧化物或金属单质反应，生成的CO气体，显热被第一冷凝器24冷却；氢气储存罐13则向第一固定床反应装置1供给氢气，与多层反应介质11中的高价态金属氧化物反应，生成高温水蒸气，通过第二冷凝器25换热后送入换热管道。
[0017]进一步地，第二固定床反应装置2中低价态金属氧化物或金属单质被氧化生成高价态金属氧化物，第一固定床反应装置1中高价态金属氧化物被还原为低价态金属氧化物或金属单质后，关闭第一节流阀3、第四节流阀6、第五节流阀7、第八节流阀10，打开第二节流阀4、第三节流阀5、第六节流阀8、第七节流阀9，氢气储存罐13中的氢气进入第二固定床反应装置2中、二氧化碳储存罐12中的CO2进入第一固定床反应装置1重复反应。
[0018]进一步地，生成的CO气体用于存储利用。
[0019]本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的交互式双固定床装置一方面通过对阀门的切向控制操作实现交替式CO2连续转化，装置简约，稳定性好，具有显著可操作性。另一方面可以实现对高温生成物的热量，及放热反应生成热量回收循环利用，能量利用率高。与传统逆水煤气变换反应相比，CO产率可以提高到6倍以上。
附图说明
[0020]图1为本专利技术热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置结构示意图。
[0021]标号说明：1—第一固定床反应装置，2—第二固定床反应装置，3—第一节流阀，
4—第二节流阀，5—第三节流阀，6—第四节流阀，7—第五节流阀，8—第六节流阀，9—第七节流阀，10—第八节流阀，11—多层反应介质，12—二氧化碳储存罐，13—氢气储存罐，14—第九节流阀，15—第十节流阀，16—第十一节流阀，17—第十二节流阀，18—第十三节流阀，19—第十四节流阀，20—第一换热介质箱，21—第二换热介质箱，22—第一循环换热系统，23—第二循环换热系统，24—第一冷凝器，25—第二冷凝器，26—热交换器，27—第一循环泵，28—第二循环泵，29—第十五节流阀，30—第十六节流阀。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供了一种热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置及工艺技术，下面结合实施例对本专利技术做进一步的说明。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置，其特征在于，包括CO2化学链转化系统和循环热系统；所述CO2化学链转化系统包括内置多层反应介质(11)的第一固定床反应装置(1)、内置多层反应介质(11)的第二固定床反应装置(2)，多层反应介质(11)为蜂窝状固体载氧体颗粒；其中，二氧化碳储存罐(12)出口与第一固定床反应装置(1)入口经第六节流阀(8)连通，第一固定床反应装置(1)出口与第一冷凝器(24)入口经第二节流阀(4)连通；二氧化碳储存罐(12)出口与第二固定床反应装置(2)入口经第八节流阀(10)连通，第二固定床反应装置(2)出口与第一冷凝器(24)入口经第四节流阀(6)连通；氢气储存罐(13)出口与第一固定床反应装置(1)入口经第五节流阀(7)连通，第一固定床反应装置(1)出口与第二冷凝器(25)入口经第一节流阀(3)连通；氢气储存罐(13)出口与第二固定床反应装置(2)入口经第七节流阀(9)连通，第二固定床反应装置(2)出口与第二冷凝器(25)入口经第三节流阀(5)连通；所述循环热系统包括第一循环换热系统(22)，第一循环换热系统(22)包括经换热管道连通的第一冷凝器(24)、第二冷凝器(25)、热交换器(26)、第二循环泵(28)。2.根据权利要求1所述的热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置，其特征在于，所述循环热系统还包括第二循环换热系统(23)，第二循环换热系统(23)包括经换热管道连通的第一固定床反应装置(1)、第一循环泵(27)、热交换器(26)、第二固定床反应装置(2)。3.根据权利要求2所述的热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置，其特征在于，第一换热介质箱(20)与第二循环换热系统(23)连接，第二换热介质箱(21)与第一循环换热系统(22)连接。4.根据权利要求2所述的热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置，其特征在于，第一固定床反应装置(1)和第二固定床反应装置(2)的罐体设有节流阀，用于调节换热介质流量。5.根据权利要求1所述的热化学CO2化学链转化的交互式双固定床装置，其特征在于，向先供给氢气的固定床反应装置中的多层反应介质(11)中装填...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏克鑫，邓辽，曹荣昌，刘磊，刘涵子，孙志强，王亚芳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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