【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及co2捕集，具体涉及一种基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集co2的方法与系统。
技术介绍
1、二氧化碳捕集和封存(ccs)是减少由于化石燃料利用引起的二氧化碳排放的关键技术，主要包含燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧后以及化学链燃烧四种技术路线，其中燃烧后捕集是唯一的末端解决方案，可以在不改变原有的化石燃料燃烧方式的情况下减少排放源的碳排放，与原有的生产工艺具有较好的兼容性。
2、在现有的燃烧后捕集技术中，钙循环捕集技术通过碳酸化/煅烧的可逆循环实现排放源中co2的捕集，该技术具有原料来源广泛，成本低廉，同时反应过程的高温热量可回收利用等优势，目前已实现了中试规模的工业示范并验证了技术可行性。然而目前煅烧过程一般采用燃料富氧燃烧的方式提供能量，该方式需要消耗大量的空分电耗，同时燃料富氧燃烧供热的方式造成燃料作功能力损失大，导致钙循环捕集过程捕集能耗高。针对富氧燃烧存在的问题，专利cn201080041211.x和专利cn201510134158.2提出了以化学链燃烧方式为吸收剂再生过程提供能量，可有效避免空分能耗，但受煅烧炉温度限制，燃料化学能转化为850-950℃的热能。燃料化学能与850-950℃的热能之间存在着较大的能量品位差，造成燃料作功能力的大量损失。cn202310358407.0专利进一步提出了利用燃料化学链制氢过程中释放的热量为碳排放源co2捕集过程中co2释放单元提供能量，同时实现氢气的生产和为钙循环过程捕集co2。但是该方法需要燃料在还原过程完全转化以及外燃的方式实现热量传递。还原
技术实现思路
1、为了解决钙循环以及钙铜循环捕集co2方法中煅烧过程存在的能量品位下降以及燃料转化不可逆损失大的问题，本专利技术提出了一种基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集co2的方法与系统。通过在化学链制氢过程中将燃料适度还原为氢气和合成气，即燃料先转化为氢气，在生产氢气的同时，实现燃料品位的降低，以低品位燃料为再生过程提供能量，在生产氢气的同时实现低浓度排放源中低能耗捕集co2。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、本专利技术第一方面提供了一种基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集co2系统，包括闭环依次连接的碳酸化反应器、煅烧反应器、空气反应器；还包括闭环连接的还原反应器、制氢反应器；所述还原反应器还与煅烧反应器连接。
4、优选地，所述系统还设有余热锅炉发电装置，所述余热锅炉发电装置连接碳酸化反应器和煅烧反应器。所述余热锅炉发电装置回收碳酸化反应器脱碳烟气的热量，以及煅烧反应器中排出的co2和水蒸气的热量。
5、优选地，所述系统还设有第一换热器，所述第一换热器连接空气反应器；所述系统还设有第二换热器，所述第二换热器连接制氢反应器。所述第一换热用于将进入空气反应器的空气和空气反应器排出的贫氧空气进行换热，将贫氧空气带出的热量用于进入空气反应器的空气加热。所述第二换热器用于将进入制氢反应器的水蒸汽和制氢反应器产物h2进行换热，将产物h2的热量用于进入制氢反应器的水蒸汽进行加热。
6、本专利技术第二方面提供了一种采用所述的基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集co2系统的方法，包括以下步骤：
7、待处理烟气通入碳酸化反应器，碳酸化反应器内填充有co2吸附剂和氧载体组成的复合载体，吸附完成后，复合载体输送至煅烧反应器；吸收co2后的复合载体与还原反应器中的产物合成气发生还原反应和煅烧反应，还原后的复合载体送入到空气反应器中；在空气反应器中，将空气与还原后的复合载体反应，得到氧化态复合载体，氧化态复合载体送入碳酸化反应器进行循环；
8、所述还原反应器中，输入制氢载氧体与燃料，发生部分还原反应，得到还原态制氢载氧体和合成气，还原态制氢载氧体送入制氢反应器，合成气通入煅烧反应器；
9、所述制氢反应器中，通入水蒸气，还原态制氢载氧体与水蒸气反应，得到制氢载氧体和氢气，所述制氢载氧体送入还原反应器进行制氢循环。
10、优选地，所述碳酸化反应器的温度为400-700℃，压力为1-10bar。
11、本专利技术中，引入碳酸化反应器的待处理烟气包括电厂烟气、水泥、化工、钢铁等工艺过程含co2的气体。
12、优选地，所述煅烧反应器的温度为850-1050℃，压力为常压。调整复合载体与还原反应器产物的比例，保证所述合成气以及未转化燃料完全转化为co2和h2o，调整复合载体中氧载体与co2吸附剂的比例，保证煅烧反应器热中性。
13、优选地，所述空气反应器的反应温度为900-1200℃，压力为1-10bar。空气中的氧气与复合载体在高温下反应，得到氧化态复合载体以及贫氧空气；经过气固分离后，氧化复合载体送入碳酸化反应器，进行脱碳循环。调整空气与复合载体的比例，保证复合载体中还原后的氧载体被完全氧化，同时产生热量；进一步地，调整空气与复合载体的比例，保证空气反应器释放的热量多于还原反应器需要吸收的热量。
14、优选地，所述空气反应器产生的热量用于还原反应器供热。
15、优选地，所述还原反应器的反应温度为600-1000℃，送入还原反应器的燃料为具备热值的气体、液体或固体。
16、优选地，所述燃料为煤、天然气、合成气、生物质、焦炉煤气中的至少一种。
17、优选地，所述制氢反应器的温度为500-900℃，压力为1-10bar。
18、优选地，所述co2吸附剂为在400-700℃范围内与co2发生吸附反应的固体，包括钙基、硅酸锂中的至少一种；所述氧载体为可与燃料发生化学链燃烧的氧化物；所述制氢载氧体为经燃料还原后可与水蒸气反应产生氢气的物质，包括铁基载氧体、镍基载氧体、钙钛矿中的一种。所述铁基载氧体、镍基载氧体指铁的氧化物、镍的氧化物。
19、进一步优选地，所述co2吸附剂包括cao、硅酸锂中的至少一种。
20、进一步优选地，所述氧载体为cuo。所述复合载体的制备方式包括机械混合以及负载等方式。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
22、采用本专利技术的基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集co2系统，可以实现燃料化学能的梯级利用，减小煅烧炉的不可逆损失，降低排放源co2捕集能耗，同时无需分离过程可以得到高纯度的氢气。
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1.一种基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集CO2系统，其特征在于，包括闭环依次连接的碳酸化反应器、煅烧反应器、空气反应器；还包括闭环连接的还原反应器、制氢反应器；所述还原反应器还与煅烧反应器连接。
2.根据权利要求1所述的基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集CO2系统，其特征在于，所述系统还设有余热锅炉发电装置，所述余热锅炉发电装置连接碳酸化反应器和煅烧反应器。
3.根据权利要求1所述的基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集CO2系统，其特征在于，所述系统还设有第一换热器，所述第一换热器连接空气反应器；所述系统还设有第二换热器，所述第二换热器连接制氢反应器。
4.一种采用权利要求1-3任一项所述的基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集CO2系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述碳酸化反应器的温度为400-700℃，压力为1-10bar。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述煅烧反应器的温度为850-1050℃，压力为常压。
7.根据权利要求4所述
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述还原反应器的反应温度为600-1000℃，送入还原反应器的燃料为具备热值的气体、液体或固体。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述制氢反应器的温度为500-900℃，压力为1-10bar。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述CO2吸附剂为在400-700℃范围内与CO2发生吸附反应的固体，包括钙基、硅酸锂中的至少一种；所述氧载体为可与燃料发生化学链燃烧的氧化物；所述制氢载氧体为经燃料还原后可与水蒸气反应产生氢气的物质，包括铁基载氧体、镍基载氧体、钙钛矿中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集co2系统，其特征在于，包括闭环依次连接的碳酸化反应器、煅烧反应器、空气反应器；还包括闭环连接的还原反应器、制氢反应器；所述还原反应器还与煅烧反应器连接。
2.根据权利要求1所述的基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集co2系统，其特征在于，所述系统还设有余热锅炉发电装置，所述余热锅炉发电装置连接碳酸化反应器和煅烧反应器。
3.根据权利要求1所述的基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集co2系统，其特征在于，所述系统还设有第一换热器，所述第一换热器连接空气反应器；所述系统还设有第二换热器，所述第二换热器连接制氢反应器。
4.一种采用权利要求1-3任一项所述的基于燃料适度还原制氢同时实现燃烧后捕集co2系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述碳酸化反应器的温度为400-700℃，压...
【专利技术属性】
技术研发人员：何松，高李帆，曾雪兰，王珺瑶，郑雅文，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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