本发明专利技术提供了一种化学链制氢的方法及其装置。本发明专利技术方法选取钙钛矿型氧化物作为氧载体，装置主体结构包括燃料反应器、水蒸气反应器和空气反应器。燃料在燃料反应器中与氧载体发生化学链燃烧反应，生成CO2和H2O，燃料所需的氧元素来自于氧载体的晶格氧；被还原的氧载体被输送到水蒸气反应器中，与高温的水蒸气反应，恢复部分晶格氧，同时生成H2；氧载体再被输送到空气反应器中，与高温的空气反应，进一步被氧化，完全恢复晶格氧，氧载体被高速的气流带到旋风分离器中，气体放空，氧载体重新被输送到燃料反应器中循环使用。本发明专利技术在制得纯H2的同时，实现了CO2的自动分离，避免了温室气体的排放。氧载体结构稳定，失氧、供氧能力好，寿命长。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功能材料、能源转化及环境保护
，尤其涉及一种化学链制氢方法及其装置。
技术介绍
在不远的将来，氢能将成为人类利用能源的主要方式，人类将建立起以氢能为主体的能源利用经济模式。氢作为燃料的优点十分明显。首先，氢是最清洁的、可再生的燃料。 化学燃烧的产物是水，只有当火焰温度很高时才会生成部分氮氧化物。电化学燃烧时只产生水，不会产生化石燃料燃烧时产生的污染物。除了用作燃料，氢还是现代工业生产中重要的化工原料，特别是在化肥、石油化工、煤化工、食品加工、塑料工业、有机合成、冶金等行业中用量很大。目前，世界上商业化生产的氢有大约95%来自煤、石油、天然气等化石燃料制取。但是，以煤、石油、天然气和生物质等为原料制取的氢气，产物一般是H2、CO和(X)2等气体的混合物，还需要分离才能得到纯的H2,而分离提纯过程昂贵且复杂。随着燃料电池技术的发展和逐步成熟，国际社会对高纯度氢气的需求量会越来越大。因此，研究新型的无需分离提纯的纯氢制备技术无论是对氢的能源化利用还是非能源化利用都具有重要意义。本专利技术提出的化学链制氢技术在制备纯H2的同时能实现(X)2的自动分离，简化了工艺，降低了分离成本。目前，虽然已有关于化学链燃烧的报道，但是，以钙钛矿型氧化物为氧载体，通过化学链反应方式来制氢的方法和装置还少有报道。
技术实现思路
本专利技术的是提供一种化学链制氢的方法。本专利技术的另一个目的是提供上述方法对应的装置。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案本专利技术的化学链制氢的方法，其特征在于选取了钙钛矿型氧化物作为化学链燃烧的氧载体和水蒸气裂解的反应介质，在制氢过程中实现了 H2和(X)2的自动分离。氧载体与气体燃料(甲烷、天然气、煤气、合成气等)发生反应而被还原，失去了晶格氧，气体燃料化学链燃烧所需的氧元素是氧载体的晶格氧，而不是利用传统的分子氧，没有空气的参与，燃烧气体产物不会被空气稀释，只需将水蒸气冷凝除去即可得到高浓度的C02，不需消耗能量就可以达到分离效果，简化了工艺流程。被还原的氧载体再与高温水蒸气接触发生氧化反应，氧载体可以回复部分晶格氧，同时生成了 H2，只需冷凝分离即可获得纯氢。最后将部分氧化的氧载体与高温空气反应完全恢复晶格氧。氧载体可再次与燃料反应，循环使用。本专利技术中选用的钙钛矿型氧化物表达式为ABO3，作为氧载体代替了单一的氧化铁，能明显的降低单一组分氧载体在多次循环反应过程中因为化学反应、热冲击等作用下的失活现象，具有良好的失氧、得氧能力，提高了氧载体的使用寿命。式中，A位可以是稀土元素或碱土元素，包括但不限于La、Sr、Ba、Pm, Sm ；B位是过渡金属元素，选自Fe、Mn、Co、 Ni、Cu。钙钛矿型氧化物还可以通过掺杂来进一步改善其氧化还原性能。本专利技术的化学链制氢方法中的制氢过程是在一套包括三个反应器的装置中进行， 该装置包括了内部联通的燃料反应器、水蒸气反应器和空气反应器；燃料反应器和水蒸气反应器均是鼓泡流化床，空气反应器是一个载流床。在燃料反应器内，气体燃料为流化气， 以钙钛矿型氧化物作为床料。本专利技术方法包括如下步骤1)在燃料反应器中气体燃料与氧载体发生化学链燃烧反应而生成了 0)2和!120，燃料燃烧所需的氧元素来源于氧载体分子中的晶格氧；所述气体燃料要求是含碳气体燃料， 如甲烷、天然气、煤气、合成气等；2)被还原的氧载体，被传输到了水蒸气反应器，被还原的氧载体被高温的水蒸气重新氧化，恢复部分晶格氧，同时生成H2 ；3)回复部分晶格氧的氧载体再被传输到了空气反应器，在空气反应器中，恢复部分晶格氧的氧载体被高温空气氧化，完全恢复晶格氧，并被高速的空气带出空气反应器，经旋风分离后，返回到燃料反应器中再次与燃料反应，循环使用。本专利技术是一种高效的获得纯氢的方法，本专利技术与现有的技术相比有以下优点1)采用化学链的方法来制得氢气，在制氢的过程中实现了(X)2和吐的自动分离， 避免了温室气体的排放，同时得到纯氢；2)选择钙钛矿型氧化物为氧载体，此类氧化物结构稳定，失氧、供氧能力好，循环使用寿命长；3)采用氧载体中的晶格氧作为燃料燃烧的氧元素的来源，不需要分子氧，避免了气体产物被稀释，无需复杂的分离处理；4)氧载体还起到了热载体的作用，三个反应器通过返料管内部联通，可将水蒸气反应器和空气反应器中的反应热带到燃料反应器中，节约了能源。附图说明图1为本专利技术制氢装置示意图。附图标记说明1-载流床(空气反应器)，2-旋风分离器，3-旋风分离器，4-鼓泡流化床(燃料反应器)，5_进料装置，6-旋风分离器，7-鼓泡流化床(水蒸气反应器)，8_缓冲罐，9-返料管，10-缓冲罐，11-返料管。具体实施方法下面结合实施例进一步说明本专利技术，但对本专利技术不构成限制。如图1所示，本专利技术装置结构的进一步细化为作为燃料反应器的鼓泡流化床4分为下部的反应段和中部的扩展段，鼓泡流化床4下部反应段连通进料装置5，用于加入钙钛矿型氧化物床料，钙钛矿型氧化物床料放置在反应段中，扩展段直径比反应段大，使得气速降低，避免床料被气体带走。在鼓泡流化床4底部有布风板，气体入口经由所述布风板连通鼓泡流化床4内部，气体燃料经布风板均勻进入鼓泡流化床4 ；鼓泡流化床4上部的气体出口经旋风分离器3后连通冷凝装置，气体流经旋风分离器3分离后，分离后的气体进入冷凝装置，冷凝除去水蒸气后得到高浓度的CO2，旋风分离器3另连通鼓泡流化床7，被带出的少量床料经分离后直接进入鼓泡流化床7 ；中部的固体出口连通作为水蒸气反应器的另一个鼓泡流化床7下部反应段，床料经返料管进入鼓泡流化床7。所述鼓泡流化床7也分为下部的反应段和中部扩展段，扩展段直径比反应段大，鼓泡流化床7底部有布风板，气体入口经由所述布风板连通鼓泡流化床4内部，鼓泡流化床7上部的气体出口连通旋风分离器6，气体在流出鼓泡流化床7后亦经旋风分离器6再进入冷凝装置，经冷凝除去过剩的水蒸气后得到纯净的H2，旋风分离器6另连通载流床1，被分离出的少量床料直接输入作为空气反应器的载流床1 ；中部的固体出口连通载流床1下部，床料经返料管进入载流床1。所述载流床1底部有连通布风板的空气入口，空气经布风板进入载流床1，载流床1上部连通旋风分离器2，旋风分离器2另连通鼓泡流化床4，床料，即氧载体被高温高速空气氧化完全恢复晶格氧，并被气流带出进入旋风分离器2，气体放空，氧载体进入鼓泡流化床4循环使用。在燃料反应器、水蒸气反应器和空气反应器之间均用返料管联通，为了防止各个反应器之间气体的互相泄露，在返料管上设一缓冲罐，并在缓冲罐的上游、下游均设阀门。本专利技术方法的步骤进一步说明如下1)将钙钛矿型氧化物氧载体颗粒预先装入燃料反应器(鼓泡流化床4)中作为床料，在通入流化气之前要先进行程序升温，预热床料到指定的温度。2)在燃料反应器中，气体燃料为流化气，钙钛矿型氧化物作为床料。流化气由鼓泡流化床4底布风板均勻通入，气体燃料与氧载体主要在流化床的反应段反应，气体燃料被氧载体氧化为CO2和H2O,产物气体由鼓泡流化床4的顶部输出，经过旋风分离器分离出带出的固体颗粒后再经冷凝得到高浓度的CO2，被带出的少量被还原的氧载体经旋风分离器后进入水蒸气反应器(鼓泡流化床7)，大部分被还原的氧载体经返料管进入鼓泡流化床7。 燃料反应器的温度一般在本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种化学链制氢的方法，其特征在于选用钙钛矿型氧化物作为氧载体；包括以下步骤：１）在燃料反应器中气体燃料与氧载体发生化学链燃烧反应而生成了ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，燃料燃烧所需的氧元素来源于氧载体分子中的晶格氧；２）被还原的氧载体进入水蒸气反应器，在水蒸气反应器中，被还原的氧载体被高温的水蒸气重新氧化，恢复部分晶格氧，同时，水蒸气裂解生成Ｈ２；３）恢复部分晶格氧的氧载体再被传输到了空气反应器，在空气反应器中，氧载体被高温空气中的分子氧彻底氧化，完全恢复晶格氧，重新返回到燃料反应器中再次与燃料反应，循环使用。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何方，李新爱，李海滨，赵坤，黄振，赵增立，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：81
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