本发明专利技术公布了一种CaO引导的甲烷蒸汽重整化学链燃烧制氢方法，该工艺主要由空气反应器、燃料反应器、重整反应器和煅烧器组成，制氢原料为甲烷和蒸汽，以NiO为活性组分的氧载体在空气和燃料反应器中不断循环，NiO提供的晶体氧可将甲烷燃料完全氧化，呈还原态的Ni基氧载体在空气反应器中被空气氧化，氧化释放出的大量热通过间壁换热供给重整反应器，在重整反应器中加入CaO，用以吸收反应产生的CO2，以此对重整反应进行强化，生成高纯氢气，在重整反应器内因吸附CO2形成的CaCO3固体在煅烧器中进行热解再生，本发明专利技术较传统甲烷蒸汽重整工艺，能在低温常压下生成高纯氢气，同时由于燃料反应器出口产物仅为CO2和H2O，经冷凝即可获得高纯度CO2，使得CO2分离、收集工艺变得简单，因此大幅度节约了制氢成本。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公布了一种CaO引导的甲烷蒸汽重整化学链燃烧制氢方法，该工艺主要由空气反应器、燃料反应器、重整反应器和煅烧器组成，制氢原料为甲烷和蒸汽，以NiO为活性组分的氧载体在空气和燃料反应器中不断循环，NiO提供的晶体氧可将甲烷燃料完全氧化，呈还原态的Ni基氧载体在空气反应器中被空气氧化，氧化释放出的大量热通过间壁换热供给重整反应器，在重整反应器中加入CaO，用以吸收反应产生的CO2，以此对重整反应进行强化，生成高纯氢气，在重整反应器内因吸附CO2形成的CaCO3固体在煅烧器中进行热解再生，本专利技术较传统甲烷蒸汽重整工艺，能在低温常压下生成高纯氢气，同时由于燃料反应器出口产物仅为CO2和H2O，经冷凝即可获得高纯度CO2，使得CO2分离、收集工艺变得简单，因此大幅度节约了制氢成本。【专利说明】一种CaO引导的甲烷蒸汽重整化学链燃烧制氢工艺
:本专利技术涉及一种CaO引导的甲烷蒸汽重整化学链燃烧制氢工艺，尤其是一种带有CO2捕捉和收集的高效制氢系统与方法。
技术介绍
:随着能源危机与环境污染等问题不断突出，发展清洁环保的新能源得到人们广泛关注。氢气作为清洁、高效的能源愈加受到人们的亲睐。目前，甲烷蒸汽重整是工业制氢工艺中最为广泛运用的一种，该过程的相关技术已非常成熟，但工艺反应条件苛刻(800°C以上)，生产工艺复杂。重整气中虽含有大量氢气，但要得到高纯氢气，仍需进一步分离、压缩和提纯等操作，这会增大能耗，提高成本。同时甲烷燃烧为重整反应供热过程中会释放出大量尾气，由于甲烷燃烧的不完整性，尾气中常含有C0、H2等杂质，使得CO2分离及收集成本会大幅增加，CO2分离及收集操作使得整个系统热效率下降6%-10%。本专利技术解决的问题首先是通过NiO氧载体在空气和燃料反应器中的循环实现甲烷燃烧过程的完全氧化，氧化产物仅为CO2和H2O,通过简单冷凝即可获得高纯CO2,空气反应器释放出的热量通过间壁换热方式传递给重整反应器。其次在重整反应器内加入CaO吸附CO2，将重整反应进行强化，化学链燃烧同重整反应进行耦合，生产出高纯氢气，同时使得系统分离、收集CO2变得更加简单，廉价。化学链燃烧(C hemical-Looping Combustion,简称CLC)是一种新颖的燃烧技术，其基本原理是将传统的燃料与空气直接接触反应的燃烧借助于氧载体的作用分解为2个气固反应，燃料与空气无需直接接触，由氧载体将空气中的氧传递到燃料中。CLC系统由空气反应器、燃料反应器和氧载体组成。氧载体(MeO)首先在燃料反应器内进行还原反应，燃料(还原性气体，如CH4、H2等)与MeO中的氧反应生成CO2和H2O,只需经过简单的冷凝就能得到高纯度的C02，MeO还原成金属(Me)，然后，Me送至氧化反应器，被空气中的氧气氧化，如此循环。基于勒夏特列原理，当重整反应器中反应产品气之一的CO2被CaO吸附时，CO2减少使得CO变化反应受到促进，朝其正反应方向进行，因此CO含量也随之减少，CO含量减少，促进甲烷重整反应朝其正反应方向移动，因此H2含量得到大幅提高。此外CaO加至重整反应器内也可为反应提供部分热量，进一步促进了甲烷蒸汽重整吸热反应。国内外广泛研究CaO吸收剂强化甲烷水蒸气重整反应，并已经得到了初步结论。中国专利CN200610155081.8公开了一种CaO吸收剂吸附的焦炉煤气强化的催化反应制氢方法，将焦炉煤气中富裕的CH4、CO和C2+等转化为氢气；中国专利CN200610053567.0公开了一种基于循环流化床的吸附强化蒸汽重整制氢工艺，采用Ca基和Ni基的复合催化剂，在循环流化床层上发生吸附强化的甲烷蒸汽重整反应制氢；中国专利CN201210188839.8公开了一种移动床连续催化吸附强化的化学链重整制氢的工艺，采用NiOAl2O3催化剂的氧化还原的氧传递性能，以CaO作为吸附剂进行制氢CO2原位吸附强化，将部分氧化、水蒸气重整、水汽变换、CO2吸附高度耦合在一个重整反应器内发生反应制氢。中国专利CN201320076014.2公开了一种固体燃料化学链气化制氢系统。基于CaO吸附CO2生成CaCO3固体机理，建立了固体燃料化学链气化制氢系统。HaoZ发表在2012年energy&fuels(Hao Z, et al., energy&fuels, 2012 年 26 卷 5 期 2934-2941 页)研究了 CaO 吸附剂在高低温时的 CO2 捕捉效率；MohammadR.R 发表在 2013 年 energy&fuels (Mohammad R.R,et, al.，energy&fuels, 2013年27卷2351-2362)首次建立基于化学链燃烧的甲烷蒸汽重整系统，但该系统没有考虑吸附强化重整内容。我国的阳绍军等发表在2007年《化工学报》(阳绍军等，化工学报，2007年58卷9期2363-2368页)提出了基于CaO吸收剂引导的焦炉煤气水蒸气重整制氢系统，该系统实现了反应器的自热平衡，但该系统需在传统甲烷蒸汽制氢工艺上有较大改动。赵海波等发表在《中国电机工程学报》(赵海波，中国电机工程学报，2012年32卷11期87-94页)模拟了化学链重整制氢系统，但该系统没考虑吸附强化重整内容。本专利技术开发了一种CaO引导的甲烷蒸汽重整化学链燃烧制氢工艺，实现了甲烷化学链燃烧的高效性，同时也可获得高纯度CO2，减除了传统工艺中CO2分离和捕捉所增加的成本。在蒸汽重整反应器中加入CaO吸收CO2，用以捕捉重整气中的CO2，提高了氢气纯度。
技术实现思路
:本专利技术的目的:本专利技术提供了一种低成本CO2分离、收集，和高效的制氢方法。通过甲烷化学链燃烧方式使得CO2分离操作简单、廉价，且CH4化学链燃烧供热比CH4直接燃烧供热方式效率更高。通过CaO吸附重整反应器内的CO2,强化了重整反应，生成高纯H2,同时也使重整气中的CO2得到分离。本专利技术采用的技术方案:本专利技术以CH4和蒸汽作为重整反应原料，添加CaO吸附剂强化重整反应。CH4燃料通过化学链燃烧方式(NiO为氧载体)供热给重整反应器，以此实现系统热平衡。CH4燃料化学链燃烧主要通过空气和燃料两个反应器实现，其中燃料反应器中主要发生NiO的还原反应:【权利要求】1.一种CaO引导的甲烷蒸汽重整化学链燃烧制氢工艺，其特征在于，包括空气反应器、燃料反应器、重整反应器和煅烧器。空气反应器具有空气进口，空气反应器出口连接第一旋风分离器装置入口，第一旋风分离器装置气相出口连接大气，第一旋风分离装置固相出口连接燃料反应器入口，燃料反应器具有甲烷进口，燃料反应器出口连接第二旋风分离器装置入口，第二旋风分离器装置气相出口连接冷凝装置，冷凝器出口连接至CO2收集装置，第二旋风分离装置固相出口连接空气反应器入口，空气反应器释放出的大量热通过间壁换热方式将热量传递给重整反应器，重整反应器具有甲烷和蒸汽入口，重整反应器出口连接第三旋风分离器装置入口，第三旋风分离器装置气相出口连接至氢气收集装置，第三旋风分离器装置固相出口连接至煅烧器入口，煅烧器通过外部供热分解CaCO3重新获得CaO，煅烧器出口连接至第四旋风分离器 装置入口，第四旋风分离器装置固相出口连接至重本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种CaO引导的甲烷蒸汽重整化学链燃烧制氢工艺，其特征在于，包括空气反应器、燃料反应器、重整反应器和煅烧器。空气反应器具有空气进口，空气反应器出口连接第一旋风分离器装置入口，第一旋风分离器装置气相出口连接大气，第一旋风分离装置固相出口连接燃料反应器入口，燃料反应器具有甲烷进口，燃料反应器出口连接第二旋风分离器装置入口，第二旋风分离器装置气相出口连接冷凝装置，冷凝器出口连接至CO2收集装置，第二旋风分离装置固相出口连接空气反应器入口，空气反应器释放出的大量热通过间壁换热方式将热量传递给重整反应器，重整反应器具有甲烷和蒸汽入口，重整反应器出口连接第三旋风分离器装置入口，第三旋风分离器装置气相出口连接至氢气收集装置，第三旋风分离器装置固相出口连接至煅烧器入口，煅烧器通过外部供热分解CaCO3重新获得CaO，煅烧器出口连接至第四旋风分离器装置入口，第四旋风分离器装置固相出口连接至重整反应器入口，第四旋风分离器装置气相出口连接至CO2收集装置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：诸林，范峻铭，李璐伶，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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