[发明专利]一种CaO引导的甲烷蒸汽重整化学链燃烧制氢工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种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。

背景技术：

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℃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CO、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%。本发明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(Chemical-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CO₂，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。

[0004]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。