[实用新型]组合式流化床煤催化气化制氢的装置

说明书

本实用新型公开了一种组合式流化床煤催化气化制氢的装置，采用流化床气化炉和再生炉组合，于原料进口位于流化床气化炉上层空间，流化床气化炉下层空间的返料出口通过返料装置与再生炉的返料进口相连接，再生炉上方出口通过返料装置与流化床气化炉上层空间的返料进口相连接技术方案，主要解决氢气含量低、碳转化率低、能耗高等问题。本实用新型的装置及方法，较好地解决了上述问题，可应用于煤制氢领域。

技术领域

本实用新型属于煤制氢技术领域，涉及一种组合式流化床煤催化气化制氢的装置，尤其涉及一种分层反应的流化床气化炉和流化床再生炉相组合的催化气化制氢反应的装置。

背景技术

氢能作为一种清洁能源，在能量转化过程中，最终的产物是水，可真正实现零排放，被广泛应用于航天动力、车载燃料、燃料电池、燃烧发电、化工生产等方面，在能源结构中发挥越来越重要的作用。目前制备氢能的主要方法包括重油部分氧化重整制氢、电解水制氢和煤气化制氢等，其中煤气化制氢符合我国的能源结构特征和基本国情，是主流的制氢技术。传统的煤制氢主要包括煤气化、煤气净化、CO变换及提纯等工艺，所涉及的设备较多，各设备间温度、压力匹配困难，能耗大，流程长，系统能量转化率低。煤气化装置是煤制氢的关键设备，现有技术的煤气化装置主要采用气流床和流化床气化炉，其出口的合成气中氢气含量普遍偏低，增加了后续净化、变换和提纯工艺的负荷。

专利CN 101372312A提出了一种煤气化制备氢气的方法，采用二段式气化方法，第一步是在隔绝空气及不高于900℃条件下，热裂解煤，主要得到煤热解气化、焦油和煤焦，分离煤热解气化和焦油，得到的煤焦进入第二个步骤，在不高于800℃条件下，用气化剂进行气化反应，所得的煤焦气经纯化后得到目标产物氢气。该方法的问题在于在没有外供热的条件下难以维持反应温度，需要将过热蒸汽加热至气化反应所需的温度，能耗较高，并且颗粒停留时间较长，碳转化率低，工业应用的经济性较差。

专利CN 102585911A提出了一种煤气化制氢装置及方法，反应器耦合了煤气化、钙基吸附剂捕获二氧化碳和碳酸钙煅烧三个过程，通过钙基吸附剂捕获煤气化合成气中的二氧化碳以提高氢气含量。然而该装置气化反应器出口的合成气需通过外置热交换器降温后进入吸附反应器，两个反应器之间的温度匹配性差，并且其合成气中夹带的煤灰易产生管路堵塞。燃烧反应器产生的钙基吸附剂分成两股，分别进入气化反应器和吸附反应器中，压力平衡难以控制并且无法进入各段反应器的比例，不利于控制各反应的效果，从而影响出口技术指标。

实用新型内容

上述技术中考虑了催化剂或者载体对气化炉内反应过程的促进作用，对出口合成气中氢气含量的提升有一点作用，但是从反应过程强化而言并未形成合理有效的方法，所采用的催化剂或者载体还未能满足技术指标和经济性的要求。因而可以考虑强化变换和CO2吸收反应，并采用具有高效催化性能的载体来提高煤催化气化制氢过程，生成高品质的富氢合成气。基于以上考虑可在气化炉内强化变换和碳酸化反应，研究一种气化反应速率快，变换反应程度高、催化反应性能好，工艺简单，运行稳定并且高效的煤催化气化制氢技术。

本实用新型主要解决的技术问题之一是现有技术中碳转化率和气化强度低、氢气产率偏低、能耗偏高及运行稳定性差的问题，本实用新型提出了一种组合式流化床煤催化气化制氢的装置，该装置由流化床气化炉和流化床再生炉组成，流化床气化炉内通入原料煤A、氧化态高温热载体G、上层气体分布器气化剂和下层气体分布器气化剂，进行热解、气化、变换和碳酸化反应，生成富氢合成气、气化半焦和碳酸盐载体，碳酸盐载体和气化半焦进入到再生炉中，与含氧气体进行高温燃烧反应，分解碳酸盐载体，再次生成氧化态高温热载体。实现了高温热载体的循环再生，平衡了热流和物流，提高了气化强度、碳转化率和氢气产率。