耦合化学链反应及CO2分离捕集的高效低能耗氢电热冷多联产系统及方法

技术领域

本发明属于含碳燃料制氢、CO

背景技术

能源高效清洁利用对节能减排和可持续发展至关重要。煤、石油、天然气、生物质、有机固体废弃物等含碳燃料主要通过燃烧的方式进行利用。燃料燃烧不但产生巨大的有效能损失和大量的污染物，而且排放的CO

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明利用含碳燃料的化学链反应制备高纯H

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种耦合化学链反应及CO

所述化学链气化重整单元A，包括化学链气化重整反应器A1和空气反应器A2，其中，在化学链气化重整反应器A1中，含碳燃料被金属载氧体部分氧化，并与H

所述气体处理净化单元B，包括燃料气热量回收利用装置B1、除尘装置B2、净化装置B3以及贫氧气体的热量回收利用装置B4、净化装置B5和除尘装置B6，热量回收利用装置B1、B4分别利用燃料气、贫氧气体的高温显热产生高温水蒸气，除尘装置B2、B6分别用于脱除燃料气、贫氧气体的固体颗粒物，净化装置B3、B5分别将燃料气、贫氧气体的S污染物、N污染物进行脱除；在该单元分别获得清洁燃料气和清洁的贫氧富氮空气；

所述化学链制氢单元C，包括燃料反应器C1、CO

所述联合循环发电和多联产单元D，包括燃料电池D1、燃料电池尾气热交换器D2、燃料电池燃料尾气冷凝器D3、燃料电池N

进一步，所述化学链气化重整单元A不需要制备纯氧就可以实现含碳燃料的气化或重整转化，避免了纯氧制备产生的大量能耗，解决了传统技术深冷空分制氧装置投资大、制氧能耗高的问题；同时，所述化学链气化重整单元A的核心是“气化重整反应器A1-空气反应器A2”的双炉装置，炉型成熟且相对简单、可以在常压、中高温度下操作，解决了传统技术反应装置压力和温度高、初始投资大的问题。

再进一步，所述气体处理净化单元B，包含热量回收和污染物脱除装置，具有能源利用效率高、污染物排放低的特点。

更进一步，所述化学链制氢单元C，不需要为了提高燃料气的H

优选的，所述联合循环发电和多联产单元D，所含燃料电池D1具有燃料化学能向电能转化效率高的特点，解决了传统发电系统效率低、受卡诺循环热力学限制的问题；所设置燃气-蒸汽联合装置的能源利用效率高，余热锅炉D9具有回收利用气体处理净化单元B、化学链制氢单元C、燃气轮机尾气热能的作用，提高了系统的能量效率；燃气轮机燃烧室D6接收来自气体处理净化系统B、燃料电池D1的富氮贫氧空气，能够减少燃烧过程的NO

一种耦合化学链反应及CO

燃料气体和贫氧空气经过气体处理净化单元，将气体的高温热量进行回收利用，并脱除粉尘、硫、氮等污染物，产生清洁燃料气和清洁贫氧空气；

清洁燃料气在化学链制氢单元的燃料反应器中，通过与金属氧化物发生氧化还原反应被不断转化为含CO

H

本发明的有益效果表现在：

1、与传统的气化/重整制氢方法相比，本发明不需要设置深冷空分制氧装置、水煤气变换装置、CO

2、与传统的气化/重整制氢方法相比，本发明在气化或重整单元不需要纯氧，避免了由于深冷空分制氧造成的大量能耗；同时，本发明无需采用物理吸收、化学吸收或膜分离等专门的CO

3、与传统的气化/重整制氢方法相比，本文气化重整反应器在能够在常压、中高温度下进行，能够避免高温、高压系统运行所产生的问题和进一步降低投资。

4、与传统的燃料气化重整制氢方法相比，本发明的化学链制氢方法避免了使用昂贵、具有环境危害性的水煤气变换反应催化剂，降低了制氢成本、减少了环境污染，并具有直接制备高纯H

5、本发明通过能量的梯级合理利用，实现能源利用效率最大化。高品质的燃料气采用燃料电池、先进燃气轮机大幅度提高总体效率；系统各单元高温气体的热量经换热器传递到高温水蒸气中，并用于蒸汽轮机发电；燃气轮机燃烧室接收来自气体处理净化系统、燃料电池的富氮贫氧空气，能减少燃烧过程的NO

6、本发明能够提供氢、电、热、冷等多元化的产品，可灵活调整系统流程和各产品比例，能够满足化工、交通、电力、采暖、制冷等用户的多元化需求。

附图说明

图1给出了系统的整体图：

化学链气化重整单元A：A1,气化重整反应器；A2,空气反应器.

气体处理净化单元B：B1，燃料气热交换器；B2，燃料气除尘器；B3，燃料气净化器；B4，贫氧烟气热交换器；B5，贫氧烟气净化器；B6，贫氧烟气除尘器.

化学链制氢单元C：C1，燃料反应器；C2，CO

联合循环发电和多联产单元D：D1：燃料电池；D2，燃料电池尾气热交换器；D3，燃料电池尾气冷凝器；D4，燃料电池N

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1，一种耦合化学链反应及CO

在燃料气化重整反应器A1中，含碳燃料和金属化合物如Fe

C+H

C+CO

CO+H

燃料＝H

在气体处理净化单元B，高温燃料气在燃料气热交换器B1中被冷却到400℃以下，释放的热量由来自余热锅炉D9的饱和水S

在化学链制氢单元C中，清洁燃料气与金属氧化物(如Fe

CO+Fe

H

CH

2FeO+H

2Fe

在联合循环发电和多联产单元D中，化学链制氢单元C产生的H

在联合循环发电和多联产单元D，空气经过燃气轮机压气机D5压缩以提高温度和压力，压缩空气进入燃气轮机燃烧器D6，在其中与来自气体处理净化单元B的清洁合成气发生燃烧反应(某些实施例下也可与来自化学链制氢单元C的H

在联合循环发电和多联产单元D，余热锅炉D9吸收燃气轮机透平D7出口高温烟气的热量，同时也对来自气体净化处理单元B、化学链制氢单元C、燃料电池D1的热量(S

总体上，本发明提供了一种氢电热冷多联产系统，并能够获得适合输运和封存的高纯CO

一种耦合化学链反应及CO

燃料气体和贫氧空气经过气体处理净化单元，将气体的高温热量进行回收利用，并脱除粉尘、硫、氮等污染物，产生清洁燃料气和清洁贫氧空气；

清洁燃料气在化学链制氢单元的燃料反应器中，通过与金属氧化物发生氧化还原反应被不断转化为含CO

H

需要注意，上述实施例并非本发明的唯一实施方法，相关领域专业人员根据所述实施例容易拓展的其他实施例也在本发明的保护范围内。