CN103508417A - 一种生物油链式制氢并分离co2的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种生物油链式制氢并分离CO₂的方法和装置，Fe₂O₃预置在移动床反应器中，生物油从移动床反应器中部喷入，在移动床中发生裂解反应，生成H₂、CO、小分子碳氢化合物和固体碳，H₂、CO、小分子碳氢化合物还原Fe₂O₃生成CO₂和水蒸气和FeO，固体碳在FeO表面沉积，降低FeO反应活性，移动床反应器底部通入水蒸气降低FeO表面积碳，FeO通过L阀进入鼓泡流化床反应器中；在鼓泡流化床反应器中FeO与水蒸气反应，生成氢气和Fe₃O₄，Fe₃O₄通过外置隔离器进入循环流化床反应器中；在循环流化床反应器中，空气与Fe₃O₄反应生成Fe₂O₃，同时将Fe₂O₃提升至旋风分离器中，经过气固分离，Fe₂O₃经旋风分离器的下料管进入移动床反应器中，实现Fe₂O₃的循环利用。

Description

一种生物油链式制氢并分离CO2的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种生物油制氢的方法及装置，尤其涉及基于铁基载氧体的生物油链式制氢并分离CO₂的方法及装置。

背景技术

氢气可以直接燃烧发电、供热或作为高性能燃料电池的燃料使用，是一种公认的未来清洁能源载体。氢气在能量转换过程中仅产生水和热量，是一种无污染的二次能源，真正实现污染物的零排放。但是，氢气是二次能源，需要通过化石燃料转换获得，虽然传统化石燃料制氢过程技术成熟，但工艺复杂，需要消耗大量的能量，同时向大气排放大量的CO₂。CO₂作为一种“温室气体”，大量的CO₂的排放带来全球“温室效应”。传统化石燃料制氢过程后添加CO₂分离装置后，整个系统更加复杂，能耗也更高。因此，高效、环保的制氢工艺是氢气大规模使用的前提条件。

发明内容

本发明提供一种生物油链式制氢并分离CO₂的方法及装置，本发明利用生物油制取氢气的同时高效分离CO₂，具有工艺简单，结构紧凑，减少温室气体排放和能量转换效率高的优点。

本发明的方法技术方案如下：

一种生物油链式制氢并分离CO₂的装置，由移动床反应器、L阀、鼓泡流化床反应器、外置隔离器、循环流化床反应器和旋风分离器组成；移动床反应器的底部与L阀顶部想通，L阀底部下料管插入鼓泡流化床反应器中，并插入鼓泡流化床反应器的料层中，鼓泡流化床反应器下部与外置隔离器上部相通，外置隔离器通过返料管和循环流化床反应器相通，循环流化床反应器上部与旋风分离器上部连接，旋风分离器下部的下料管插入移动床反应器中。

移动床反应器中部入口为生物油进口，移动床反应器底部入口为水蒸气进口，移动床反应器顶部出口为CO₂和水蒸气出口；鼓泡流化床反应器底部入口为水蒸气进口,鼓泡流化床反应器的顶部出口供H₂和部分未反应的水蒸气流出，循环流化床反应器底部入口为反应物和流化介质空气进口，旋风分离器出口供欠氧空气流出。

L阀、鼓泡流化床反应器、循环流化床反应器的底部分别设有排渣口。L阀的顶部设有流化介质水蒸气进口，外置隔离器底部设有流化介质水蒸气进口，水蒸气通入促进物料流化，防止气体窜混，维持系统物料平衡。

一种生物油链式制氢并分离CO₂的方法，其特征在于，移动床反应器反应温度为800℃～950℃，Fe₂O₃预置在移动床反应器中，移动床反应器采用气固逆流的形式，生物油从移动床反应器中部入口的喷入，生物油首先发生裂解反应，生成H₂、CO、小分子碳氢化合物和固体碳，然后H₂、CO、小分子碳氢化合物与Fe₂O₃反应，生成CO₂、水蒸气和FeO，固体碳在FeO表面沉积，降低反应活性，因此移动床反应器底部入口通入水蒸气与FeO表面沉积的碳反应，降低表面积碳，同时水蒸气的加入可促进颗粒移动床反应器底部流动，防止颗粒搭桥，移动床反应器中气体产物CO₂和水蒸气从顶部出口流出，FeO通过L阀的下料管流入鼓泡流化床反应器中；L阀的下料管从鼓泡流化床反应器上部进入，并插入鼓泡流化床反应器的料层中避免气体窜混，鼓泡流化床反应器内反应温度为800℃～950℃，水蒸气从鼓泡流化床反应器底部进入与FeO反应，生成H₂和Fe₃O₄，H₂和部分未反应的水蒸气通过鼓泡流化床反应器顶部的出口流出，Fe₃O₄从外置隔离器的返料管流进循环流化床反应器中；循环流化床反应器内反应温度为800℃～950℃，循环流化床反应器的底部通入空气，空气作为循环流化床反应器内反应物和流化介质，空气与Fe₃O₄反应生成Fe₂O₃，同时将Fe₂O₃提升至旋风分离器中；循环流化床反应器中生成的欠氧空气与Fe₂O₃在旋风分离器中进行气固分离，欠氧空气从旋风分离器出口流出，Fe₂O₃经旋风分离器的下料管进入移动床反应器中，实现Fe₂O₃的循环利用。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

常规的化学链制氢装置中燃料与载氧体反应装置采用流化床反应器。流化床床层气固混合均匀，燃料停留时间短，但生物油与载氧体反应为多步反应，流化床反应器不能提供足够的停留时间，导致生物油转换率低，系统CO₂捕集效率低。

本发明为生物油链式制氢并分离CO₂的一种方法，根据反应条件的不同选择不同的反应器，具体为生物油与Fe₂O₃反应装置为移动床反应器，水蒸气与FeO反应装置为鼓泡流化床反应器，空气与Fe₃O₄反应装置为循环流化床反应器；生物油进入移动床反应器中首先发生裂解反应，生成H₂、CO、小分子碳氢化合物和固体碳，固体碳会吸附在铁氧化合物表面，降低铁氧化物反应活性，因此，选择从移动床的中部喷入生物油，同时移动床反应器底部入口通入水蒸气，水蒸气与FeO表面沉积的碳反应，降低表面积碳，水蒸气的加入可促进颗粒移动床反应器底部流动，防止颗粒搭桥；移动床与流化床相比固体流量容易控制，系统拥有更好的操作范围。流化床床内颗粒的流动特性、流化床的物理尺寸的选择都影响着系统的运行，移动床中燃料停留时间长，燃料与固体颗粒反应可以在床层中分为多个阶段，同时铁氧化物与燃料的反应都为微放热或吸热反应，床内温度稳定，移动床的使用不会造成床内温度分层；鼓泡流化床反应器气固混合均匀，可以提供一定的反应时间，适合FeO与水蒸气反应，移动床反应器与鼓泡流化床反应器之间才有L阀相连，L阀的料腿插入鼓泡流化床物料层中，防止移动床反应器与鼓泡床反应器气体反窜，并且L阀拥有流量容易控制的优点；鼓泡流化床反应器与循环流化床反应器之间采用外置隔离器，外置隔离器可以提高鼓泡流化床反应器床料高度，延长FeO与水蒸气反应时间，采用隔离气体对外置隔离器内铁氧化物进行流化，将鼓泡流化床反应器和循环流化床反应器隔开，外置隔离器和外置隔离器下料管阻止循环流化床反应器和鼓泡流化床中气体双向窜混，防止氢气在床内爆炸燃烧；空气与Fe₃O₄反应在800℃～950℃下为反应迅速适合选用选用循环流化床反应器。

附图说明：

图1为本发明一种生物油链式制氢并分离CO₂的装置图。

具体实施方式

本发明为一种生物油链式制氢并分离CO₂的装置，由移动床反应器1、L阀2、鼓泡流化床反应器3、外置隔离器4、循环流化床反应器5和旋风分离器6组成；移动床反应器1的底部与L阀2顶部想通，L阀2底部下料管21插入鼓泡流化床反应器3中，并插入鼓泡流化床反应器3的料层中，鼓泡流化床反应器3下部与外置隔离器4上部相通，外置隔离器4通过返料管41和循环流化床反应器5相通，循环流化床反应器5上部与旋风分离器6上部连接，旋风分离器6下部的下料管61插入移动床反应器1中；移动床反应器1中部入口为生物油A进口，移动床反应器1底部入口为水蒸气B进口，移动床反应器1顶部出口为CO₂和水蒸气C出口；鼓泡流化床反应器3底部入口为水蒸气E进口,鼓泡流化床反应器3的顶部出口供H₂和部分未反应的水蒸气G流出，循环流化床反应器5底部入口为反应物和流化介质空气H进口，旋风分离器6出口供欠氧空气I流出。

生物油链式制氢并分离CO₂的装置，L阀2、鼓泡流化床反应器3、循环流化床反应器5的底部分别设有排渣口J、K、L。L阀2的顶部设有流化介质水蒸气进口D，外置隔离器4底部设有流化介质水蒸气进口F。

本发明一种生物油链式制氢并分离CO₂的方法为：移动床反应器1反应温度为800℃～950℃，Fe₂O₃预置在移动床反应器1中，移动床反应器1采用气固逆流的形式，生物油A从移动床反应器1中部入口的喷入，生物油A首先发生裂解反应，生成H₂、CO、小分子碳氢化合物和固体碳，然后H₂、CO、小分子碳氢化合物与Fe₂O₃反应，生成CO₂、水蒸气和FeO，固体碳在FeO表面沉积，降低反应活性，因此移动床反应器1底部入口通入水蒸气B与FeO表面沉积的碳反应，降低表面积碳，同时水蒸气B的加入可促进颗粒移动床反应器1底部流动，防止颗粒搭桥，移动床反应器1中气体产物CO₂和水蒸气C从顶部出口流出，FeO通过L阀2的下料管2流入鼓泡流化床反应器3中；L阀2的下料管21从鼓泡流化床反应器3上部进入，并插入鼓泡流化床反应器3的料层中避免气体窜混，鼓泡流化床反应器3内反应温度为800℃～950℃，水蒸气E从鼓泡流化床反应器3底部进入与FeO反应，生成H₂和Fe₃O₄，H₂和部分未反应的水蒸气G通过鼓泡流化床反应器3顶部的出口流出，Fe₃O₄从外置隔离器4的返料管41流进循环流化床反应器5中；循环流化床反应器5内反应温度为800℃～950℃，循环流化床反应器5的底部通入空气H，空气H作为循环流化床反应器5内反应物和流化介质，空气与Fe₃O₄反应生成Fe₂O₃，同时将Fe₂O₃提升至旋风分离器6中；循环流化床反应器5中生成的欠氧空气I与Fe₂O₃在旋风分离器6中进行气固分离，欠氧空气I从旋风分离器6出口流出，Fe₂O₃经旋风分离器6的下料管61进入移动床反应器1中，实现Fe₂O₃的循环利用。

Claims (4)

1.一种生物油链式制氢并分离CO₂的方法，其特征在于，移动床反应器（1）反应温度为800℃～950℃，Fe₂O₃预置在移动床反应器（1）中，移动床反应器（1）采用气固逆流的形式，生物油（A）从移动床反应器（1）中部入口的喷入，生物油（A）首先发生裂解反应，生成H₂、CO、小分子碳氢化合物和固体碳，然后H₂、CO、小分子碳氢化合物与Fe₂O₃反应，生成CO₂、水蒸气和FeO，固体碳在FeO表面沉积，降低反应活性，移动床反应器（1）底部入口通入水蒸气（B）与FeO表面沉积的碳反应，降低表面积碳，水蒸气（B）的加入可同时促进颗粒移动床反应器（1）底部流动，防止颗粒搭桥，移动床反应器（1）中气体产物CO₂和水蒸气（C）从顶部出口流出，FeO通过L阀（2）的下料管（2）流入鼓泡流化床反应器（3）中；L阀（2）的下料管（21）从鼓泡流化床反应器（3）上部进入，并插入鼓泡流化床反应器（3）的料层中避免气体窜混，鼓泡流化床反应器（3）内反应温度为800℃～950℃，水蒸气（E）从鼓泡流化床反应器（3）底部入口进入与FeO反应，生成H₂和Fe₃O₄，H₂和部分未反应的水蒸气（G）通过鼓泡流化床反应器（3）顶部出口流出，Fe₃O₄从外置隔离器（4）的返料管（41）流进循环流化床反应器（5）中；循环流化床反应器（5）内反应温度为800℃～950℃，循环流化床反应器（5）的底部入口通入空气（H），空气（H）作为循环流化床反应器（5）内反应物和流化介质，空气与Fe₃O₄反应生成Fe₂O₃，同时将Fe₂O₃提升至旋风分离器（6）中；循环流化床反应器（5）中生成的欠氧空气（I）与Fe₂O₃在旋风分离器（6）中进行气固分离，欠氧空气（I）从旋风分离器（6）出口流出，Fe₂O₃经旋风分离器（6）的下料管（61）进入移动床反应器（1）中，实现Fe₂O₃的循环利用。

2.一种生物油链式制氢并分离CO₂的装置，其特征在于，由移动床反应器（1）、L阀（2）、鼓泡流化床反应器（3）、外置隔离器（4）、循环流化床反应器（5）和旋风分离器（6）组成；移动床反应器（1）的底部与L阀（2）顶部想通，L阀（2）底部下料管（21）插入鼓泡流化床反应器（3）中，并插入鼓泡流化床反应器（3）的料层中，鼓泡流化床反应器（3）下部与外置隔离器（4）上部相通，外置隔离器（4）通过返料管（41）和循环流化床反应器（5）相通，循环流化床反应器（5）上部与旋风分离器（6）上部连接，旋风分离器（6）下部的下料管（61）插入移动床反应器（1）中；移动床反应器（1）中部入口为生物油（A）进口，移动床反应器（1）底部入口为水蒸气（B）进口，移动床反应器（1）顶部出口为CO₂和水蒸气（C）出口；鼓泡流化床反应器（3）底部入口为水蒸气（E）进口,鼓泡流化床反应器（3）的顶部出口供H₂和部分未反应的水蒸气（G）流出；循环流化床反应器（5）底部入口为反应物和流化介质空气（H）进口，旋风分离器（6）出口供欠氧空气（I）流出。

3.根据权利要求2中所述的生物油链式制氢并分离CO₂的装置，其特征在于，L阀（2）、鼓泡流化床反应器（3）、循环流化床反应器（5）的底部分别设有排渣口J、K、L。

4.根据权利要求2中所述一种生物油链式制氢并分离CO₂的装置，其特征在于，L阀（2）的顶部设有流化介质水蒸气（D）进口，外置隔离器（4）底部设有流化介质水蒸气（F）进口。

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