CN114314509A - 一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于可再生能源耦合液态化学链气化/重整技术领域，具体公开一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺，包括：可再生能源系统、气化/重整系统和载氧体再生系统；可再生能源系统分别与气化/重整系统和载氧体再生系统相连，用于为气化/重整系统和载氧体再生系统提供反应所需能量；气化/重整系统，用于发生液态化学链气化反应或者化学链重整反应；载氧体再生系统，用于采用氧化剂氧化载氧体实现载氧体的再生；载氧体再生系统和气化/重整系统相连。采用可再生能源系统为反应供能，在液态载氧体循环从过程中，无需外加热源，节约能源，且选用液态载氧体进行反应避免载氧体的烧结磨损现象，延长使用寿命。

Description

一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺

技术领域

本发明属于可再生能源耦合液态化学链气化/重整技术领域，具体涉及一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺。

背景技术

能源短缺和环境污染已经成为了全球关注的问题，作为能源大国，我国的能源结构为“富煤贫油少气”。我国煤炭的传统利用主要以燃烧为主，因此会出现能源利用效率较低、燃料燃烧不充分、回收和利用燃烧产物CO₂等温室气体较难。煤炭和生物质等能源的清洁高效转化较为关键，碳基燃料的高效利用对实现双碳目标有着重要意义。合成气是极为重要的化工原料，以煤为原料制备合成气污染较大，效率较低。化学链气化/重整制备合成气是一种高效清洁的利用方式，可以避免碳基燃料传统转化过程带来的环境问题，而且还可以获得高品质的富氢合成气，是能源和环境领域崭新的发展方向。虽然目前化学链气化技术的研究与应用非常广泛，目前化学链气化/重整常用固态载氧体，在使用过程中存在许多不利的方面，首先固态金属氧化物在高温环境中容易结焦、烧结，其次化学链气化过程中产生的灰分可能会沉积在颗粒表面，这些现象都会影响氧载体的使用寿命。其次，化学链气化/重整工艺常用的流化床反应器存在大量能耗且载氧体在反应器之间的循环流动极易造成损耗。需要寻找新型载氧体和化学链气化重整工艺来解决上述问题。

通过使用液态金属氧化物作为碳基燃料的液态载氧体可以避免载氧体的烧结磨损现象，延长使用寿命。通过熔融载氧体代替原本的固态载氧体作为载体。液态化学链技术需要大量的能量为载氧体提供相变潜热以及反应热量。为了避免温室气体的大量排放，选择可再生能源作为系统的热量来源是很有前景的，例如太阳能、风能、潮汐能和地热能等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺。针对上述问题，通过设计液态化学链工艺流程、优化反应器结构提高可再生能源利用效率和载氧体使用寿命，同时实现液态载氧体在反应器内的循环再生反应，使反应更加平稳可控，降低载氧体由于磨损和烧结的可能性，由此可以延长载氧体的使用寿命。将可再生能源技术与液态化学链技术相结合可以实现高效的碳减排碳中和。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，包括：可再生能源系统，气化/重整系统和载氧体再生系统；

所述可再生能源系统分别与气化/重整系统和载氧体再生系统相连，用于为气化/重整系统和载氧体再生系统提供反应所需能量；

所述气化/重整系统，用于发生液态化学链气化反应或者化学链重整反应；

所述载氧体再生系统，用于采用氧化剂氧化载氧体实现载氧体的再生；

所述载氧体再生系统和气化/重整系统相连。

本发明的进一步改进在于：所述可再生能源系统为太阳能集热器，所述气化/重整系统为气化/重整反应器，所述载氧体再生系统为载氧体再生反应器，还包括空气换热器、冷凝器、压缩机和干燥器；

太阳能集热器连接气化/重整反应器和载氧体再生反应器，用于将能量传递给气化/重整反应器和载氧体再生反应器；

气化/重整反应器和载氧体再生反应器耦合，气化/重整反应器燃料入口与燃料管道相连，气化/重整反应器的产物出口与冷凝器入口相连；干燥器出口与压缩机入口相连，压缩机出口与空气换热器第一换热通道入口相连，空气换热器的第二换热通道入口与载氧体再生反应器的气体出口相连，空气换热器第二换热通道出口与载氧体再生反应器的气体入口相连，空气换热器第一换热通道出口连通大气。

本发明的进一步改进在于：所述气化/重整反应器和载氧体再生反应器相互耦合采用载氧体固定的外循环结构，包括两个控制阀门和偶数个反应器，所述控制阀门分别为第一控制阀门和第二控制阀门；所述反应器，一半的反应器为第一反应器，另一半为第二反应器；第二控制阀门同时连接燃料管道出口、第二反应器入口、第一反应器入口和空气换热器第二换热通道出口，第一控制阀门同时连接第一反应器出口、空气换热器第二换热通道入口、第二反应器出口和冷凝器入口。

本发明的进一步改进在于：所述气化/重整反应器和载氧体再生反应器相互耦合采用内循环的整体式流化床反应结构，包括一个整体式反应器，所述整体式反应器为圆柱体，包括第一反应室和第二反应室，第一反应室为圆柱体，设置在整体式反应器中心，第二反应室为环绕第一反应室的圆环柱体，第一反应室和第二反应室相邻面底部设有通道，第一反应室的气体入口与空气换热器的第一换热通道出口相连，所述第一反应室的气体出口与空气换热器的第二换热通道入口相连，第二反应室的产物出口与冷凝器入口相连，第二反应室的燃料入口与燃料管道相连。

本发明的进一步改进在于：所述整体式反应器为立方体，包括一个第一反应室和两个第二反应室，所述第一反应室和第二反应室都为立方体，所述第一反应室设置在整体式反应器中心，两侧设有两个第二反应室，第一反应室和两个第二反应室相邻面底部设有通道，第一反应室的气体入口与空气换热器的第一换热通道出口相连，所述第一反应室的气体出口与空气换热器的第二换热通道入口相连，两个第二反应室的出口都与冷凝器的入口相连，两个第二反应室的入口都与燃料管道相连。

本发明的进一步改进在于：还包括液体分布器，所述第一反应室和第二反应室顶部之间设有液体分布器，所述液体分布器与两反应室壁之间夹角为45°-80°，液体分布器上均匀设有数量相同的导流槽和孔道。

一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气工艺，包括以下步骤：

进行反应，将燃料充入气化/重整反应器与氧化态的液态载氧体发生液态化学链重整反应；同时将空气经过空气换热器预热进入载氧体再生反应器与还原态的液态载氧体发生再生反应；

产物除水，将气化/重整反应器内产生的气体产物经过冷凝器分离成水和富氢合成气；载氧体再生反应器通过空气换热器排出贫氧空气；

将气化/重整反应器反应后生成的还原态载氧体与载氧体再生反应器反应后生成的氧化态载氧体互换，重复进行反应与产物除水步骤。

一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气工艺，采用载氧体固定的外循环结构时，包括以下步骤：

在第一反应器内加入还原态的液态载氧体，第二反应器内加入氧化态的液态载氧体，燃料通入第二反应器，第二反应器产物出口和冷凝器入口相连，第一反应器(8)气体出口与空气换热器的第二换热通道入口相连，第一反应器的气体入口与空气换热器(4)第一换热通道出口相连，第一反应器发生液态载氧体的再生反应，第二反应器发生燃料的液态化学链气化/重整反应；

当第一反应器的还原态液态载氧体被完全氧化为氧化态，第二反应器的氧化态液体载氧体被完全还原为还原态时，第二反应器内生成的气体产物经过冷凝器得到富氢合成气；

第一控制阀门和第二控制阀门，自动调节，使第一反应器入口与燃料管道相连，出口与冷凝器相连，第二反应器出口与空气换热器第二换热通道入口相连，第二反应器入口与空气换热器第一换热通道出口相连，第二反应器发生液态载氧体的再生反应，第一反应器发生燃料的液态化学链气化/重整反应；

当第二反应器的还原态液态载氧体被完全氧化为氧化态，第一反应器的氧化态液体载氧体被完全还原为还原态时，第一反应器内生成的气体产物经过冷凝器得到富氢合成气；

重复上述步骤，实现液态载氧体循环。

一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气工艺，采用整体式流化床反应结构时，包括以下步骤：

将空气通入第一反应室，空气与从第二反应室底部通道流入第一反应室的还原态的液态载氧体发生再生反应，生成氧化态的液态载氧体；

氧化态的液态载氧体在气体流动的作用下提升到第一反应室的顶部，通过液体分布器进入第二反应室，与通入第二反应室的燃料发生液态化学链的气化/重整反应，生成还原态的液态载氧体；

重复上述步骤，实现液态载氧体循环。

本发明的进一步改进在于：所述液态载氧体为低熔点的纯组分体系、混合载氧体体系、浆料体系和复杂体系四种中的一种；

所述低熔点的纯组分体系液态载氧体为铋与氧化铋混合物、锑与化锑混合物或铅与氧化铅混合物三种液态载氧体中的一种；

所述混合载氧体体系液态载氧体为铋与氧化铋混合物、锑与氧化锑混合物或铅与氧化铅混合物三种中任意两到三种按任意比例混合的液态载氧体；

所述浆料体系载氧体为铟与氧化铟混合物；

所述复杂体系载氧体由低熔点的纯组分体系液态载氧体、混合载氧体体系液态载氧体或浆料体系载氧体掺杂有催化作用的金属及金属氧化物形成，所述金属及金属氧化物包括Cu与CuO混合物、Fe与Fe₂O₃混合物、Ni与NiO混合物中的一种或多种，所述金属及金属氧化物占整个液态载氧体的质量分数为5-30％。

与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

1、通过使用可再生能源系统为气化/重整系统和载氧体再生系统供能，在液态载氧体循环从过程中，无需外加热源，节约能源，且气化/重整系统和载氧体再生系统反应所需载氧体为液态载氧体避免载氧体的烧结磨损现象，延长使用寿命。

2、通过太阳能集热器作为可再生能源系统，太阳能热化学储能的储能密度高、能量品质好且热化学储能可以在环境温下长期无热损。

3、通过设置解耦系统，可以将固体燃料热解产生挥发分作为气态化学链气化/重整的原料丰富了燃料种类。

4、通过设置液体分布器，使氧化态的液态载氧体可以在重力的作用下均匀下落，从而充分的与底部进入的燃料混合，提高反应效率。

5、通过使用液态金属氧化物作为碳基燃料的液态载氧体可以避免载氧体的烧结磨损现象，延长使用寿命。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺的系统框图；

图2为本发明耦合解耦策略一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺的系统框图；

图3为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统的系统连接示意图；

图4为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统载氧体固定的外循环模式的反应器结构示意图；

图5为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统内循环的整体式流化床反应结构中的圆柱体结构的主视图；

图6为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统内循环的整体式流化床反应结构中的圆柱体结构的三维结构剖面图；

图7为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统内循环的整体式流化床反应结构中的立方体结构的主视图；

图8为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统内循环的整体式流化床反应结构中的立方体结构的三维结构剖面图；

图9为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统内循环的整体式流化床反应结构燃料入口设置在侧面的立方体结构的三维结构剖面图；

图10为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统中液体分布器的结构示意图；

图11为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统中立方体结构整体式反应器的环形加套的结构示意图；

图12为本发明一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统中圆柱体结构整体式反应器或载氧体固定的外循环结构中反应器的环形加套的结构示意图。

图中：1、太阳能集热器；2、气化/重整反应器；3、载氧体再生反应器；4、空气换热器；5、冷凝器；6、压缩机；7、干燥器；8、第一反应器；9、第二反应器；10、第一控制阀门；11、第二控制阀门；12、整体式反应器；13、第一反应室；14、第二反应室；15、液体分布器；16、预热器。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

液态是指氧载体由固态转变为液态，即通过熔融载氧体代替原本的固态载氧体作为载体。目前研究较多的液态载氧体包括锑/氧化锑、铋/氧化铋、铅/氧化铅以及铟/氧化铟等体系，铟/氧化铟等体系比较特殊，是浆料系统。铟的熔点很低157℃，氧化铟的熔化温度1910℃，在贫氧环境中二者可以形成淤浆相。当体系载体中的所有氧气在气化反应器中被消耗，淤浆相转化为铟的纯液相，其熔融温度约为157℃。纯液态铟形成基液，也是氧化铟颗粒分散的介质，在温度区间550-1000℃范围内可以作为燃料化学链气化/重整的合适液态载氧体。

液态化学链技术需要大量的能量为载氧体提供相变潜热以及反应热量。为了避免温室气体的大量排放，选择可再生能源作为系统的热量来源是很有前景的，例如太阳能、风能、潮汐能和地热能等。其中的太阳能因为来源广泛、使用过程清洁无污染而被广泛研究和应用。太阳能热化学储能有几个明显优点：(1)储能密度高；(2)正逆反应可以在高温下进行，得到高品质的能量；(3)热化学储能可以在环境温下长期无热损等。太阳能技术已经得到了广泛应用，其中塔式太阳能集热器的运行温度可达1500℃，槽式系统的技术已经成熟，工作温度可超1000℃。

通过液态化学链技术与太阳能技术的耦合可实现太阳能到化学能的转化，生成的CO和H₂可用于生产高附加值的化学品。

如图1，3所示，一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，包括可再生能源系统、气化/重整系统和载氧体再生系统；

气化/重整系统为气化/重整反应器2；载氧体再生系统为载氧体再生反应器3；

一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，还包括：空气换热器4、冷凝器5、压缩机6、干燥器7，预热器16、可再生能源系统将能量传递给气化/重整反应器2和载氧体再生反应器3，气化/重整反应器2和载氧体再生反应器3耦合，燃料通过预热器16进入气化/重整反应器2，预热器16用于给燃料预热，预热过程中的能量消耗由可再生能源系统提供，气化/重整反应器2的气体产物通过冷凝器5去除多余水分子，排出合成气，载氧体再生反应器3流出液态金属氧化物给气化/重整反应器2，气化/重整反应器2流出液态金属给载氧体再生反应器3，空气通过干燥器7干燥后进入压缩机6，压缩机6出气口与空气换热器4第一换热通道入口相连，空气换热器4的第二换热通道入口与载氧体再生反应器3气体出口相连，空气换热器4第二换热通道出口与载氧体再生反应器3气体入口相连，空气换热器4第二换热通道出口口排出贫氧空气。

载氧体再生反应器用于氧化剂将载氧体再生，包含载氧体的入口和出口以及氧化剂的入口和出口，所述氧化剂为空气、氧气、高温蒸汽或二氧化碳的一种或几种。

还包括解耦系统，如图2所示，解耦系统为热解反应器，用于将固体燃料热解产生的大分子和小分子挥发份作为液态化学链气化/重整的原料。所述热解反应器为移动床反应器。

太阳能集热器由低聚光比的抛物槽式集热器和载氧体蓄热器组成，为系统提供主要热量，热量用来将固态载氧体液化、为反应器提供热量、为原料提供预热能量等。

空气换热器4用于碳基燃料的气体产物的热量回收，操作参数为：温度300-500℃、压力为常压。所述冷凝器用于气体产物中水蒸气的冷凝去除。

贫氧空气包括N₂。

气化/重整反应器2和载氧体再生反应器3耦合有两种结构，一种为载氧体固定的外循环结构和内循环的整体式流化床反应结构。

可再生能源系统在本实施例中为太阳能集热器1，可替换为风能、潮汐能、地热能等可再生能源采集器。

两种结构的外侧均设置有熔融盐保温套管。

一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气工艺，包括以下步骤：

进行反应，将燃料经过可再生能源系统预热充入气化/重整反应器2与氧化态的液态载氧体发生液态化学链重整反应；同时将空气经过空气换热器4预热进入载氧体再生反应器3与还原态的液态载氧体发生再生反应；

产物除水，将气化/重整反应器2内产生的气体产物经过冷凝器5分离成水和富氢合成气；载氧体再生反应器3通过空气换热器4排出贫氧空气；

将气化/重整反应器2反应后生成的还原态载氧体与载氧体再生反应器3反应后生成的氧化态载氧体互换，重复进行反应与产物除水步骤。

液态载氧体为低熔点的纯组分体系、混合载氧体体系、浆料体系和复杂体系四种中的一种；

低熔点的纯组分体系液态载氧体为铋与氧化铋混合物、锑与化锑混合物或铅与氧化铅混合物三种液态载氧体中的一种；

混合载氧体体系液态载氧体为铋与氧化铋混合物、锑与氧化锑混合物或铅与氧化铅混合物三种中任意两到三种按任意比例混合的液态载氧体；

浆料体系载氧体为铟与氧化铟混合物；

复杂体系载氧体由低熔点的纯组分体系液态载氧体、混合载氧体体系液态载氧体或浆料体系载氧体掺杂有催化作用的金属及金属氧化物形成，金属及金属氧化物包括Cu与CuO混合物、Fe与Fe₂O₃混合物、Ni与NiO混合物中的一种或多种，金属及金属氧化物占整个液态载氧体的质量分数为5-30％。

不同的载氧体与碳基燃料反应有不同的原料进料量和载氧体循环量。

实施例1

如图3-4所示，一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺，其气化/重整反应器2和载氧体再生反应器3耦合采用载氧体固定的外循环结构，载氧体固定的外循环结构包括：

两个或两个以上偶数个反应器和两个阀门，反应器高度是底面直径的1-2倍；

本实施例以两个反应器为例，分别为第一反应器8和第二反应器9，阀门为可自动切换的四通阀门，分别是第一控制阀门10和第二控制阀门11；

选择天然气为气态原料，氧化铋为液体载氧体，反应时载氧体固定在第一反应器8和第二反应器9中，一个为氧化态的载氧体氧化铋，另一个为还原态的载氧体金属铋。选择空气为液态载氧体再生的氧化剂。熔融盐为碳酸钠和碳酸钾的二元混合物，度范围800-1300℃。

系统工作前，所述第一反应器8装载还原态的液态载氧体，第二控制阀门11将燃料管道与第二反应器9入口连接，将第一反应器8的入口与空气换热器4出口相连，第一控制阀门10将第一反应器8的出口连接到空气换热器4入口，将第二反应器9出口与冷凝器5入口相连。第二反应器9装载氧化态的液态载氧体，系统工作时，所述第一反应器8发生载氧体的再生反应，第二反应器9发生天然气的液态化学链重整反应。

系统工作一定时间后，第一反应器8的还原态液态载氧体被完全氧化为氧化态，第二反应器9的氧化态液体载氧体被完全还原为还原态，切换第一控制阀门10和第二控制阀门11使第一反应器8的入口与燃料管道相连，第一反应器8的出口与冷凝器的入口相连，使第二反应器9的入口与空气换热器4出口相连，第二反应器9的出口通向空气换热器4。

实施例2

如图3、图5和图6所示，一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺，其气化/重整反应器2和载氧体再生反应器3耦合采用内循环的整体式流化床反应结构，包括：

一个整体式反应器12，所述整体式反应器12为圆柱体结构，所述圆柱体结构反应器包括第一反应室13和第二反应室14。所述反应室高度:宽度:长度为1～2:1:1。第一反应室13为圆柱体，设置在整体式反应器12中心，第一反应室13的入口与空气换热器4出口相连，第一反应室13的出口通过空气换热器排出贫氧气体。第二反应室14为环绕第一反应室13的圆环体，第二反应室14的入口与燃料管道相连，第二反应室14的出口与冷凝器5的入口相连。所述圆柱体结构反应器包括第一反应室13和第二反应室14。所述第二反应室14为包裹第一反应室13外侧的环形反应器，第一反应室13和第二反应室14相邻面底部设有通道。

如图5、6和10所示，第二反应室14顶部设置液体分布器15，液体分布器15与竖直壁面夹角范围为45°～80°，设在第一反应室13的外壁顶部和第二反应室14的内壁顶部，液体分布器15设置导流槽及液体流动孔道使液态载氧体均匀流入第二反应室14。导流槽和孔道数量一一对应。系统工作时，空气进入的第一反应室13与第二反应室14底部流入的还原态液体载氧体发生载氧体的再生反应，同时通过气体流动将液态载氧体提升到顶部，并使液体载氧体沿着反应器倾斜壁面流入第二反应室14。氧化态的载氧体进入第二反应室14后通过液体分布器15在重力的作用下均匀下落，与从底部进入的碳基燃料充分混合并发生气化/重整反应。载氧体被还原进入底部流入第一反应室13进行再生，第二反应室14的出口与冷凝器5的入口相连。

选择木质素为碳基燃料，氧化锑为液体载氧体，反应时液态载氧体氧化锑在反应室内循环流动。反应器温度控制为900℃，选择空气为载氧体再生的氧化剂。熔融盐为碳酸钠和碳酸钾的二元混合物，温度范围800-1300℃。

系统工作时，固体燃料经过解耦系统被分解为挥发份气体燃料进入第二反应室14，空气进入的第一反应室13与从第二反应室14底部流入的还原态液体载氧体发生载氧体的再生反应，同时通过气体流动将液态载氧体提升到顶部，并使液体载氧体沿着反应器避免流入第二反应室14。氧化态的载氧体进入第二反应室14，后通过液体分布器15在重力的作用下均匀下落，与从底部进入的气体挥发份燃料充分混合并发生气化反应。载氧体被还原进入底部流入第一反应室13进行再生，第二反应室14的出口与冷凝器5的入口相连。

选择甲烷为碳基燃料时，氧化锑为液体载氧体，此时进行甲烷的化学链重整反应，无需解耦系统，反应时液态载氧体氧化锑在反应室内循环流动。氧化锑与木质素的质量比为10.6：1，反应器温度控制为900℃，选择空气为载氧体再生的氧化剂。熔融盐为碳酸钠和碳酸钾的二元混合物，度范围800-1300℃。

实施例3

如图3、图5、图8和图9所示，一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统与工艺，其气化/重整反应器2和载氧体再生反应器3耦合采用内循环的整体式流化床反应结构，包括：

一个整体式反应器12，所述整体式反应器12为立方体结构，所述立方体结构反应器包括一个第一反应室13和两个第二反应室14。所述反应室高度:宽度:长度为1～2:1:1。第一反应室13为立方体，设置在整体式反应器12中心，第一反应室13的入口与空气换热器4出口相连，第一反应室13的出口通过空气换热器排出贫氧气体。两个第二反应室14设置在第一反应室13两侧，第二反应室14为立方体，两个第二反应室14的入口与燃料管道相连，两个第二反应室14的出口与冷凝器5的入口相连，第二反应室14的燃料入口可以设置在底部也可以设置在第二反应室14的外侧。

选择低阶煤为碳基燃料，选择含有辅助组分氧化铜混合氧化铋的复杂液态载氧体体系，反应时液态载氧体混合物在反应室内循环流动。反应器温度控制为900℃，选择空气为载氧体再生的氧化剂。熔融盐为碳酸钠和碳酸钾的二元混合物，度范围800-1300℃。

系统工作时，固体燃料经过解耦系统被分解为挥发份气体燃料进入两个第二反应室14，空气进入的第一反应室13与从燃料反应室底部流入的还原态液体载氧体发生载氧体的再生反应，同时通过气体流动将液态载氧体提升到顶部，并使液体载氧体沿着反应器避免流入两个第二反应室14。氧化态的载氧体进入两个第二反应室14后通过液体分布器15在重力的作用下均匀下落，与从底部进入的气体燃料充分混合并发生气化反应。载氧体被还原进入底部流入第一反应室13进行再生，两个第二反应室14的出口与冷凝器的入口相连。

实施例4

如图11-12所示，第一反应器8、第二反应器9和整体式反应器12外侧都设置管环形夹套，环形夹套内装有熔融盐；环形夹套的外部设置腔体，腔体面向太阳光侧设置有石英玻璃窗。太阳光经聚光镜汇聚后通过腔体面向光一侧的石英玻璃窗进入腔体，所述熔融盐为碳酸钠和碳酸钾的混合物；载氧体设置在经过聚光镜汇聚的太阳光焦点所在的高度。所述熔融盐混合物用于控制反应器固定的温度下运行。熔融盐混合物温度范围800-1300℃。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，包括：可再生能源系统，气化/重整系统和载氧体再生系统；

所述可再生能源系统分别与气化/重整系统和载氧体再生系统相连，用于为气化/重整系统和载氧体再生系统提供反应所需能量；

所述气化/重整系统，用于发生液态化学链气化反应或者化学链重整反应；

所述载氧体再生系统，用于采用氧化剂氧化载氧体实现载氧体的再生；

所述载氧体再生系统和气化/重整系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，所述可再生能源系统为太阳能集热器(1)，所述气化/重整系统为气化/重整反应器(2)，所述载氧体再生系统为载氧体再生反应器(3)，还包括空气换热器(4)、冷凝器(5)、压缩机(6)和干燥器(7)；

太阳能集热器(1)连接气化/重整反应器(2)和载氧体再生反应器(3)，用于将能量传递给气化/重整反应器(2)和载氧体再生反应器(3)；

气化/重整反应器(2)和载氧体再生反应器(3)耦合，气化/重整反应器(2)燃料入口与燃料管道相连，气化/重整反应器(2)的产物出口与冷凝器(5)入口相连；干燥器(7)出口与压缩机(6)入口相连，压缩机(6)出口与空气换热器(4)第一换热通道入口相连，空气换热器(4)的第二换热通道入口与载氧体再生反应器(3)的气体出口相连，空气换热器(4)第二换热通道出口与载氧体再生反应器(3)的气体入口相连，空气换热器(4)第一换热通道出口连通大气。

3.根据权利要求2所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，所述气化/重整反应器(2)和载氧体再生反应器(3)相互耦合采用载氧体固定的外循环结构，包括两个控制阀门和偶数个反应器，所述控制阀门分别为第一控制阀门(10)和第二控制阀门(11)；所述反应器，一半的反应器为第一反应器(8)，另一半为第二反应器(9)；第二控制阀门(11)同时连接燃料管道出口、第二反应器(9)入口、第一反应器(8)入口和空气换热器(4)第二换热通道出口，第一控制阀门(10)同时连接第一反应器(8)出口、空气换热器(4)第二换热通道入口、第二反应器(9)出口和冷凝器(5)入口。

4.根据权利要求2所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，所述气化/重整反应器(2)和载氧体再生反应器(3)相互耦合采用内循环的整体式流化床反应结构，包括一个整体式反应器(12)，所述整体式反应器(12)为圆柱体，包括第一反应室(13)和第二反应室(14)，第一反应室(13)为圆柱体，设置在整体式反应器(12)中心，第二反应室(14)为环绕第一反应室(13)的圆环柱体，第一反应室(13)和第二反应室(14)相邻面底部设有通道，第一反应室(13)的气体入口与空气换热器(4)的第一换热通道出口相连，所述第一反应室的气体出口与空气换热器(4)的第二换热通道入口相连，第二反应室(14)的产物出口与冷凝器(5)入口相连，第二反应室(14)的燃料入口与燃料管道相连。

5.根据权利要求2所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，所述整体式反应器(12)为立方体，包括一个第一反应室(13)和两个第二反应室(14)，所述第一反应室(13)和第二反应室(14)都为立方体，所述第一反应室(13)设置在整体式反应器(12)中心，两侧设有两个第二反应室(14)，第一反应室(13)和两个第二反应室(14)相邻面底部设有通道，第一反应室(13)的气体入口与空气换热器(4)的第一换热通道出口相连，所述第一反应室(13)的气体出口与空气换热器(4)的第二换热通道入口相连，两个第二反应室(14)的出口都与冷凝器(5)的入口相连，两个第二反应室(14)的入口都与燃料管道相连。

6.根据权利要求4或5所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，其特征在于，还包括液体分布器(15)，所述第一反应室(13)和第二反应室(14)顶部之间设有液体分布器(15)，所述液体分布器(15)与两反应室壁之间夹角为45°-80°，液体分布器(15)上均匀设有数量相同的导流槽和孔道。

7.一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气工艺，其特征在于，基于权利要求2-5中任一项所述的系统，包括以下步骤：

进行反应，将燃料充入气化/重整反应器(2)与氧化态的液态载氧体发生液态化学链重整反应；同时将空气经过空气换热器(4)预热进入载氧体再生反应器(3)与还原态的液态载氧体发生再生反应；

产物除水，将气化/重整反应器(2)内产生的气体产物经过冷凝器(5)分离成水和富氢合成气；载氧体再生反应器(3)通过空气换热器(4)排出贫氧空气；

将气化/重整反应器(2)反应后生成的还原态载氧体与载氧体再生反应器(3)反应后生成的氧化态载氧体互换，重复进行反应与产物除水步骤。

8.一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气工艺，其特征在于，基于权利要求3所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，包括以下步骤：

在第一反应器(8)内加入还原态的液态载氧体，第二反应器(9)内加入氧化态的液态载氧体，燃料通入第二反应器(9)，第二反应器(9)产物出口和冷凝器(5)入口相连，第一反应器(8)气体出口与空气换热器(4)的第二换热通道入口相连，第一反应器(8)的气体入口与空气换热器(4)第一换热通道出口相连，第一反应器(8)发生液态载氧体的再生反应，第二反应器(9)发生燃料的液态化学链气化/重整反应；

当第一反应器(8)的还原态液态载氧体被完全氧化为氧化态，第二反应器(9)的氧化态液体载氧体被完全还原为还原态时，第二反应器(9)内生成的气体产物经过冷凝器(5)得到富氢合成气；

第一控制阀门(10)和第二控制阀门(11)，自动调节，使第一反应器(8)入口与燃料管道相连，出口与冷凝器(5)相连，第二反应器(9)出口与空气换热器(4)第二换热通道入口相连，第二反应器入口与空气换热器(4)第一换热通道出口相连，第二反应器(9)发生液态载氧体的再生反应，第一反应器(8)发生燃料的液态化学链气化/重整反应；

当第二反应器(9)的还原态液态载氧体被完全氧化为氧化态，第一反应器(8)的氧化态液体载氧体被完全还原为还原态时，第一反应器(8)内生成的气体产物经过冷凝器(5)得到富氢合成气；

重复上述步骤，实现液态载氧体循环。

9.一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气工艺，其特征在于，基于权利要求6所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气系统，包括以下步骤：

将空气通入第一反应室(13)，空气与从第二反应室(14)底部通道流入第一反应室(13)的还原态的液态载氧体发生再生反应，生成氧化态的液态载氧体；

氧化态的液态载氧体在气体流动的作用下提升到第一反应室(13)的顶部，通过液体分布器(15)进入第二反应室(14)，与通入第二反应室(14)的燃料发生液态化学链的气化/重整反应，生成还原态的液态载氧体；

重复上述步骤，实现液态载氧体循环。

10.根据权利要求8或9任一项所述的一种液态化学链气化/重整制备富氢合成气工艺，其特征在于，所述液态载氧体为低熔点的纯组分体系、混合载氧体体系、浆料体系和复杂体系四种中的一种；

所述低熔点的纯组分体系液态载氧体为铋与氧化铋混合物、锑与化锑混合物或铅与氧化铅混合物三种液态载氧体中的一种；

所述混合载氧体体系液态载氧体为铋与氧化铋混合物、锑与氧化锑混合物或铅与氧化铅混合物三种中任意两到三种按任意比例混合的液态载氧体；

所述浆料体系载氧体为铟与氧化铟混合物；

所述复杂体系载氧体由低熔点的纯组分体系液态载氧体、混合载氧体体系液态载氧体或浆料体系载氧体掺杂有催化作用的金属及金属氧化物形成，所述金属及金属氧化物包括Cu与CuO混合物、Fe与Fe₂O₃混合物、Ni与NiO混合物中的一种或多种，所述金属及金属氧化物占整个液态载氧体的质量分数为5-30％。

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