CN1235792C - 近零排放的固体燃料无氧气化制氢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近零排放的固体燃料无氧气化制氢方法。它是将煤或生物质固体燃料加入到压力循环流化床气化炉中，以水蒸气作为流化气化剂进入气化炉进行以CaO为接受体的CO2接受体法为基础的部分气化，经除尘、净化产生高纯度氢气，气化炉产生的半焦及CaO与CO2经碳酸化反应产生的CaCO3一起被送入循环流化床燃烧炉，与送入燃烧炉的氧气进行燃烧及煅烧反应。CaCO3在燃烧炉中煅烧生成CaO后重新被送回气化炉作为CO2接受体。本发明的优点：1)实现煤的分级转化，降低对气化过程的要求；2)可以实现煤的无氧气化，直接制取高纯度的氢气；3)实现装置的近零污染排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种近零排放的固体燃料无氧气化制氢方法。
背景技术
化石燃料提供了当今世界能源消耗的85％左右，而且今后很长时间内依旧会依靠化石能源，尤其是煤炭。我国的能源生产和消费结构同样是以煤为主、多能互补的体系，据测算，即使到2050年，煤炭比例还将占58％左右。但由于化石燃料尤其煤在生产和利用过程产生大量导致四大公害(大气烟尘、酸雨、温室效应、臭氧层破坏)的污染物如SOx、NOx、细颗粒物、重金属和CO2等，是造成大气和其他各类型环境污染与生态破坏的主要原因之一。因此发展资源消耗少，能源转化率高而且总体排放很低或几乎为零的煤炭能源利用系统有着非常重要的意义。
氢气作为零排放能源已得到日益的重视。从煤炭等固体燃料制取氢气是氢气能源的主要来源。所以发展近零排放的从固体燃料特别是煤中制取氢气的技术具有很大应用前景。
目前国际上已部分研究机构进行相关研究，如美国GE能源与环境研究公司(GE-EER)、美国零排放煤联盟(ZECA)以及日本新能源综合开发机构(NEDO)等许多研究机构都提出了各自的煤零排放能源利用系统，其中即包含有制氢系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种近零排放的固体燃料无氧气化制氢方法。
它是将煤或生物质固体燃料加入到压力循环流化床气化炉中，以水蒸气作为流化气化剂进入气化炉进行以CaO为接受体的CO2接受体法为基础的部分气化，CaO或石灰石及白云石在燃烧炉中煅烧分解产生的CaO作为接受体在气化炉中与CO2进行碳酸化反应产生CaCO3，反应所释放的热量提供给碳与水蒸汽之间的水煤气反应、甲烷重整反应及CO与水蒸汽的变换反应，固体燃料中所含碳在气化炉中部分被转化，气化炉所产生的气体经除尘、净化获得高纯度氢气，气化炉未气化的半焦及CaO与CO2经碳酸化反应产生的CaCO3一起被送入循环流化床燃烧炉，与送入燃烧炉的氧气进行燃烧及煅烧反应。CaCO3在燃烧炉中煅烧生成CaO后重新被送回气化炉作为CO2接受体。
本发明的优点：
1)充分考虑煤在各种转化过程表现出的特点，先在循环流化床气化炉中把煤的“高活性组分”进行无氧气化，然后把“低活性组分”送入循环流化床燃烧炉燃烧。实现煤的分级转化，降低对气化过程的要求；
2)可以实现煤的无氧气化，直接制取高纯度的氢气；
3)燃烧炉中以纯氧为氧化剂，半焦等燃料燃烧后的产物是高纯度的CO2，可以直接处理或利用。同时，由于气化过程的污染物生成量少，而且较易处理如H2S、NH3等，而且流化床气化及燃烧所产生的煤灰渣已被证明是低危害性的材料，可以综合利用或简单处理。所以可以实现装置的近零污染排放。
附图说明
附图是固体燃料无氧气化制氢工艺流程图。
具体实施方式
如附图所示，它主要包括一台压力循环流化床气化炉、一台压力或常压循环流化床燃烧炉及其物料输送装置。煤或其他燃料(如生物质)送入有一定压力的无氧循环流化床气化炉，以水蒸气作为气化剂，在气化炉中发生热裂解和部分气化反应。热裂解或气化所产生的CH4通过重整反应转化为CO和H2，而气相中的CO也通过水煤气变换反应被转化为CO2。各反应所产生的CO2则被CaO吸收固化，气化炉气化反应所需的热量也由CaO和CO2的碳酸化反应所释放的热量提供。燃料中所含氮所产生的氨气在气体除尘净化装置中被脱除，燃料在气化中所产生的硫化氢被CaO吸收生成CaS后，送入燃烧炉中被氧化成CaSO4固定。除尘净化后的零排放燃料氢气供给氢气用户(如高效的燃料电池等)。煤或其他燃料经部分气化后所剩的低活性焦碳和吸收CO2后产生的CaCO3及灰一起被物料输送装置送入燃烧炉，焦炭与送入的纯氧反应释放出CaCO3分解所需的热量。来自气化炉的CaCO3和补充加入的石灰石或白云石经煅烧产生的CaO由物料输送装置送回到气化炉继续作为CO2的吸收剂。燃烧炉内燃料燃烧和CaCO3煅烧所产生的CO2和水蒸气的混合高温气体经余热利用系统后，其低温尾气经冷凝分离出其中的水分后所获的高纯度CO2气体可以比较容易地进行处理如利用或填埋。所产生的灰渣被证明是低危害性的材料，可以综合利用或简单处理。
Claims (1)
1.一种近零排放的固体燃料无氧气化制氢方法，其特征在于它是将煤或生物质固体燃料加入到压力循环流化床气化炉中，以水蒸气作为流化气化剂进入气化炉进行以CaO为接受体的CO2接受体法为基础的部分气化，CaO或石灰石及白云石在燃烧炉中煅烧分解产生的CaO作为接受体在气化炉中与CO2进行碳酸化反应产生CaCO3，反应所释放的热量提供给碳与水蒸汽之间的水煤气反应、甲烷重整反应及CO与水蒸汽的变换反应，固体燃料中所含碳在气化炉中部分被转化，气化炉所产生的气体经除尘、净化获得高纯度氢气，气化炉未气化的半焦及CaO与CO2经碳酸化反应产生的CaCO3一起被送入循环流化床燃烧炉，与送入燃烧炉的氧气进行燃烧及煅烧反应，CaCO3在燃烧炉中煅烧生成CaO后重新被送回气化炉作为CO2接受体。
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