專利名稱：近零排放的固體燃料無氧氣化制氫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種近零排放的固體燃料無氧氣化制氫方法。
背景技術(shù)：
化石燃料提供了當(dāng)今世界能源消耗的85％左右，而且今后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)依舊會(huì)依靠化石能源，尤其是煤炭。我國(guó)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)同樣是以煤為主、多能互補(bǔ)的體系，據(jù)測(cè)算，即使到2050年，煤炭比例還將占58％左右。但由于化石燃料尤其煤在生產(chǎn)和利用過程產(chǎn)生大量導(dǎo)致四大公害(大氣煙塵、酸雨、溫室效應(yīng)、臭氧層破壞)的污染物如SOx、NOx、細(xì)顆粒物、重金屬和CO2等，是造成大氣和其他各類型環(huán)境污染與生態(tài)破壞的主要原因之一。因此發(fā)展資源消耗少，能源轉(zhuǎn)化率高而且總體排放很低或幾乎為零的煤炭能源利用系統(tǒng)有著非常重要的意義。
氫氣作為零排放能源已得到日益的重視。從煤炭等固體燃料制取氫氣是氫氣能源的主要來源。所以發(fā)展近零排放的從固體燃料特別是煤中制取氫氣的技術(shù)具有很大應(yīng)用前景。
目前國(guó)際上已部分研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)研究，如美國(guó)GE能源與環(huán)境研究公司(GE-EER)、美國(guó)零排放煤聯(lián)盟(ZECA)以及日本新能源綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)等許多研究機(jī)構(gòu)都提出了各自的煤零排放能源利用系統(tǒng)，其中即包含有制氫系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種近零排放的固體燃料無氧氣化制氫方法。
它是將煤或生物質(zhì)固體燃料加入到壓力循環(huán)流化床氣化爐中，以水蒸氣作為流化氣化劑進(jìn)入氣化爐進(jìn)行以CaO為接受體的CO2接受體法為基礎(chǔ)的部分氣化，經(jīng)除塵、凈化產(chǎn)生高純度氫氣。氣化爐產(chǎn)生的半焦及CaO與CO2化反應(yīng)產(chǎn)生的CaCO3一起被送入循環(huán)流化床燃燒爐，與送入燃燒爐的氧氣進(jìn)行燃燒及煅燒反應(yīng)。CaCO3在燃燒爐中煅燒生成CaO后重新被送回氣化爐作為CO2接受體。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)充分考慮煤在各種轉(zhuǎn)化過程表現(xiàn)出的特點(diǎn)，先在循環(huán)流化床氣化爐中把煤的“高活性組分”進(jìn)行無氧氣化，然后把“低活性組分”送入循環(huán)流化床燃燒爐燃燒。實(shí)現(xiàn)煤的分級(jí)轉(zhuǎn)化，降低對(duì)氣化過程的要求；2)可以實(shí)現(xiàn)煤的無氧氣化，直接制取高純度的氫氣；3)燃燒爐中以純氧為氧化劑，半焦等燃料燃燒后的產(chǎn)物是高純度的CO2，可以直接處理或利用。同時(shí)，由于氣化過程的污染物生成量少，而且較易處理如H2S、NH3等，而且流化床氣化及燃燒所產(chǎn)生的煤灰渣已被證明是低危害性的材料，可以綜合利用或簡(jiǎn)單處理。所以可以實(shí)現(xiàn)裝置的近零污染排放。


附圖是固體燃料無氧氣化制氫工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
如附圖所示，它主要包括一臺(tái)壓力循環(huán)流化床氣化爐、一臺(tái)壓力或常壓循環(huán)流化床燃燒爐及其物料輸送裝置。煤或其他燃料(如生物質(zhì))送入有一定壓力的無氧循環(huán)流化床氣化爐，以水蒸氣作為氣化劑，在氣化爐中發(fā)生熱裂解和部分氣化反應(yīng)。熱裂解或氣化所產(chǎn)生的CH4通過重整反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO和H2，而氣相中的CO也通過水煤氣變換反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為CO2。各反應(yīng)所產(chǎn)生的CO2則被CaO吸收固化，氣化爐氣化反應(yīng)所需的熱量也由CaO和CO2的碳酸化反應(yīng)所釋放的熱量提供。燃料中所含氮所產(chǎn)生的氨氣在氣體除塵凈化裝置中被脫除，燃料在氣化中所產(chǎn)生的硫化氫被CaO吸收生成CaS后，送入燃燒爐中被氧化成CaSO4固定。除塵凈化后的零排放燃料氫氣供給氫氣用戶(如高效的燃料電池等)。煤或其他燃料經(jīng)部分氣化后所剩的低活性焦碳和吸收CO2后產(chǎn)生的CaCO3及灰一起被物料輸送裝置送入燃燒爐，焦炭與送入的純氧反應(yīng)釋放出CaCO3分解所需的熱量。來自氣化爐的CaCO3和補(bǔ)充加入的石灰石或白云石經(jīng)煅燒產(chǎn)生的CaO由物料輸送裝置送回到氣化爐繼續(xù)作為CO2的吸收劑。燃燒爐內(nèi)燃料燃燒和CaCO3煅燒所產(chǎn)生的CO2和水蒸氣的混合高溫氣體經(jīng)余熱利用系統(tǒng)后，其低溫尾氣經(jīng)冷凝分離出其中的水分后所獲的高純度CO2氣體可以比較容易地進(jìn)行處理如利用或填埋。所產(chǎn)生的灰渣被證明是低危害性的材料，可以綜合利用或簡(jiǎn)單處理。
權(quán)利要求
1.一種近零排放的固體燃料無氧氣化制氫方法，其特征在于它是將煤或生物質(zhì)固體燃料加入到壓力循環(huán)流化床氣化爐中，以水蒸氣作為流化氣化劑進(jìn)入氣化爐進(jìn)行以CaO為接受體的CO2接受體法為基礎(chǔ)的部分氣化，經(jīng)除塵、凈化產(chǎn)生高純度氫氣，氣化爐產(chǎn)生的半焦及CaO與CO2經(jīng)碳酸化反應(yīng)產(chǎn)生的CaCO3一起被送入循環(huán)流化床燃燒爐，與送入燃燒爐的氧氣進(jìn)行燃燒及煅燒反應(yīng)。CaCO3在燃燒爐中煅燒生成CaO后重新被送回氣化爐作為CO2接受體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近零排放的固體燃料無氧氣化制氫方法，其特征在于所說的CO2接受體法為基礎(chǔ)的部分氣化是CaO或石灰石及白云石在燃燒爐中煅燒分解產(chǎn)生的CaO作為接受體在氣化爐中與CO2進(jìn)行碳酸化反應(yīng)產(chǎn)生CaCO3，反應(yīng)所釋放的熱量提供給碳與水蒸汽之間的水煤氣反應(yīng)、甲烷重整反應(yīng)及CO與水蒸汽的變換反應(yīng)，固體燃料中所含碳在氣化爐中部分被轉(zhuǎn)化，未氣化部分作為半焦送到燃燒爐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近零排放的固體燃料無氧氣化制氫方法。它是將煤或生物質(zhì)固體燃料加入到壓力循環(huán)流化床氣化爐中，以水蒸氣作為流化氣化劑進(jìn)入氣化爐進(jìn)行以CaO為接受體的CO
文檔編號(hào)C10B49/00GK1544309SQ20031010866
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者王勤輝, 駱仲泱, 方夢(mèng)祥, 岑可法, 倪明江, 程樂鳴 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)