专利汇可以提供一种热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种热平衡紧凑固定床化学链制氢脱 碳 一体化装置及方法,涉及新 能源 的 生物 质 制氢领域,包括固定 底板 、反应体A、反应体B、换热体A、换热体B,内含旋转组合 阀 的顶部 复合体 、保温体及标准 紧 固件 等,整体反应器外面设保温体,保温体外部不锈 钢 薄板固定于固定底板和顶部复合体外圆面,避免了载 氧 体流化磨损,采用了热平衡设计,有利于相邻换热体内CO2 吸附 剂的吸热再生及相反应体内载氧体的还原制氢过程,热量得到高效利用, 能量 损失大大减少,使得设备更为紧凑,内部通道及复合体结构使得管道连接大大减少,单一对旋转组合阀的控制相对众多阀 门 切换工艺控制更简单,配置灵活,占地面积小,成本低,安全性好。,下面是一种热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置,其特征在于,包括固定底板(1)、反应体A(2)、反应体B(3)、换热体A(4)、换热体B(5)、内含旋转组合阀的顶部复合体(6)、保温体(7)及标准紧固件,
所述固定底板(1)与所述反应体A(2)、所述反应体B(3)、所述换热体A(4)、所述换热体B(5)、所述保温体(7)及标准紧固件相连,其与所述反应体A(2)、所述反应体B(3)、所述换热体A(4)、所述换热体B(5)连接面加工有四个凸台,可用于密封及定位,所述四个凸台中心设有两条通路,可用于连通所述反应体A(2)与所述换热体B(5)、所述反应体B(3)与所述换热体A(4),所述固定底板(1)可与所述顶部复合体(6)通过标准紧固件连接;
所述反应体A(2)、所述反应体B(3)为相同结构体,内置化学链水蒸气重整制氢催化剂,催化剂上下端分别设有多孔气流分布器及过滤岩棉,所述两反应体与所述固定底板(1)、所述顶部复合体(6)相连;
所述换热体A(4)、所述换热体B(5)为相同结构体,所述换热体采用双通道设计,其中一通道a内填充二氧化碳吸收剂,其进出口接口位于所述换热体同侧,通道在所述换热体内为U型设计,另一通道b进出口接口位于所述换热体两侧,b通道其中一个接口与所述固定底板(1)通路相连,另一个接口与a通道两接口与所述顶部复合体(6)相连;
所述内含旋转组合阀的所述顶部复合体(6)其一侧与所述反应体A(2)、所述反应体B(3)、所述换热体A(4)、所述换热体B(5)连接面加工有四个凸台,可用于密封及定位,所述四个凸台内有接口共八个,其中所述反应体A、B各一个,所述换热体A、B各三个,所述顶部复合体(6)另一侧中部留有定位卡槽,可与配套旋转控制机构相连,从而带动所述顶部复合体(6)内部的旋转组合阀阀芯转动,在卡槽旁边有六个接口,分别为:热解气入、H2O入、空气入、排空出、二氧化碳出、H2出,顶部复合体(6)外围可与固定底板(1)通过标准紧固件连接;
整体反应器外面设保温体(7),所述保温体(7)外部不锈钢薄板固定于所述固定底板(1)和所述顶部复合体(6)外圆面。
2.如权利要求1所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置,其特征在于,所述反应体A(2)、所述反应体B(3)为固定床化学链反应器,其氧化和还原过程是通过流过介质的切换而完成的。
3.如权利要求1所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置,其特征在于,所述装置中各物料进出的切换及各时序时间长度由内含旋转组合阀的所述顶部复合体(6)控制完成。
4.如权利要求1所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置,其特征在于,所述装置中所述两个反应体及所述两个换热体交叉对称布置,且外部均包裹保温材料。
5.如权利要求1所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置,其特征在于,所述装置中所述反应体A(2)、所述反应体B(3)、所述换热体A(4)、所述换热体B(5)均采用耐高温铁基合金材料,所述固定底板(1)采用耐高温陶瓷材料。
6.一种热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳方法,其特征在于,应用如权利要求1-5中任一项热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳一体化装置,所述反应体内制氢催化氧载体的活性组分为NiO、Fe2O3、MnO2或CoO,非活性载体为Al2O3、MgAl2O4或SiO2,所述换热体内二氧化碳吸收剂为CaO。
7.如权利要求6所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳方法,其特征在于,所述反应体内制氢催化氧载体与所述换热体内二氧化碳吸收剂的摩尔比在0.2~2。
8.如权利要求7所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳方法,其特征在于,所述化学链水蒸气重整制氢反应装置的工作温度为700~800℃,二氧化碳吸收剂吸收的工作温度为
500~600℃,分解二氧化碳的工作温度为800~900℃。
9.如权利要求8所述的热平衡紧凑固定床化学链制氢脱碳方法,其特征在于,所述装置在连续循环运行时,一个周期内可分为八个步骤,其分别如下:
(1)第一步:高温热解原料气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体A(4)换热通道b中与二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以降温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体A(2),在内部载氧体催化作用下对原料气进行水蒸气重整获得氢气及二氧化碳,再送入所述换热体B(5)的二氧化碳吸收剂通道a的入口,二氧化碳被二氧化碳吸收剂吸收,氢气由所述通道a的出口经所述顶部复合体(6)排出接入外部氢气储罐,同时,水蒸气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体B(5)换热通道b中与其二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以升温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3),内部未被完全氧化状态下的载氧体在高温水蒸气氧化,产生的氢气与残留的氮气由所述顶部复合体(6)排出,同时,所述换热体A(4)的二氧化碳吸收剂通道a在与所述换热体A(4)换热通道b的热交换升温后,通道a的出口二氧化碳由所述顶部复合体(6)排出接入外部二氧化碳储罐;
(2)第二步:高温热解原料气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体B(5)换热通道b中与二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以降温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3),在内部载氧体催化作用下对原料气进行水蒸气重整获得氢气及二氧化碳,再送入所述换热体A(4)的二氧化碳吸收剂通道a的入口,二氧化碳被二氧化碳吸收剂吸收,氢气由通道a的出口经所述顶部复合体(6)排出接入外部氢气储罐,同时,水蒸气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体A(4)换热通道b中与其二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以升温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体A(2),内部处于还原状态下的载氧体在高温水蒸气氧化,产生的氢气与残留的原料气由所述顶部复合体(6)排出,同时,所述换热体B(5)的二氧化碳吸收剂通道a在与所述换热体B(5)换热通道b的热交换升温后,通道a的出口二氧化碳由所述顶部复合体(6)排出接入外部二氧化碳储罐;
(3)第三步:高温热解原料气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体B(5)换热通道b中与二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以降温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3),在内部载氧体催化作用下对原料气进行水蒸气重整获得氢气及二氧化碳,再送入所述换热体A(4)的二氧化碳吸收剂通道a的入口,二氧化碳被二氧化碳吸收剂吸收,氢气由通道a的出口经所述顶部复合体(6)排出接入外部氢气储罐,同时,空气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体B(5)换热通道b中与其二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以升温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3),内部未被完全氧化状态下的载氧体在高温空气快速深度氧化,同时,所述换热体B(5)的二氧化碳吸收剂通道a在与所述换热体B(5)换热通道b的热交换升温后,通道a的出口二氧化碳由所述顶部复合体(6)排出接入外部二氧化碳储罐;
(4)第四步:高温热解原料气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体B(5)换热通道b中与二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以降温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3),在内部载氧体催化作用下对原料气进行水蒸气重整获得氢气及二氧化碳,再送入所述换热体A(4)的二氧化碳吸收剂通道a的入口,二氧化碳被二氧化碳吸收剂吸收,氢气由通道a的出口经所述顶部复合体(6)排出接入外部氢气储罐,同时,水蒸气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体A(4)换热通道b中与其二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以升温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体A(2),内部未被完全氧化状态下的载氧体在高温水蒸气氧化,同时,所述换热体B(5)的二氧化碳吸收剂通道a在与所述换热体B(5)换热通道b的热交换升温后,通道a的出口二氧化碳由所述顶部复合体(6)排出接入外部二氧化碳储罐;
(5)第五步:高温热解原料气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体B(5)换热通道b中与二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以降温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3),在内部载氧体催化作用下对原料气进行水蒸气重整获得氢气及二氧化碳,再送入所述换热体A(4)的二氧化碳吸收剂通道a的入口,二氧化碳被二氧化碳吸收剂吸收,氢气由通道a的出口经所述顶部复合体(6)排出接入外部氢气储罐,同时,水蒸气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体A(4)换热通道b中与其二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以升温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体A(2),内部未被完全氧化状态下的载氧体在高温水蒸气氧化,产生的氢气与残留的氮气由所述顶部复合体(6)排出,同时,所述换热体B(5)的二氧化碳吸收剂通道a在与所述换热体B(5)换热通道b的热交换升温后,通道a的出口二氧化碳由所述顶部复合体(6)排出接入外部二氧化碳储罐;
(6)第六步:高温热解原料气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体A(4)换热通道b中与二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以降温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体A(2),在内部载氧体催化作用下对原料气进行水蒸气重整获得氢气及二氧化碳,再送入所述换热体B(5)的二氧化碳吸收剂通道a的入口,二氧化碳被二氧化碳吸收剂吸收,氢气由通道a的出口经所述顶部复合体(6)排出接入外部氢气储罐,同时,水蒸气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体B(5)换热通道b中与其二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以升温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3),内部处于还原状态下的载氧体在高温水蒸气氧化,产生的氢气与残留的原料气由所述顶部复合体(6)排出,同时,所述换热体A(4)的二氧化碳吸收剂通道a在与所述换热体A(4)换热通道b的热交换升温后,通道a的出口二氧化碳由所述顶部复合体(6)排出接入外部二氧化碳储罐;
(7)第七步:高温热解原料气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体A(4)换热通道b中与二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以降温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体A(2),在内部载氧体催化作用下对原料气进行水蒸气重整获得氢气及二氧化碳,再送入所述换热体B(5)的二氧化碳吸收剂通道a的入口,二氧化碳被二氧化碳吸收剂吸收,氢气由通道a的出口经所述顶部复合体(6)排出接入外部氢气储罐,同时,空气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体B(5)换热通道b中与其二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以升温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3),内部未被完全氧化状态下的载氧体在高温空气快速深度氧化,同时,所述换热体A(4)的二氧化碳吸收剂通道a在与所述换热体A(4)换热通道b的热交换升温后,通道a的出口二氧化碳由所述顶部复合体(6)排出接入外部二氧化碳储罐;
(8)第八步:高温热解原料气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体A(4)换热通道b中与二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以降温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体A(2),在内部载氧体催化作用下对原料气进行水蒸气重整获得氢气及二氧化碳,再送入所述换热体B(5)的二氧化碳吸收剂通道a的入口,二氧化碳被二氧化碳吸收剂吸收,氢气由通道a的出口经所述顶部复合体(6)排出接入外部氢气储罐,同时,水蒸气由所述顶部复合体(6)进入后,在所述换热体B(5)换热通道b中与其二氧化碳吸收剂通道a进行热交换得以升温,之后通过所述固定底板(1)内通道进入所述反应体B(3),内部未被完全氧化状态下的载氧体在高温水蒸气氧化,同时,所述换热体A(4)的二氧化碳吸收剂通道a在与所述换热体A(4)换热通道b的热交换升温后,通道a的出口二氧化碳由所述顶部复合体(6)排出接入外部二氧化碳储罐。
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