再利用收集的CO₂製備氫氣的燃燒裝置的製作方法

2023-06-15 07:44:41

專利名稱：再利用收集的CO2製備氫氣的燃燒裝置的製作方法
再利用收集的co2製備氫氣的燃燒裝置本發明涉及使用礦物燃料的發電廠。這些發電廠產生大量需要加以控制的溫室氣體，特別是ccv這種壓力使得有必要以經濟的方式和最小的影響解決M^OT諸如與^r物碳的可再生生物能源捕獲發電廠燃料氣體中包含的汙染，已知的方法為將包含含碳物質的可燃性固,換為由回收002稀釋的氧氣，而不是轉換為空氣，從而產生不包含氮氣的氣體。另一種已知的方法為通過在熱化學循環中燃燒來轉換可燃性固體從而產生無氮氣體。然 而這些方法只能發電並且當產能下降時不能充分利用。為了產生富含氫氣的氣體，特別是為了在燃料電池中使用以及為了生產運輸用燃料，已知的方法為重整催化劑管束中的天然氣，該管束部分浸A^密的流化床中。然而，該系統使用燃料加熱流化床和水蒸氣以產生富含氫氣的合成 氣體。本發明的目的是提供一種能量轉換裝置以同時發電並產生富含氫氣的合成 氣體，另一方面可以使弓l入的水蒸氣量最小並且無需客頁外的燃料。本發明的i^燒裝置產生包含co2和水蒸氣的氣體並且包括循環流化床反應室，分離器，部分置於緻密流化床的熱量回收系統，其中置於熱量回收系統的 床的部分由氣體混合物所流經的催化劑管組成。弓l入的氣體由天然氣和/或石腦 油或煉油氣體或兩種或多種這些氣體組成，該氣體稱為"待重整氣體"。氣體 經重整轉變為包含氫氣的合成氣體。催化劑管置於由燃燒殘留物組成的緻密流 化床中，使得催化劑以均勻的方式重新加熱並且激發氣體混合物的1tt反應。/AM燒氣體中回收的002用於與待重整氣#^混合併引入到催化劑管中。事formula see original document page 5實上，含碳固體燃料的燃燒產生C(^，其用於根據下述方程式M氣體混^:formula see original document page 5最後一個反應包括與C&相比最大量的C02，這使得所消耗的CH,的量最小化並獲得最佳的c(Mv混合物。因而，iiil與C02和水蒸汽反應的結合實現了對氣^^昆合物的重整。源自催化劑管中回收的固體含碳燃料燃燒的氣體中的水蒸汽也被使用。根 據下述方程式實現對氣^^混合物的重整formula see original document page 5合成氣體經過催化劑管中後進入氫氣製造設備，這個過程包括進一步增加氫氣含量的氣水反應階段。該階段由下述反應表徵formula see original document page 5該氣水反應尤其重要，因為其通過使用由燃燒產生的水蒸汽允許(在必要情況下補加所需co的轉換率以得到合成氣體中特定c/H比)在(:02和氫氣隨 後分離前使所產生的co完全轉換為co2和&。根據初始方案，燃燒是空氣中的燃燒，也就是說固體燃料在空氣中燃燒， 因而氣體主要包括被氮氣稀釋的co2。根據第二方案，燃燒是氧氣中的燃燒，燃料在由裝置產生或不由其產生的氧氣中燃燒。在這種情況下，氣體只包括痕量的氮氣，混合物由約75%的CO2 和約25%的H20組成。根據第三方案，燃燒是熱化學循環中的燃燒，也就是說由於金屬氧化物接 連在氧化反應器中氧化並在燃燒室中還原而發生燃燒。燃燒所產生的氣體包括 55%的(302和45%的1^0。熱化循環燃燒使用金屬氧化物轉換氧氣。熱化學燃燒循環中所使用的金屬氧化物用作氫氣生產設備中的催化劑。因此不需要向裝置中引入任何額外的催化劑。該金屬氧化物為鐵的氧化物。該催化布底700/95(TC發生作用。 為了與氣體混合物反應，催化劑管部分由氧化鎳製成。該催化劑必須在750/950。C發生反應，其在、驗為約750—950。C的流化床中重新加熱。
氣ltt壓力下流經催化劑管。這使得反應器體積減小從而使管^f只減小， 並補償電壓損失。緻密的床ims於燃燒對卜。這由於床的^tt尺寸改善了設備在生產合成氣體時的適應性。作為一個方案，緻密的床g反應室的壁放置。以這種方式，催化劑管沿 著室底部周長放置。因此可以具有可用的附加管重整表面。在這種情況下，通 過減少沿著燃燒室壁收集的固體實現向包含重整管的流4M餵料，使得當部分 裝填時增加總體的裝置性能，在最小裝填時降低裝置性能。由於不再只依賴於 外部供給的固體，這種配置尤其有利，固體的量根據燃燒室的裝載量變化很大， 特別是在較低裝載量時。至少部分催化劑管置於固體中。由於固體確保對催化劑管進糹於更好的熱潤 溼，因而使用微粒重新加熱催化劑會產生更好的效果。使用固體而不是氣體進 行熱交換允許使用較小的M表面，從而需要較少的催化劑管和更緊密的床。 對餵ABt密床的固體流量的調整允許調整管的溫^;人而調整M的動力學。部分催化劑管置於固體之上。這使得增加了所用管的表面積。根據一個方案，部分管置於反應室的底部。由於底部的^Jt減少了長度可 以為很長的管上的機滅應力，將重整管置於室底部是可能的。催化劑管由il31中間板支撐的長度很長的的管制成。在緻密的床中可使用臨時的板支撐長的m管。根據一個方案，中間板被mi3。以這種方式可以保證管的耐久性。 根據一個方案，催化劑管由帶有中間室的短管組成。在這種情況下，管可以串聯擺放或平行擺放。ilil閱讀下述單獨作為例子並涉及附圖的描述可以更容易理解本發明，其中一

圖1是本發明熱化學循環中的第一方案裝置的全視圖，—圖2是本發明在氧氣中燃燒的第二方案裝置的全視亂 一圖3是本發明在空氣中燃燒的第三方案裝置的全視圖， 一圖3a是圖3中第三方案體的一種方案的全視圖， —圖4第一方案中的床的頂視圖， 一圖5是第二方案中的床的頂視圖，—圖6是第三方案中的床的頂視圖， 一圖7是第一方案催化劑管中床的橫截面視圖， 一圖8是第二方案催化劑管中床的橫截面4見圖， —圖9是第三方案催化齊i譜中床的橫截面視圖，圖1中所示的裝置是熱化對盾環燃燒裝置。其包括燃燒室1和氧化室2。 燃燒室1具有用以分離固體的旋風分離器10，其一端與後通道11相連，另一端與外部床12相連。料倉13中的燃料送入室1。過濾袋14，風扇15，灰塵與氧化物回收裝置16和C02 M站17。氧化室2具有兩個旋風分離器20，其一端與後鵬21相連，另一端與外部床22相連。室2i!31料倉23餵料。過濾袋24，掃汽自25和煙囪26置於後M21之後。平^ife，回收C02和水蒸汽中的氣#^混合物、特別是回收(302所含的氣 #^合物引入床22中的催化劑管220，在其中發生氣體重整。氣體混合物由 CO、 4、 0)2和Hp組成。所存在的氣體隨後送入氣水反應器221和氫氣淨 化裝置222。 ilil^ij、膜或低溫技術的方式進行淨化222。離開反應器221 的氣體由&、 032和1^0組成。金屬氧化物從氧化室2中開始循環流動，在氧化室中其被氧化從而與方諷 分離器20中的氣體分離，初始部分iSA燃燒室1中進行還原，第二部分返回 室2,第三部分進AXt，進行控制的外部流化床22並返回室2，第四部分作 為氣水反應催化劑i4A反應器221 。圖2所示的裝置是在循環流化床中進 1^^燒的裝置。其包括'燃燒室1 ， 一個或多個與後鵬11相連的分離器10和一個或多個流化床12。 AA^鵬11 f^出的氣條itAC02壓^t/li且(未示出)之前轉入過濾袋14，通風裝置15， 然後aA冷凝器19。床12 ilil外部空氣流態化，外部空氣隨後在分離的後通道3、過濾袋4、 通風裝置5和煙囪6中冷卻。床12包含催化劑管120，由燃,生並ilil後通道11排出的回收氣體和 CCVHp混合物流經其中。 一些殘留氧氣(小於5%)保留在回收的C(VHp 中並有助於所產生合成氣體的部分氧化，通過從固^度到合成氣#^的獨 立增加促進反應。合成氣,入氣水反應裝置121，然後itASi氣淨化器122。依靠管道121a向反應裝置121供應外部的催化劑，依靠管道121b向反應^g 供應蒸氣。如圖3所示，可以^^標準空^^燒裝置iiai用j^清洗捕獲ccv用胺清洗是將co2從燃燒釋放出的例如主要是氮氣的其它氣體中分離出的標準技術。 該裝置包括與一個或多個分離器10相連的燃燒室1。每個燃燒器10與外部流 化床12相連並返回室1 。床12 ilil空氣進tf流態化。分離器釋放出的氣體進入後通道11，在其中氣體被冷卻，殘餘熱量用於 再加熱空氣加熱器100中i^A室1的氣體。正如在前述方案的情況下，氣體然 後駄過濾袋14、通風裝置15，隨後iftA冷凝器19和胺清洗器190中。CCVH20 從隨後經由煙囪6返回大氣的氣體中提取出來。催化劑管120置於床12中，氣體混，在其中循環。提取的C(VHp與 氣體混合物被送入管120中從而對後者進行重整。所得的氣體i2A氣7j^反應器 121，催化劑121a和水蒸汽121b被引入其中。在淨化器122中進行氣體淨化 以增加氫氣含量。在圖3a所示的方案中，床12a沿著室l的壁la放置。與床12相反，通 過減少沿著室1的壁la收集的顆粒向，12a供應固體。其通過空氣進1亍流 態化。位於床12中的催化劑管120和位於床12a中的催化劑管120a中的氣體混 合物到達^床12和12a中。一旦重整發生，氣體向氣水皿^S 121移動。圖4顯示了位於床12並通過中間板123支撐的長催化劑管120。圖5顯示了帶有與中間室124平行的短催化劑管120的床12。圖5中氣 ^M合物到，部並從頂部排出。圖6顯示了帶有與中間室124相串聯的短催化劑管120的床12。圖6中 氣體混合物到達頂部和底部並從中部排出圖7顯示了置於固體9中的催化齊情120。圖8顯示了置於固體9頂部的催化齊憎120。圖9顯示了置於固體9中的催化劑管120和置於固體9頂部的催化劑管120。
權利要求
1.製造包含CO2和水蒸汽的氣體的燃燒裝置，包括循環流化床反應室(1，2)，分離器(10，20)，部分置於床(12，12a，22)的熱量回收設備，其中置於熱量回收設備的床的部分包括氣體混合物所流經的催化劑管(120，120a，220)。
2. 權利要求1所述的燃燒裝置，其中從燃燒氣體中回收的CC^與待M氣 體混合併引入到催化劑管(120， 120a， 220)中。
3. 前述任一權利要求所述的燃燒裝置，其中水蒸汽在催化劑管(120, 120a， 220)中回收。
4. 前述任一權利要求所述的燃燒裝置，其中在催化劑管(120， 120a， 220) 之後，重整的氣體混合物iSA包括氣水反應階段(121)的氫氣轉化設備(121，m)。
5. 權利要求l"4任一項所述的燃燒裝置，其中;^燒是空氣中的燃燒。
6. 權利要求14任一項所述的燃燒裝置，其中燃燒是氧氣中的燃燒。
7. 權利要求14任一項所述的燃燒裝置，其中燃燒是熱化學循環中的燃燒。
8. 權利要求7所述的燃燒裝置，其中熱化學循環中的燃燒使用金屬氧化物。
9. 權禾腰求8所述的燃燒裝置，其中金屬氧化物用作氫氣生產設備(121) 中的催化劑。
10. 前述權禾腰求所述的燃燒裝置，其中金屬氧化物是鐵的氧化物。
11. 前述任一權利要求所述的燃燒裝置，其中催化劑管(120， 120a， 220) 部分由氧化鎳製成。
12. 前述任一權利要求所述的燃燒裝置，其中氣體在壓力下流經催化劑管 (120， 120a, 220)。
13. 前述任一權利要求所述的燃燒裝置，其中床(12)置於燃燒室外部。
14. 前述任一權禾腰求所述的燃燒裝置，其中床(12a)沿著反應室(1)的 壁(la)放置。
15. 前述任一權利要求所述的燃燒裝置，其中至少一部分催化劑管(120，120a， 220)置於固體中。
16. 前述任一權禾腰求所述的燃燒裝置，其中部分催化劑管(120， 120a， 220)置於固體之上。
17. 前述任—權禾腰求所述的燃燒裝置，其中部分催化劑管(120， 120a， 220) 置於反應室(1)的底部。
18. 權禾腰求1-16任一項所述的燃燒裝置，其中催化劑管(120， 120a， 220) 由MM中間板(123)支撐的長管形成。
19. 前述權利要求所述的燃燒裝置，其中中間板(123)被冷卻。
20. 權禾腰求1-17任一項所述的燃燒裝置，其中催化劑管(120， 120a, 220) 由帶有中間室(124)的短管組成。
全文摘要
本發明涉及一種製造包含CO2和水蒸汽的氣體的燃燒裝置，其由循環流化床反應室(1，2)、分離器(10，20)和包括置於緻密流化床(12，12a，22)的部分的換熱器設備組成。本發明裝置的特徵是置於床的換熱器設備部分包括氣體混合物所流經的催化劑管(120，120a，220)。上述的氣體混合物包括天然氣和/或石腦油或煉油氣體或兩種或多種所述氣體。氣體進行重整並轉變為包含氫氣的合成氣體。由於催化劑管置於由燃燒灰形成的緻密流化床中，催化劑可以均勻加熱並促進天然氣混合物的重整反應。
文檔編號C01B3/38GK101155753SQ200680010970
公開日2008年4月2日 申請日期2006年3月29日 優先權日2005年4月1日
發明者C·比爾, J·-X·莫蘭, S·敘拉尼蒂 申請人:阿爾斯託姆科技有限公司