專利名稱：再利用收集的CO₂制備氫氣的燃燒裝置的制作方法
再利用收集的co2制備氫氣的燃燒裝置本發(fā)明涉及使用礦物燃料的發(fā)電廠。這些發(fā)電廠產(chǎn)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(jīng)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(fā)電廠燃料氣體中包含的<302這樣的新的問題。此外，石油資源即將耗盡并且需要尋找作為(302重要排放源的汽車運輸用石油資源的替代品，這種日益迫切的形勢使得需要尋找可選擇的方式以生產(chǎn)替體料，特別是從抓物C生物)燃料n另一方面，在夜間幾乎不使用電力生產(chǎn)資源，這成為發(fā)展多聯(lián)產(chǎn)類型生產(chǎn) 設(shè)施的動因。為了^1>污染，已知的方法為將包含含碳物質(zhì)的可燃性固,換為由回收002稀釋的氧氣，而不是轉(zhuǎn)換為空氣，從而產(chǎn)生不包含氮氣的氣體。另一種已知的方法為通過在熱化學(xué)循環(huán)中燃燒來轉(zhuǎn)換可燃性固體從而產(chǎn)生無氮氣體。然 而這些方法只能發(fā)電并且當(dāng)產(chǎn)能下降時不能充分利用。為了產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)使用燃料加熱流化床和水蒸氣以產(chǎn)生富含氫氣的合成 氣體。本發(fā)明的目的是提供一種能量轉(zhuǎn)換裝置以同時發(fā)電并產(chǎn)生富含氫氣的合成 氣體，另一方面可以使弓l入的水蒸氣量最小并且無需客頁外的燃料。本發(fā)明的i^燒裝置產(chǎn)生包含co2和水蒸氣的氣體并且包括循環(huán)流化床反應(yīng)室，分離器，部分置于致密流化床的熱量回收系統(tǒng)，其中置于熱量回收系統(tǒng)的 床的部分由氣體混合物所流經(jīng)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(jīng)重整轉(zhuǎn)變?yōu)榘瑲錃獾暮铣蓺怏w。催化劑管置于由燃燒殘留物組成的致密流 化床中，使得催化劑以均勻的方式重新加熱并且激發(fā)氣體混合物的1tt反應(yīng)。/AM燒氣體中回收的002用于與待重整氣#^混合并引入到催化劑管中。事<formula>formula see original document page 5</formula>實上，含碳固體燃料的燃燒產(chǎn)生C(^，其用于根據(jù)下述方程式M氣體混^:<formula>formula see original document page 5</formula>最后一個反應(yīng)包括與C&相比最大量的C02，這使得所消耗的CH,的量最小化并獲得最佳的c(Mv混合物。因而，iiil與C02和水蒸汽反應(yīng)的結(jié)合實現(xiàn)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(jù)下述方程式實現(xiàn)對氣^^混合物的重整<formula>formula see original document page 5</formula>合成氣體經(jīng)過催化劑管中后進入氫氣制造設(shè)備，這個過程包括進一步增加氫氣含量的氣水反應(yīng)階段。該階段由下述反應(yīng)表征<formula>formula see original document page 5</formula>該氣水反應(yīng)尤其重要，因為其通過使用由燃燒產(chǎn)生的水蒸汽允許(在必要情況下補加所需co的轉(zhuǎn)換率以得到合成氣體中特定c/H比)在(:02和氫氣隨 后分離前使所產(chǎn)生的co完全轉(zhuǎn)換為co2和&。根據(jù)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(jù)第二方案，燃燒是氧氣中的燃燒，燃料在由裝置產(chǎn)生或不由其產(chǎn)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(jù)第三方案，燃燒是熱化學(xué)循環(huán)中的燃燒，也就是說由于金屬氧化物接 連在氧化反應(yīng)器中氧化并在燃燒室中還原而發(fā)生燃燒。燃燒所產(chǎn)生的氣體包括 55%的(302和45%的1^0。熱化循環(huán)燃燒使用金屬氧化物轉(zhuǎn)換氧氣。熱化學(xué)燃燒循環(huán)中所使用的金屬氧化物用作氫氣生產(chǎn)設(shè)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(fā)生作用。 為了與氣體混合物反應(yīng)，催化劑管部分由氧化鎳制成。該催化劑必須在750/950。C發(fā)生反應(yīng)，其在、驗為約750—950。C的流化床中重新加熱。
氣ltt壓力下流經(jīng)催化劑管。這使得反應(yīng)器體積減小從而使管^f只減小， 并補償電壓損失。致密的床ims于燃燒對卜。這由于床的^tt尺寸改善了設(shè)備在生產(chǎn)合成氣體時的適應(yīng)性。作為一個方案，致密的床g反應(yīng)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(xiàn)向包含重整管的流4M喂料，使得當(dāng)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。由于不再只依賴于 外部供給的固體，這種配置尤其有利，固體的量根據(jù)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于固體中。由于固體確保對催化劑管進纟于更好的熱潤 濕，因而使用微粒重新加熱催化劑會產(chǎn)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。 對喂ABt密床的固體流量的調(diào)整允許調(diào)整管的溫^;人而調(diào)整M的動力學(xué)。部分催化劑管置于固體之上。這使得增加了所用管的表面積。根據(jù)一個方案，部分管置于反應(yīng)室的底部。由于底部的^Jt減少了長度可 以為很長的管上的機滅應(yīng)力，將重整管置于室底部是可能的。催化劑管由il31中間板支撐的長度很長的的管制成。在致密的床中可使用臨時的板支撐長的m管。根據(jù)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(jù)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(lián)擺放或平行擺放。ilil閱讀下述單獨作為例子并涉及附圖的描述可以更容易理解本發(fā)明，其中一

圖1是本發(fā)明熱化學(xué)循環(huán)中的第一方案裝置的全視圖，—圖2是本發(fā)明在氧氣中燃燒的第二方案裝置的全視亂 一圖3是本發(fā)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(huán)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(fēng)分離器10，其一端與后通道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(fēng)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(fēng)分離器20，其一端與后鵬21相連，另一端與外部床22相連。室2i!31料倉23喂料。過濾袋24，掃汽自25和煙囪26置于后M21之后。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(fā)生氣體重整。氣體混合物由 CO、 4、 0)2和Hp組成。所存在的氣體隨后送入氣水反應(yīng)器221和氫氣凈 化裝置222。 ilil^ij、膜或低溫技術(shù)的方式進行凈化222。離開反應(yīng)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(huán)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并返回室2，第四部分作 為氣水反應(yīng)催化劑i4A反應(yīng)器221 。圖2所示的裝置是在循環(huán)流化床中進 1^^燒的裝置。其包括'燃燒室1 ， 一個或多個與后鵬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(zhuǎn)入過濾袋14，通風(fēng)裝置15， 然后aA冷凝器19。床12 ilil外部空氣流態(tài)化，外部空氣隨后在分離的后通道3、過濾袋4、 通風(fēng)裝置5和煙囪6中冷卻。床12包含催化劑管120，由燃,生并ilil后通道11排出的回收氣體和 CCVHp混合物流經(jīng)其中。 一些殘留氧氣(小于5%)保留在回收的C(VHp 中并有助于所產(chǎn)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(yīng)。合成氣,入氣水反應(yīng)裝置121，然后itASi氣凈化器122。依靠管道121a向反應(yīng)裝置121供應(yīng)外部的催化劑，依靠管道121b向反應(yīng)^g 供應(yīng)蒸氣。如圖3所示，可以^^標(biāo)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(biāo)準技術(shù)。 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相連并返回室1 。床12 ilil空氣進tf流態(tài)化。分離器釋放出的氣體進入后通道11，在其中氣體被冷卻，殘余熱量用于 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 后駄過濾袋14、通風(fēng)裝置15，隨后iftA冷凝器19和胺清洗器190中。CCVH20 從隨后經(jīng)由煙囪6返回大氣的氣體中提取出來。催化劑管120置于床12中，氣體混，在其中循環(huán)。提取的C(VHp與 氣體混合物被送入管120中從而對后者進行重整。所得的氣體i2A氣7j^反應(yīng)器 121，催化劑121a和水蒸汽121b被引入其中。在凈化器122中進行氣體凈化 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(yīng)固體。其通過空氣進1亍流 態(tài)化。位于床12中的催化劑管120和位于床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(fā)生，氣體向氣水皿^S 121移動。圖4顯示了位于床12并通過中間板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，部并從頂部排出。圖6顯示了帶有與中間室124相串聯(lián)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并從中部排出圖7顯示了置于固體9中的催化齊情120。圖8顯示了置于固體9頂部的催化齊憎120。圖9顯示了置于固體9中的催化劑管120和置于固體9頂部的催化劑管120。
權(quán)利要求
1.制造包含CO2和水蒸汽的氣體的燃燒裝置，包括循環(huán)流化床反應(yīng)室(1，2)，分離器(10，20)，部分置于床(12，12a，22)的熱量回收設(shè)備，其中置于熱量回收設(shè)備的床的部分包括氣體混合物所流經(jīng)的催化劑管(120，120a，220)。
2. 權(quán)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 體混合并引入到催化劑管(120， 120a， 220)中。
3. 前述任一權(quán)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(quán)利要求所述的燃燒裝置，其中在催化劑管(120， 120a， 220) 之后，重整的氣體混合物iSA包括氣水反應(yīng)階段(121)的氫氣轉(zhuǎn)化設(shè)備(121，m)。
5. 權(quán)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(quán)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(quán)利要求14任一項所述的燃燒裝置，其中燃燒是熱化學(xué)循環(huán)中的燃燒。
8. 權(quán)利要求7所述的燃燒裝置，其中熱化學(xué)循環(huán)中的燃燒使用金屬氧化物。
9. 權(quán)禾腰求8所述的燃燒裝置，其中金屬氧化物用作氫氣生產(chǎn)設(shè)備(121) 中的催化劑。
10. 前述權(quán)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(quán)利要求所述的燃燒裝置，其中催化劑管(120， 120a， 220) 部分由氧化鎳制成。
12. 前述任一權(quán)利要求所述的燃燒裝置，其中氣體在壓力下流經(jīng)催化劑管 (120， 120a, 220)。
13. 前述任一權(quán)利要求所述的燃燒裝置，其中床(12)置于燃燒室外部。
14. 前述任一權(quán)禾腰求所述的燃燒裝置，其中床(12a)沿著反應(yīng)室(1)的 壁(la)放置。
15. 前述任一權(quán)利要求所述的燃燒裝置，其中至少一部分催化劑管(120，120a， 220)置于固體中。
16. 前述任一權(quán)禾腰求所述的燃燒裝置，其中部分催化劑管(120， 120a， 220)置于固體之上。
17. 前述任—權(quán)禾腰求所述的燃燒裝置，其中部分催化劑管(120， 120a， 220) 置于反應(yīng)室(1)的底部。
18. 權(quán)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(quán)利要求所述的燃燒裝置，其中中間板(123)被冷卻。
20. 權(quán)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(fā)明涉及一種制造包含CO₂和水蒸汽的氣體的燃燒裝置，其由循環(huán)流化床反應(yīng)室(1，2)、分離器(10，20)和包括置于致密流化床(12，12a，22)的部分的換熱器設(shè)備組成。本發(fā)明裝置的特征是置于床的換熱器設(shè)備部分包括氣體混合物所流經(jīng)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。氣體進行重整并轉(zhuǎn)變?yōu)榘瑲錃獾暮铣蓺怏w。由于催化劑管置于由燃燒灰形成的致密流化床中，催化劑可以均勻加熱并促進天然氣混合物的重整反應(yīng)。
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(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者C·比爾, J·-X·莫蘭, S·敘拉尼蒂 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司