化学链制氢技术的研究进展与展望

合集下载

相关主题

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

１２１３］为以钙基吸收剂为基础的化学链气化系统［。
图１。ＣＬＣ过程中燃料不与氧气直接接触，一般使用金属氧化物作为氧载体，燃料与氧载体在燃料反应器中反应，实现燃料在无Ｎ环境下燃烧，烟气经２冷凝脱水后可得到高纯度ＣＯ，ＣＬＣ可以用于近零２
Ｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｌｏｏｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
１，２１１，２１ＬＩＵＴａｏ，ＹＵＺｈｏｎｇｌｉａｎｇ，ＬＩＧｕａｎｇ，ＦＡＮＧＹｉｔｉａｎ
１］。氢气能效的可替代能源越来越受到人们关注［
量密度高（１４３ＭＪ／ｋｇ）、清洁无污染（燃烧产物为
作者简介：刘涛（１９８８－），男，山东日照人，中国科学院山西煤炭化学研究所在读博士，师从房倚天研究员，主要从事化学链方面的研究。电话：１８７３５１７２３７７，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｔａｏ＠ｓｘｉｃｃ．ａｃ．ｃｎ通讯联系人：房倚天（１９６８－），男，山西太原人，研究员，主要从事煤气化工程及相关技术的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｙｔ＠ｓｘｉｃｃ．ａｃ．ｃｎ
收稿日期：２０１７０４１４㊀㊀修改稿日期：２０１７０５１１基金项目：国家自然科学基金（２１５０６２４１）
櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴毷
化学链制氢技术的研究进展与展望
，２，２刘涛１，余钟亮１，李光１，房倚天１（１．中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室，山西太原㊀０３０００１；２．中国科学院大学，北京㊀１０００４９）
（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｌＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ）
８］排放等特点，已经得到广泛的关注［。化学链燃烧［９］（ＣＬＣ）首次由Ｒｉｔｃｈｅｒ和Ｋｎｏｃｈｅ提出，其原理见
后高活性尾气的再利用。ＣａＬＨＰ可以追溯到２０世纪六七十年代的ＣＯ２吸收系统，当时主要用于低阶煤制富氢气体；后发展
２２１６
应用化工
第４６卷
２３］水），是化石燃料的最佳替代品之一［。当前，氢
变压吸附后的尾气作为化学链燃烧的燃料。除了重整反应热量来源不同外（ＣＬＲ是由氧载体提供），ＣＬＲ工艺中的甲烷重整过程与传统的甲烷水蒸气重整（ＳＭＲ）没有太大区别。ＣＬＲ制氢过程中同样需要水汽变换和变压吸附单元来获得富氢气体和移除多余的ＣＯ，而且由于甲烷重整反应器位于化学２链燃烧反应器内，设备腐蚀问题会影响系统的运
［４７］
。但ＳＭＲ工艺水蒸气重整过程中需要燃烧大，而且后续氢气的净化也是一个高耗能的
量甲烷为重整提供热量，温室气体ＣＯ的排放仍然２较高过程
［５，７］［７］
。因此，寻求一种高效、低能耗和低碳排放
的制氢途径有着非常重要的意义。㊀㊀化学链技术具有内分离ＣＯ、低火用损失、低ＮＯ２ｘ
１２］行［。但理论分析表明ＣＬＲ的氢气产量比传统的１２］ＳＭＲ高［，ＣＬＲ可以实现ＣＯ的捕集以及变压吸附２
气生产的方式有水蒸气重整、电解水、煤气化等，其中，甲烷水蒸气重整制氢（ＳＭＲ）工艺成熟并且具备较高的经济竞争力，是大规模制氢气的主要方式
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｌｏｏｐｉｎｇｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｕｐｔｏ，ｔｈｒｅｅｍａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｎａｍｅｌｙｃｈｅｍｉｃａｌｌｏｏｐｉｎｇｒｅｆｏｒｍｉｎｇ（ＣＬＲ），ｎｏｗｃａｌｃｉｕｍｌｏｏｐｉｎｇｃｙｃｌｅｆｏｒｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎ（ＣａＣＬＰ）ａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｌｏｏｐｉｎｇｈｙｄｒｏｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（ＣＬＨＧ）ｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｐｕｒｅｈｙｄｒｏｇｅｎ，ＵｎｌｉｋｅＣＬＲａｎｄＣａＣＬＰ，ＣＬＨＧｒｅｑｕｉｒｅｓｎｏａｄｄｉｔｉｏｎａｌｇａｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｕｃｈａｓｗａｔｅｒｇａｓｓｈｉｆｔｒｅａｃｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｓｗｉｎｇａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｐｕｒｅｈｙｄｒｏｇｅｎ．ＴｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｏｘｙｇｅｎｃａｒｒｉｅｒａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｒｅａｃｔｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｒｅｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓｏｆＣＬＨＧｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ＦｅｂａｓｅｄｏｘｙｇｅｎｃａｒｒｉｅｒｉｓｍｏｒｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｆｏｒＣＬＨＧｔｈａｎｏｔｈｅｒｓｄｕｅｔｏｔｈｅｈｉｇｈｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙｆｒｉｅｎｄｌｉｎｅｓｓａｎｄｆｒｅｅａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ．Ｆｅｂａｓｅｄｏｘｙｇｅｎｃａｒｒｉｅｒｓｗｉｔｈｏｕｔａｎｙｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｗａｐｏｏｒｔｈｅｒｍｏｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｉｎｅｒｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｏｔｈｅｒｍｅｔａｌｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃａｒｂｏｎｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｃｙｃｌｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ．ＴｈｅｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｅｓｏｆｇａｓａｎｄｓｏｌｉｄｉｎＣＬＨＧｒｅａｃｔｏｒｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｔｏｉｔｓｄｅｓｉｇｎ．ＴｗｏｓｔａｇｅｆｌｕｄｉｚｅｄｂｅｄａｎｄｍｏｖｉｎｇｂｅｄｗｉｔｈｔｈｅｇａｓｓｏｌｉｄｃｏｕｎｔｅｒｃｕｒｒｅｎｔｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎａｒｅｆｉｔｆｏｒＣＬＨＧ．ＴｈｅＣＬＨＧｕｓｉｎｇｃｏａｌａｓｆｕｅｌｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｈｅｍｉｃａｌｌｏｏｐｉｎｇｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｏｘｙｇｅｎｃａｒｒｉｅｒ；ｍｏｖｉｎｇｂｅｄ；ｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄ；ｈｙｄｒｏｇｅｎＣＯ等温室气体排放的日益增加，寻求一种清洁高２
第４６卷第１１期２０１７年１月
应㊀用㊀化㊀工ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．４６Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２０１７
櫴毷
櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴毷櫴毷
专论与综述
㊀㊀化石燃料在满足人类能源需求的同时，其加工利用过程中产生的“ 副产物” 也已严重影响我们赖以生存的环境。近年来，随着化石能源消耗以及
摘㊀要：归纳总结了化学链技术在制氢方面的研究和应用，目前主要应用方式有三种：化学链重整制氢（ＣＬＲ）、钙链循环制氢（ＣａＣＬＰ）、化学链制氢（ＣＬＨＧ）。为制得高纯氢气ＣＬＲ和ＣａＣＬＰ都需要水汽变换、变压吸附等后续处理过程，而ＣＬＨＧ在实现ＣＯ捕集的同时不需要额外的氢气净化过程，优势明显。氧载体的选择、制备和反应器结２构设计是ＣＬＨＧ的关键。与其它氧载体相比，由于铁基氧载体具有制氢效率高、廉价易得、环境友好度高等特点更适合ＣＬＨＧ过程。而未经修饰的铁基氧载体容易失活，通过添加惰性组分和其它金属元素能增加其可循环性、抗积碳性、反应性。气固两相的热力学特性分析有助于ＣＬＨＧ反应器的设计，气固逆流接触的两段流化床和移动床两类反应器适合ＣＬＨＧ过程。以煤为燃料的ＣＬＨＧ过程将是化学链制氢的重要研究方向。关键词：化学链制氢；氧载体；移动床；流化床；氢气中图分类号：ＴＱ５４６㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀文章编号：１６７１－３２０６（２０１７）１１－２２１５－０８