一种热化学CO2化学链转化的串行双流化床装置

本技术属于热化学二氧化碳化学链转化，特别涉及一种热化学co2化学链转化的串行双流化床装置。

背景技术：

1、热化学co2转化是co2资源化利用的重要路径之一。热化学转化是在高温状态下将co2还原为co、ch4、ch3oh等，其又包括催化转化和非催化转化两种情况。对于催化转化，通常是利用ch4干重整反应(ch4+co2→co+h2)将co2转化为合成气，或者采用co2加氢转化方法(co2+h2→co/ch4/ch3oh+h2o)将co2转化为co、ch4、ch3oh。co2催化转化方法容易受到化学反应平衡限制，导致co2转化率低，且对催化剂要求高，如选择性高、抗积碳等，催化剂成本高昂。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种热化学co2化学链转化的串行双流化床装置，具体技术方案如下：

2、本实用新型第一方面提供一种热化学co2化学链转化的串行双流化床装置，包括还原反应器和氧化反应器，还原反应器装载高价态金属氧化物，以氢气为原料进行还原反应；氧化反应器装载低价态金属氧化物或金属单质，以co2为原料进行氧化反应；

3、还原反应器、氧化反应器分别外接第一旋风分离器7、第二旋风分离器10，其中，第一旋风分离器7底部设置第一u型返料器8，第一u型返料器8连通氧化反应器底部进料口；第二旋风分离器10底部设置第二u型返料器9，第二u型返料器9连通还原反应器底部进料口；

4、第一旋风分离器7出气口、冷凝器17、还原反应器的氢气进气口顺次连通，且还原反应器内设置第一换热器4；第二旋风分离器10外接第二换热器16，第二换热器16与第一换热器4形成换热循环回路。

5、进一步地，所述还原反应器包括还原反应器风室1、第一布风板2、还原反应器底部3、还原反应器锥形段5和还原反应器提升段6，氧化反应器包括氧化反应器风室15、第二布风板14、氧化反应器底部13、氧化反应器锥形段12和氧化反应器提升段11。

6、进一步地，还原反应器提升段6上部与第一旋风分离器7进气口连通，氧化反应器提升段11上部与第二旋风分离器10进气口连通。

7、进一步地，还原反应器的氢气进气口设置在还原反应器风室1，高价态金属氧化物装载在还原反应器底部3，第一换热器4设置在还原反应器底部3侧壁。

8、进一步地，氧化反应器的co2进气口设置在氧化反应器风室15，低价态金属氧化物或金属单质装载在氧化反应器底部13，第二换热器16排气口连接co收集装置。

9、进一步地，还原反应器提升段6、氧化反应器提升段11均设置有二次进风口。

10、基于本实用新型第一方面所提供的串行双流化床装置进行的热化学co2化学链转化工艺，包括氧化反应和还原反应；

11、所述氧化反应为co2自氧化反应器风室15进入，经第二布风板14进入氧化反应器底部(13)，与低价态金属氧化物或金属单质反应，co2还原为co，低价态金属氧化物或金属单质氧化为高价态金属氧化物，co和高价态金属氧化物进入第二旋风分离器10进行气固分离，分离后的高温co进入第二换热器16，高价态金属氧化物颗粒下落经第二u型返料器9进入还原反应器底部；

12、所述还原反应为氢气自还原反应器风室1进入，经第一布风板2进入还原反应器底部3，与高价态金属氧化物反应，氢气被氧化为水蒸气，高价态金属氧化物被还原为低价态金属氧化物或金属单质，水蒸气和低价态金属氧化物或金属单质进入第一旋风分离器7进行气固分离，分离后的气体进入冷凝器17冷凝，低价态金属氧化物或金属单质下落经第一u型返料器8进入氧化反应器底部。

13、进一步地，进入第一旋风分离器7的气体包括水蒸气和氢气，高温氢气经冷凝器17冷凝后进入还原反应器循环利用。

14、进一步地，高温co进入第二换热器16和换热介质换热后经co收集装置收集，换热介质进入第一换热器4为还原反应器内反应提供热量，放热后循环至第二换热器16继续吸热。

15、本实用新型的有益效果为：(1)本实用新型采用串行双流化床有利于强化气固两相流动、传热传质与化学反应耦合作用，提高反应速率；(2)采用固体氧化物的氧化还原循环反应将传统逆水煤气变换反应(co2+h2→co+h2o)解耦为两个子反应，分别在两个反应器中进行，即热化学co2化学链转化，有利于突破化学反应平衡限制，提高co2转化率；(3)实现了两床料之间的连续循环利用，解决了二氧化碳催化转化中对于催化剂要求高、催化剂易失活的问题。利用本实用新型提供的串行双流化床装置进行热化学co2化学链转化工艺，能有效减少二氧化碳的排放、提高逆水煤气转换效率。

技术特征：

1.一种热化学co2化学链转化的串行双流化床装置，其特征在于，包括还原反应器和氧化反应器，还原反应器装载高价态金属氧化物，以氢气为原料进行还原反应；氧化反应器装载低价态金属氧化物或金属单质，以co2为原料进行氧化反应；

2.根据权利要求1所述的串行双流化床装置，其特征在于，所述还原反应器包括还原反应器风室(1)、第一布风板(2)、还原反应器底部(3)、还原反应器锥形段(5)和还原反应器提升段(6)，氧化反应器包括氧化反应器风室(15)、第二布风板(14)、氧化反应器底部(13)、氧化反应器锥形段(12)和氧化反应器提升段(11)。

3.根据权利要求2所述的串行双流化床装置，其特征在于，还原反应器提升段(6)上部与第一旋风分离器(7)进气口连通，氧化反应器提升段(11)上部与第二旋风分离器(10)进气口连通。

4.根据权利要求1所述的串行双流化床装置，其特征在于，还原反应器的氢气进气口设置在还原反应器风室(1)，高价态金属氧化物装载在还原反应器底部(3)，第一换热器(4)设置在还原反应器底部(3)侧壁。

5.根据权利要求1所述的串行双流化床装置，其特征在于，氧化反应器的co2进气口设置在氧化反应器风室(15)，低价态金属氧化物或金属单质装载在氧化反应器底部(13)，第二换热器(16)排气口连接co收集装置。

6.根据权利要求2所述的串行双流化床装置，其特征在于，还原反应器提升段(6)、氧化反应器提升段(11)均设置有二次进风口。

技术总结
本技术属于热化学二氧化碳化学链转化技术领域，特别涉及一种热化学CO<subgt;2</subgt;化学链转化的串行双流化床装置，包括还原反应器和氧化反应器，还原反应器装载高价态金属氧化物，以氢气为原料进行还原反应；氧化反应器装载低价态金属氧化物或金属单质，以CO<subgt;2</subgt;为原料进行氧化反应；还原反应器、氧化反应器分别外接第一旋风分离器、第二旋风分离器，其中，第一旋风分离器底部设置第一U型返料器，第一U型返料器连通氧化反应器底部进料口；第二旋风分离器底部设置第二U型返料器，第二U型返料器连通还原反应器底部进料口。利用本技术提供的串行双流化床装置进行热化学CO<subgt;2</subgt;化学链转化工艺，能有效减少二氧化碳的排放、提高逆水煤气转换效率。

技术研发人员：邓辽,曹荣昌,魏克鑫,刘磊,刘涵子,孙志强,张路
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：20221209
技术公布日：2024/1/13