一种固定床制备氢气与二氧化碳的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固定床制备氢气与二氧化碳的方法，属于能源制备技术领域。
【背景技术】
[0002]能源是人类可持续发展面临的重要问题。化石能源作为当今主要的能源，是决定社会发展的重要因素，但化石能源燃烧会造成严重的环境与生态问题，例如“雾霾”，“温室效应”等。这些问题已经备受到人们的关注，旨在讨论全球温室气体减排及低碳经济的“哥本哈根气候变化大会”受到各国政府高度关注；在国内从“十八大”以来生态文明及环境保护更是成为国民关注焦点。
[0003]随着经济的高速发展石油、天然气等化石能源燃烧排放出的0)2量也在急剧的增加。故减少燃烧过程中0)2的排放，发展CO 2的捕集技术及寻找清洁能源就显的十分的必要，这也是缓解温室效应的重要途径。
[0004]氢能是一种理想的低污染或零污染的洁净可再生能源。世界各国都大量投入巨大的人力和物力对氢能的开发与应用进行了研宄。随着现代工业的快速发展，氢能在各个领域的应用也变得日益广泛，其需求量也日益增长。特别是能源与环境问题日趋严峻的形势下，推动氢能经济的到来对于社会经济可持续发展有着尤为重要的作用。开发廉价、高效的制氢技术能够拓展氢能经济的来源。当前，我国在重大项目计划中均把氢能作为重点研宄领域，这充分体现了氢能在能源发展中的战略地位。
[0005]在当前的制氢技术中甲烷蒸汽重整(SMR)被认为是最具潜力的方法，天然气蒸汽重整(CH4+H20 — CO+3H2)，该过程生产技术较为成熟，但能耗和生产成本都高，设备投资大，因此研宄其它制氢技术及其设备具有重要意义。化学链制氢技术(CLH)的提出能够有效的改善以上不足。CLH源自化学链燃烧(CLC)技术，其原理如下式所示:
第一步:CH4+MxOy— Mx0y_s+C02+2H20第二步:H20+ MxOy_MxOy+ H2
以铁基氧化物为主要活性物种的化学链燃烧氧载体，因其优异的性能，被认为是很有工业化前景的一种氧载体。
[0006]目前，因单一固定床反应器无法将还原性气氛完全氧化为H2O和CO2，部分氧化产生的CO与H2会造成环境污染与资源的浪费。针对上述不足，本发明提出采用了多级固定床反应器，以实现连续、稳定的净化还原性气氛与制氢。
【发明内容】
[0007]针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种固定床制备氢气与二氧化碳的方法。该方法利用以四级固定床为一个单位实现了净化还原性气氛捕集co2，同时通过水蒸汽捕集氢气，本发明通过以下技术方案实现。
[0008]一种固定床制备氢气与二氧化碳的方法，其具体步骤如下:
(!)首先将Fe、FeCKFe3O4和Fe 203分别在温度为90~300°C条件下干燥I?3h，然后细磨至粒度为20~40目；
(2)将经步骤(I)处理的Fe、FeO,Fe3O4和Fe 203依次用装料斗装填并均匀的分布到石英管或刚玉管组成的一级、二级、三级、四级固定床反应器中，在各级反应器两端与床层之间用石英棉或石英砂隔开；
(3)向上述构建的一级、二级、三级、四级固定床反应器中通入吹扫气吹扫10?30min，吹扫完成后向一级固定床反应器中通入还原性气体014或合成气，以升温速率为5?10°C/min将一级、二级、三级、四级固定床反应器升温至350?900 V，将反应后产生的、从四级固定床反应器中出来的CO2进行捕集，在此过程中产生的H 20从四级固定床反应器中出来后冷凝作为分解水制氢的原料；
(4)步骤(3)完成后，停止通入还原性气体014或合成气，通入吹扫气吹扫10?30min，向四级固定床反应器中通入载气和水蒸气，将一级、二级、三级、四级固定床反应器保持温度至200?750°C，水蒸汽的分压为25?60kPa，在一级固定床反应器出口捕集氢气。
[0009]所述步骤(2)中Fe、FeO, Fe3OjP Fe 203的加入量分别为5g~20g。
[0010]所述步骤(3)和步骤(4)中吹扫气为N2、He或Ar，吹扫气通入的流量为30?50ml/min。
[0011]所述步骤(3)中还原性气体014或合成气通入的流量为50?100ml/min。
[0012]所述步骤(4)中载气和水蒸气通入的流量为50?100ml/min，载气为N2、He或Ar。
[0013]本发明的有益效果是:(1)多级固定床的应用可以充分实现还原性气体的净化；
(2)净化还原性气体过程中使其完全转化为0)2和H2O,减少污染性气体的排放，同时0)2的捕集可以减少温室气体的排放。
【附图说明】
[0014]图1是本发明以四级固定床为一个单位捕集氢气与二氧化碳工艺图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0016]实施例1
如图1所示，该固定床制备氢气与二氧化碳的方法，其具体步骤如下:
(1)首先将Fe、Fe0、Fe304和Fe203分别在温度为300°C条件下干燥2h，然后细磨至粒度为30目;
(2)各取20g经步骤(I)处理的Fe、FeO,Fe3O4和Fe 203依次用装料斗装填并均匀的分布到石英管组成的一级、二级、三级、四级固定床反应器中，在各级反应器两端与床层之间用石英棉隔开；
(3)向上述构建的一级、二级、三级、四级固定床反应器中通入吹扫气吹扫30min，吹扫完成后向一级固定床反应器中通入流量为lOOml/min还原性气体CH4,以升温速率为10°C /min将一级、二级、三级、四级固定床反应器升温至900°C，将反应后产生的、从四级固定床反应器中出来的CO2进行捕集，在此过程中产生的H 20从四级固定床反应器中出来后冷凝作为分解水制氢的原料；其中吹扫气为N2,吹扫气通入的流量为30ml/min ；
(4)步骤(3)完成后，停止通入还原性气体CH4,通入吹扫气吹扫30min，向四级固定床反应器中通入载气和水蒸气，将一级、二级、三级、四级固定床反应器保持温度至750°C，水蒸汽的分压为30kPa，在一级固定床反应器出口捕集氢气，其中吹