一种基于煤气化制取氢气并分离CO_2的反应器的设计及其模拟

摘要

设计并模拟了一种基于煤气化制取H2并分离CO2的新型反应器。在混合气化反应室中内煤和水蒸气气化,CaO吸收气体产物CO2生成CaCO3,H2与残余CO2进入气化反应室提升管;CaCO3与未被气化的焦炭一起进入CaO再生反应室,焦炭与氧气燃烧,高温使CaCO3分解为CaO和CO2,CaO获得再生;CaO与CO2经过分离器分离,获得了纯净的CO2;CaO再进入气化反应室提升管提升,并吸收H2中残余的CO2,经过旋风分离器与H2分离,获得了纯净的H2,CaO重新回到混合气化反应室,完成一个循环。煤经气化得到了纯净的H2,并实现了CO2的分离与捕集。本文通过ASPEN软件对系统建模并对对象进行了模拟。模拟以1kg/s的进煤量为基准,结果发现:在常压下,进入混合气化反应室的水蒸气的流量一定时,增加CaO的循环质量,H2的产量会增加,但是CaO的循环质量增加到一定程度时,H2的产量不再发生变化;在CaO循环质量不变的条件下,水蒸气流量较低时会导致出口气体有较多的CH4,但随着水蒸气流量的增加,CH4的含量会下降,H2的产量会上升,但是进口水蒸气流量增加到了一定程度时H2产量上升的速度会逐渐变慢;整个系统随着压力增加,H2的产量会降低,CH4产量会增加,最终导致出口H2的浓度降低。