氧载体煤催化热解制氢反应装置及氧载体煤催化热解制氢方法

摘要

本发明提出了一种氧载体煤催化热解制氢反应装置及氧载体煤催化热解制氢方法，其中该反应装置通过热解还原炉、移动床制氢炉和燃烧氧化炉的结合，在热解还原炉内进行催化热解、氧化载体还原等反应，还原载体进入移动床制氢炉中与高温水蒸气发生制氢反应生产富氢气体，热解半焦、亚氧化载体和未反应完全的还原载体进入燃烧氧化炉与含氧气体发生高温燃烧反应，产生的氧化载体、细灰和烟气，其中氧化载体通过返料装置循环回热解还原炉中，实现热流和物流的循环并达到充分利用的目的。与现有技术相比，利用本发明提供的装置和方法可使碳转化率达到99％，制得的氢气含量99.5％，同时具有反应强度大、能量利用率高、产品气产率大的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及煤制氢技术领域，尤其涉及氧载体煤催化热解制氢反应装置及氧载体煤催化热解制氢方法。

背景技术

随着化石能源的消耗以及CO

专利CN 102585911A提出了一种煤气化制氢装置及方法，反应器内耦合了煤气化、钙基吸附剂捕获二氧化碳和碳酸钙煅烧三个反应过程，通过钙基吸附剂捕获煤气化合成气中的二氧化碳以提高氢气含量。专利CN 101830432B也公开了一种基于煤气化制取氢气并分离CO

上述专利技术中出口合成气中氢气含量较传统气化炉略有提高，但是气化、变换和CO

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种氧载体煤催化热解制氢反应装置，通过该装置可制得高纯度氢气，减小了后续净化、变换和提纯工艺的负荷。

本发明提供了一种氧载体煤催化热解制氢反应装置，包括原料仓、热解还原炉、还原炉第一旋风分离器、还原炉第二旋风分离器、还原载体返料装置、移动床制氢炉、制氢炉冷却分离单元、进料螺杆、热解半焦返料装置、燃烧氧化炉、氧化炉第一旋风分离器和氧化载体返料装置；其中，所述原料仓的出口通过管路与所述热解还原炉的原料进口相连接，所述热解还原炉的底部设置有惰性剂入口，所述热解还原炉的上部的出口通过管路与所述还原炉第一旋风分离器的进口相连接，所述还原炉第一旋风分离器底部的出口通过管道与所述还原载体返料装置相连接，所述还原载体返料装置通过管路与所述移动床制氢炉上的还原载体返料进口相连接，所述移动床制氢炉顶部的出口通过管道与所述制氢炉冷却分离单元相连接；所述移动床制氢炉的下部设置有水蒸气进口，所述移动床制氢炉的下方设置有进料螺杆，所述移动床制氢炉内排出的物料能通过所述进料螺杆输从所述燃烧氧化炉上的亚氧化载体进料口输送至所述燃烧氧化炉内；所述还原炉第一旋风分离器顶部的出口通过管路与所述还原炉第二旋风分离器的进口相连接，所述还原炉第二旋风分离器底部的出口通过管道与所述热解半焦返料装置相连接，所述热解半焦返料装置通过管路与所述燃烧氧化炉上的热解半焦返料进口相连接；所述燃烧氧化炉的底部设置有含氧气体入口，所述燃烧氧化炉上部的出口通过管路与所述氧化炉第一旋风分离器的进口相连接，所述氧化炉第一旋风分离器底部的出口通过管道与所述氧化载体返料装置相连接，所述氧化载体返料装置通过管路与所述热解还原炉上的氧化载体进料口相连接。

优选地，所述热解还原炉的底部水平设置有还原炉气体分布器，所述还原炉气体分布器上设置有孔径为0.5～10mm的气孔，开孔率为1～5％。气孔孔径和开孔率设置在上述范围较为合理，因为孔径或者开孔率过小会导致压力降很大，能耗增加；孔径或者开孔率过大，导致分布板气孔出口速度很小，不利于混合效果和流化质量。

优选地，所述移动床制氢炉的下部设置有炉篦，所述炉篦由4～6层组成，每层上均设有孔径为1～20mm的气孔，开孔率为15～30％，所述气孔为等间距布置。气孔孔径和开孔率设置在上述范围较为合理，因为孔径或者开孔率过小会导致压力降很大，能耗增加；孔径或者开孔率过大，导致分布板气孔出口速度很小，不利于混合效果。

优选地，所述炉篦设置在所述移动床制氢炉高度的1/10～3/10处。由于物料都堆积在炉篦之上，当炉篦设置在移动床制氢炉下部时，能够装填更多物料，提高床层高度，保证气固接触时间充足。

优选地，所述移动床制氢炉的底部设置有亚氧化载体仓，所述亚氧化载体仓底部的出口排出的物料能通过所述进料螺杆输送至所述燃烧氧化炉内。

优选地，所述燃烧氧化炉的底部设置有氧化炉气体分布器，所述氧化炉气体分布器为锥形结构，其锥面与水平方向的夹角小于或等于60°，所述锥面上设置有孔径为0.5～10mm的气孔，开孔率为1～5％。气孔孔径和开孔率限定在上述范围内时，可有效避免因孔径或者开孔率过小造成的压力降过大的问题，以及有效避免因孔径或者开孔率过大，导致分布板气孔出口速度很小，不利于混合效果和流化质量的问题；将锥面与水平方向的夹角设置在上述范围，有效避免因角度过大而导致气体分布器区域轴向速度小，参与反应的固体颗粒会从中心区域跑漏的现象。更优选地，所述氧化炉气体分布器的锥面与水平方向的夹角为15°～45°。

优选地，所述燃烧氧化炉的下部还设置有载体补加口，所述载体补加口设置在所述燃烧氧化炉高度的1/10～3/10处。由于固体颗粒随气流向上运动，将载体补加口设置在燃烧氧化炉下部，保证了气固接触时间充足。

优选地，所述反应装置还包括氧化炉渣斗，所述氧化炉渣斗通过管道与所述燃烧氧化炉底部的出口相连接。

优选地，所述反应装置还包括还原炉冷却分离单元，所述还原炉第二旋风分离器顶部的出口通过管道与所述还原炉冷却分离单元相连接。

优选地，所述反应装置还包括氧化炉第二旋风分离器和氧化炉冷却净化单元，所述氧化炉第一旋风分离器顶部的出口通过管道与所述氧化炉第二旋风分离器的入口相连接，所述氧化炉第二旋风分离器的顶部的出口通过管道与所述氧化炉冷却净化单元相连接。

优选地，所述原料进口设置在所述热解还原炉高度的1/10～4/10处，所述氧化载体进料口设置在所述热解还原炉高度的1/10～3/10处。该优选方案中，原料进口和氧化载体进料口均设置在热解还原炉的下部，原料煤和氧化载体均随气流由下向上运动，保证了气固接触时间充足。

优选地，所述还原载体返料进口设置在所述移动床制氢炉高度的2/3～9/10处。由于还原载体进入移动床制氢炉后自上而下运动，固体和气流逆流接触，因此将还原载体返料进口设置在移动床制氢炉上部时，从上部进料能够保证气固接触时间充足。

优选地，所述亚氧化载体进料口设置在所述燃烧氧化炉高度的1/20～1/10处，所述热解半焦返料进口设置在所述燃烧氧化炉高度的1/10～2/10处。由于固体颗粒随气流向上运动，将亚氧化载体进料口和热解半焦返料进口均设置在燃烧氧化炉下部，保证了气固接触时间充足。

本发明还提供了一种氧载体煤催化热解制氢方法，包括以下步骤：

在热解还原炉中加入原料煤、氧化载体以及惰性剂，使三者混合接触，反应产生热解气、热解半焦和还原载体，所述热解气包括焦油、CH

从热解还原炉顶部排出的含有热解气、热解半焦和还原载体的混合物进入第一分离单元进行分离，分别获得热解气、热解半焦和还原载体；

由第一分离单元分离获得的还原载体进入移动床制氢炉，与所述移动床制氢炉中的水蒸气进行反应产生富氢气体、亚氧化载体和氧化载体；

所述富氢气体进入制氢炉冷却分离单元冷却，得到冷凝水和高纯氢气；

含氧气体、由第一分离单元分离获得的热解半焦以及来自所述移动床制氢炉的亚氧化载体和未反应完的还原载体在燃烧氧化炉内反应产生CO

从所述燃烧氧化炉顶部出口排出的含有CO

优选地，所述第一分离单元包括还原炉第一旋风分离器、还原炉第二旋风分离器和还原炉冷却分离单元，从热解还原炉顶部排出的含有热解气、热解半焦和还原载体的混合物进入所述还原炉第一旋风分离器进行分离，所述还原载体作为重组分从所述还原炉第一旋风分离器底部排出，从所述还原炉第一旋风分离器顶部的出口排出的轻组分进入还原炉第二旋风分离器进行分离，所述热解半焦作为重组分从所述还原炉第二旋风分离器底部排出，从所述还原炉第二旋风分离器顶部的出口排出的轻组分进入所述还原炉冷却分离单元，所述轻组分经过冷却后得到液态的焦油以及CH

优选地，所述第二分离单元包括氧化炉第一旋风分离器、第二旋风分离器和氧化炉冷却净化单元，从所述燃烧氧化炉顶部出口排出的含有CO

优选地，所述热解还原炉内的反应温度为400～900℃，气相线速度为0.5～5.0m/s，床层平均密度为50～350kg/m

优选地，所述移动床制氢炉内的反应温度为500～900℃，气相线速度为0.01～0.2m/s，床层平均密度为500～700kg/m

优选地，进入所述移动床制氢炉的水蒸气的温度为500～800℃，所述水蒸气与进入所述移动床制氢炉内的还原载体的摩尔比为1.0～8.0mol/mol。水蒸气需要带有一定的热能，为制氢反应提供热量。水蒸气与进入移动床制氢炉内的还原载体的摩尔比(简称水载比)限定在上述范围较为合理；若水载比过小，氢气产率低，而水载比过大导致多余的水蒸气未参与反应，增加能耗。

优选地，燃烧氧化炉反应温度为800～1200℃，气相线速度为1.0～10m/s，床层平均密度为20～150kg/m

优选地，所述移动床制氢炉的下部设置有炉篦，所述炉篦有多层，所述水蒸气从所述炉篦下部的水蒸气进口进入所述移动床制氢炉，所述炉篦上的气孔出口气体速度为2～10m/s，气量分布自所述炉篦的下层到上层依次减少，所述炉篦的旋转速度为0～12r/h。气孔出口气体速度限定在上述范围较为合理；气体速度过小不利于物料混合，气体速度过大，则会影响床层的稳定性。转速宜较慢，若转速过大会影响床层的稳定性。

优选地，所述含氧气体为氧气、空气、富氧空气中的一种或任意多种的组合，所述含氧气体中氧气与热解半焦中碳的摩尔比为1.5～5.0mol/mol。将含氧气体中氧气与热解半焦中碳的摩尔比(简称氧碳比)限定在上述范围比较合理；若氧碳比过小，碳转化不完全，而氧碳比过大，多余的氧气未参与反应，则增加能耗。

优选地，所述热解还原炉中通入的惰性剂的温度为200～800℃，所述惰性剂为N

优选地，所述氧化载体为纯铁粉、铁矿石、废铁渣、废钢渣中的一种或任意多种的组合；或者所述氧化载体为NiO和/或Mn

优选地，所述氧化载体包括活性组分和载体，所述活性组分占所述氧化载体质量的0.1～30％，所述活性组分通过浸渍法、干混法或离子交换负载在所述载体上，所述载体为Al

与现有技术相比，本发明提供的氧载体煤催化热解制氢反应装置以及氧载体煤催化热解制氢方法，通过热解还原炉、移动床制氢炉和燃烧氧化炉的结合，在热解还原炉内进行催化热解、氧化载体还原等反应，还原载体进入移动床制氢炉中与高温水蒸气发生制氢反应生产富氢气体，热解半焦、亚氧化载体和未反应完全的还原载体进入燃烧氧化炉与含氧气体发生高温燃烧反应，产生的氧化载体、细灰和烟气，其中氧化载体通过返料装置循环回热解还原炉中，实现热流和物流的循环并达到充分利用的目的。可使装置出口碳转化率达到99％，移动床制氢炉出口氢气含量99.5％，同时具有反应强度大、能量利用率高、产品气产率大的特点，较大程度上降低了设备投资和生产成本，具有良好的应用前景。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明提供的氧载体煤催化热解制氢反应装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、原料仓；2、原料进口；3、热解还原炉；4、还原炉气体分布器；5、还原炉第一旋风分离器；6、还原载体返料装置；7、还原载体返料进口；8、移动床制氢炉；9、还原炉第二旋风分离器；10、热解半焦返料装置；11、热解半焦返料进口；12、燃烧氧化炉；13、还原炉冷却分离单元；14、炉篦；15、水蒸气进口；16、炉篦电机；17、制氢炉冷却分离单元；18、亚氧化载体仓；19、进料螺杆；20、进料电机；21、亚氧化载体进料口；22、氧化炉气体分布器；23、氧化炉第一旋风分离器；24、氧化载体返料装置；25、氧化载体进料口；26、氧化炉第二旋风分离器；27、氧化炉冷却净化单元；28、载体补加口；29、氧化炉渣斗；

A、原料煤；B、惰性剂；C、热解气；D、水蒸气；E、冷凝水；F、高纯氢气；G、含氧气体；H、细灰；I、烟气；J、粗渣；K、氧化载体；L、松动气；M、焦油。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，本实施例中提供的氧载体煤催化热解制氢反应装置，主要包括热解还原炉3、移动床制氢炉8和燃烧氧化炉12三个反应设备，处理热解还原炉3产物的第一分离单元，处理燃烧氧化炉12产物的第二分离单元，以及原料仓1、还原载体返料装置6、热解半焦返料装置10、氧化载体返料装置24和进料螺杆19。

原料仓1用于存储原料煤A，原料仓1的出口通过管路与热解还原炉3的原料进口2相连接。

热解还原炉3的下部设置有原料进口2、氧化载体进料口25、还原炉气体分布器4和惰性剂B入口。原料进口2设置在热解还原炉3高度的1/10～4/10处，氧化载体进料口25设置在热解还原炉3高度的1/10～3/10处；还原炉气体分布器4和惰性剂B入口设置在原料进口2下方的热解还原炉3的底部，并且还原炉气体分布器4位于原料进口2和惰性剂B入口之间。还原炉气体分布器4水平设置，其上设置有孔径为0.5～10mm的气孔，还原炉气体分布器4的开孔率为1～5％，气孔沿圆周均匀布置，可设置10～100圈气孔。热解还原炉3的上部的出口通过管路与第一分离单元相连接。

第一分离单元包括还原炉第一旋风分离器5、还原炉第二旋风分离器9和还原炉冷却分离单元13。热解还原炉3的上部的出口通过管路与还原炉第一旋风分离器5的进口相连接，还原炉第一旋风分离器5底部的出口通过管道与还原载体返料装置6相连接，而还原载体返料装置6通过管路与移动床制氢炉8上的还原载体返料进口7相连接；还原炉第一旋风分离器5顶部的出口通过管路与还原炉第二旋风分离器9的进口相连接，还原炉第二旋风分离器9底部的出口通过管道与热解半焦返料装置10相连接，热解半焦返料装置10通过管路与燃烧氧化炉12上的热解半焦返料进口11相连接；还原炉第二旋风分离器9顶部的出口通过管道与还原炉冷却分离单元13相连接。

还原载体返料进口7设置在移动床制氢炉8高度的2/3～9/10处，移动床制氢炉8的下部设置有水蒸气进口15和炉篦14，炉篦14设置在移动床制氢炉8高度的1/10～3/10处并且炉篦14位于水蒸气进口15的上方。炉篦14由4～6层组成，每层上均设有孔径为1～20mm的气孔，开孔率为15～30％，气孔为等间距布置。优选地，可采用液压或者电机转动方式来驱动炉篦14的旋转，用于驱动炉篦14的电机称为炉篦电机16。移动床制氢炉8的底部设置有亚氧化载体仓18。制氢炉采用移动床的形式，炉篦14多层设置，每一层均匀开孔，旋转的炉篦能够使整个床层移动，保证了反应均匀，有效防止了偏流和沟流。还原载体与水蒸气D逆流接触，床层内线速度较低，气固接触时间长，强化了炉内的还原载体与水蒸气D的制氢反应过程，使得还原载体与水蒸气D之间发生的制氢反应较为完全，增加了反应深度。此外移动床制氢炉8颗粒堆积密度大，增加了高温水蒸气D的处理量，使得氢气产率大幅提升。

进料螺杆19的一端设置在移动床制氢炉8的下方，另一端与燃烧氧化炉12上的亚氧化载体进料口21相连接，进料螺杆19由进料电机20驱动，从亚氧化载体仓18底部的出口排出的物料能通过进料螺杆19输送至燃烧氧化炉12内。

燃烧氧化炉12的下部设置有热解半焦返料进口11、亚氧化载体进料口21、载体补加口28(用于向燃烧氧化炉12内补加氧化载体K)和含氧气体G入口，其中，亚氧化载体进料口21设置在燃烧氧化炉12高度的1/20～1/10处，热解半焦返料进口11设置在燃烧氧化炉12高度的1/10～2/10处，载体补加口28设置在燃烧氧化炉12高度的1/10～3/10处。燃烧氧化炉12的底部设置有氧化炉气体分布器22，氧化炉气体分布器22为锥形结构，其锥面与水平方向的夹角小于或等于60°，优选地，该夹角为15°～45°，锥面上设置有孔径为0.5～10mm的气孔，开孔率为1～5％，气孔沿圆周均匀布置，可设置10～100圈气孔。含氧气体G入口设置在氧化炉气体分布器22的下方。燃烧氧化炉12顶部的出口通过管路与第二分离单元相连接。

燃烧氧化炉12的下方设置有氧化炉渣斗29，氧化炉渣斗29通过管道与燃烧氧化炉12底部的出口相连接。

第二分离单元包括氧化炉第一旋风分离器23、氧化炉第二旋风分离器26和氧化炉冷却净化单元，燃烧氧化炉12顶部的出口通过管路与氧化炉第一旋风分离器23的进口相连接，

氧化炉第一旋风分离器23底部的出口通过管道与氧化载体返料装置24相连接，而氧化载体返料装置24通过管路与热解还原炉3上的氧化载体进料口25相连接；氧化炉第一旋风分离器23顶部的出口通过管路与氧化炉第二旋风分离器26的进口相连接；氧化炉第二旋风分离器26顶部的出口通过管道与氧化炉冷却净化单元相连接。

优选地，还原载体返料装置6、热解半焦返料装置10和氧化载体返料装置24的底部设置有松动气L入口。

本发明提供的新型氧载体煤催化热解制氢反应装置主要由热解还原炉3、移动床制氢炉8和燃烧氧化炉12组合而成，原料煤A在热解还原炉3内与惰性剂B和氧化载体进行催化热解、氧化载体还原等反应，产生热解气、热解半焦和还原载体。其中仅还原载体进入移动床制氢炉8中进行单一的制氢反应，生成富氢气体、亚氧化载体和氧化载体，产品气氢气纯度高，分离简单。亚氧化载体、氧化载体和未反应完全的还原载体再进入燃烧氧化炉12中与含氧气体G和热解半焦混合接触，进行燃烧、氧化反应，生成的氧化载体再循环回热解还原炉3，实现了氧化载体的循环再生，平衡了热流和物流，提高了气化强度、碳转化率和氢气产率。热解还原炉3、移动床制氢炉8和燃烧氧化炉12相对独立，热解还原炉3出口的热解气、移动床制氢炉8出口的富氢气体，以及燃烧氧化炉12出口的烟气J分别从各自的管路排出，实现了CO

本发明还提供了一种氧载体煤催化热解制氢方法，该方法包括以下步骤：

在热解还原炉3中加入原料煤A、氧化载体以及惰性剂B，使三者混合接触，反应产生热解气、热解半焦和还原载体，热解气包括焦油M、CH

从热解还原炉3顶部排出的含有热解气、热解半焦和还原载体的混合物进入第一分离单元进行分离，分别获得热解气、热解半焦和还原载体；

由第一分离单元分离获得的还原载体进入移动床制氢炉8，与移动床制氢炉8中的水蒸气D进行反应产生富氢气体、亚氧化载体和氧化载体；

富氢气体进入制氢炉冷却分离单元17冷却，得到冷凝水E和高纯氢气F；

含氧气体G、由第一分离单元分离获得的热解半焦以及来自移动床制氢炉8的亚氧化载体和未反应完的还原载体在燃烧氧化炉12内反应产生CO

从燃烧氧化炉12顶部出口排出的含有CO

该氧载体煤催化热解制氢方法可通过上述的氧载体煤催化热解制氢反应装置来实施。

具体地，惰性剂B从惰性剂入口进入热解还原炉3内，原料煤A从原料进口2进入热解还原炉3中，与来自氧化载体进料口25的氧化载体和还原炉气体分布器4的惰性剂B混合接触，进行催化热解和氧化载体还原等反应产生热解半焦、还原载体和含焦油M、CH

热解还原炉3内的反应温度为400～900℃，气相线速度为0.5～5.0m/s，床层平均密度为50～350kg/m3。移动床制氢炉8内的反应温度为500～900℃，气相线速度为0.01～0.2m/s，床层平均密度为500～700kg/m3。燃烧氧化炉12反应温度为800～1200℃，气相线速度为1.0～10m/s，床层平均密度为20～150kg/m3，系统反应压力范围为0～2.0MPa。

炉篦14上的气孔出口气体速度为2～10m/s，气量分布自炉篦14的下层到上层依次减少，炉篦14的旋转速度为0～12r/h。进入移动床制氢炉8的水蒸气D的温度为500～800℃，水蒸气D与进入移动床制氢炉8内的还原载体的摩尔比为1.0～8.0mol/mol。

含氧气体G为氧气、空气、富氧空气中的一种或任意多种的组合，含氧气体G中氧气与热解半焦中碳的摩尔比为1.5～5.0mol/mol。

热解还原炉3中通入的惰性剂B的温度为200～800℃，惰性剂B为N

氧化载体可选用的种类丰富，如可以选用廉价的以Fe

优选地，在还原载体返料装置6、热解半焦返料装置10和氧化载体返料装置24中通入松动气L，松动气能够起到调节返料循环量，避免物料沉积堵塞返料装置的作用，松动气L为惰性气体。

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

【实施例1】

一种新型氧载体煤催化热解制氢反应装置，热解还原炉3下层空间内径1.0m，高度10m，原料进口2高度位于热解还原炉3高度的3/10，移动床制氢炉8内径1.5m，高度6m，燃烧氧化炉12内径1.2m，高度30m。

选用内蒙褐煤为原料从原料进口2加入热解还原炉3内，氧化载体为铁粉，还原炉分布器中通入惰性剂B氮气，与氧化载体混合接触，进行催化热解、氧化载体还原等反应，热解还原炉3操作温度800℃，操作压力常压，生成热解半焦、热解气和还原载体。还原载体进入移动床制氢炉8，与高温水蒸气D接触，进行还原载体与水蒸气D的制氢反应，水载比2.0mol/mol，移动床制氢炉8操作温度700℃，操作压力常压，线速度0.1m/s，炉篦旋转速度6r/h，生成富氢气体和亚氧化/氧化载体，其中富氢气体中氢气含量达到99.5％。亚氧化/氧化载体和未反应完全的还原载体再进入燃烧氧化炉12中与热解半焦和含氧气体G混合接触，进行半焦燃烧、亚氧化载体和还原载体氧化反应，操作温度1000℃，操作压力常压，氧碳比2.0mol/mol，生成烟气J、氧化载体和细灰H，氧化载体再通过氧化炉第一旋风分离器23和氧化载体返料装置24进入热解还原炉3中，细灰H从氧化炉第二旋风分离器26中分离出口，粗渣J从燃烧氧化炉12底部排出，燃烧氧化炉12出口的碳转化率达到99.5％。

【实施例2】

一种新型氧载体煤催化热解制氢反应装置，热解还原炉3下层空间内径1.0m，高度10m，原料进口2高度位于热解还原炉3高度的3/10，移动床制氢炉8内径1.5m，高度6m，燃烧氧化炉12内径1.2m，高度30m。

选用内蒙褐煤为原料从原料进口2加入热解还原炉3内，氧化载体为铁粉，还原炉分布器中通入惰性剂B氮气，与氧化载体混合接触，进行催化热解、氧化载体还原等反应，热解还原炉3操作温度500℃，操作压力常压，生成热解半焦、热解气和还原载体。还原载体进入移动床制氢炉8，与高温水蒸气D接触，进行还原载体与水蒸气D的制氢反应，水载比2.0mol/mol，移动床制氢炉8操作温度700℃，操作压力常压，线速度0.1m/s，炉篦旋转速度6r/h，生成富氢气体和亚氧化/氧化载体，其中富氢气体中氢气含量达到99.5％。亚氧化/氧化载体和未反应完全的还原载体再进入燃烧氧化炉12中与热解半焦和含氧气体G混合接触，进行半焦燃烧、亚氧化载体和还原载体氧化反应，操作温度1000℃，操作压力常压，氧碳比2.0mol/mol，生成烟气J、氧化载体和细灰H，氧化载体再通过氧化炉第一旋风分离器23和氧化载体返料装置24进入热解还原炉3中，细灰H从氧化炉第二旋风分离器26中分离出口，粗渣J从燃烧氧化炉12底部排出，燃烧氧化炉12出口的碳转化率达到99.5％。

【实施例3】

一种新型氧载体煤催化热解制氢反应装置，热解还原炉3下层空间内径1.0m，高度10m，原料进口2高度位于热解还原炉3高度的3/10，移动床制氢炉8内径1.5m，高度6m，燃烧氧化炉12内径1.2m，高度30m。

选用内蒙褐煤为原料从原料进口2加入热解还原炉3内，氧化载体为铁粉，还原炉分布器中通入惰性剂B氮气，与氧化载体混合接触，进行催化热解、氧化载体还原等反应，热解还原炉3操作温度800℃，操作压力2.0MPa，生成热解半焦、热解气和还原载体。还原载体进入移动床制氢炉8，与高温水蒸气D接触，进行还原载体与水蒸气D的制氢反应，水载比2.0mol/mol，移动床制氢炉8操作温度700℃，操作压力2.0MPa，线速度0.1m/s，炉篦旋转速度6r/h，生成富氢气体和亚氧化/氧化载体，其中富氢气体中氢气含量达到99.3％。亚氧化/氧化载体和未反应完全的还原载体再进入燃烧氧化炉12中与热解半焦和含氧气体G混合接触，进行半焦燃烧、亚氧化载体和还原载体氧化反应，操作温度1000℃，操作压力2.0MPa，氧碳比2.0mol/mol，生成烟气J、氧化载体和细灰H，氧化载体再通过氧化炉第一旋风分离器23和氧化载体返料装置24进入热解还原炉3中，细灰H从氧化炉第二旋风分离器26中分离出口，粗渣J从燃烧氧化炉12底部排出，燃烧氧化炉12出口的碳转化率达到99.7％。

【实施例4】

一种新型氧载体煤催化热解制氢反应装置，热解还原炉3下层空间内径1.0m，高度10m，原料进口2高度位于热解还原炉3高度的3/10，移动床制氢炉8内径1.5m，高度6m，燃烧氧化炉12内径1.2m，高度30m。

选用内蒙褐煤为原料从原料进口2加入热解还原炉3内，氧化载体为铁粉，还原炉分布器中通入惰性剂B氮气，与氧化载体混合接触，进行催化热解、氧化载体还原等反应，热解还原炉3操作温度800℃，操作压力常压，生成热解半焦、热解气和还原载体。还原载体进入移动床制氢炉8，与高温水蒸气D接触，进行还原载体与水蒸气D的制氢反应，水载比3.0mol/mol，移动床制氢炉8操作温度700℃，操作压力常压，线速度0.1m/s，炉篦旋转速度6r/h，生成富氢气体和亚氧化/氧化载体，其中富氢气体中氢气含量达到99.8％。亚氧化/氧化载体和未反应完全的还原载体再进入燃烧氧化炉12中与热解半焦和含氧气体G混合接触，进行半焦燃烧、亚氧化载体和还原载体氧化反应，操作温度1000℃，操作压力常压，氧碳比2.0mol/mol，生成烟气J、氧化载体和细灰H，氧化载体再通过氧化炉第一旋风分离器23和氧化载体返料装置24进入热解还原炉3中，细灰H从氧化炉第二旋风分离器26中分离出口，粗渣J从燃烧氧化炉12底部排出，燃烧氧化炉12出口的碳转化率达到99.5％。

【实施例5】

一种新型氧载体煤催化热解制氢反应装置，热解还原炉3下层空间内径1.0m，高度10m，原料进口2高度位于热解还原炉3高度的3/10，移动床制氢炉8内径1.5m，高度6m，燃烧氧化炉12内径1.2m，高度30m。

选用内蒙褐煤为原料从原料进口2加入热解还原炉3内，氧化载体为铁粉，还原炉分布器中通入惰性剂B氮气，与氧化载体混合接触，进行催化热解、氧化载体还原等反应，热解还原炉3操作温度800℃，操作压力常压，生成热解半焦、热解气和还原载体。还原载体进入移动床制氢炉8，与高温水蒸气D接触，进行还原载体与水蒸气D的制氢反应，水载比2.0mol/mol，移动床制氢炉8操作温度700℃，操作压力常压，线速度0.1m/s，炉篦旋转速度6r/h，生成富氢气体和亚氧化/氧化载体，其中富氢气体中氢气含量达到99.5％。亚氧化/氧化载体和未反应完全的还原载体再进入燃烧氧化炉12中与热解半焦和含氧气体G混合接触，进行半焦燃烧、亚氧化载体和还原载体氧化反应，操作温度1100℃，操作压力常压，氧碳比3.0mol/mol，生成烟气J、氧化载体和细灰H，氧化载体再通过氧化炉第一旋风分离器23和氧化载体返料装置24进入热解还原炉3中，细灰H从氧化炉第二旋风分离器26中分离出口，粗渣J从燃烧氧化炉12底部排出，燃烧氧化炉12出口的碳转化率达到99.9％。

【实施例6】

一种新型氧载体煤催化热解制氢反应装置，热解还原炉3下层空间内径1.0m，高度10m，原料进口2高度位于热解还原炉3高度的3/10，移动床制氢炉8内径1.5m，高度6m，燃烧氧化炉12内径1.2m，高度30m。

选用内蒙褐煤为原料从原料进口2加入热解还原炉3内，氧化载体为Fe

【实施例7】

一种新型氧载体煤催化热解制氢反应装置，热解还原炉3下层空间内径1.0m，高度10m，原料进口2高度位于热解还原炉3高度的3/10，移动床制氢炉8内径1.5m，高度6m，燃烧氧化炉12内径1.2m，高度30m。

选用内蒙褐煤为原料从原料进口2加入热解还原炉3内，氧化载体为铁粉，还原炉分布器中通入惰性剂B氮气，与氧化载体混合接触，进行催化热解、氧化载体还原等反应，热解还原炉3操作温度800℃，操作压力常压，生成热解半焦、热解气和还原载体。还原载体进入移动床制氢炉8，与高温水蒸气D接触，进行还原载体与水蒸气D的制氢反应，水载比2.0mol/mol，移动床制氢炉8操作温度700℃，操作压力常压，线速度0.05m/s，炉篦旋转速度6r/h，生成富氢气体和亚氧化/氧化载体，其中富氢气体中氢气含量达到99.8％。亚氧化/氧化载体和未反应完全的还原载体再进入燃烧氧化炉12中与热解半焦和含氧气体G混合接触，进行半焦燃烧、亚氧化载体和还原载体氧化反应，操作温度1000℃，操作压力常压，氧碳比2.0mol/mol，生成烟气J、氧化载体和细灰H，氧化载体再通过氧化炉第一旋风分离器23和氧化载体返料装置24进入热解还原炉3中，细灰H从氧化炉第二旋风分离器26中分离出口，粗渣J从燃烧氧化炉12底部排出，燃烧氧化炉12出口的碳转化率达到99.5％。

【实施例8】

一种新型氧载体煤催化热解制氢反应装置，热解还原炉3下层空间内径1.0m，高度10m，原料进口2高度位于热解还原炉3高度的3/10，移动床制氢炉8内径1.5m，高度6m，燃烧氧化炉12内径1.2m，高度30m。

选用内蒙褐煤为原料从原料进口2加入热解还原炉3内，氧化载体为铁粉，还原炉分布器中通入惰性剂B氮气，与氧化载体混合接触，进行催化热解、氧化载体还原等反应，热解还原炉3操作温度800℃，操作压力常压，生成热解半焦、热解气和还原载体。还原载体进入移动床制氢炉8，与高温水蒸气D接触，进行还原载体与水蒸气D的制氢反应，水载比2.0mol/mol，移动床制氢炉8操作温度700℃，操作压力常压，线速度0.1m/s，炉篦旋转速度10r/h，生成富氢气体和亚氧化/氧化载体，其中富氢气体中氢气含量达到99.8％。亚氧化/氧化载体和未反应完全的还原载体再进入燃烧氧化炉12中与热解半焦和含氧气体G混合接触，进行半焦燃烧、亚氧化载体和还原载体氧化反应，操作温度1000℃，操作压力常压，氧碳比2.0mol/mol，生成烟气J、氧化载体和细灰H，氧化载体再通过氧化炉第一旋风分离器23和氧化载体返料装置24进入热解还原炉3中，细灰H从氧化炉第二旋风分离器26中分离出口，粗渣J从燃烧氧化炉12底部排出，燃烧氧化炉12出口的碳转化率达到99.5％。

表1

表1为实施例1至实施例8的实验条件以及结果，由此可见，通过本发明提供的氧载体煤催化热解制氢反应装置以及氧载体煤催化热解制氢方法，可得到高纯度的氢气，有效提高了气化强度、碳转化率和氢气产率。

最后应说明的是：以上实施方式及实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式及实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式或实施例技术方案的精神和范围。