一种含甲烷可燃气重整耦合化学链制备高纯氢气的工艺及应用
阅读说明：本技术 一种含甲烷可燃气重整耦合化学链制备高纯氢气的工艺及应用 (Process for preparing high-purity hydrogen by methane-containing combustible gas reforming coupling chemical chain and application ) 是由 王伟 玉散·吐拉甫 王振通 沈威 韩萍 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种含甲烷可燃气重整耦合化学链制备高纯氢气的工艺及应用,包括重整反应器、制氢反应器和控制器；所述重整反应器包括第一进气管路和第一排气管路,所述第一排气管路被配置成连通重整反应器和所述制氢反应器；所述制氢反应器包括第二进气管路和第二排气管路；所述制氢反应器内含有载氧体,所述重整反应器内含有重整催化剂；所述控制器控制进入制氢反应器的气体；所述控制器用于切换进入制氢反应器的气体,使得所述制氢反应器内完成两个化学反应；或,所述制氢反应器内完成三个化学反应,所述控制器控制反应循环进行。该工艺过程具有氢气纯度高、过程低碳、操作简单、效率高等特点。(The application discloses a process for preparing high-purity hydrogen by methane-containing combustible gas reforming coupling chemical chains and application thereof, wherein the process comprises a reforming reactor, a hydrogen production reactor and a controller; the reforming reactor comprises a first gas inlet line and a first gas outlet line, the first gas outlet line being configured to communicate the reforming reactor with the hydrogen production reactor; the hydrogen production reactor comprises a second air inlet pipeline and a second air outlet pipeline; the hydrogen production reactor contains an oxygen carrier, and the reforming reactor contains a reforming catalyst; the controller controls the gas entering the hydrogen production reactor; the controller is used for switching gas entering the hydrogen production reactor so as to complete two chemical reactions in the hydrogen production reactor; or, three chemical reactions are completed in the hydrogen production reactor, and the controller controls the reaction to be circularly carried out. The process has the advantages of high hydrogen purity, low carbon, simple operation, High efficiency and the like.)
技术领域
本文涉及但不限于清洁能源领域、热化学制氢领域，尤其涉及但不限于一种含甲烷可燃气制氢工艺及应用。
背景技术
氢作为一种化工原料和能源载体，相比其他燃料，氢在利用时不会产生CO2等污染物，因此，氢能是未来实现全球“碳中和”目标的重要介质。然而，氢在环境中通常以化合物的形式存在如H2O或CnHm，制备单质氢气需要投入较大的能量。此外，氢燃料电池作为重要的用氢单元，对氢气纯度要求通常≥99.9％，因此，高效制备高纯氢技术成为实现氢能规模化推广应用至关重要的一步。
现有制氢技术中比较成熟的工艺路线是天然气水蒸气重整，再通过水煤气变换和变压吸附分离的组合工艺。然而，我国“富煤缺油少气”的能源结构不适合发展天然气制氢。相反，我国具有丰富的煤基合成气和生物质燃气，可以利用这些气体来制备氢气。煤基合成气和生物质燃气作为混合气，通常以CH4、CO2、H2和CO为主。虽然这些气体可以通过蒸汽重整转换为H2和CO的合成气，再通过水煤气变换成H2和CO2，最后得到的气体经净化、脱碳等工艺制备出高纯氢气。但是，由于技术路线较长、气体净化工艺和CO2捕集耗能较高，造成制氢成本大幅度增加。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。
针对现有的高纯氢制备工艺复杂、产品纯度低等问题，本申请提供一种含甲烷可燃气重整耦合化学链制备高纯氢气的装置及方法和含甲烷可燃气重整催化剂，一方面可以制备高纯氢气，另一方面可以实现低成本CO2捕集和热能回收。
本申请提供了一种制备高纯氢气的装置，包括重整反应器、制氢反应器和控制器；所述重整反应器包括第一进气管路和第一排气管路，所述第一排气管路被配置成连通重整反应器和所述制氢反应器；所述制氢反应器包括第二进气管路和第二排气管路；
所述制氢反应器内含有载氧体，所述重整反应器内含有重整催化剂；所述控制器控制进入制氢反应器的气体；
所述控制器用于切换进入制氢反应器的气体，使得所述制氢反应器内完成两个化学反应，所述化学反应为载氧体还原反应和水蒸气制氢反应，所述控制器控制两个反应循环进行；
或，
所述控制器用于切换进入制氢反应器的气体，使得所述制氢反应器内完成三个化学反应，所述化学反应为载氧体还原反应、水蒸气制氢反应和载氧体氧化反应，所述控制器控制两个反应循环进行。
在重整反应器利用催化剂和对其进行转换，将基于生物质的可燃气作为重整反应器的原料，制得的重整气在化学链制氢反应器的还原反应器中对载氧体进行还原。同时重整气氧化产生CO2和水，在气体出口通过简单冷却后对CO2进行捕集、封存和利用。
在本申请提供的一种实施方式中，当制氢反应器进行载氧体还原反应时，所述控制器控制进入制氢反应器的气体为重整反应器产出的气体；
当所述制氢反应器进行水蒸气制氢反应时，所述控制器控制进入制氢反应器的气体为水蒸气；
当制氢反应器进行载氧体氧化反应时，所述控制器控制进入制氢反应器的气体为空气或氧气。
在本申请提供的一种实施方式中，所述制氢反应器有两个以上，制氢反应器的数量不少于制氢反应器中需要进行的化学反应的数量。
在本申请提供的一种实施方式中，所述控制器被配置成切换进入不同制氢反应器的气体，使得不同的反应同时进行，所述制氢反应器能够不间断生产氢气。
在本申请提供的一种实施方式中，所述制备高纯氢气装置还包括进气端气路切换系统和尾气端气路切换系统；
所述控制器控制所述进气端气路切换系统和所述尾气端气路切换系统；所述进气端气路切换系统与制氢反应器相连通，被配置成向制氢反应器内通入气体；
所述尾气端气路切换系统与所述制氢反应器相连通，被配置成将所述制氢反应器内的气体排出所述制氢反应器；
在同一时刻，所述制氢反应器在所述控制器、所述进气端气路切换系统和所述尾气端气路切换系统的控制下分别处于不同的反应阶段；
在不同时刻，同一个所述固定床反应器在所述控制器、所述进气端气路切换系统和所述尾气端气路切换系统的控制下处于不同的反应状态。
在本申请提供的一种实施方式中，所述装置还可以包括余热回收单元，所述余热回收单元；可选地，所述预热分离器包括至少一个气液分离器、至少一个冷却器和至少一个余热锅炉；可选地，制氢反应器的热量和/或重整反应器的热量被预热回收单元所回收。
在本申请提供的一种实施方式中，所述载氧体包括钼、锗、钨和铁中的一种或多种；可选地，第一次投料所用的氧载体可以为钼、锗、钨、铁中的一种或多种的完全氧化的氧化物。也可以为以上的金属单质，此时重整气用于对金属单质中可能存在的氧化物进行还原。
在本申请提供的一种实施方式中，所述载氧体的平均粒径为1mm至10mm。
在本申请提供的一种实施方式中，所述重整反应器中含有重整催化剂；分子氧与以上载氧体反应，转变为晶格氧参与反应。载氧体进行得氧-失氧循环。
在本申请提供的一种实施方式中，所述重整催化剂选自Ni/MgO、Ni/Al2O3、Ni/CeO2、Ni/TiO2、Ni/Fe2O3、Ni/SiO2、Pt/MgO、Pt/Al2O3、Pt/CeO2、Pt/TiO2、Pt/Fe2O3、Pt/SiO2、NiPt/MgO、NiPt/Al2O3、NiPt/CeO2、NiPt/TiO2、NiPt/Fe2O3和NiPt/SiO2中的任意一种或更多种；
在本申请提供的一种实施方式中，所述MgO、Al2O3、CeO2、TiO2、Fe2O3、SiO2为载体，Ni元素和Pt元素为活性组分，活性组分并附着在载体上，按最终重整催化剂的重量含量计，活性组分中的Pt元素占载体重量的1％至3％，活性组分中的Ni元素占载体重量的5％至20％。
在本申请提供的一种实施方式中，所述重整催化剂的平均粒径为0.45mm至2mm。
在本申请提供的一种实施方式中，所述重整反应器的进气端(气炉系统)，除了可以通入含甲烷可燃气外，在需要时还可以调节重整反应器氛围，例如通入H2、水蒸气、CO2或O2，用来活化或再生重整反应的催化剂、提高重整反应器效率以及调节重整反应器内气体配比。
在本申请提供的一种实施方式中，所述重整反应器的进气端(气炉系统)，除了可以通入含甲烷可燃气外，在需要时还可以调节重整反应器氛围，例如通入H2、水蒸气、CO2或O2，用来活化或再生重整反应的催化剂、提高重整反应器效率以及调节重整反应器内气体配比。
又一方面，本申请提供了一种化学链制氢工艺方法，使用上述的装置，包括如下步骤：
首先，含甲烷的可燃气和CO2进行重整生成重整气；
其次，所述重整气将载氧体还原，而后，将载氧体与水蒸气反应制氢，此时载氧体被彻底氧化待还原，完成一次循环；
或，
其次，所述重整气将载氧体还原，而后，将载氧体与水蒸气反应制氢，最后将载氧体进一步氧化，此时载氧体被彻底氧化待还原，完成一次循环；
在本申请提供的一种实施方式中，所述CO与载氧体反应后生成的CO2参与所述含甲烷的可燃气重整，所述H2与载氧体反应后生成的H2O与所述载氧体与水蒸气反应制氢；
在本申请提供的一种实施方式中，重整反应、载氧体还原反应、水蒸气制氢反应、载氧体氧化反应分别在不同的反应器中进行。
在本申请提供的一种实施方式中，所述载氧体还原反应、所述水蒸气制氢反应和所述载氧体氧化反应的反应温度为570℃至1000℃；
在本申请提供的一种实施方式中，载氧体还原反应、所述水蒸气制氢反应和所述载氧体氧化反应的反应压力为常压至3MPa。
对于制氢反应器，水蒸气流量和空气流量不需要特殊标定，因为这两个反应不受动力学控制。
在本申请提供的一种实施方式中，所述重整反应的反应温度为500℃至1000℃；
在本申请提供的一种实施方式中，所述重整反应的反应压力为常压；
在本申请提供的一种实施方式中，所述含甲烷可燃气的流量质量空速为6L g-1h-1至12L g-1h-1；
在本申请提供的一种实施方式中，所述含甲烷可燃气包括沼气、生物质热解气、煤基合成气和天然气中的任意一种或更多种；
在本申请提供的一种实施方式中，所述含甲烷可燃气中CO2体积分数为10vol.％至80vol.％，甲烷的体积分数为20％至70％；
在本申请提供的一种实施方式中，余量气体包括H2、CO、C2H4和C2H6中的任意一种或更多种，优选地，所述C2H4和C2H6的一种或两种的体积分数小于5vol.％。本申请提供了一种制备高纯氢气的装置，所述反应器以含甲烷的可燃气为原料，所述制备高纯氢气的装置包括制氢反应器；
本申请提供的一种生物质燃气重整耦合化学链制备高纯绿氢的装置及方法，达到如下技术效果：
1、含甲烷可燃气直接进入重整反应器，利用重整催化剂将CH4和CO2转换成合成气，在重整反应器CH4和CO2转化率分别达到95％和90％以上。同时避免了载氧体积碳而导致氢气纯度降低的问题。
2、重整后的燃料气主要以合成气(H2和CO)为主，其与载氧体反应速率远大于甲烷，因此耦合工艺反应效率大大提高，同时在化学链制氢反应器制得的含H2产物，经简单冷凝除水后即可得到高纯H2(纯度≥99％)，无需复杂的气体净化装置，操作简单，制氢成本低。此外，能够实现深度还原，实际产氢量约等于载氧体理论产氢量(0.37m3/kg-Fe2O3)。
3、载氧体还原、水蒸气制氢和载氧体氧化阶段在空间上被分离，可以避免载氧体还原阶段产生的CO2(纯度≥99％)被稀释，保证系统具有高的碳捕集效率；
4、本申请在利用CH4、H2和CO的同时，将部分CO2转换为CO利用，同时又进行了CO2的捕集，本申请制备的高纯氢具有低碳的特点；
5、化学链制氢反应器在得到目标产物的同时出口尾气均进入余热回收单元进行余热回收，提高了系统的能源效率。
6、各反应器条件独立控制，操作灵活，效率高，运行安全可靠。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为一种含甲烷可燃气重整耦合化学链制备高纯氢气装置的示意图。
图1中，附图标记如下：A-含甲烷可燃气重整反应器；B-化学链制氢反应器；C-余热回收单元；101-固定床重整反应器；102-含甲烷燃气输送管道；103-氮气或空气或水蒸气或CO2输送管；104-氢气输送管；105-含甲烷可燃气进口控制阀；106-氮气或空气或水蒸气或CO2进口控制阀；107-氢气进口控制阀；108-含甲烷可燃气重整后尾气控制阀；109-含甲烷可燃气重整后气体输送管道；110-固定床重整反应器尾气控制阀；111-固定床重整反应器尾气排放管；
201-固定床反应器I；202-固定床反应器II；203-固定床反应器III；204-水蒸气进口总管；205-空气进口总管；206-固定床反应器I空气进口控制阀；207-固定床反应器I水蒸气进口控制阀；208-固定床反应器I重整气进口控制阀；209-固定床反应器II空气进口控制阀；210-固定床反应器II水蒸气进口控制阀；211-固定床反应器II重整气进口控制阀；212-固定床反应器III空气进口控制阀；213-固定床反应器III水蒸气进口控制阀；214-固定床反应器III重整气进口控制阀；
215-固定床反应器Ⅰ空气氧化阶段尾气控制阀；216-固定床反应器Ⅰ水蒸气氧化产氢阶段尾气控制阀；217-固定床反应器Ⅰ载氧体还原后尾气控制阀；218-固定床反应器II空气氧化阶段尾气控制阀；219-固定床反应器II水蒸气氧化产氢阶段尾气控制阀；220-固定床反应器II载氧体还原后尾气控制阀；221-固定床反应器III空气氧化阶段尾气控制阀；222-固定床反应器III水蒸气氧化产氢阶段尾气控制阀；223-固定床反应器III载氧体还原后尾气控制阀；224-载氧体还原阶段尾气输送管；225-水蒸气氧化产氢阶段尾气输送管；226-空气氧化阶段尾气输送管；
301-载氧体还原阶段余热回收单元；302-水蒸气氧化产氢阶段余热回收单元；303-载氧体空气氧化阶段余热回收单元；304-锅炉水进口总管；305-循环冷却水进口总管；306-冷凝水出口总管；307-尾气排放管；308-H2输送管；309-CO2输送管；310-余热回收装置蒸汽总管；311-循环冷却水出口总管。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明一个优选的实施方式中，一种含甲烷可燃气重整耦合化学链制备高纯氢的装置，包括含甲烷可燃气重整反应器A、化学链制氢反应器B和余热回收单元C；
具体流程：
步骤1：首先打开阀门106和110，其余阀门保持关闭，由管路103通入氮气或其他惰性气氛气体，在惰性气氛下使固定床重整反应器101升温到适当温度500℃至1000℃并维持这一温度，温度恒定后关闭阀门106，打开阀门107通入氢气，对催化剂进行活化，活化结束后关闭107阀门，继续通入氮气进行吹扫。与此同时，固定床反应器I、II、III开始升温到恒定570℃至1000℃，并维持这一温度。
步骤2：2.1)打开阀门105、108、208和217，关闭其余所有阀门，由102管路将含甲烷可燃气通入固定床重整反应器101中，固定床重整反应器101重整后的气体由管路109输送到固定床反应器I 201进行载氧体还原反应(此时载氧体中的氧参与反应，反应生成的尾气可以通过将生成的水蒸汽进行冷凝捕集纯CO2)；载氧体还原反应结束后(即，重整气开始穿透床层时)关闭阀门208和217；
2.2)打开阀门207、216、211和220，此时在固定床反应器I201中发生水蒸气氧化产氢反应(反应尾气可以通过冷凝收集高纯氢)，同时固定床反应器II202中发生载氧体还原反应；201中的蒸汽氧化产氢反应和202中的载氧体还原反应结束时，关闭阀门207、216、211和220；
2.3)打开阀门206、215、210、219、214和223，固定床反应器I201中的空气氧化反应、固定床反应器II202中的蒸汽氧化产氢反应和固定床反应器III203中的载氧体还原反应结束时，关闭阀门206、215、210、219、214和223；
2.4)打开阀门208、217、209、218、213和222，固定床反应器I201进入下一个循环开始发生载氧体还原反应，此时固定床反应器II202发生空气氧化反应，固定床反应器III203发生水蒸气氧化产氢反应，反应结束时关闭阀门208、217、209、218、213和222。
2.5)打开阀门207、216、211和220、212和221，固定床反应器I201开始下一个循环的水蒸气氧化产氢反应，此时固定床反应器II202发生载氧体还原反应，固定床反应器III203发生空气氧化反应，反应结束时关闭阀门207、216、211和220、212和221。
通过重复步骤2，在同一时刻通过进气端气路控制系统和尾气短气路切换系统控制固定床反应器201、202和203分别处于载氧体还原反应、水蒸气氧化产氢反应和载氧体空气氧化反应中的任一反应，且统一时刻下不同的反应器进行的反应不同，即可保证连续产氢。
在进行步骤2的同时载氧体还原阶段余热回收单元301、水蒸汽氧化产氢阶段余热回收单元302、载氧体空气氧化阶段余热回收单元303对余热进行回收。
含甲烷可燃气通过重整反应器和化学链制氢反应器可实现连续高纯氢制备，降低了传统制氢工艺中复杂的提纯过程，同时实现了CO2捕集和余热回收，提高了系统的能源效率。
实施例一
本实施例提供了一种含甲烷可燃气重整耦合化学链制备高纯氢的方法和含甲烷可燃气重整催化剂，如图1所示，先将含甲烷可燃气在固定床重整反应器中重整，然后将重整气作为化学链制氢反应器的燃料制备高纯氢，具体方法如下：
本发明中重整催化剂制备具体为：首先测定商用MgO粉末的吸水率为4.72mL/gMgO。按照Pt：(Pt+Ni+MgO)的质量百分比1％，Ni：(Pt+Ni+MgO)质量百分比为10％，称取相应的六水合硝酸镍和氯铂酸，与相对应的去离子水配成溶液，溶解完成后将盐溶液与MgO粉末在室温下混合，并用玻璃棒不断搅拌2-4小时，然后在室温老化24h后在105℃条件下干燥24h，最后于马弗炉空气气氛中850℃焙烧4小时，待冷却、研磨后，得到Pt-Ni/MgO催化剂，所述重整催化剂的平均粒径为0.45mm至2mm。
本实施例中，铁基载氧体为氧化铁(三氧化二铁，纯度99％，平均粒径在1mm至10mm)；铁剂载氧体填充在固定床反应器I、固定床反应器II、固定床反应器III中。
将本发明中的Pt-Ni/MgO催化剂填充到固定床重整反应器101中，打开阀门106和110通入氮气维持反应器惰性气氛，其余阀门保持关闭状态下将固定床重整反应器101升温到850℃；温度恒定后关闭阀门106打开阀门107通入氢气将催化剂活化1h；关闭阀门107，打开阀门106吹扫30min，与此同时将固定床反应器I201、固定床反应器II202和固定床反应器III203升温到850℃，待温度恒定后，打开阀门105、108、208和217，关闭其余所有阀门，由102管路将沼气(沼气中，CH4体积分数为45％，CO2的体积分数为55％)通入固定床重整反应器101中，流量为60L/h(使得含甲烷可燃气的流量质量空速在6-12L g-1h-1)；制得的重整气由含甲烷可燃气重整后气体输送管道109进入固定床反应器I201，与铁基载氧体反应，反应温度为850℃，反应产生的CO2和水蒸气经载氧体还原阶段尾气输送管224，此时固定床反应器I进入载氧体还原阶段。余热回收单元301进行热量回收，再通过气液分离器纯的CO2进入输送管309。
待固定床反应器I201载氧体还原反应结束后，通过进气端和尾气端气路控制系统关闭阀门208和217，打开阀门207、216、211和220，将重整气通入固定床反应器II202，固定床反应器II进入载氧体还原阶段，来自水蒸气进口总管204的水蒸气通入固定床反应器I201，流量为10g/min；固定床反应器II202产生的CO2和水蒸气经载氧体还原阶段尾气输送管224进入载氧体还原阶段余热回收单元301进行热量回收，再通过气液分离器纯的CO2进入CO2输送管309；固定床反应器I201产生的氢气和水蒸气通过水蒸气氧化产氢阶段尾气输送管225，固定床反应器I进入水蒸气氧化产氢阶段余热回收单元302进行热量回收，再通过冷凝除水后的高纯氢进入H2输送管308。
待固定床反应器I201和固定床反应器II202反应结束后，关闭阀门207、216、211和220，打开阀门206、215、210、219、214和223，空气由空气进口总管205以流量为5L/min进入固定床反应器I201，水蒸气由水蒸气进口总管204以流量为10g/min进入固定床反应器II202，来自固定床重整反应器101的重整气由含甲烷可燃气重整后气体输送管道109进入固定床反应器III203。通过进气端气路切换系统和尾气端气路切换系统的控制，固定床反应器III进入载氧体还原阶段，固定床反应器II进入水蒸气氧化产氢阶段，固定床反应器I进入载氧体空气氧化阶段。固定床反应器I201中的载氧体空气氧化反应后的尾气进入尾气输送管226。空气氧化阶段余热回收单元303进行热量回收，尾气进入尾气排放管307。
固定床反应器I201、固定床反应器II202、固定床反应器III203依次连续经历氧载体还原-水蒸汽氧化-空气氧化阶段，保证系统连续地产出高纯氢气(固定床反应器I、II和III中的压力维持在常压到3MPa)。
本实施例中管路102、103、104可以被视为第一进气管路，管路111和管路109可以被视为第一排气管路。管路109、204、205可以被视为第二进气管路、管路224、225和226可以被视为第二排气管路。
本实施例中，CO2输送管309收集的CO2可以用于含甲烷可燃气重整反应，也可以直接封存，实现CO2捕集；收集到的冷凝水可以用于水蒸气氧化制氢反应。
本实施例整套工艺中，含甲烷可燃气用来提供能量。实现了在制备高纯度氢气的同时进行CO2捕集。如果使用其它方式还原载氧体会导致额外的碳排放。
本实施例中，产生的氢气由H2输送管308流出，氢气输出流量在8L/h，通过在线气相色谱进行在线分析，结果如下表：
表1含甲烷可燃气重整耦合化学链制备高纯氢的条件和结果
实施例2
本实施例与实施例1以同样过程制氢，区别仅在于在不经过第三步空气氧化载氧体的条件下制备氢气。
表2实施例1和实施例2的技术效果对比
工艺
还原反应器尾气冷却后的组成
工艺吸放热状况
实施例1
100％CO<sub>2</sub>
能量自持
实施例2
11％的CO、H<sub>2</sub>、CH<sub>4</sub>和89％CO<sub>2</sub>
需额外提供能量
从实施例1和实施例2的对比可以看出，当载氧体为铁时，需要将铁进一步氧化，才能获得更好的技术效果；而使用例如钼、锗、钨作为载氧体，则无需进一步对载氧体氧化的操作；
水蒸气氧化后只能产生Fe3O4，Fe3O4再去与重整气反应时部分重整气不参与还原反应，导致燃料的浪费，还会产生的CO2，CO2中还含有其他杂质，不能实现100％CO2的捕集，因此需要进一步氧化来实现载氧体的再生；此外空气氧化是强放热反应，在一定的条件下，体系产生的能量可以为整个工艺提供所需能量，达到能量自持的效果。
对比例1
本对比例1与实施例1制氢过程相同，区别仅在于本对比例不涉及重整工艺直接将沼气通入制氢反应器。
表3实施例1和对比例1的技术效果对比
氢气纯度
氢气中杂质
实施例1
大于99％
检测线以下
对比例1
＜95％
CO、CO<sub>2</sub>
测试例：
本申请实施方案和目前大规模制氢技术的CO2排放对比情况如下：
现有技术：重整反应+高低温转换反应+PSA(变压吸附制氢)
1mol CH4和1mol CO2反应产生2mol H2和2mol CO(重整反应)，产生的CO通过水煤气反应转换(高低温转换反应)，2mol CO需要2mol H2O(g)产生2mol H2和2molCO2，反应共产生4mol H2。
其中1mol CH4和1mol CO2反应需要246.805kJ的能量，2mol CO和2H2O(g)反应放出83.3kJ的能量。利用醇胺吸收法，吸收1mol CO2需160kJ的能量，那么产生的2mol CO2需要320kJ，反应共需246.805+320-82.3＝484.505kJ的能量；若这些能量由CH4燃烧来提供(1molCH4燃烧提供803kJ能量)，CH4燃烧热效率为80％，那么484.505/0.8/803＝0.75mol的CH4，同时产生0.75mol的CO2，因此，共产生CO2的量为0.75mol。
本申请提供的技术方案
水蒸气H2O生产4mol H2需要3mol Fe单质，同时产生1mol Fe3O4，并释放148.47kJ(水蒸气制氢反应)。
假设重整完全转化，并且重整气CO和H2还原的氧化铁(Fe2O3)的量一样，则CO和H2各需还原生成1.5mol Fe。CO和H2分别还原氧化铁(Fe2O3)产生两份1.5mol Fe，需要2.25molCO和2.25mol H2，CO还原氧化铁(Fe2O3)释放18.75kJ热量，H2还原氧化铁(Fe2O3)需要提供73.2885kJ热量；2.25mol的CO和2.25mol的H2需要重整1.125mol CH4和1.125mol CO2，并需要277.66kJ热量(载氧体还原反应)。1mol Fe3O4燃烧生成氧化铁(Fe2O3)释放118.99kJ的热量(载氧体氧化反应)。整个过程需要277.66+73.2885-18.75-148.47-118.99＝64.7385kJ的能量。若这个热量由CH4燃烧提供(1molCH4燃烧提供803kJ能量)，燃烧热效率为80％，那么需要64.7385/0.8/803＝0.100776mol CH4，同时释放等摩尔CO2。那么整个过程释放CO2的量为＝0.1mol CO2。
即，实施例1的碳排放为0.55kgCO2/kg H2；对比方案(重整+高低温转换+PSA)的碳排放量为4.125kgCO2/kg H2。显著降低了制备碳排放。
通过上述结果可知，本发明提供了一种含甲烷可燃气重整耦合化学链制备高纯氢的方法，工艺流程简单，净化后的生物质燃气通过重整反应器重整以后，在化学链制氢反应器可以获得高纯氢，无需复杂的气体净化装置，过程热量能够实现自持，制氢成本低；由于利用固体载氧体传输氧，可避免载氧体还原产生的CO2被稀释，保证系统较高的碳捕集效率，因此本发明制备的氢气具有低碳的特点。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
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