CN104229798B - 链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，包括燃料反应器、制氢反应器、空气反应器、气固分离器、分隔板、第一料腿、返料立管和第二料腿；燃料反应器固定连接在空气反应器的上部，制氢反应器固定连接在空气反应器的下部，气固分离器固定连接在空气反应器的上部；空气反应器和燃料反应器通过第一料腿相连通；燃料反应器和制氢反应器通过返料立管相连通；制氢反应器的底部和空气反应器的底部通过第二料腿和卷吸孔相连通。该装置有效解决了三联反应器间的气体窜混，且集成度高、结构简单、热量传递利用效率高，易于实现大型化。本发明还公开了该装置的工作方法，该方法可高效低能耗的通过链式循环反应制氢协同分离二氧化碳。

Description

链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及能源转化及环境保护技术领域，具体来说，涉及一种链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置及其工作方法。

技术背景

氢能是一种高效、清洁的能源，具有无污染、可储存、燃烧热值高等特点，还具有可调节补偿其它一次能源的功能，随着能源危机与环境污染的日益严重，在未来可持续能源***中，可望成为与电力并重互补的主要终端能源，被公认为是未来最有潜力的能源载体之一。目前氢能主要通过煤、石油、天然气等化石燃料获取，制氢技术主要包括煤气化制氢、天然气重整制氢、电解水制氢等。然而，实践研究表明，上述制氢技术存在工艺复杂、能耗成本高、制氢效率低的问题。在此背景下，开发高效、低成本的新型制氢工艺对于能源与环境的可持续发展至关重要。

化学链循环反应制氢技术是近年来发展起来的一种高效、环保型的新型制氢技术，被认为是当前世界上最有潜力的制氢技术之一，它将新型的化学链燃烧技术与传统的水蒸汽-铁法制氢工艺有机结合，在实现高纯度氢气制取的同时实现高效、低能耗的二氧化碳分离，应用前景非常看好。化学链循环反应制氢***由燃料反应器、制氢反应器和空气反应器组成，铁基载氧体依次循环通过三个反应器完成载氧体的还原、制氢和氧化循环反应过程。为了实现高纯氢气制取的同时低能耗分离二氧化碳，各反应器内的流动与反应必须达到优化匹配，同时要解决三联反应器之间的气体窜混问题，而这与反应器***的设计和选型密切相关。目前的链式循环制氢反应器***主要采用外循环回路的结构，即三个反应器之间各自相互独立，通过单独的返料***实现铁基载氧体在三个反应器之间的循环。该种反应器***的设计型式存在结构繁琐、操作复杂、载氧体循环控制难、各反应器间的热量传递利用效率低等问题，而且装置本身集成度低、成本高、占地面积大，不利于建造和运行成本的控制以及装置的大型化。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，该装置具有燃料燃烧效率高、氢气纯度高和二氧化碳捕集率高的优良性能。同时还提供该装置的工作方法，该方法可高效、低能耗的通过链式循环反应制氢协同分离二氧化碳。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，该装置包括燃料反应器、制氢反应器、空气反应器、气固分离器、分隔板、第一料腿、返料立管和第二料腿；燃料反应器固定连接在空气反应器的上部，制氢反应器固定连接在空气反应器的下部，燃料反应器和制氢反应器均位于空气反应器的外侧，且燃料反应器、制氢反应器和空气反应器同轴设置；气固分离器固定连接在空气反应器的上部；分隔板的顶端固定连接在燃料反应器的内壁面上，分隔板的底端与第一料腿的顶端连接，第一料腿的底端和燃料反应器的底面之间有空隙，第一料腿位于空气反应器的外侧；空气反应器和燃料反应器通过第一料腿相连通；燃料反应器和制氢反应器通过返料立管相连通；空气反应器的下部壁面设有卷吸孔，第二料腿固定连接在制氢反应器的底面上，第二料腿位于卷吸孔的外侧，制氢反应器的底部和空气反应器的底部通过第二料腿和卷吸孔相连通；燃料反应器底部设有气体燃料入口，燃料反应器侧部设有用于排放燃料反应器中气体产物的第一产物出口，燃料反应器的顶部设有用于排放空气反应器中气体产物的第二产物出口；制氢反应器底部设有水蒸气入口，制氢反应器的侧部设有氢气出口；空气反应器底部设有空气入口。

进一步，所述的燃料反应器、制氢反应器、空气反应器、第一料腿、第二料腿和返料立管中盛有载氧体颗粒，燃料反应器与空气反应器之间通过堆积在第一料腿内的载氧体颗粒进行密封；燃料反应器与制氢反应器之间通过返料立管中的载氧体颗粒进行密封；制氢反应器与空气反应器之间通过堆积在第二料腿内的载氧体颗粒进行密封；返料立管、第一料腿和第二料腿内载氧体颗粒的充满度通过进入燃料反应器、制氢反应器和空气反应器内的气体流量进行调节。

进一步，所述的燃料反应器、制氢反应器和空气反应器的底部均布置风室、布风板和排渣管。

进一步，所述的返料立管为四根，且以空气反应器为中心，均匀布设在空气反应器的周边。

进一步，所述的卷吸孔以空气反应器中心轴为中心，采用圆形阵列对称式布置。

进一步，所述的第二料腿的高度为卷吸孔至制氢反应器底面高度的3~5倍。

进一步，所述的分隔板、第一料腿和第二料腿均以空气反应器为中心，呈同轴圆环形结构。

进一步，所述的气固分离器为斗笠型惯性分离器；所述的燃料反应器和制氢反应器运行方式均为鼓泡流化床；所述的空气反应器的运行方式为快速流化床。

一种上述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置的工作方法，该工作方法包括以下过程：

第一步：分离和收集二氧化碳：首先将燃料反应器加热到850~1000℃，将气体燃料从燃料反应器的气体燃料入口通入燃料反应器中，气体燃料与位于燃料反应器内的铁基载氧体颗粒中的三氧化二铁发生反应，生成二氧化碳和水蒸气的混合物，铁基载氧体颗粒被还原成氧化亚铁或单质铁颗粒；该气体混合物通过燃料反应器的第一产物出口排出，并经过冷凝后，得到纯的二氧化碳气体，实现二氧化碳的富集；

第二步：制取氢气：氧化亚铁或单质铁颗粒通过返料立管进入制氢反应器中；将水蒸气通过制氢反应器的水蒸气入口通入制氢反应器中，氧化亚铁或单质铁和水蒸气反应生成氢气，将该氢气通过制氢反应器的氢气出口排出，实现高纯氢气的制取，同时氧化亚铁或单质铁颗粒被氧化生成四氧化三铁颗粒；

第三步：铁基载氧体颗粒的氧化再生：将空气通过空气反应器的空气入口通入到空气反应器中，位于制氢反应器中的四氧化三铁颗粒通过第二料腿和卷吸孔，被空气卷吸进入空气反应器中，并与空气发生完全氧化反应，生成三氧化二铁颗粒，经过气固离器分离和第一料腿，三氧化二铁颗粒再次进入燃料反应器中。

进一步，所述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置的工作方法，还包括第四步：返回第一步，实现循环制氢和分离二氧化碳，直至停止工作。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

（1）本发明三联反应器采用同轴圆环形设计，由于空气反应器内的反应为强放热反应，空气反应器内释放的大量热量可以通过管壁传递到燃料反应器和制氢反应器内，为两个反应器提供反应所需的热量。同时，与现有的外循环回路式制氢反应器***相比，可以明显提高整个***的热量传递利用效率。

（2）现有外循环回路式链式制氢反应器***一般采用控制阀或者固体返料阀等机械式构件实现三联反应器之间的密封，该种方式具有结构繁琐、操作复杂、颗粒循环量控制难等缺点。本发明采用载氧体床料作为密封“构件”，通过调节进入燃料反应器、制氢反应器和空气反应器内的气体流量，可以保证返料立管、第一料腿和第二料腿中载氧体颗粒的充满度，在满足三联反应器内还原——制氢——氧化反应的同时，较易实现了三联反应器间的密封以及载氧体颗粒循环量的控制，具有操作灵活、调控简便的特点。

（3）与传统的旋风分离器相比，本发明中采用的斗笠型惯性气固分离器，具有阻力小、结构简单易于布置、造价低等优点。

（4）与目前普遍采用的外循环回路的结构相比，本发明三联反应器装置采用同轴圆环形流化床，具有结构紧凑、***集成度高、占地面积小、易于实现建造和运行成本的控制以及装置的大型化等特点，具有良好的工业应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中包括：燃料反应器1，制氢反应器2，空气反应器3，气固分离器4，分隔板5，第一料腿6，返料立管7，卷吸孔8，第二料腿9，气体燃料入口A，水蒸气入口B，空气入口C，第一产物出口D，氢气出口E，第二产物出口F。

具体实施方式

下面将参照附图并通过实例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的一种链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，包括燃料反应器1、制氢反应器2、空气反应器3、气固分离器4、分隔板5、第一料腿6、返料立管7和第二料腿9。燃料反应器1固定连接在空气反应器3的上部，制氢反应器2固定连接在空气反应器3的下部，燃料反应器1和制氢反应器2均位于空气反应器3的外侧，且燃料反应器1、制氢反应器2和空气反应器3同轴设置。气固分离器4固定连接在空气反应器3的上部。分隔板5的顶端固定连接在燃料反应器1的内壁面上，分隔板5的底端与第一料腿6的顶端连接，第一料腿6的底端和燃料反应器1的底面之间有空隙，第一料腿6位于空气反应器3的外侧；空气反应器3和燃料反应器1通过第一料腿6相连通。燃料反应器1和制氢反应器2通过返料立管7相连通；空气反应器3的下部壁面设有卷吸孔8，第二料腿9固定连接在制氢反应器2的底面上，第二料腿9位于卷吸孔8的外侧，制氢反应器2的底部和空气反应器3的底部通过第二料腿9和卷吸孔8相连通。燃料反应器1底部设有气体燃料入口，燃料反应器1侧部设有用于排放燃料反应器1中气体产物的第一产物出口，燃料反应器1的顶部设有用于排放空气反应器3中气体产物的第二产物出口；制氢反应器2底部设有水蒸气入口，制氢反应器2的侧部设有氢气出口。空气反应器3底部设有空气入口。

进一步，所述的燃料反应器1、制氢反应器2、空气反应器3、第一料腿6、第二料腿9和返料立管7中盛有载氧体颗粒，燃料反应器1与空气反应器3之间通过堆积在第一料腿6内的载氧体颗粒进行密封；燃料反应器1与制氢反应器2之间通过返料立管7中的载氧体颗粒进行密封；制氢反应器2与空气反应器3之间通过堆积在第二料腿9内的载氧体颗粒进行密封；返料立管7、第一料腿6和第二料腿9内载氧体颗粒的充满度通过进入燃料反应器1、制氢反应器2和空气反应器3内的气体流量进行调节。本发明三联反应器采用三重载氧体颗粒密封，防止各反应器间的气体窜混。返料立管7连接燃料反应器1和制氢反应器2，其顶端和底端均被埋没在两个反应器载氧体床层内，返料立管7内充满了来自燃料反应器1的载氧体颗粒。同样，第一料腿6和第二料腿9内部也充满载氧体颗粒。燃料反应器1和空气反应器3内的气体产物较易被上升气流分别携带至反应器的第一产物出口D和第二产物出口F，而制氢反应器2内的气体产物通过充满载氧体颗粒的返料立管7和卷吸***分别进入燃料反应器1和空气反应器3的阻力大，只能通过反应器上部侧面的氢气出口E排出，因而有效避免了燃料反应器1、制氢反应器2和空气反应器3之间的气体窜混。

进一步，所述的燃料反应器1、制氢反应器2和空气反应器3的底部均布置风室、布风板和排渣管。风室、布风板和排渣管为本领域常用技术。

进一步，所述的返料立管7为四根，且以空气反应器3为中心，均匀布设在空气反应器3的周边。均匀布设四根返料立管7，保证整个***内载氧体颗粒的良好循环和整个***的平稳运行。如果不采用均匀布置，则会对燃料反应器1和制氢反应器2内的载氧体颗粒产生扰动，影响***的稳定运行。

进一步，所述的卷吸孔8以空气反应器3中心轴为中心，采用圆形阵列对称式布置。卷吸孔8呈圆形阵列对称式布置，保证制氢反应器2底部的载氧体颗粒均匀进入空气反应器2内部，降低载氧体颗粒对空气反应器2内气流的扰动，从而使整个***能够平稳运行。

进一步，所述的第二料腿9的高度为卷吸孔8至制氢反应器2底面高度的3~5倍。这样设置，保证料腿9内有足够的载氧体颗粒，靠载氧体重力的作用压住由空气反应器3可能进入制氢反应器2内的气体，从而可以防止气体窜混，另外一个目的是该高度也能保证料腿9内有足够的颗粒进入空气反应器3。

进一步，所述的分隔板5、第一料腿6和第二料腿9均以空气反应器3为中心，呈同轴圆环形结构。气固分离器4为斗笠型惯性分离器。燃料反应器1和制氢反应器2运行方式均为鼓泡流化床。空气反应器3为快速流化床。燃料反应器1和制氢反应器2为鼓泡流化床型式，空气反应器3为快速流化床型式。这样，一方面是使各反应器内的流动与反应达到高度优化匹配，这是因为燃料反应器1和制氢反应器2内的反应与空气反应器3内的反应相比其反应速率很慢，采用鼓泡流化床型式可以显著提高气体的停留时间，进而提高制氢效率及二氧化碳捕集率，而空气反应器3内较快的氧化反应不需要较长的停留时间，采用快速流化床型式最佳，而且载氧体颗粒在空气反应器3内处于快速流化状态，有利于提高空气反应器3顶部的气固分离器4的分离效率；另一方面燃料反应器1和制氢反应器2为鼓泡流化床型式，有利于提高返料立管7、第一料腿6和第二料腿9内载氧体颗粒的充满度，可以有效防止反应器间气体窜混现象的发生。

上述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置的工作方法，包括以下过程：

第一步：分离和收集二氧化碳：首先将燃料反应器1加热到850~1000℃，将气体燃料从燃料反应器1的气体燃料入口通入燃料反应器1中，气体燃料与位于燃料反应器1内的铁基载氧体颗粒中的三氧化二铁发生反应，生成二氧化碳和水蒸气的混合物，铁基载氧体颗粒被还原成氧化亚铁或单质铁颗粒；该气体混合物通过燃料反应器1的第一产物出口排出，并经过冷凝后，得到纯的二氧化碳气体，实现二氧化碳的富集；

第二步：制取氢气：氧化亚铁或单质铁颗粒通过返料立管7进入制氢反应器2中；将水蒸气通过制氢反应器2的水蒸气入口通入制氢反应器2中，氧化亚铁或单质铁和水蒸气反应生成氢气，将该氢气通过制氢反应器2的氢气出口排出，实现高纯氢气的制取，同时氧化亚铁或单质铁颗粒被氧化生成四氧化三铁颗粒；

第三步：铁基载氧体颗粒的氧化再生：将空气通过空气反应器3的空气入口通入到空气反应器3中，位于制氢反应器2中的四氧化三铁颗粒通过第二料腿9和卷吸孔8，被空气卷吸进入空气反应器3中，并与空气发生完全氧化反应，生成三氧化二铁颗粒，经过气固离器4分离和第一料腿6，三氧化二铁颗粒再次进入燃料反应器1中。

进一步，所述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置的工作方法，还包括第四步：返回第一步，实现循环制氢和分离二氧化碳，直至停止工作。

本发明中，第一料腿6、第二料腿9和返料立管7将三个反应器隔开，铁基载氧体依次通过燃料反应器1、制氢反应器2和空气反应器3实现载氧体的还原——制氢——氧化循环反应过程。三个反应器内产生的气体产物通过各自的排出口排出。燃料反应器1出口产物为二氧化碳和水蒸气的混合物，经简单冷凝便得到富集的二氧化碳气体，制氢反应器2出口产物为高纯氢气，空气反应器3出口产物为贫氧空气。

本发明中，气体燃料（天然气等高品位能源，焦炉煤气、高炉煤气和通风瓦斯等低品位能源）从燃料反应器1底部通入，并与来自于第一料腿6的铁基载氧体颗粒发生还原反应，被还原的铁基载氧体颗粒经返料立管7进入制氢反应器2与水蒸气反应生成氢气，反应后的铁基载氧体颗粒经卷吸***卷吸进入空气反应器3发生氧化再生反应，颗粒则经气固分离器4分离后落入分隔板5和第一料腿6中，从而形成稳定的循环。

本发明中，载氧体依次经过燃料反应器1、制氢反应器2和空气反应器3完成载氧体的还原——制氢——氧化链式循环反应过程，实现高纯氢气制取的同时协同分离二氧化碳。在正常运行时，反应器***内加入一定量的铁基载氧体颗粒，其铁氧化物的形式为三氧化二铁。气体燃料通过燃料反应器1底部的布风板通入，一方面作为与载氧体反应的反应介质，另一方面作为载氧体颗粒的流化介质，保证载氧体颗粒的正常循环以及三联反应器之间的密封。气体燃料通入燃料反应器1后迅速被来自于第一料腿6的铁基载氧体颗粒加热到反应所需的温度，整个反应器***温度控制在850~1000℃范围内，气体燃料反应后生成气体产物二氧化碳和水蒸气的混合物，经燃料反应器的第一产物出口D排出，经简单冷凝后便得到纯的二氧化碳，铁基载氧体颗粒则“释氧”被还原成氧化亚铁或单质铁。还原性铁基载氧体颗粒通过返料立管7依靠重力作用降落到制氢反应器2的载氧体床层内，并与来自于制氢反应器底部的水蒸气入口B的水蒸气反应生成气体产物氢气，铁基载氧体中的氧化亚铁或单质铁被水蒸气氧化生成四氧化三铁，气体产物通过制氢反应器2上部侧面的氢气出口E排出，载氧体颗粒则在空气反应器3内部较高气速的吸力下通过第二料腿9和卷吸孔8进入空气反应器3，并与来自于空气反应器3底部的空气入口C的空气反应生成三氧化二铁，铁基载氧体重新“载氧”实现了其氧化再生的过程。贫氧空气通过空气反应器3上部的第二产物出口F排出，而载氧体颗粒在较高气速下撞击气固分离器4，在惯性作用力下回落到分隔板5和第一料腿6内，然后进入燃料反应器1，参与下一个还原——制氢——氧化循环反应过程。燃料反应器1、制氢反应器2和空气反应器3底部均设置有排渣管，在空气反应器3顶部设置有加料口，反应过程中部分失活的载氧体颗粒通过各自排渣管排出。同时，新鲜的载氧体颗粒通过加料口加入到反应器***内，以保持整个***的物料平衡。

Claims (9)

1.一种链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，其特征在于，该装置包括燃料反应器(1)、制氢反应器(2)、空气反应器(3)、气固分离器(4)、分隔板(5)、第一料腿(6)、返料立管(7)和第二料腿(9)；

燃料反应器(1)固定连接在空气反应器(3)的上部，制氢反应器(2)固定连接在空气反应器(3)的下部，燃料反应器(1)和制氢反应器(2)均位于空气反应器(3)的外侧，且燃料反应器(1)、制氢反应器(2)和空气反应器(3)同轴设置；气固分离器(4)固定连接在空气反应器(3)的上部；

分隔板(5)的顶端固定连接在燃料反应器(1)的内壁面上，分隔板(5)的底端与第一料腿(6)的顶端连接，第一料腿(6)的底端和燃料反应器(1)的底面之间有空隙，第一料腿(6)位于空气反应器(3)的外侧；空气反应器(3)和燃料反应器(1)通过第一料腿(6)相连通；

燃料反应器(1)和制氢反应器(2)通过返料立管(7)相连通；空气反应器(3)的下部壁面设有卷吸孔(8)，第二料腿(9)固定连接在制氢反应器(2)的底面上，第二料腿(9)位于卷吸孔(8)的外侧，制氢反应器(2)的底部和空气反应器(3)的底部通过第二料腿(9)和卷吸孔(8)相连通；

燃料反应器(1)底部设有气体燃料入口，燃料反应器(1)侧部设有用于排放燃料反应器(1)中气体产物的第一产物出口，燃料反应器(1)的顶部设有用于排放空气反应器(3)中气体产物的第二产物出口；制氢反应器(2)底部设有水蒸气入口，制氢反应器(2)的侧部设有氢气出口；空气反应器(3)底部设有空气入口。

2.根据权利要求1所述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，其特征在于，所述的燃料反应器(1)、制氢反应器(2)、空气反应器(3)、第一料腿(6)、第二料腿(9)和返料立管(7)中盛有载氧体颗粒，燃料反应器(1)与空气反应器(3)之间通过堆积在第一料腿(6)内的载氧体颗粒进行密封；燃料反应器(1)与制氢反应器(2)之间通过返料立管(7)中的载氧体颗粒进行密封；制氢反应器(2)与空气反应器(3)之间通过堆积在第二料腿(9)内的载氧体颗粒进行密封；返料立管(7)、第一料腿(6)和第二料腿(9)内载氧体颗粒的充满度通过进入燃料反应器(1)、制氢反应器(2)和空气反应器(3)内的气体流量进行调节。

3.根据权利要求1所述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，其特征在于，所述的燃料反应器(1)、制氢反应器(2)和空气反应器(3)的底部均布置风室、布风板和排渣管。

4.根据权利要求1所述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，其特征在于，所述的返料立管(7)为四根，且以空气反应器(3)为中心，均匀布设在空气反应器(3)的周边。

5.根据权利要求1所述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，其特征在于，所述的卷吸孔(8)以空气反应器(3)中心轴为中心，采用圆形阵列对称式布置。

6.根据权利要求1所述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，其特征在于，所述的第二料腿(9)的高度为卷吸孔(8)至制氢反应器(2)底面高度的3～5倍。

7.根据权利要求1所述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，其特征在于，所述的分隔板(5)、第一料腿(6)和第二料腿(9)均以空气反应器(3)为中心，呈同轴圆环形结构。

8.根据权利要求1至7中任何一项所述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置，其特征在于：所述的气固分离器(4)为斗笠型惯性分离器；所述的燃料反应器(1)和制氢反应器(2)运行方式均为鼓泡流化床；所述的空气反应器(3)的运行方式为快速流化床。

9.一种如权利要求1所述的链式循环反应制氢协同分离二氧化碳的装置的工作方法，其特征在于：该工作方法包括以下过程：

第一步：分离和收集二氧化碳：首先将燃料反应器(1)加热到850～1000℃，将气体燃料从燃料反应器(1)的气体燃料入口通入燃料反应器(1)中，气体燃料与位于燃料反应器(1)内的铁基载氧体颗粒中的三氧化二铁发生反应，生成二氧化碳和水蒸气的混合物，铁基载氧体颗粒被还原成氧化亚铁或单质铁颗粒；该气体混合物通过燃料反应器(1)的第一产物出口排出，并经过冷凝后，得到纯的二氧化碳气体，实现二氧化碳的富集；

第二步：制取氢气：氧化亚铁或单质铁颗粒通过返料立管(7)进入制氢反应器(2)中；将水蒸气通过制氢反应器(2)的水蒸气入口通入制氢反应器(2)中，氧化亚铁或单质铁和水蒸气反应生成氢气，将该氢气通过制氢反应器(2)的氢气出口排出，实现高纯氢气的制取，同时氧化亚铁或单质铁颗粒被氧化生成四氧化三铁颗粒；

第三步：铁基载氧体颗粒的氧化再生：将空气通过空气反应器(3)的空气入口通入到空气反应器(3)中，位于制氢反应器(2)中的四氧化三铁颗粒通过第二料腿(9)和卷吸孔(8)，被空气卷吸进入空气反应器(3)中，并与空气发生完全氧化反应，生成三氧化二铁颗粒，经过气固分离器(4)分离和第一料腿(6)，三氧化二铁颗粒再次进入燃料反应器(1)中；

第四步：返回第一步，实现循环制氢和分离二氧化碳，直至停止工作。