[發(fā)明專利]單一流化床二步法生物質(zhì)氣化制取氫氣的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910033191.0
• 申請(qǐng)日: 2009-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN101570315A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王立群;王同章
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B3/50
• 分類號(hào): C01B3/50;C01B3/32
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源領(lǐng)域，涉及一種單一流化床二步法生物質(zhì)氣化制取氫氣的方法及裝置。

背景技術(shù)

能源是人類社會(huì)生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，化石資源的過度消耗引發(fā)石油短缺和氣候變暖，已成為影響人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展的重大問題，尋找石油替代產(chǎn)品成為全球共識(shí)。生物質(zhì)能源具有環(huán)境友好和可再生性，在滿足未來(lái)社會(huì)能源需求，特別是交通燃料需求中將起重要作用。氫是公認(rèn)的理想的未來(lái)清潔能源載體，尋求大規(guī)模、清潔和廉價(jià)的生物質(zhì)制氫技術(shù)是石油燃料替代的一個(gè)重要方向。生物質(zhì)制氫主要包括熱化學(xué)過程和生物過程，生物質(zhì)利用微生物的光解和發(fā)酵，由于效率低、酶降解困難，還難于進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。而生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法制氫由于和傳統(tǒng)化石類制氫方法較接近，效率高的特點(diǎn)，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，有利于制氫成本的降低，是目前重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)和非常可行的制氫方法。本發(fā)明是涉及該領(lǐng)域的一種制氫方法。但是目前單獨(dú)生物質(zhì)熱解氣化制備氫氣過程中，低溫下生成的大量焦油已成為影響燃?xì)赓|(zhì)量和氫含量的一個(gè)重要因素，因此采取以水蒸氣為氣化劑、高溫氣化以及增加催化劑等氣化工藝是目前國(guó)外生物質(zhì)氣化制氫技術(shù)研究發(fā)展的方向。如200310108667.5專利，它采用雙流化床，即一臺(tái)流化床燃燒爐，一臺(tái)流化床氣化爐，將煤或生物質(zhì)以及CaO加入，用水蒸汽做氣化劑在氣化爐內(nèi)氣化，用氧在燃燒爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，物料通過兩臺(tái)爐子之間的物料輸送裝置進(jìn)行循環(huán)，這樣就實(shí)現(xiàn)CaO在氣化爐定向氣化來(lái)制取氫氣，同時(shí)CaO與CO₂經(jīng)碳酸化反應(yīng)產(chǎn)生CaCO₃，然后通過物料輸送裝置進(jìn)入燃燒爐進(jìn)行燃燒和煅燒反應(yīng)，CaCO₃又煅燒生成CaO后又被送入氣化爐作為CO₂的接受體。這樣就實(shí)現(xiàn)了CaO的循環(huán)再生。又如200410064682.9專利，它和200310108667.5專利基本原理是相似的，都是采用雙流化床，只是它的物料輸送系統(tǒng)采用了除塵器，作為實(shí)現(xiàn)物料在兩個(gè)爐子之間的循環(huán)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了CaO的循環(huán)再生。但是由于熱載體數(shù)量和溫度的限制，一般熱解氣化床的溫度不能很高，因而氣化效率較低，另一方面由于運(yùn)行時(shí)焦炭和熱載體都在高溫下進(jìn)行循環(huán)，難以定量控制，容易發(fā)生床溫變化和不穩(wěn)定，這些原因限制了雙床氣化法的實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種單一流化床二步法生物質(zhì)氣化制取氫氣的裝置及方法，其將生物質(zhì)的催化熱解氣化過程和生物質(zhì)的燃燒過程在同一流化床中依次交替進(jìn)行，以制取富氫氣體的裝置和方法。用該方法能實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)投資省、運(yùn)行成本低、自動(dòng)化程度高的規(guī)模化制氫目的。

實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)方案為：以生物質(zhì)為原料，并加入碳酸鹽體系的催化劑碳酸鈣/碳酸鎂在流化床中發(fā)生反應(yīng)，生物質(zhì)氣化過程分為兩個(gè)過程：生物質(zhì)的燃燒過程與生物質(zhì)熱解氣化過程。兩個(gè)過程依次交替進(jìn)行工作，其中燃燒過程是向流化床內(nèi)加入催化劑碳酸鈣/碳酸鎂顆粒，同時(shí)供入空氣，這時(shí)爐內(nèi)吸附在碳酸鈣/碳酸鎂顆粒表面上的積炭和空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，可使失活的催化劑得以再生，同時(shí)焦炭顆粒使碳酸鈣/碳酸鎂顆粒在流化床中發(fā)生煅燒反應(yīng)，釋放出二氧化碳，碳酸鈣/碳酸鎂顆粒則煅燒成氧化鈣/氧化鎂，使床層溫度迅速升高，當(dāng)床層溫度升至預(yù)定溫度時(shí)停止向爐內(nèi)供入空氣，燃燒過程結(jié)束。轉(zhuǎn)入氣化過程，這時(shí)向流化床供入水蒸氣和生物質(zhì)，煅燒再生后的高溫氧化鈣/氧化鎂顆粒和加入的生物質(zhì)在流化狀態(tài)下，在水蒸氣作用下發(fā)生熱解氣化反應(yīng)及焦油的催化裂解反應(yīng)，生成焦炭顆粒，同時(shí)氧化鈣/氧化鎂和氣相產(chǎn)物中的二氧化碳進(jìn)行固化反應(yīng)生成碳酸鈣/碳酸鎂，以獲得焦油含量極低的富氫氣體，床層溫度迅速下降。當(dāng)溫度下降到預(yù)定溫度，停止向床內(nèi)供入水蒸氣，氣化過程結(jié)束，流化床又重新進(jìn)入燃燒過程。這樣生物質(zhì)氣化和燃燒兩個(gè)過程在同一流化床氣化爐中交替往復(fù)進(jìn)行工作，與此同時(shí)催化劑碳酸鈣/碳酸鎂也在同一個(gè)爐子內(nèi)實(shí)現(xiàn)了循環(huán)再生，最終達(dá)到制取富氫氣體的目的。制取出來(lái)的富氫氣體經(jīng)過煤氣洗滌、凈化裝置脫除粉塵、焦油、H₂S、KCl等后，進(jìn)入CO變換裝置，將CO變換成H₂和CO₂，再通過精脫硫塔進(jìn)一步脫硫，脫硫結(jié)束后經(jīng)過煤氣壓縮機(jī)加壓至0.8MPa(該壓力可根據(jù)需要調(diào)整)后，進(jìn)入變壓吸附PSA-H₂裝置，送入的原料氣由多個(gè)吸收塔組成的PSA-H₂工序提取H₂。PSA-H₂裝置的解吸氣富含CH₄可以用于生產(chǎn)和生活。產(chǎn)品氣H₂提純至99.99％后在較為穩(wěn)定的流量和壓力下輸出給用戶。