[發明專利]生物質制取潔凈富氫燃料氣的裝置

無效

• 申請號: 200910116564.0
• 申請日: 2009-04-17
• 公開（公告）號: CN101538012A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 唐志國;程建萍
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及生物質氣化制氫技術，具體地說是一種生物質制取潔凈富氫燃料氣的方法及其裝置。

背景技術

氫能作為一種清潔的新二次能源，被認為是未來最有希望的能源之一。然而自然界中不存在純氫，只能通過其它化學物質中轉化、分解/分離得到。與傳統的煤炭、石油和天然氣制氫技術相比較，生物質制氫技術顯得更有吸引力，它不僅可提供氫燃料，而且通過利用這種總量豐富、分布廣、經濟、可再生的生物質資源，改善燃料利用結構，實現大氣污染狀況的根本好轉，真正實現CO₂的“零排放”。

國內外生物質氣化制氫的相關研究歸納起來，按其使用的氣化介質有空氣、富氧空氣、純氧和蒸汽等；按其使用的反應器有上吸式或下吸式固定床氣化反應器、流化床氣化反應器、雙床氣化反應器等。然而，這些生物質氣化制氫技術和裝置在實際應用的時候幾乎都普遍存在一些共同問題。

首先，燃氣中焦油含量高，氣化燃料氣中焦油含量高，如以空氣為氣化劑，焦油含量一般在20g/Nm3左右。焦油的存在不僅導致生物質-氫氣的轉化率大大降低，顯著降低了后續的燃料氣變換、分離過程產生純氫的產量和質量，而且還會堵塞和腐蝕設備，嚴重時無法正常生產。針對這一問題，已經提出的解決方法有采用外部加熱來提高氣化反應溫度和加熱速率，如高溫空氣氣化方法?！短柲軐W報》(2005，26(3)，第391～395頁)介紹了這一種氣化方法所采用的高溫空氣發生器，可以看出，提升空氣溫度的熱能來源與煤氣燃燒所產生的熱量。這種方法確實可以減少氣化混合燃氣中焦油的含量，提高燃氣的熱值，但犧牲了外部等能源并且增加了復雜設備的投資，總體上降低了生物質能源利用的經濟性；另一種方法是在生物質氣化爐之外又開發使用一套專門用于裂解生物質燃料氣中焦油的方法及其裝置，如中國專利CN101117589A公開的一種生物質燃氣焦油裂解方法及裝置，又如中國專利CN101130698A公開的生物質氣焦油高溫裂解方法及裝置，等等。這些方法和裝置的利用將直接增加生物質氣化成本，并使得氣化工藝復雜，運行操作繁瑣。

其次，氣化爐運行過程中熱量損失嚴重，這包括幾個方面，一是氣化爐爐壁保溫不夠；二是排灰的顯熱損失嚴重；三是引出氣化爐的燃氣顯熱損失嚴重。

再次，由于焦油的粘性作用，生物質氣化燃料氣中含有多種雜質，直接影響了后續重整設備的正常運行，通常需要單獨設置一套燃氣凈化系統。這也必然加劇了設備投資成本和運行成本。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種生物質制取潔凈富氫燃料氣的方法及其裝置，以實現生物質的高效潔凈氣化制氫。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明生物質制取潔凈富氫燃料氣的裝置，其特征是在筒狀內膽的外圍，以蓄熱多孔介質圍成環形蓄熱層，在蓄熱層的外周是以氣化劑通道和燃料氣通道間隔成卷構成的卷式換熱器；外層氣化劑通道的外端口為氣化劑進口，外層燃料氣通道的外端口為燃料氣出口；生物質進料口設置在內膽的頂部，排灰口設置在內膽的底部；內膽中以爐箅子分隔為上部氣化室和下部儲灰室，在儲灰室中的內膽的側壁上設置與蓄熱層形成貫通的氣流通孔，在氣化室中的內膽的中部側壁上設置氣化劑入口，所述氣化劑入口貫穿蓄熱層與卷式換熱器中內層氣化劑通道相通。

本發明的結構特點也在于：

所述卷式換熱器上成卷設置的氣化劑通道和燃料氣通道的圈數為1～5圈。

所述卷式換熱器中的內層氣化劑通道是以漸縮的形式與氣化劑入口形成平滑連通。

所述儲灰室的高度為內膽總高度的1/10-1/15。

本發明中生物質氣化后生產的高溫粗燃料氣先后經過蓄熱層和卷式換熱器，氣化所需的氣化劑在氣化反應之前與反應生產的燃料氣在卷式換熱器進行換熱；以蓄熱層對氣化室形成保溫，同時對高溫粗燃料氣吸熱降溫和過濾雜質；卷式換熱器中氣化劑和燃料氣的換熱方式是間壁逆向換熱。

與已有技術方案相比，本發明有益效果體現在：

1、本發明通過卷式換熱器將氣化劑和反應出來的燃料氣進行逆向換熱，降低燃料氣的出口溫度，提高氣化反應之前氣化劑溫度，并必然導致生物質氣化制氫的反應溫度的上升，促進生物質氣化-氫氣的轉化，降低焦油的生成。

2、本發明中設置在內膽外周的蓄熱層吸收燃料氣余熱，溫度升高，降低了內膽側壁與外層的溫度差，降低了內膽的向外層散射的熱量，形成了對內膽中的高溫環境的保護與促進作用，有助于焦油的高溫裂解反應的順利進行。