[發明專利]一種利用生物質制造氫氣的裝置與方法

無效

• 申請號: 201110422426.2
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102515094A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 段緒強;李學林;謝傳玉;常春梅;閆海洲;豆斌林;高猛
• 申請（專利權）人: 江蘇四方鍋爐有限公司
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02
• 代理公司: 徐州支點知識產權代理事務所(普通合伙) 32244
• 代理人: 劉新合

技術領域

本發明涉及一種利用生物質制造氫氣的裝置及方法，屬于生物質能源化工技術領域。

背景技術

目前世界生物質能消耗和利用，僅次于石油、煤炭和天然氣，位居第四位。生物質是即可再生又能直接儲存與運輸，然而生物質利用技術成本較高，尤其是涉及到廢舊塑料和城市有機固體廢棄物類生物質，其處置一直是世界各個國家的難題，如何使生物質利用具有盈利性，并能大規模推廣使用也是廣泛關注的問題。我國城市有機固廢產生數量巨大，污染問題日益突出，尤其是廢舊塑料等的合理處置已成為很重要的社會和環境問題。目前在包括廢舊塑料、城市固體有機廢棄物等的生物質混合物料能源轉化方面，無論是燃燒利用熱能還是裂解產氣，都存在著直接利用率不高、成本很高，并產生二次污染等問題。中國發明專利說明書2008年3月12日公開了一種“利用廢塑料催化制氫的裝置及其方法”（申請號：200710045206.6，公開號：CN101139083），該制氫裝置下部為流化床氣化段，上部為水蒸氣催化重整制氫段，裝置氣化段部分要保持合適流化狀態才能達到高效率的氣化，過程采用的空氣與水蒸氣作為氣化劑和重整制氫的原料氣，產氫率不高。

發明內容

本發明提供一種利用生物質制造氫氣的裝置，該裝置能夠在一個反應器中實現生物質制氫，制氫成本低、產氫率高，同時能夠控制生物質制氫過程中可能產生的二次污染。

本發明采用的技術方案是：一種利用生物質制造氫氣的裝置，包括氣化段、重整制氫段以及設置在裝置內部的噴吹管，氣化段的內部提供生物質原料氣化，底部設有生物質進料口和排渣口，還包括設置在氣化段上的水蒸氣進口，重整制氫段的上部設有氣體出口，內部設有催化劑床層與隔灰網，催化劑床層和隔灰網固定連接在噴吹管上，噴吹管進口在裝置的頂端與噴吹管連通。

一種利用上述裝置將生物質制備為氫氣的方法，包括下列步驟：

a.?內循環湍流開心式氣化生物質：將生物質粉碎為直徑5～10mm的顆粒，生物質是秸稈類生物質、廢舊塑料或城市有機固體廢棄物，添加與生物質相同粒徑的占生物質質量分數2～5%的生石灰，生物質與生石灰的混合物從裝置的原料進料口送入裝置，以水蒸氣和氮氣組成的混合氣體作為湍流流動氣體和氣化劑，從裝置的噴吹管進口經過噴吹管自上而下噴入裝置內，形成開心式內循環湍流流動氣化方式，在500～700℃將生物質氣化，噴吹管混合氣體是由體積分數為80～90%的水蒸氣和體積分數為10～20%的氮氣組成；

b.?固定床水蒸氣催化重整制氫：由裝置下段氣化生成的粗氣體與由水蒸氣進口噴入的水蒸氣，經過隔灰網和催化劑床層，發生水蒸氣催化重整反應，采用的催化劑是KF104型甲醇水蒸氣重整催化劑，最終富含氫氣的氣體產品從氣體出口排出。

本發明的有益效果是：本發明很好的將生物質氣化和水蒸汽催化重整整合在一個裝置中，裝置內部結構簡單，具有充足的有效空間，有利于高速內循環湍流流動、混合與反應，內部設置的隔灰網，不僅支撐催化劑、阻擋飛灰，同時也兼具氣體分配器的作用；裝置單獨設置水蒸氣進口，便于增加原料水蒸氣用量，促進反應，本發明制氫可廣泛采用眾多生物質原料，成本很低，具有較好的環境效果和經濟效益；本方法氣化階段采用生石灰為催化劑，不僅起催化氣化作用，對氣化產生的焦油等污染物具有較好的控制作用；在水蒸氣催化重整制氫階段，添加過量水蒸氣，定向轉化來自氣化階段的粗氣體，以獲得較高產氫率，工藝簡單、能夠控制生物質制氫過程中可能產生的二次污染物。

附圖說明

圖1為本發明制氫裝置的結構示意圖；

圖2為本發明制氫方法的流程圖。

圖中：1、一種利用生物質制造氫氣的裝置，2、氣化段，3、重整制氫段，4、噴吹管，5、原料，6、生物質進料口，7、排渣口，8、水蒸氣進口，9、氣體出口，10、催化劑床層，11、隔灰網，12、噴吹管進口。?

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，一種利用生物質制造氫氣的裝置1，包括氣化段2、重整制氫段3以及設置在裝置內部的噴吹管4，氣化段2的內部放有生物質原料5，底部設有生物質進料口6和排渣口7，氣化段2上還設有水蒸氣進口8，重整制氫段3的上部設有氣體出口9，內部設有催化劑床層10與隔灰網11，催化劑床層10和隔灰網11固定連接在噴吹管4上，噴吹管進口12在裝置的頂端與噴吹管4連通。

如圖2所示，利用上述裝置將生物質制備氫氣的方法，包括下列步驟：