[發(fā)明專利]利用生物質(zhì)制取高純度氫氣的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210547709.4
• 申請(qǐng)日: 2012-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103011072A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張衛(wèi)江;楊肖;徐姣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B3/02
• 分類號(hào): C01B3/02;C01B3/50;C01B3/00;C10J3/20;C10J3/60;C10J3/66;C10J3/84;C10J3/72;C10J3/80;C10B53/02;C10B57/02;C10B49/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用生物質(zhì)制取高純度氫氣的工藝方法及裝置。包括生物質(zhì)氣化與分步式炭化耦合工藝、碳水熱化學(xué)反應(yīng)制氫工藝和變壓吸附工藝以及相應(yīng)的裝置系統(tǒng)。氫氣產(chǎn)品的純度在99.99%以上。

背景技術(shù)

氫氣是一種高品質(zhì)清潔能源，開(kāi)發(fā)氫能對(duì)人類社會(huì)未來(lái)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。目前主要的制氫途徑有：化石燃料制氫、水電解制氫、甲醇制氫、生物質(zhì)制氫等。其中，化石燃料（煤、石油、天然氣等）制氫占到市場(chǎng)上的90%以上。但是化石燃料本身是不可再生能源，且制氫過(guò)程能耗極大，是不可持續(xù)的制氫途徑。因此，必須要開(kāi)發(fā)新的可持續(xù)的制氫途徑。

生物質(zhì)制氫，尤其是生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法制氫，是以生物質(zhì)這種可再生能源作為原料，基于熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)來(lái)制取氫氣，技術(shù)相對(duì)成熟，較為容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，是一種很有前景的可持續(xù)的制氫途徑，可以用來(lái)替代化石燃料制氫方法。當(dāng)前的生物質(zhì)熱化學(xué)制氫途徑主要包括生物質(zhì)氣化制氫、熱解產(chǎn)物催化重整制氫、超臨界水氣化制氫等方法，但是普遍存在著反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜（無(wú)法對(duì)制氫過(guò)程進(jìn)行定量的反應(yīng)過(guò)程描述和分析），富氫氣體產(chǎn)物中成分過(guò)多（除了H₂、CO、CO₂、CH₄外，還含有多種烷烴、烯烴、芳香烴等有機(jī)氣體成分），氫氣含量較低（通常氫氣含量在30%~60%之間），后期提純困難和能耗過(guò)大等技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高效的生物質(zhì)制氫方法和裝置，解決當(dāng)前生物質(zhì)熱化學(xué)制氫方法中存在的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明利用生物質(zhì)制取高純度氫氣的制備方法，流程如下：

生物質(zhì)（a）分別由傳送帶輸送到下吸式固定床氣化爐的封閉式連續(xù)給料器和固定床炭化爐上封閉式連續(xù)給料器；冷空氣（h）經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器加熱之后成為熱空氣（k）進(jìn)入到下吸式固定床氣化爐參與氣化反應(yīng)；氣化反應(yīng)生成的高溫氣化燃?xì)猓╞）經(jīng)過(guò)下吸式固定床氣化爐的旋風(fēng)分離器除塵之后在閥門(mén)的控制下進(jìn)入固定床炭化爐中為低溫慢速炭化反應(yīng)提供熱量，生成的灰（m）由封閉式連續(xù)出灰器排出；

高溫氣化燃?xì)猓╞）進(jìn)入固定床炭化爐后，與爐內(nèi)的生物質(zhì)充分接觸并加熱生物質(zhì)；爐內(nèi)的生物質(zhì)在受熱的情況下發(fā)生低溫慢速炭化反應(yīng)；慢速低溫炭化過(guò)程中生成的低溫炭（n）進(jìn)入移動(dòng)床炭化爐；慢速低溫炭化過(guò)程中生成的可燃?xì)怏w和剩余的氣化燃?xì)鈉一起經(jīng)過(guò)高溫防爆風(fēng)機(jī)加壓并分成三部分：第一部分進(jìn)入燃?xì)饧訜崞髦腥紵橐苿?dòng)床炭化爐提供熱量；第二部分進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)中作為發(fā)電燃料，且產(chǎn)生的電能為整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備提供能量；第三部分進(jìn)入水蒸氣發(fā)生器中燃燒并為生產(chǎn)過(guò)熱水蒸氣提供熱量；

低溫炭（n）進(jìn)入移動(dòng)床炭化爐后，在爐內(nèi)以特定的速率前進(jìn)，并在燃?xì)饧訜崞鞯母邷丶訜嵯掳l(fā)生快速高溫炭化反應(yīng)，并生成具有高反應(yīng)活性的高溫炭（p）；生成的高反應(yīng)活性高溫炭（p）進(jìn)入流化床碳水反應(yīng)爐；燃?xì)饧訜崞鳟a(chǎn)生的高溫?zé)煔猓╥）進(jìn)入空氣預(yù)熱器中，并加熱冷空氣（h）；

高反應(yīng)活性高溫炭（p）進(jìn)入流化床碳水反應(yīng)爐后，在爐內(nèi)與水蒸氣發(fā)生器生產(chǎn)的過(guò)熱蒸汽進(jìn)行充分反應(yīng)并生成初級(jí)富氫氣體（d）；初級(jí)富氫氣體（d）分別經(jīng)過(guò)流化床碳水反應(yīng)爐的旋風(fēng)分離器和冷凝器之后，經(jīng)由常溫防爆風(fēng)機(jī)加壓并進(jìn)入變壓吸附裝置進(jìn)行氫氣提純，并獲得最終的產(chǎn)品——純度大于99.99%的高純氫（e）。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的利用生物質(zhì)制取高純度氫氣制備方法的裝置，包括生物質(zhì)固定床氣化裝置、生物質(zhì)固定床低溫慢速炭化裝置、移動(dòng)床快速高溫深度炭化裝置、碳水反應(yīng)流化床裝置、富氫氣體冷卻裝置、氫氣提純裝置、空氣預(yù)熱裝置、生物質(zhì)燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)等子系統(tǒng)及相應(yīng)的附屬裝置。由生物質(zhì)固定床氣化裝置、生物質(zhì)固定床低溫慢速炭化裝置、移動(dòng)床快速高溫深度炭化裝置、碳水反應(yīng)流化床裝置、富氫氣體冷卻裝置和氫氣提純裝置依次相連；利用空氣預(yù)熱裝置回收高溫?zé)煔獾挠酂岵⒓訜崂淇諝狻⑸镔|(zhì)燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)為整個(gè)制氫系統(tǒng)中的動(dòng)力裝置提供電能。

如附圖所示：

所述的生物質(zhì)固定床氣化裝置中，下吸式固定床氣化爐的封閉式連續(xù)給料器（10）位于下吸式固定床氣化爐（1）的左側(cè)上部，封閉式連續(xù)出灰器（13）位于下吸式固定床氣化爐（1）的底部，下吸式固定床氣化爐（1）的左側(cè)中部連接有進(jìn)氣管道，右側(cè)下部連接有出氣管道，出氣管道的另一端連接下吸式固定床氣化爐的旋風(fēng)分離器（11）后，最后連接到固定床炭化爐（2）的左側(cè)下部位置。