[發明專利]一種利用高溫水蒸氣氣化生物質制取氫氣的方法及裝置

有效

• 申請號: 201310690269.2
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103708417A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 李清海;張衍國;蒙愛紅;田甜;朱軒豫
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C01B3/22
• 分類號: C01B3/22
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種氣化裝置，尤其涉及一種利用高溫水蒸氣和生物質在高溫條件下氣化制取富氫氣體的方法和裝置，屬于生物質氣化技術領域。

背景技術

對化石燃料的依賴性已經威脅到世界的能源安全，化石燃料使用也帶來全球性的環境污染，利用清潔能源已經成為21世紀國民經濟可持續發展的重大方向。氫作為一種二次能源，其利用過程非常清潔，其本身無毒無臭，與氧氣燃燒時只生成純凈的水，對環境零污染。目前公知的制取氫氣的方法有：(1)電解水制氫；(2)由石油、天然氣裂解和重整制取富氫氣體，然后進一步提純為氫氣；(3)由煤炭氣化后經變換反應制取富氫氣體，然后進一步提純為氫氣。這三種制取氫氣的方法都依賴于常規的化石能源而不能持續使用，并且在制取氫氣時或之前已經排放了二氧化碳等對環境有害的氣體。

生物質是資源豐富的可再生能源，又是一種CO₂零排放的潔凈能源。從生物質制取氫氣可以使氫能技術真正達到對環境友好和永續使用的目的，同時可以使各種生物質資源得到有效的利用。

中國專利CN156265A公開了一種從生物質制取富氫氣體的方法和裝置，生物質首先在500～800℃低溫裂解，低溫裂解氣體再送入1000℃～1200℃的高溫熱裂解反應器內反應，可獲得氫氣含量30%～60%的富氫氣體。該方法將反應器分為兩段，結構復雜，且沒有獲得純氫氣。中國專利CN1085522A公開了一種利用太陽能從生物質和水中制取氫氣的工藝方法及設備，反應溫度200℃～1000℃，氫氣的轉化率較低。中國專利CN101100621A公開了生物質富氫燃氣制備方法及裝置，利用催化劑的作用，制備氫氣的體積含量達30%～55%。中國專利CN1706743A公開了一種生物質快速裂解制取氫氣的方法，采用Ni/A₂O₃為催化劑。中國專利CN102268295A公開了一種生物質高溫水蒸氣氣化制取富氫燃氣的方法及其裝置，在無催化劑條件下，以水蒸氣為氣化介質，在固定床氣化反應器內900℃～1050℃進行高溫水蒸氣氣化反應。制得的富氫燃氣氫氣含量在45%～51%以上。中國專利CN102849676A公開了一種固體燃料的高溫水蒸氣熱解-裂解-氣化裝置及方法，將O₂和H₂燃燒產生的高溫水蒸氣通入固體燃料中進行低溫熱解，熱解溫度500℃～900℃，熱解后的重質產物在1000℃高溫下再進行水蒸氣氣化。

現有生物質氣化制H₂技術存在H₂產率不高、需要昂貴催化劑等問題。

發明內容

為了克服現有技術缺陷，本發明提出利用高溫水蒸氣在高溫條件下氣化生物質制取氫氣的方法和裝置，利用外供純O₂以及氣化自身產生的H₂燃燒產生高溫水蒸氣，對生物質進行高溫水蒸氣氣化，高溫條件有利于二次反應生成H₂，從而H₂產率高，并且不需要使用催化劑。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種利用高溫水蒸氣氣化生物質制取氫氣的裝置，它包括生物質進料裝置、高溫氣化反應器、多流體熱交換器、H₂分離器裝置、燃氣儲罐、H₂儲罐和O₂儲罐；生物質進料裝置由生物質料倉、給料器、水冷通道構成；在高溫氣化反應器的外部設置反應器加熱夾套，在高溫氣化反應器的上部位置分別設置氫氧燃燒器和燃氣燃燒器，氫氧燃燒器穿過反應器加熱夾套與高溫氣化反應器內部連接，燃氣燃燒器從反應器上部插入到反應器加熱夾套內部；在高溫氣化反應器的下部設置富H₂合成氣出口，富H₂合成氣出口通過合成氣管道經多流體熱交換器與H₂分離器裝置入口連接，H₂分離器裝置的燃氣出口和H₂出口分別與燃氣儲罐和H₂儲罐連接；H₂儲罐和O₂儲罐分別通過H₂管道、O₂管道經多流體熱交換器與氫氧燃燒器相連；燃氣燃燒器的進口分別與空氣管道和燃氣儲罐相連。

本發明的技術特征還在于：富H₂合成氣出口通過合成氣管道經多流體熱交換器、風機和緩存儲罐與H₂分離器裝置入口連接；氫氧燃燒器分兩層布置，每層均布四支，燃氣燃燒器與氫氧燃燒器間隔錯列布置；H₂分離器裝置采用變壓吸附裝置。