[發明專利]一種生物質熱解及生物質熱解氣化學鏈制氫的裝置

有效

• 申請號: 201410332169.7
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104194834A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 何方;魏國強;黃振;趙坤;鄭安慶;李海濱
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C10J3/00
• 分類號: C10J3/00;C01B3/02
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明涉及生物資源重新利用生產清潔能源的技術領域，特別是涉及一種生物質熱解及利用生物質熱解氣制氫的裝置。?

背景技術

氫是一種清潔高效，環境友好的理想能源，氫在全球范圍內的使用正在不斷擴大。傳統氫的來源主要是從石化燃料中制備，生產過程會產生粉塵、氮硫氣體等，造成環境污染。?

利用生物質制備氫是目前最有研究前景的科研項目之一。生物質是可再生的環保資源，來源豐富。利用生物質制氫可以大大減少目前生物質不合理利用帶來的二次污染，實現CO₂的近零排放，有利于改善環境污染問題，保護自然環境，促進人類可持續發展。?

當前研究較多的生物質熱解氣化制氫技術是生物質在氣化介質如空氣、水蒸氣、純氧等參與下經氣化產生含氫的燃料氣，再經重整、凈化、分離、提純制取氫氣，氣化反應器一般為固定床和流化床反應器。雖然這種先產生氫氣再凈化、分離提純的工藝和技術路線可以實現生物質熱解制氫，如美國夏威夷大學turn?S等在富氧條件下研究生物質流化床水蒸氣氣化制氫，獲得氫氣產量128g/kg生物質，扣除惰性氣體氫氣最高組成為57.4％，國內中科院廣州能源研究所，中國科技大學、東南大學等單位也從理論和實驗上對該工藝路線進行了研究，證實了其可行性，但該技術方案因需加重整、凈化、分離提純等環節使得工藝復雜，能耗較高，極大地推高了制氫成本，并且制取氫氣純度較低，焦油含量相對也較高，一種良好的生物質制氫裝置不僅能實現生物質重整制氫技術路線，還應考慮到裝置的能耗、制氫成本、制氫純度、焦油含量及裝置操作性等。?

發明內容

本發明的目的在于克服現有生物質熱解氣化制氫裝置中存在的缺點，提供一種新型的生物質熱解氣化制氫的反應裝置，制取的氫氣純度接近100％，且不需要復雜的提純分離工藝。?

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：?

一種生物質熱解及利用生物質熱解氣制氫的裝置，包括：將生物質熱解生成生物質熱解氣的生物質熱解氣化裝置、利用所述生物質熱解氣化裝置中生成的生物質熱解氣和水蒸氣交替與氧載體發生氧化還原反應制備氫氣的化學鏈制氫反應裝置；所述生物質熱解氣化裝置與化學鏈制氫反應裝置通過熱解氣輸送管相連通；?

所述化學鏈制氫反應裝置包括第一區段、第二區段和第三區段，第二區段置于第一區段與第三區段之間，第一區段與第三區段的截面直徑均大于第二區段；所述第一區段為熱解氣布送區段，所述第一區段設有反應氣體入口，生物質熱解氣化裝置通過熱解氣輸送管連通所述反應氣體入口；所述第二區段為氧化還原反應發生區段，氧載體設于所述第二區段內；所述第三區段為氣流緩沖區段，設有氣體輸出口。?

本發明利用生物質熱解氣化裝置將生物質熱解氣化生成生物質熱解氣，將所述的生物質熱解氣引入化學鏈制氫反應裝置中與其中的氧載體發生氧化還原反應，氧載體被還原；然后停止通入生物質熱解氣，將反應氣體切換到水蒸氣，處于還原狀態下的氧載體與高溫水蒸氣發生反應生成氫氣；化學鏈制氫反應裝置中的尾氣經冷卻后即得純凈的氫氣。?

在實際操作中，生物質熱解氣和水蒸氣均從第一區段引入到化學鏈制氫反應裝置中，所述第一區段的反應氣體入口還與外源氣體輸入管連通。為了生物質熱解氣和水蒸氣兩種反應氣體之間不會發生串混，在生物質熱解氣停止通入后，先通入惰性氣體，再通入水蒸氣，所述惰性氣體和水蒸氣均可通過外源氣體輸入管通過。?

較佳地，所述氧載體為具有尖晶石結構的NiFe₂O₄。?

較佳地，所述化學鏈制氫反應裝置的工作溫度為800～1000℃。?

較佳地，所述第一區段內還設有布風排料裝置；所述布風排料裝置包括：設置在第一區段內的布風板以及設置在布風板底部的排料管和高溫球閥。?

較佳地，所述生物質熱解氣化裝置包括：生物質熱解氣化反應器、設置在生物質熱解氣化反應器上的進料口和安全閥、置于生物質熱解氣化反應器腔內并將生物質熱解氣化反應器分隔成兩個腔室的中間折流板、設置在生物質熱解氣化反應器底部的排灰裝置和灰斗、開口于生物質熱解氣化反應器的熱解氣出口；所述熱解氣出口經熱解氣輸出管與化學鏈制氫反應裝置的第一區段相連通。較佳地，所述生物質熱解氣化反應器的工作溫度為800～850℃。?

較佳地，生物質熱解氣化裝置的進料口設有螺桿型推進器。?