[發明專利]一種生物質氣化聯產氫氣和多孔碳材料的系統

有效

• 申請號: 201710702904.2
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107338075B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 陳漢平;陳偉;陳應泉;楊海平;王賢華;邵敬愛;張雄;曾闊;張世紅
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C10J3/56
• 分類號: C10J3/56;C10J3/72;C10J3/82
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 王世芳;李智

本發明公開了一種用于生物質氣化聯產氫氣和多孔碳材料的系統，涉及生物質氣化領域，包括相互連通的流化床水蒸氣氣化活化子系統、氣化氣重整分離子系統、氣化氣循環再利用子系統。流化床水蒸氣氣化活化子系統對生物質進行氣化活化處理，并產生初步的氣化氣及具有發達孔隙結構的多孔碳材料；氣化氣重整分離子系統對氣化氣進行甲烷化重整、水氣轉換反應及分離提純，得到氫氣產品；氣化氣循環再利用子系統對殘余氣化氣及冷卻水進行循環再利用，提高整個系統物質和能量利用率。本發明可以實現生物質高值化綠色化利用，同時制備氫氣產品和高附加值的多孔碳材料，有效地推動了生物質高效高質轉化。

技術領域

本發明涉及生物質氣化領域，具體涉及一種生物質氣化聯產氫氣和多孔碳材料的系統。

背景技術

生物質能是重要的可再生能源，具有綠色、低碳、清潔、唯一可再生碳源等特點。《生物質能發展“十三五”規劃》將加快生物質能開發利用，作為推進能源生產和消費革命、改善環境質量、發展循環經濟的重要內容。生物質氣化是當前生物質能源化利用的主要途徑之一，它可將生物質轉化為清潔氣體燃料或者用于合成清潔液體燃料的合成氣。相比空氣或CO₂氣化，水蒸氣氣化通過氣化、水氣轉換和重整反應可以有效提升氣化氣中H₂含量，從而提升氣化氣熱值或者改善合成氣品質，因此水蒸氣氣化被廣泛研究與應用。

生物質水蒸氣氣化過程中會不可避免的形成半焦。為了保證氣化效率，半焦的完全氣化往往是氣化過程的決定性步驟，但半焦完全氣化會形成大量CO和CO₂，這將降低氣化氣中H₂的相對含量。因此，為了提高H₂產量，原位增強氣化脫CO₂或對氣化氣進行重整脫碳得到廣泛研究。

但是，上述脫碳方法從碳原子利用率上都造成了浪費。同時，有研究者指出生物質氣化焦炭是一種多孔碳質材料；而多孔碳是很有前景的平臺材料，可廣泛用于合成功能性材料，如超級電容器電極材料，Li或Na離子電池電極材料等。而在生物質制備碳電極材料的研究中，常用KOH，ZnCl₂和H₃PO₄等活化劑來提升焦炭比表面積和控制其孔徑分布，但由于其具有較強的堿性或酸性，在較高的反應溫度下極易造成設備腐蝕。

因此，急需尋找環境友好型的活化劑來代替。且目前的生物質水蒸氣氣化系統大多以制備合成氣為目標，對焦炭副產品沒有太多關注，導致生物質的整體利用率下降。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提出了一種生物質氣化聯產氫氣和多孔碳材料的系統，該裝置克服目前生物質氣化裝置以單一合成氣產物為目標而造成資源利用不充分的問題，本發明裝置可以實現生物質高值化利用，同時制備氫氣和高附加值的多孔碳材料。

為實現上述目的，本發明提供一種生物質氣化聯產氫氣和多孔碳材料的系統，其用于對生物質進行水蒸氣氣化以聯產氫氣和多孔碳材料，該系統包括流化床水蒸氣氣化活化子系統、以及分別與該流化床水蒸氣氣化子系統連接的氣化氣重整分離子系統、氣化氣循環再利用子系統，其中，所述流化床水蒸氣氣化活化子系統用于在水蒸氣和活化劑填料共同存在的條件下，對生物質進行水蒸氣氣化活化反應，以得到初步的氣化氣和氣化焦炭，同時將焦炭回爐進行多次活化反應，以得到孔隙發達的多孔碳產品；所述氣化氣重整分離子系統用于將從所述流化床水蒸氣氣化活化子系統產生的初步氣化氣體進行甲烷重整、水氣轉化反應，并進行冷卻分離以得到純凈的氫氣產品；所述氣化氣循環再利用子系統用于將從所述氣化氣重整分離子系統產生的殘余氣化氣(殘余氣化氣包括二氧化碳、一氧化碳以及甲烷)及冷卻水進行高溫加熱，并送入所述流化床水蒸氣氣化活化子系統，與生物質進行再次反應，實現物質的重復利用，同時進一步活化焦炭產品。