[發明專利]一種生物質熱解氣化制氫并聯產焦炭的方法與裝置

在審

• 申請號: 201910288624.0
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110079342A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 李斌;王爽;劉東京;徐志祥;王謙
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種生物質熱解氣化制氫并聯產焦炭的方法與裝置，生物質經熱解處理產生揮發分和熱焦炭；所述揮發分經氣固分離脫除焦炭顆粒；所述熱焦炭和氣固分離下來的細焦炭經冷卻處理得到冷的焦炭；所述揮發分和水蒸氣的氣化溫度為600?700℃，經CO₂吸收劑和催化劑氣化生成富氫氣體；所述富氫氣體經凈化和干燥處理后得到干的富氫氣體，本發明將熱解和氣化過程分級，實現生物質熱解揮發分高效氣化制氫并聯產高附加值的焦炭。

技術領域

本發明屬于生物質能技術領域，尤其涉及一種生物質熱解氣化制氫并聯產焦炭的方法與裝置。

背景技術

生物質熱解氣化制氫是生物質高效轉化與高值化利用的一個重要發展方向。根據氣化介質的不同，主要分為空氣氣化、氧氣氣化、空氣-水蒸氣氣化、氧氣-水蒸氣氣化、以及水蒸氣氣化等。生物質水蒸氣氣化相比其他氣化技術，更易于獲得較高的H₂濃度和產率，受到了廣泛關注。

生物質水蒸氣氣化反應溫度一般在700-800℃之間，產氣中H₂的濃度可達40-50％，通過提高氣化溫度(如850℃及以上)或進一步引入催化(如天然礦石及鎳基催化劑等)，產氣中H₂的濃度還可進一步提高，但一般不超過60％。H₂濃度的進一步提高受到了化學反應熱力學平衡的限制，產氣中仍含有大量的CO、CO₂、CH₄等含碳氣體及少量焦油等。

有研究表明，通過在氣化過程中添加CO₂吸收劑，原位脫除氣化過程中生成的CO₂，可促進氣化反應向生成更多H₂的方向移動，從而獲得較高的H₂濃度和產率，該制氫工藝又被稱為基于CO₂捕集的生物質氣化制氫工藝。然而，該制氫工藝目前仍存在以下幾個方面的問題：1)生物質碳轉化率較低，H₂產率還有待提高。這主要是由于常壓下鈣基吸收劑CO₂吸收的合適溫度在600-700℃之間，而在此溫度范圍內生物質水蒸氣氣化反應速率相對較低；2)生物質焦炭和揮發分的氣化速率存在數量級的差別，難以實現同時高效轉化；3)生物質灰分與鈣基吸收劑在氣化過程中的混合會顯著影響其CO₂吸收性能及后續循環利用。

發明內容

本發明根據現有技術中存在的問題，提出了一種生物質熱解氣化制氫并聯產焦炭的方法與裝置，本發明能夠將熱解和氣化過程分級，實現生物質熱解揮發分高效氣化制氫并聯產高附加值的焦炭。

本發明所采用的技術方案如下：

一種生物質熱解氣化制氫并聯產焦炭的方法，生物質經熱解處理產生揮發分和熱焦炭；所述揮發分經氣固分離脫除焦炭顆粒；所述熱焦炭和氣固分離下來的細焦炭經冷卻處理得到冷的焦炭；所述揮發分和水蒸氣的氣化溫度為600-700℃，經CO₂吸收劑和催化劑氣化生成富氫氣體；所述富氫氣體經凈化和干燥處理后得到干的富氫氣體。

進一步，所述CO₂吸收劑為鈣基CO₂吸收劑，具體可以采用納米氧化鈣、生石灰、煅燒白云石、改性氧化鈣、負載型鈣基吸收劑等。

進一步，所述催化劑為鎳基催化劑。

進一步，所述CO₂吸收劑和催化劑的質量比的取值范圍為：1-10:1。

一種生物質熱解氣化制氫并聯產焦炭的裝置，包括生物質熱解反應器，所述生物質熱解反應器的進口端連接料倉，所述生物質熱解反應器的出口端分別連接焦炭冷卻器和氣固分離器，所述氣固分離器的固體排出口和氣體排出口分別連接焦炭冷卻器和揮發分氣化反應器，所述揮發分氣化反應器內設有CO₂吸收劑和催化劑；所述揮發分氣化反應器的出口依次連接氣體凈化器和氣體干燥器；