[發(fā)明專利]一種基于化學(xué)鏈制氫的有機(jī)固廢處理裝置及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011629938.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112624039B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王訓(xùn);許婷婷;肖波;蔣聰;賈永勝;付根深;劉石明;胡智泉
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發(fā)明屬于能源與環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種基于化學(xué)鏈制氫的有機(jī)固廢處理裝置及其使用方法。本發(fā)明裝置包括熱解反應(yīng)器(3)和套管式化學(xué)鏈反應(yīng)器(19)，所述套管式化學(xué)鏈反應(yīng)器(19)包括內(nèi)腔體、環(huán)形包裹內(nèi)腔體的外腔體、合成氣輸出裝置(28)、氫氣輸出裝置(29)、熱解氣進(jìn)氣裝置(6)和水蒸氣進(jìn)氣裝置(7)，所述熱解反應(yīng)器(3)能夠產(chǎn)生熱解氣，并通過所述熱解氣進(jìn)氣裝置(6)向所述套管式化學(xué)鏈反應(yīng)器(19)輸送熱解氣。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)化學(xué)鏈重整耦合制氫連續(xù)反應(yīng)裝置，可在一個流程中實(shí)現(xiàn)了化學(xué)鏈重整以及化學(xué)鏈制氫技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)合成氣與高濃度氫氣的同時(shí)制備，且氫氣無需復(fù)雜的氣體分離提純系統(tǒng)，成本低，操作簡單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源與環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種基于化學(xué)鏈制氫的有機(jī)固廢處理裝置及其使用方法。

背景技術(shù)

氫是一種能量密度高的理想清潔能源，發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)能夠減少溫室氣體和細(xì)顆粒物的排放。全球各國家地區(qū)紛紛將氫能源視為未來新能源的戰(zhàn)略發(fā)展方向，積極構(gòu)建氫能低碳社會。我國是世界最大的制氫國，工業(yè)氫氣產(chǎn)量領(lǐng)跑全球，煤制氫是我國主要的制氫技術(shù)之一。但煤制氫技術(shù)存在設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)轉(zhuǎn)周期相對低、脫硫投資高、配套裝置多、碳排放嚴(yán)重、制氫成本過高等缺點(diǎn)。因此，開發(fā)新型的制氫技術(shù)對我國發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)具有重大意義。

近年來，基于化學(xué)鏈燃燒技術(shù)原理，研究人員開發(fā)了一系列制氫技術(shù)，如化學(xué)鏈重整、化學(xué)鏈制氫技術(shù)。化學(xué)鏈重整技術(shù)是利用氧載體(Me_xO_y)中的晶格氧將燃料部分氧化，通過控制氧載體與燃料的比例來調(diào)控H₂和CO的比例。化學(xué)鏈重整目標(biāo)產(chǎn)物是合成氣，但仍需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)換、分離才能獲得高濃度氫氣。而在化學(xué)鏈制氫技術(shù)中，晶格氧與燃料完全燃燒產(chǎn)生CO₂和H₂O，還原后氧載體在水蒸汽反應(yīng)器中與水反應(yīng)制取H₂，最終通過冷凝即可制備高純氫，同時(shí)還能捕捕獲CO₂。

CN104194834A公開了一種生物質(zhì)熱解及利用生物質(zhì)熱解氣制氫的裝置，該裝置主要包括生物質(zhì)熱解氣化裝置和化學(xué)鏈制氫反應(yīng)裝置，化學(xué)鏈制氫反應(yīng)裝置設(shè)置有多個不同截面直徑的區(qū)段，用于調(diào)節(jié)氣體流通速度，從而控制反應(yīng)的速率和完全性。將生物質(zhì)熱解生成生物質(zhì)熱解氣的生物質(zhì)熱解氣化裝置、利用所述生物質(zhì)熱解氣化裝置中生成的生物質(zhì)熱解氣和水蒸氣交替與氧載體發(fā)生氧化還原反應(yīng)制備氫氣的化學(xué)鏈制氫反應(yīng)裝置；所述生物質(zhì)熱解氣化裝置與化學(xué)鏈制氫反應(yīng)裝置通過熱解氣輸送管相連通；所述化學(xué)鏈制氫反應(yīng)裝置包括第一區(qū)段、第二區(qū)段和第三區(qū)段，第二區(qū)段置于第一區(qū)段與第三區(qū)段之間，第一區(qū)段與第三區(qū)段的截面直徑均大于第二區(qū)段；所述第一區(qū)段為熱解氣布送區(qū)段，所述第一區(qū)段設(shè)有反應(yīng)氣體入口，生物質(zhì)熱解氣化裝置通過熱解氣輸送管連通所述反應(yīng)氣體入口；所述第二區(qū)段為氧化還原反應(yīng)發(fā)生區(qū)段，氧載體設(shè)于所述第二區(qū)段內(nèi)；所述第三區(qū)段為氣流緩沖區(qū)段，設(shè)有氣體輸出口。該技術(shù)方案化學(xué)鏈制氫反應(yīng)裝置主要利用具有尖晶石結(jié)構(gòu)的NiFe₂O₄氧載體與生物質(zhì)熱解氣、水蒸氣交替反應(yīng)，裝置較為繁瑣，氧載體利用率不高，不能在制氫的同時(shí)制備合成氣，還存在改進(jìn)空間。

將化學(xué)鏈重整以及化學(xué)鏈制氫技術(shù)相結(jié)合，可在一個流程中實(shí)現(xiàn)了高濃度氫氣與合成氣的共制備，也即是化學(xué)鏈共制氫與合成氣工藝，極大的提高了能源利用效率，并能得到較為純凈的合成氣與高濃度氫氣，極具發(fā)展?jié)摿Α＿@不僅有助于開發(fā)新型制氫工藝、緩解化石能源危機(jī)、還能為我國有機(jī)固廢資源化利用提供思路。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于化學(xué)鏈制氫的有機(jī)固廢處理裝置，通過設(shè)計(jì)化學(xué)鏈制氫耦合連續(xù)反應(yīng)裝置，可在一個流程中實(shí)現(xiàn)了化學(xué)鏈重整以及化學(xué)鏈制氫技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)合成氣與高濃度氫氣的同時(shí)制備，且氫氣無需復(fù)雜的氣體分離提純系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明的詳細(xì)技術(shù)方案如下所述。