[發明專利]一種生物質氣化供熱聯產氫能的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110758338.3
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113372957B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 周建斌;章一蒙;馬歡歡;陳登宇;王亮才
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C10J3/20
• 分類號: C10J3/20;C01B3/02;C01B3/50
• 代理公司: 南京科闊知識產權代理事務所(普通合伙) 32400
• 代理人: 王清義

本發明公開一種生物質氣化供熱聯產氫能的裝置及方法，包括炭氣聯產氣化爐、燃燒器、鍋爐、炭汽反應器、導熱油換熱器、引風機、出炭螺旋器和脫二氧化碳器，進炭氣聯產氣化爐連接出炭螺旋器，炭氣聯產氣化爐的可燃氣出口連接燃燒器，燃燒器連接鍋爐，鍋爐的煙氣出口連接導熱油換熱器，導熱油換熱器的煙氣出口連接引風機；鍋爐的蒸汽出口連接炭汽反應器，導熱油換熱器的導熱油出口連接炭汽反應器的導熱油入口，導熱油換熱器的導熱油進口連接炭汽反應器的導熱油出口，出炭螺旋器連接炭汽反應器的進炭口，炭汽反應器的富氫出口連接脫二氧化碳器。該裝置及方法實現了生物質氣化清潔供熱的同時得到氫能，顯著提高了經濟效益和環境效益。

技術領域

本發明屬于生物質能源技術領域，具體涉及一種生物質氣化供熱聯產氫能的裝置及方法。

背景技術

在能源和環境的雙重壓力下，大力開發清潔的可再生能源已成為擺在世界各國政府面前的一個非常緊迫的世界性課題。生物質能和其他新能源相比，具有可再生、污染少、可運輸和儲存、與現在能源工業最具相容性等特點，因而特別受到關注。中國是一個農業大國，農林生物質資源豐富、數量巨大、品種多樣性。在利好的政策背景下，生物質資源化利用在中國獲得了長足的發展，但同時也產生工藝、裝備上的很多問題。

生物質氣化作為生物質資源化利用中一種熱化學轉化的方法，在國內多所高校進行了深入研究。縱觀當前生物質資源化利用氣化可燃氣的利用大致有以下幾個方向：一是可燃氣經過深度凈化，供燃氣輪機發電或者供氣；二是可燃氣經過初步除塵直接熱燃氣燃燒，供鍋爐燃燒或者產蒸汽推動汽輪機發電。可燃氣由于含有焦油、水汽、粉塵，深度凈化一直是生物質可燃氣利用的世界性難題，國內外很多學者研究了催化劑裂解焦油法、電加熱裂解焦油法以及很多物理法去除焦油。催化劑裂解焦油法、電加熱裂解焦油法是可以去除焦油，但是成本高，無法工業利用。物理法去除焦油不僅無法深度凈化，而且去除的焦油產生污染。因此，國內外學者沒有找到一個好的方法，既能去除焦油，也不增加成本的方法。

南京林業大學提出了生物質氣化發電聯產炭、熱、肥技術，對于炭的利用，提出了制備活性炭、炭基肥，殼類生物質制備活性炭，附加值很高，而品質較差的木片類和秸稈類，由于灰分高無法制備活性炭，用來制備炭基肥，但是炭基肥市場接受力不行，因此，急于尋求一種清潔、環保、市場接受的生物質炭的利用方式。

制氫技術一直是制約氫能利用發展的瓶頸。目前制氫方法主要有水制氫、化石能源制氫和生物質制氫等。石化能源制氫技術是目前比較成熟的制氫途徑，但制氫過程中需利用大量的天然氣、煤和石油等化石燃料，會造成大量的碳排放。石油化工每生產1噸氫氣會排放約2.5噸二氧化碳，利用煤炭生產1噸氫氣約排放5噸的二氧化碳，因此化石能源制氫技術在環境層面存在限制。生物質是唯一一種以碳氫形式存在的可存儲和可運輸的可再生能源。生物質制氫具有來源豐富、價格低廉、節能環保和不消耗礦物資源等突出優點，是制氫工業中最具潛力的技術之一。

國內外對生物質氣化技術開展了系列研究，取得了比較大的成就和技術進展。對于不同的生產目的和需求，不同氣化劑(空氣、氧氣、水蒸氣及其混合氣體等)制備氣化合成氣的組分不同而且各有特點。空氣作為廉價的氣化劑可用來進行生物質氣化生產，但由于大量氮氣的存在，嚴重降低了生物質氣的熱值，而且不可避免的從系統中帶走了部分熱量。純度較高的氧氣作為氣化劑可大幅提高生物質氣的熱值，但是成本相對較高。水蒸氣作為氣化劑和氫源可以在很大程度上提高H₂含量和冷煤氣效率，是最有潛力的生物質氣化制氫技術。1998年美國夏威夷大學的Turn在實驗室規模流化床上，開展了生物質氣化制氫實驗。考察了不同實驗參數對氣化產氫率的影響，主要有反應器溫度、空氣當量比(ER)及水蒸氣對生物質之比，提出了氫產能的概念。同年意大利拉奎拉大學的Rapagnà研究了生物質流化床氣化以及二次催化研究，利用一個帶有催化劑的二次反應氣對氣化氣體進行催化重整，獲得了氫氣濃度為60％以上合成氣。國內外基本停留在對生物質氣化后可燃氣催化合成來制備氫氣。

因此，需要提供一種新的生物質氣化供熱聯產氫能的裝置及方法，來解決現有炭氣聯產系統中炭的利用價值低、熱量利用效率低、環境效益差等問題。

發明內容