[發(fā)明專利]一種生物質(zhì)微波熱解氣化制氫方法及設(shè)備

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111603345.2
• 申請(qǐng)日: 2021-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN114958434A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏洪應(yīng);張威;帥威辰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C10J3/60
• 分類號(hào): C10J3/60
• 代理公司: 昆明正原專利商標(biāo)代理有限公司 53100
• 代理人: 程相桂;陳左

本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)微波熱解氣化制氫方法及設(shè)備，生物質(zhì)資源綜合利用和生物質(zhì)熱解技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟：（1）將添加少量活性炭的生物質(zhì)原料混合均勻，放入裝有帶孔隔板的石英管中（2）向熱解裝置內(nèi)通入氮?dú)獗ＷC無氧環(huán)境，開始熱解前停止通入氮?dú)獠⒚芊膺M(jìn)氣口。（3）打開蠕動(dòng)泵和加熱爐，產(chǎn)生流量可控的水蒸氣（4）開始熱解時(shí)，在原料加熱到熱解溫度后通入預(yù)先加熱好的水蒸氣，直至熱解時(shí)間結(jié)束，收集制得的富氫氣體。本發(fā)明制備得到的富氫燃?xì)庵袣錃夂枯^高，提供了一種高效環(huán)保的制備氫氣的方法，且生物質(zhì)原料能得到高效利用，具有很高的清潔資源回收價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種生物質(zhì)微波熱解氣化制氫方法。

背景技術(shù)

近年來，氫能在世界范圍內(nèi)備受關(guān)注。氫的使用解決了與化石燃料相關(guān)的其他環(huán)境問題，例如 CO、CO ₂ 的排放、碳?xì)浠衔锏龋虼耍瑲湟驯蝗蚬J(rèn)為環(huán)境友好或生態(tài)友好的燃料。隨著越來越多的人對(duì)氫能源開展的深入研究，氫的巨大生態(tài)潛力有望在未來幾十年內(nèi)得到利用，包括氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存、分配和使用在內(nèi)的氫氣技術(shù)的新創(chuàng)新解決方案正在滲透到所有行業(yè)領(lǐng)域，只是目前的技術(shù)尚未達(dá)到大規(guī)模實(shí)施的水平。當(dāng)今的制氫技術(shù)多種多樣，包括傳統(tǒng)的電解水制氫、太陽能制氫技術(shù)、生物質(zhì)制氫技術(shù)等。但是這些制氫方法都還不夠成熟，不能大規(guī)模投入生產(chǎn)。電解水制氫雖然不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，但是存在著耗能大，效率低的缺點(diǎn)。當(dāng)前的太陽能制氫技術(shù)雖然已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但在制氫效率、材料成本、規(guī)模化應(yīng)用上存在明顯不足，需要進(jìn)一步優(yōu)化和改善。

通過過去幾十年對(duì)制氫技術(shù)的研究，生物質(zhì)已經(jīng)成為當(dāng)前制氫技術(shù)的重要選擇原料之一，具有替代化石燃料生產(chǎn)氫氣的巨大潛力。生物質(zhì)是一種比較可靠的可再生、清潔的制氫能源，有著成本低、資源豐富且易于使用的優(yōu)點(diǎn)。由于生物質(zhì)熱解過程中形成焦油（由醇類、酚類、醛類和芳香族化合物等組成的復(fù)雜混合物），其生成會(huì)嚴(yán)重影響催化劑的活性，為了避免這種影響，目前的生物質(zhì)氣化制氫大多分為兩步，在兩級(jí)固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，先進(jìn)行生物質(zhì)熱解，然后再用催化劑催化制氫。這種制氫方式，需等待兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域裝置升至高溫后放入生物質(zhì)熱解產(chǎn)生揮發(fā)分，而后使用氮?dú)狻⑺羝祾邠]發(fā)分與催化劑反應(yīng)制備含氫氣體，整體流程較長且效率低。且目前的生物質(zhì)制氫技術(shù)中，加熱裂解時(shí)能耗較高。

生物質(zhì)氣化制氫方法雖然在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上取得了一些突破和創(chuàng)新，但仍需要更多的科學(xué)進(jìn)步，使其具有經(jīng)濟(jì)競爭力和環(huán)境友好性，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。當(dāng)務(wù)之急是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的可控性和可擴(kuò)展性，提高反應(yīng)速率和效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，如何在保證成本和能耗的情況下實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)制氫技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用是當(dāng)前需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)微波熱解氣化制氫方法和設(shè)備，在生物質(zhì)微波催化熱解的同時(shí)通入作為氣化劑的水蒸氣進(jìn)行氣化制氫反應(yīng)。加入的鎳基催化劑既可以作為生物質(zhì)微波催化熱解的催化劑，促進(jìn)焦油裂解并提高熱解效率與質(zhì)量，也可以作為蒸汽氣化制氫過程的催化劑，能夠提高生物質(zhì)的碳?xì)饣俾屎蜌錃膺x擇性，與傳統(tǒng)的生物質(zhì)熱解與氣化制氫分離操作相比，更加直接高效。

為此本發(fā)明有三個(gè)目的，第一目的在于提供一種生物質(zhì)微波熱解氣化制氫方法，第二目的在于提高一種生物質(zhì)微波熱解氣化制氫設(shè)備，第三目的在于提供一種可以在通蒸汽條件下微波裂解反應(yīng)中的應(yīng)用的生物質(zhì)微波熱解氣化制氫設(shè)備。

本發(fā)明的第一目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種生物質(zhì)微波熱解氣化制氫方法，將生物質(zhì)原料在通水蒸氣的條件下進(jìn)行微波裂解產(chǎn)生氫氣，微波裂解與氣化制氫同步進(jìn)行。

進(jìn)一步的，在生物質(zhì)原料中加入活性炭進(jìn)行微波裂解。

進(jìn)一步的，在生物質(zhì)原料中同時(shí)加入鎳基催化劑。

進(jìn)一步的，活性炭的加入量為生物質(zhì)原料量的5~10 wt.%。

進(jìn)一步的，催化劑的加入量為生物質(zhì)原料量的5~20 wt.%。