一種生物質下吸式氣化爐催化制氫的方法及其裝置的製作方法
2023-05-12 04:17:31 1
專利名稱：一種生物質下吸式氣化爐催化制氫的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物質催化制氫的方法以及實現該方法的裝置。
背景技術：
氫是一種極為理想的二次能源，具有燃燒熱值高，清潔無汙染，適用範圍廣的特點。目前氫被廣泛應用於化學、食品、冶煉、航空、交通運輸等領域。隨著氫應用範圍的擴大和氫能需求的增長，各個國家已紛紛加快氫能的開發研究。據2002年度美國國會預算書報導在氫能的研究與開發過程中，美國能源部提出了安全、高效、經濟和環境友好的基本原則，與國家實驗室及高校一起合作研究與開發生物質制氫實用化技術，2001年和2002年共投入約5千萬美金用於氫能的研究與技術開發，以後不斷投入，預計到2020年建成由生物質連續制氫的示範裝置。我國也開始注重氫能的研究和開發，不斷加大投資力度。
生物質資源豐富，是一種汙染小的可再生能源，對生物質進行熱化學處理以得到富氫燃氣是很有前景的一種氫能開發方式，已引起了世界各國研究者的普遍注意。生物質氣化技術已在國內外得到廣泛的研究和開發，但由普通的生物質氣化技術得到的燃氣中，氫氣的含量較低，如在空氣氣化情況下，只有8-14vol％。
生物質下吸式氣化爐氣化具有氫氣含量高、焦油產量少的優點。利用下吸式氣化爐進行生物質制氫，並在氣化過程中加入催化劑，從而最大限度地產氫，該方法至今還未見報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種生物質下吸式氣化爐催化制氫的方法，該方法製得的氫氣含量高、焦油產量少。
本發明的另一目的在於提供實現上述方法的裝置。
本發明提供的生物質下吸式氣化爐催化制氫的方法，該方法包括下列步驟(1)生物質經螺旋進料器從下吸式氣化爐反應器的頂部進入氣化爐，經過乾燥區和熱解區後，與從氣化爐喉部通入的富氧發生部分燃燒反應；(2)蒸汽發生器中產生的水蒸汽進入氣化爐的還原區，在催化劑的作用下主要發生焦油裂解反應，焦炭的氣化反應和生物質氣化氣的蒸汽重整反應；(3)從氣化爐底部出來的燃氣進入固定床催化反應器，進行進一步的蒸汽重整和焦油裂解反應，製得富氫燃氣，富氫燃氣再經變壓吸附技術製得高純度的氫氣。
本發明的工作氣體為空氣(或富氧)和水蒸汽，生物質原料為一定粒度的動植物廢棄物。下吸式氣化爐反應器包括乾燥區、熱解區、燃燒區和還原區。焦油裂解反應的催化劑為天然礦石白雲石，置於下吸式氣化爐反應器底部，蒸汽重整反應的催化劑為鎳基催化劑，置於固定床催化反應器中，產生的富氫燃氣含氫氣60％以上。
用於實現本發明的方法的裝置包括一個下吸式氣化爐反應器，該反應器包括乾燥區、熱解區、燃燒區和還原區；一個螺旋進料器和料倉，螺旋進料器與料倉連接，料倉設在下吸式氣化爐反應器的頂部；一個制氧機，制氧機通過進風管與下吸式氣化爐反應器相連；一個蒸汽發生器，蒸汽發生器產生的水蒸汽通入下吸式氣化爐反應器的下部；一個灰鬥，位於下吸式氣化爐反應器的底部；一個固定床催化反應器，該反應器與下吸式氣化爐反應器的下部相連。
本發明方法具有以下突出優點和積極效果1、生物質催化氣化、焦油催化裂解、碳及CO水蒸汽變換等反應進行集成，使放熱反應的熱量為吸熱反應所用，不需外加熱源，提高了生物質轉化率和能量利用效率。
2、生物質氣化過程中產生的焦油在氣化爐底層得到較充分的裂解，進入固定床反應器的燃氣較潔淨，對延長固定床催化反應器催化劑的壽命較為有利。
3、無廢水、廢氣和廢渣排放，對環境不造成破壞。
4、利用生物質產氫，原料可再生，實現了資源-能源-環境一體化的可持續利用。
圖1為本發明生物質下吸式氣化爐催化制氫的裝置示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，料倉2中的生物質(如松木粉)經螺旋進料器1從下吸式氣化爐反應器3的頂部進入氣化爐，經過乾燥區和熱解區後，與從氣化爐喉部通入的富氧發生部分燃燒反應，富氧由與氣化爐3相連的制氧機4供給；蒸汽發生器5中產生的水蒸汽進入氣化爐3的還原區，主要發生焦油裂解反應，焦炭的氣化反應和生物質氣化氣的蒸汽重整反應，其中焦油裂解反應的催化劑為天然礦石白雲石，蒸汽重整反應的催化劑為鎳基催化劑；從氣化爐3底部出來的燃氣經除灰，灰塵積累在灰鬥6中定期排放，除灰後的燃氣進入固定床催化反應器7，進行進一步的蒸汽重整和焦油裂解反應，製得富氫燃氣，富氫燃氣再經變壓吸附技術製得高純度的氫氣。
用於實現本發明的方法的裝置包括一個下吸式氣化爐反應器3，該反應器3包括乾燥區、熱解區、燃燒區和還原區；一個螺旋進料器1和料倉2，螺旋進料器1與料倉2連接，料倉2設在下吸式氣化爐反應器3的頂部；一個制氧機4，制氧機4通過進風管與下吸式氣化爐反應器3相連；一個蒸汽發生器5，蒸汽發生器5產生的水蒸汽通入下吸式氣化爐反應器3的下部；一個灰鬥6，位於下吸式氣化爐反應器3的底部；一個固定床催化反應器7，該反應器7與下吸式氣化爐反應器3的下部相連。
權利要求
1.一種生物質下吸式氣化爐催化制氫的方法，該方法包括下列步驟(1)生物質經螺旋進料器從下吸式氣化爐反應器的頂部進入氣化爐，經過乾燥區和熱解區後，與從氣化爐喉部通入的富氧發生部分燃燒反應；(2)蒸汽發生器中產生的水蒸汽進入氣化爐的還原區，在催化劑的作用下主要發生焦油裂解反應、焦炭的氣化反應和生物質氣化氣的蒸汽重整反應；(3)從氣化爐底部出來的燃氣進入固定床催化反應器，進行進一步的蒸汽重整和焦油裂解反應，製得富氫燃氣，富氫燃氣再經變壓吸附技術製得高純度的氫氣。
2.根據權利要求1所述的生物質下吸式氣化爐催化制氫的方法，其特徵在於所述的生物質為一定粒度的動植物廢棄物。
3.根據權利要求1所述的生物質下吸式氣化爐催化制氫的方法，其特徵在於所述的焦油裂解反應的催化劑為天然礦石白雲石，蒸汽重整反應的催化劑為鎳基催化劑。
4.一種用於實現權利要求1的方法的裝置，該裝置包括一個下吸式氣化爐反應器(3)，該反應器包括乾燥區、熱解區、燃燒區和還原區；一個螺旋進料器(1)和料倉(2)，螺旋進料器(1)與料倉(2)連接，料倉(2)設在下吸式氣化爐反應器(3)的頂部；一個制氧機(4)，制氧機(4)通過進風管與下吸式氣化爐反應器(3)相連；一個蒸汽發生器(5)，蒸汽發生器(5)產生的水蒸汽通入下吸式氣化爐反應器(3)的下部；一個灰鬥(6)，位於下吸式氣化爐反應器(3)的底部；一個固定床催化反應器(7)，該反應器(7)與下吸式氣化爐反應器(3)的下部相連。
全文摘要
本發明公開了一種生物質下吸式氣化爐催化制氫的方法，該方法包括下列步驟生物質從氣化爐頂部加入，經乾燥、熱解後，與從氣化爐喉部通入的富氧發生不完全燃燒反應，放出熱量，產生的燃氣在下行過程中，與從還原區通入的水蒸汽在催化劑的作用下發生水蒸汽重整反應和焦油裂解反應，從氣化爐底部出來的燃氣再經過固定床催化反應器，進行進一步的焦油裂解反應，產生富氫燃氣，富氫燃氣再經變壓吸附技術製得高純度的氫氣。本發明還公開了用於實現上述方法的裝置。本發明方法轉化率和能量利用效率高，無廢水、廢氣和廢渣排放，對環境不造成汙染；所需的生物質儲量豐富，且可再生，可實現資源－能源－環境一體化的可持續利用。
文檔編號C01B3/22GK1528656SQ200310111799
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月16日 優先權日2003年10月16日
發明者呂鵬梅, 常傑, 熊祖鴻, 王鐵軍 申請人:中國科學院廣州能源研究所