[发明专利]生物质废弃物超临界水流化床部分氧化制氢装置及方法

权利要求书

1.一种生物质废弃物超临界水流化床部分氧化气化制氢装置，包括储料罐(1)、第一加料器(2)和第二加料器(3)、反应器(4)、换热器(5)、预热器(6)、冷却器(7)、第一背压阀(8)、第二背压阀(9)、第三背压阀(10)、高压分离器(11)、低压分离器(12)、第一湿式气体流量计(13)、第二湿式气体流量计(14)、第一高压柱塞泵(15)、第二高压柱塞泵(16)、第三高压柱塞泵(17)、第四高压柱塞泵(18)、第一质量流量计(19)、第二质量流量计(20)、第三质量流量计(21)、第四质量流量计(22)、水箱(23)、多个阀门以及温度、压力测控系统；其特征在于：

所述的第一加料器(2)和第二加料器(3)通过管路相互连接，它们各有两个入口端，其中一个入口端通过第二质量流量计(20)和第三质量流量计(21)与第二高压柱塞泵(16)和第三高压柱塞泵(17)的出口端连通，另一个入口端与储料罐(1)出口端连通，所述的储料罐(1)设置有一个气体入口端和一个物料入口端；反应器(4)的底部与预热器(6)的出口端连通，第一加料器(2)和第二加料器(3)的出口端均与反应器(4)中下部入口端连通；所述换热器(5)有两个入口端和两出口端，反应器(4)出口端与换热器(5)一个入口端连通，反应器(4)为超临界水流化床反应器，竖直放置，反应器(4)底部为布风板，流化床中采用石英砂为床料，反应器(4)的上部采用透镜垫法兰密封，反应器(4)中流体温度分布通过K型铠装热电偶测量，反应器(4)通过电加热器加热，或者通过氧化反应放热实现自热，预热器(6)出口的高温流体自下而上通过反应器(4)，使布风板上的石英砂处于流化状态，常温物料从第一加料器或第二加料器出口端进入反应器(4)的中下部，与反应器(4)内高温流体以及床料混合而快速升温，换热器(5)的另一入口端与第一高压柱塞泵(15)出口端连通；换热器(5)的一个出口端与预热器(6)的入口端连通，换热器(5)的另一出口端与冷却器(7)入口端连通；冷却器(7)出口端与第一背压阀(8)的入口端连通；所述高压分离器(11)有两入口端和两出口端，第一背压阀(8)的出口端与高压分离器(11)的一个入口端连通，第四高压柱塞泵(18)的出口端通过第四流量计(22)与高压分离器(11)的另一个入口端连通；高压分离器(11)的一个出口端与第三背压阀(10)的入口端连通，第三背压阀(10)的出口端与低压分离器(12)入口端连通；高压分离器(11)的另一个出口端与第二背压阀(9)的入口端连通；低压分离器(12)、第二背压阀(9)的出口端分别与第一湿式气体流量计(13)、第二湿式气体流量计(14)连通。

2.如权利要求1所述的生物质废弃物超临界水流化床部分氧化气化制氢装置，其特征在于，所述高压分离器(11)有两个入口和两个出口，一个为冷却后的产物气液混合物入口(301)，另一个为高压水入口(302)，一个为高浓度氢气出口(303)，另一个为二氧化碳和水的出口(304)；高压水通过入口(302)与喷头(305)连通，高压水自上而下喷洒流经多层多孔板(306)，充分吸收自下而上流动的气体产物中的二氧化碳，吸收二氧化碳的水从出口(304)流出。

3.一种使用权利要求1所述的生物质废弃物超临界水流化床部分氧化制氢装置的制氢方法，其特征在于，该方法利用超临界氧化反应的放热，为生物质气化反应提供热量，在反应器内实现放热与吸热的耦合，以提高反应器内换热效率以及生物质废弃物的气化率；利用系统中的高压水吸收反应产物中的二氧化碳，实现氢气制取与提纯的双重功能；具体按照以下步骤进行：

(1)将生物质废弃物与少量羧甲基纤维素钠CMC、双氧水和纯水混合配置成所需浓度均匀的浆料放入储料罐中，然后通过具有一定压力的N2将物料输送至第一加料器中，通过第二高压柱塞泵和第三高压柱塞泵加压至预定压力；

(2)纯水通过第一高压柱塞泵加压至预定压力然后通过换热器回收反应后高温流体热量，然后通过预热器加热至高温，进入反应器；

(3)物料在反应器中反应生成的气体产物通过换热器以及冷却器冷却至常温，然后通过第一背压阀调节压力后进入高压分离器中实现氢气与二氧化碳的分离，高压水吸收的二氧化碳通过第三背压阀压力下降至常温，然后在低压分离器中与水分离，而高压分离器中分离出的氢气通过第二背压阀压力降至常温。