[发明专利]利用废塑料催化制氢的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于固体废弃物回收制造氢气的装置和方法，更具体的说是涉及一种专门利用废塑料催化制氢的装置及其方法。

背景技术

我国塑料生产和消费的数量都很大，这在方便人们生活的同时，每年产生的塑料废弃物“白色污染”问题日益突出，合理处置废旧塑料已成为一个重要的社会问题。塑料大都以石油为原料的制品，具有较高的能源利用价值，然而，在废旧塑料回收能源方面，无论是燃烧利用热能还是裂解，都存在着废旧塑料的直接利用率不高和产生二次污染物的问题。以廉价废塑料为原料来制取氢气，成本低，变“废”为“宝”，具有较好的环境效果和社会和经济效益。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种专门利用废塑料催化制氢的装置，该装置能够在一个反应器中实现流化床废塑料气化、部分氧化和水蒸气催化重整制氢等反应的耦合。本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种利用上述装置将废塑料制备为氢气的方法，该方法工艺简单、成本低，对废塑料催化制氢可能产生的二次污染物有一定的控制。

本发明采用的技术方案：本发明以废塑料为原料催化制氢所涉及的化学反应极为复杂，主要的反应示意包括下列反应式：

废塑料+H₂O+O₂→CO+CO₂+C_nH_mO_k

C_nH_mO_k+H₂O+O₂→CO+CO₂+H₂

一种专门利用废塑料催化制氢的装置，下部为流化床气化段，上部为水蒸气催化重整制氢段，其特征在于：装置内部设置自上而下喷吹水蒸气和空气混合气体的喷吹管，在下部流化床气化段设有原料进料口和排渣口，细沙石是流化床的床料，在上部水蒸气重整制氢段设有催化剂支撑与隔灰网，催化剂在催化剂支撑与隔灰网上形成催化剂床层，气体出口在催化剂床层的上方，水蒸气与空气喷吹管进口在装置的顶端并与喷吹管联通。

一种利用上述装置将废塑料催化制氢的方法，包括下列步骤：

a.流化床气化废塑料：将废塑料粉碎为直径5～10mm的颗粒，加入占废塑料质量分数2～5％的生石灰，废塑料与生石的混合物从所述装置的原料进料口送入装置下部，以体积分数为80～90％的水蒸气和体积分数为10～20％的空气组成的混合气体为气化剂，从装置的水蒸气与空气喷吹管进口经过喷吹管喷入装置内，在流化床中控制温度为500～700℃气化废塑料；

b.水蒸气催化重整制氢：步骤a气化生成的粗气体经过装置上部的催化剂支撑与隔灰网和催化剂床层，进一步发生水蒸气催化重整反应，从气体出口排出富含氢气的最终气体产品，所述催化剂为KF104型甲醇水蒸气重整催化剂。

本发明的有益效果：本发明方法采用水蒸气与空气混合气体在高温条件下气化废塑料，反应速率快，也有效的防止了结焦；本发明方法在废塑气化阶段采用生石灰为催化剂，不仅起催化气化作用，对污染物排放也具有较好的控制作用；本发明方法在水蒸气催化重整制氢阶段，采用商业水蒸气重整催化剂，定向转化来自气化阶段的粗气体，以获得较高收率氢气。本发明装置内部结构简单，具有充足的有效空间，有利于多相流动混合与反应。本发明装置设置催化剂支撑与隔灰网，不仅支撑催化剂、阻挡飞灰，同时也兼具气体分配器的作用。本发明在一个反应器中实现了流化床废塑料气化、部分氧化和水蒸气催化重整制氢等反应的耦合。

附图说明

图1是本发明催化制氢装置示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细描述：如图1所示，一种专门利用废塑料催化制氢的装置6，下部为流化床气化段，上部为水蒸气催化重整制氢段，其特征在于：装置6内部设置自上而下喷吹水蒸气和空气混合气体的喷吹管8，在下部流化床气化段设有原料进料口2和排渣口1，细沙石3是流化床的床料，在上部水蒸气重整制氢段设有催化剂支撑与隔灰网9，催化剂在催化剂支撑与隔灰网9上形成催化剂床层4，气体出口5在催化剂床层4的上方，水蒸气与空气喷吹管进口7在装置6的顶端并与喷吹管8联通。