[发明专利]一种畜禽粪便分步热解制取富氢燃气和其它产物的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种畜禽粪便分步热解制取富氢燃气和其它产物的方法和实现 该方法的装置，是畜禽粪便新能源转化的一种有效途径。

背景技术

我国的畜禽养殖方式在逐步向集约化养殖方式转变，从而给当地农业环境 带来很大的环境负荷，畜禽固体粪便本身上是一种生物质资源，现有成熟的处 理技术主要包括沼气技术和堆肥处理技术，采用热化学处理方式还处在试验研 究阶段。

能源危机是全世界所面临的共同问题，化石能源的不可再生性和温室气体 排放等因素推动可再生和清洁能源的发展。氢是宇宙中最丰富的元素，氢能是 理想的清洁能源之一，也是一种优良的能源载体，随着燃料电池和储氢技术的 突破和商品化，氢能将在本世纪能源舞台上成为一种举足轻重的能源。氢能在 利用过程中对环境零污染，作为能源在航天领域已发挥重要作用。当前比较成 熟的氢气制取技术主要是电解水制氢和以矿物燃料为原料制氢，以生物质为原 料制取氢气还处于研究开发阶段。生物质因其储量大、可再生、碳循环和低污 染物排放等优点而成为世界上很重要的能源载体和氢源。当前国内外对于生物 质能源的研究主要集中在气化发电和液化制取生物质合成燃料方面，生物质在 氢气制取方面的前景只是近几年才被各国专家注意到。

当前生物质热化学制取氢气主要是将生物质催化裂解、焦油催化裂解和碳 及CO的水蒸汽变换反应结合到一起，使这些反应在制取工艺路线的不同阶段或 在反应器的不同区域进行。本方法工艺路线是将畜禽粪便经堆肥干燥后，将低 温热解炭化和碳的水煤气反应分开进行，这样将畜禽粪便里含量比较高的N、P 等杂质以氧化物的形式在炭化阶段就释放出来，降低了后续富氢气体净化难度。 低温热解产生的产物主要包括燃气和焦炭，燃气不经过冷却直接作为能源加以 利用，而焦炭产物就作为水煤气反应的原料。该方法至今还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种将畜禽粪便采用热化学方法制取富氢燃气和其它 产物的方法以及实现该方法的装置。

本发明提供的生物质分步热解制取富氢燃气和其它产物的方法主要包括下 列步骤：

(1)将含水量比较高的畜禽粪便进行堆肥处理，利用微生物的作用，使含 水量降到20％左右；

(2)将堆肥和干燥处理后的畜禽粪便在一级炭化炉内先预炭化，炭化温度 低于300℃，目的是将畜禽粪便内的水分和N、S等有害元素排出，产生气体直 接通入蒸汽发生装置中燃烧；

(3)预炭化后的物料直接进入二级炭化炉，温度低于500℃条件下缓慢炭 化，目的是获得尽量多的生物碳；过程中产生燃气引入蒸汽发生装置中燃烧；

(4)将炭化后的固体产物-生物炭研磨呈粉状；

(5)将研磨后的生物炭经螺旋送料器进入流化床反应器，蒸汽发生装置产 生过热蒸汽通入流化床反应器。在高温和催化剂作用下(不低于800℃)发生水 煤气反应，产生H₂、CO等可燃气体。

(6)产生富氢气体经旋风分离器、冷凝器和陶瓷膜过滤器除灰后含氢量达 80％左右；。灰分富含P、K、Na等营养元素，可作为土壤改良剂或肥料。

本发明涉及的方法所得产物主要包括堆肥、生物炭、低热值燃气和富氢燃 气。气化剂为高温水蒸汽，其获得所需能源可部分采用炭化阶段所产生的燃气 和生物炭。经低温热解炭化后，畜禽粪便内含有的N、P、S等杂质以氧化物的 形式随热解气排出，减少了后续氢气的净化成本。

用于实现本发明的方法的装置主要有：

两个旋转式炭化炉，分别作为预炭化炉和炭化炉；

一个研磨装置，把炭化后的生物炭研磨成粉状；

一套螺旋进料器装置，主要包括三相异步电机、电源调频器、料仓、螺旋 进料器、冷凝套管等，冷凝套管布置在进料管和反应器之间，防止物料在进料 管内受热分解；

一套流化床反应器装置，装有温度和压力探头口，底部有气室和布风装置， 气室有水蒸汽进气口，反应器上部有出气口，下部有出料口；

一套蒸汽发生装置，产生过热水蒸汽；

一套旋风分离装置，主要包括旋风分离器和集灰装置，旋风分离器和流化 床反应器连接，集灰装置与旋风分离器下部连接；

冷凝装置，主要冷凝水蒸汽；

过滤装置，进一步过滤灰尘，便于富氢气体的后续处理。

本发明方法有以下突出优点和效果：