[发明专利]一种利用生物质制造氢气的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用生物质制造氢气的装置及方法，属于生物质能源化工技术领域。

背景技术

目前世界生物质能消耗和利用，仅次于石油、煤炭和天然气，位居第四位。生物质是即可再生又能直接储存与运输，然而生物质利用技术成本较高，尤其是涉及到废旧塑料和城市有机固体废弃物类生物质，其处置一直是世界各个国家的难题，如何使生物质利用具有盈利性，并能大规模推广使用也是广泛关注的问题。我国城市有机固废产生数量巨大，污染问题日益突出，尤其是废旧塑料等的合理处置已成为很重要的社会和环境问题。目前在包括废旧塑料、城市固体有机废弃物等的生物质混合物料能源转化方面，无论是燃烧利用热能还是裂解产气，都存在着直接利用率不高、成本很高，并产生二次污染等问题。中国发明专利说明书2008年3月12日公开了一种“利用废塑料催化制氢的装置及其方法”（申请号：200710045206.6，公开号：CN101139083），该制氢装置下部为流化床气化段，上部为水蒸气催化重整制氢段，装置气化段部分要保持合适流化状态才能达到高效率的气化，过程采用的空气与水蒸气作为气化剂和重整制氢的原料气，产氢率不高。

发明内容

本发明提供一种利用生物质制造氢气的装置，该装置能够在一个反应器中实现生物质制氢，制氢成本低、产氢率高，同时能够控制生物质制氢过程中可能产生的二次污染。

本发明采用的技术方案是：一种利用生物质制造氢气的装置，包括气化段、重整制氢段以及设置在装置内部的喷吹管，气化段的内部提供生物质原料气化，底部设有生物质进料口和排渣口，还包括设置在气化段上的水蒸气进口，重整制氢段的上部设有气体出口，内部设有催化剂床层与隔灰网，催化剂床层和隔灰网固定连接在喷吹管上，喷吹管进口在装置的顶端与喷吹管连通。

一种利用上述装置将生物质制备为氢气的方法，包括下列步骤：

a. 内循环湍流开心式气化生物质：将生物质粉碎为直径5～10mm的颗粒，生物质是秸秆类生物质、废旧塑料或城市有机固体废弃物，添加与生物质相同粒径的占生物质质量分数2～5%的生石灰，生物质与生石灰的混合物从装置的原料进料口送入装置，以水蒸气和氮气组成的混合气体作为湍流流动气体和气化剂，从装置的喷吹管进口经过喷吹管自上而下喷入装置内，形成开心式内循环湍流流动气化方式，在500～700℃将生物质气化，喷吹管混合气体是由体积分数为80～90%的水蒸气和体积分数为10～20%的氮气组成；

b. 固定床水蒸气催化重整制氢：由装置下段气化生成的粗气体与由水蒸气进口喷入的水蒸气，经过隔灰网和催化剂床层，发生水蒸气催化重整反应，采用的催化剂是KF104型甲醇水蒸气重整催化剂，最终富含氢气的气体产品从气体出口排出。

本发明的有益效果是：本发明很好的将生物质气化和水蒸汽催化重整整合在一个装置中，装置内部结构简单，具有充足的有效空间，有利于高速内循环湍流流动、混合与反应，内部设置的隔灰网，不仅支撑催化剂、阻挡飞灰，同时也兼具气体分配器的作用；装置单独设置水蒸气进口，便于增加原料水蒸气用量，促进反应，本发明制氢可广泛采用众多生物质原料，成本很低，具有较好的环境效果和经济效益；本方法气化阶段采用生石灰为催化剂，不仅起催化气化作用，对气化产生的焦油等污染物具有较好的控制作用；在水蒸气催化重整制氢阶段，添加过量水蒸气，定向转化来自气化阶段的粗气体，以获得较高产氢率，工艺简单、能够控制生物质制氢过程中可能产生的二次污染物。

附图说明

图1为本发明制氢装置的结构示意图；

图2为本发明制氢方法的流程图。

图中：1、一种利用生物质制造氢气的装置，2、气化段，3、重整制氢段，4、喷吹管，5、原料，6、生物质进料口，7、排渣口，8、水蒸气进口，9、气体出口，10、催化剂床层，11、隔灰网，12、喷吹管进口。 

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种利用生物质制造氢气的装置1，包括气化段2、重整制氢段3以及设置在装置内部的喷吹管4，气化段2的内部放有生物质原料5，底部设有生物质进料口6和排渣口7，气化段2上还设有水蒸气进口8，重整制氢段3的上部设有气体出口9，内部设有催化剂床层10与隔灰网11，催化剂床层10和隔灰网11固定连接在喷吹管4上，喷吹管进口12在装置的顶端与喷吹管4连通。

如图2所示，利用上述装置将生物质制备氢气的方法，包括下列步骤：