[发明专利]一种生物质分级气化制取富氢气体的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质分级气化制取富氢体的方法及其装置系统，属于生物质资源利用领域。

背景技术

氢能是一种清洁的二次能源，虽然自然界存在大量的氢原子，但是氢作为能量载体必须经过一次能源的转化获得。目前氢气主要是通过天然气、煤、石油等化石燃料的热化学转化制取，但是随着化石能源的紧缺，生态环境的日益严峻，利用可再生的生物质，寻求清洁、经济、可持续发展的制氢新技术已引起世界广泛关注。

生物质气化制氢是生物质热化学转化利用的重要途径之一，也是最具发展前景有望实现大规模生产的一种绿色制氢技术。生物质的气化过程包括生物质的干燥、挥发分析出、挥发分的二次裂解和重整以及焦炭气化等反应步骤。常规气化通常在一个反应器内完成整个气化过程，目前生物质常规气化制氢存在的主要问题是：(1)合成气中氢气浓度低，不仅含有CO₂、CO，还含有低碳烃类化合物；(2)气化产物中存在焦油，不仅影响气体品质，而且影响下游设备的正常运行，因此严重制约了生物质气化制氢技术的应用。

生物质热化学转化制氢主要是通过碳转换H₂O中的氢获得，因此水蒸气是最有利的气化介质。为了获得高浓度的富氢气体，既避免空气中惰性气体氮掺混到气体产物中影响气体品质，又可提供水蒸气气化所需的热量，近年来化学链气化技术与分级气化技术日益引起研究者的关注。

基于化学链技术的气化制氢主要包括基于钙基的化学链气化技术(CLG-CaO)和基于循环载氧体的化学链气化技术(CLG-MeO)，通过载氧体的载热循环为生物质的气化提供热量。最近的报道(Udomsirichakorn J.,Basu P.Salama A.,Acharya B.,CaO-based chemical looping gasification of biomass for hydrogen-enriched gas production with in situ CO₂capture and tarreduction[J].Fuel Processing Technology,2014,127:7-12.)显示松木屑气化的氢产率达到20mol/kg，氢浓度达到78％，但是其中焦油含量较高2.48g/Nm³，另外一个主要问题是CaO循环煅烧易烧结失活，从而制约了其工业化应用。

在He F,Galinsky N,Li FX.Chemical looping gasification of solid fuels using bimetallic oxygen carrier particles-Feasibility assessment and process simulations[J].International Journal of Hydrogen Energy,2013,38(19):7839-7854.和Guo Q,Cheng Y,Liu YZ,Jia WH,et al.Coal Chemical Looping Gasification for Syngas Generation Using an Iron-Based Oxygen Carrier[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2014,53(1):78-86.中提出：循环载氧体的化学链气化技术(CLG-MeO)则是利用载氧体中的晶格氧在气化反应器内实现燃料的部分氧化，而且还原后的载氧体可起到催化气化的作用，从而加速了焦炭的转化。