[发明专利]利用垃圾制备氢气的系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于能源与化工技术领域，具体而言，本发明涉及利用垃圾制备氢气的系统和方法。

背景技术

随着化石能源的枯竭和市场供应的匮乏，寻求新能源成为人类当前共同努力的任务之一。氢能是公认的清洁能源，它最有希望成为21世纪人类所企求的清洁能源，人们对氢能的开发应用寄于极大的热忱和希望。氢具有燃烧热值高，其燃烧产物为水，不会带来环境污染，氢通过燃料电池可以把化学能直接转换为电能，氢的资源极其丰富，取之不尽、用之不竭。但是要把期望变成现实，人们还要解决许多难题，其中如何制取大量、廉价的氢气是最主要的一个难题。

随着我国城市化的迅猛发展，城市固废产量与日俱增，固体废弃物围城的环境现状日益严重，对人类的生存环境造成了恶劣影响。如何妥善处理城市固废，变废为宝，实现固体废弃物的无害化、资源化处理成为了亟待解决的一个问题。

目前，如何将垃圾变为清洁能源氢气是现如今研究的一个热点。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用垃圾制备氢气的系统和方法。采用该系统可以将垃圾变为燃烧值高且清洁的氢气，并且氢气的产率可达90％以上，纯度达99％以上。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用垃圾制备氢气的系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：

热解装置，所述热解装置具有垃圾入口、热解油气出口和热解炭出口；

裂解装置，所述裂解装置具有热解油气入口、催化剂入口、裂解气出口和失活催化剂出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连；

冷却装置，所述冷却装置具有裂解气入口、冷却裂解气出口和冷却水出口，所述裂解气入口与所述裂解气出口相连；

氢气分离提纯装置，所述氢气分离提纯装置具有冷却裂解气入口、氢气出口和尾气出口，所述冷却裂解气入口与所述冷却裂解气出口相连。

由此，根据本发明实施例的利用垃圾制备氢气的系统通过将垃圾送至热解装置，在高温条件下，垃圾被热解，产生大量富含氢气的热解油气，然后将该热解油气直接热送至裂解装置与催化剂接触进行裂解，一方面可省去复杂的油气水分离设备，简化整个系统的处理工艺；另一方面充分利用了热解油气中的热量，有助于降低裂解装置的能耗；再一方面可消除焦油带来的负面影响，提高裂解气中氢气的含量，在裂解装置高温、高压的环境氛围，热解油气中的C_nH_m在催化剂的作用下与其携带的水蒸气发生反应，裂解为CH₄、H₂等小分子气体，其中的CO、CO₂等小分子与水蒸气发生重整反应生成H₂等气体，所得的裂解气经冷却装置后裂解气被冷却降温，裂解气中的水分被去除，经冷却后裂解气中氢气的含量在55％以上。冷却裂解气再经过氢气分离提纯装置，得到氢气和尾气，其中氢气的产率可达90％以上，氢气的纯度可达99％以上。如此，本系统将垃圾与氢气生产联系起来，实现了固废处理与新能源开发利用的双赢效果，也实现了热解气的多途径利用。

另外，根据本发明上述实施例的利用垃圾制备氢气的系统，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述热解装置为旋转床热解炉。由此，因旋转床热解炉具有连续式进料功能，使得垃圾在热解过程中不会翻动，可避免产生飞灰，从而减少了所得热解油气中的杂质。

在本发明的一些实施例中，所述氢气分离提纯装置包括氢气变压吸附塔，所述氢气变压吸附塔包括多个并联的吸附床。由此，可显著提高氢气的产率和纯度。

在本发明的一些实施例中，所述利用垃圾制备氢气的系统进一步包括：催化剂再生装置，所述催化剂再生装置具有失活催化剂入口、再生催化剂出口和杂质出口，所述失活催化剂入口与所述失活催化剂出口相连，所述再生催化剂出口与所述催化剂入口相连。由此，可显著提高裂解装置的裂解效率，提高氢气的产出率和产量。

在本发明的一些实施例中，所述热解装置分别与所述催化剂入口和所述失活催化剂出口相连。由此，可提高该系统的热利用率，实现催化剂的重复利用，减少本系统的原料成本。

在本发明的一些实施例中，所述尾气出口与所述热解装置和所述裂解装置中的至少一个相连。由此，有利于降低利用垃圾制备氢气系统的能耗，提高系统的热利用率，实现尾气的回收再利用。