[发明专利]一种生物质多级转换联合制氢装置及其工作方法

权利要求书

1.一种生物质多级转换联合制氢装置，其特征在于，所述制氢装置包括生物质超临界水气化系统（1）、与所述生物质超临界水气化系统（1）连通的用于催化甲烷与水蒸汽反应的重整系统（2）、与所述重整系统（2）连通的用于催化一氧化碳与水汽反应的转换系统（3）、与所述转换系统（3）连通的用于脱除二氧化碳的脱气系统（4）以及为所述重整系统（2）和转换系统（3）提供反应温度的高温蒸汽供给系统（5）；所述制氢装置包括与所述脱气系统（4）连通的再生系统（6），所述高温蒸汽供给系统（5）与所述再生系统（6）连通；

所述重整系统（2）包括甲烷水蒸汽重整反应器（201）、与所述甲烷水蒸汽重整反应器（201）进气口连通的第一混合器（202），与所述第一混合器（202）的进气口连通的甲烷供给器（203），所述第一混合器（202）的进气口与所述生物质超临界水气化系统（1）以及所述高温蒸汽供给系统（5）连通；所述甲烷水蒸汽重整反应器（201）外围设置有第一热交换套管（204），所述第一热交换套管（204）与所述高温蒸汽供给系统（5）连通；

所述转换系统（3）包括水气转换反应器（301），与所述水气转换反应器（301）的进气口连通的第一冷却器（302），与所述第一冷却器（302）进气口连通的第二混合器（303），与所述第二混合器（303）的进气口连通的一氧化碳供给器（304）；所述水气转换反应器（301）外围设置有保温层（305）；所述第二混合器（303）的进气口与所述甲烷水蒸汽重整反应器（201）的出气口以及所述高温蒸汽供给系统（5）的出气口连通；

所述脱气系统（4）包括吸收塔（401），与所述吸收塔（401）进气口连通的第二冷却器（402）以及与所述吸收塔（401）出气口连通的干燥器（403）；所述第二冷却器（402）的进气口与所述水气转换反应器（301）出气口连通；

所述再生系统（6）包括与所述脱气系统（4）出液口连通的再生塔（601）、与所述再生塔（601）出液口连通的第三冷却器（602）、与所述第三冷却器（602）的出液口与所述脱气系统（4）的进液口连通；所述再生塔（601）外围设置有第二热交换套管（603），所述第二热交换套管（603）与所述高温蒸汽供给系统（5）的出气口连通。

2.根据权利要求1所述的生物质多级转换联合制氢装置，其特征在于，所述重整系统（2）中设置有用于催化甲烷与水蒸汽反应的Rh/Ce_0.5Zr_0.5O₂催化剂；所述转换系统（3）设置有用于催化水气转换反应的铁基催化剂。

3.根据权利要求1-2所述的任一生物质多级转换联合制氢装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）生物质超临界水气化反应气相产物制备：生物质浆液原料在生物质超临界水气化系统中，在温度大于374℃，压力＞22.1MPa条件下，发生热解、氧化、还原反应，得到的氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷混合气相产物及液相产物，产物经冷却后气液分离，分离后得到的气相产物送到第一混合器中；

（2）甲烷水蒸汽重整反应气相产物制备：将高温蒸汽供给系统产生的高温蒸汽及甲烷供给器中甲烷送入第一混合器中，与超临界水气化产物混合后送入甲烷水蒸汽重整反应器，在温度700-800℃，压力为常压条件下，完成甲烷水蒸汽重整反应，将甲烷水蒸汽重整反应得到的气相产物送入第二混合器；

（3）水气转换反应气相产物制备：将高温蒸汽供给系统产生的高温蒸汽及一氧化碳供给器中一氧化碳送入第二混合器中，与蒸汽重整反应产物混合后送入水气转换反应器，在温度315-510℃，压力为常压条件下完成水气转换，将水气转换反应得到的气相产物送入第二冷却器；

（4）热钾碱液脱除二氧化碳：将第二冷却器中气相产物送入含有热钾碱液的吸收塔在温度为65-80℃温度下，完成脱碳处理，吸收了二氧化碳的钾碱液送入再生塔，在温度为105-115℃条件下，完成热分解脱除二氧化碳，随后钾碱液循环流向吸收塔；

（5）富氢产物干燥：将脱碳处理后的气相产物送入干燥器，干燥处理后进行收集处理。