[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

说明书

本发明公开了一种生物质多级转换联合制氢装置及工作方法，本发明的制氢装置包括生物质超临界水气化系统、与生物质超临界水气化系统连通的用于催化甲烷与水蒸汽反应的重整系统、与重整系统连通的用于催化一氧化碳与水汽反应的转换系统、与转换系统连通的用于脱除二氧化碳的脱气系统以及为重整系统和转换系统提供反应温度的高温蒸汽供给系统。采用上述装置，可利用超临界水气化反应气相产物中CH₄和CO，有效地脱除气相产物中CO₂，提高产物中H₂含量及产量。

技术领域

本发明涉及一种生物质制氢装置及制备方法，特别涉及一种生物质多级转换联合制氢装置及制备方法

背景技术

氢气具有燃烧稳定性好、零排放、燃烧热值高、易于存储和运输等优点，可作为循环利用的高品质绿色能源，同时氢气也是重要的工业气体。目前氢气的来源主要是电解水制氢和化石燃料制氢，由于电解水制氢需要消耗大量的电能，因而96％的氢能来源于化石燃料制氢。为了摆脱对化石燃料的过度依赖，研究方向逐渐转向以富含氢元素的生物质为原料，将可再生的生物质能转化为氢能。生物质超临界水气化制氢因具有转化率高、能耗低、原料适应性强、无二次污染等优点，被认为是非常具有发展前景的制氢技术之一。生物质超临界水气化制氢是利用超临界状态下的水作为反应介质，生物质在其中进行热解、氧化、还原等一系列热化学反应过程，主要产物是氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等混合气体。气体产物中一氧化碳、甲烷占有相当大的比重，氢气的体积分数相比于其他制氢工艺较低，最高为50％左右。高温高压的反应环境耗用大量能源，且氢气产量偏低，不利于生物质超临界水气化反应制氢的大规模运用。

发明内容

发明目的：为了克服生物质超临界水气化制氢气相产物氢气体积分数及产量偏低的缺点，合理利用产物中的甲烷、一氧化碳，本发明提供一种以生物质超临界水气化-甲烷水蒸汽重整反应-水气转换-热钾碱液脱二氧化碳多级转换联合制取氢气的制氢装置及其工作方法。

技术方案：本发明所述的一种生物质多级转换联合制氢装置，所述制氢装置包括生物质超临界水气化系统、与所述生物质超临界水气化系统连通的用于催化甲烷与水蒸汽反应的重整系统、与所述重整系统连通的用于催化一氧化碳与水汽反应的转换系统、与所述转换系统连通的用于脱除二氧化碳的脱气系统以及为所述重整系统和转换系统提供反应温度的高温蒸汽供给系统。

本发明的一种优选方式为所述制氢装置包括与所述脱气系统连通的再生系统，所述高温蒸汽供给系统与所述再生系统连通。本发明设置再生系统可脱除前面反应产物中的二氧化碳，二氧化碳在低温下与碳酸钾溶液生成碳酸氢钾溶液，在高温下碳酸氢钾分解出二氧化碳，完成脱碳，脱除的二氧化碳可以收集再利用，脱除二氧化碳后生成的热钾碱液重新送入脱气系统循环利用。

本发明的一种优选方式为所述重整系统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；所述转换系统设置有用于催化水气转换反应的铁基催化剂。

本发明的一种优选方式为所述重整系统包括甲烷水蒸汽重整反应器、与所述甲烷水蒸汽重整反应器进气口连通的第一混合器，与所述第一混合器的进气口连通的甲烷供给器，所述第一混合器的进气口与所述生物质超临界水气化系统以及所述高温蒸汽供给系统连通；所述甲烷水蒸汽重整反应器外围设置有第一热交换套管，所述第一热交换套管与所述高温蒸汽供给系统连通。

本发明的一种优选方式为所述转换系统包括水气转换反应器，与所述水气转换反应器的进气口连通的第一冷却器，与所述第一冷却器进气口连通的第二混合器，与所述第二混合器的进气口连通的一氧化碳供给器；所述水气转换反应器外围设置有保温层；所述第二混合器的进气口与所述甲烷水蒸汽重整反应器的出气口以及所述高温蒸汽供给系统的出气口连通。

本发明的一种优选方式为所述脱气系统包括吸收塔，与所述吸收塔进气口连通的第二冷却器以及与所述吸收塔出气口连通的干燥器；所述第二冷却器的进气口与所述水气转换反应器出气口连通。