[发明专利]利用太阳能从生物质和水中制取氢气工艺方法及其设备

说明书

本发明涉及到从生物质和水中制取氢气的方法，以及所用的设备。

由于波及到世界范围的能源危机日趋严重，把太阳能作为一种能源的开发也越来越引起人们的重视。目前，太阳能集热设备可分为两大类，一类是直接入射型；另一类是定日镜型，定日镜型是采用转动的反射镜或定日镜将太阳光反射到固定的聚光器，然后通过流动的工质，将收集的热能转递到需要热能的设备上去。这种聚光器的输出功率是由其有效面积而决定的，有的输出功率可高达1000千瓦，可得到3000℃以上的高温。生物质是有机物中除矿物燃料外的所有来源于动植物的能再生的物质。世界上生物质能资源种类繁多，主要有农作物和农业有机残余物，林木和森林工业残余物。象一些工农业有机残余物目前只能作为垃圾白白扔掉既浪费资源，又污染环境。目前，在合成氨工业中，以固体燃料(焦炭、无烟煤、各种劣质煤及粉煤)气态烃(天然气、焦炉气、石油炼厂气等)，液态烃(轻油、重油等)为原料制取合成氨原料气——氢气，无论在工艺方法上还是在设备上已经非常成熟、非常完善。氢气可以作为一种气体燃料使用，既干净，卫生又无污染的优点也颇引注意。上述这些情况给我们提出了这些问题：如何开发、合理利用太阳能，如何变废物为宝物，如何为社会提供更多的气体燃料——氢气，为能源短缺提供新的解决途径。

本发明的目的是实现一种利用太阳能从生物质和水中制取氢气的工艺方法及其设备。该方法能有效、合理利用大自然的能源和资源，能变废物为宝物，为社会提供更多的气体燃料——氢气，为能源短缺提供新的解决途径。

利用太阳能从生物质和水中制取氢气工艺方法包括有固态碳转化步骤，固态碳在600℃-1000℃中，常压下与水蒸气反应生成一氧化碳、二氧化碳和氢气；和液态烃类的转化步骤，该转化步骤通过催化裂解法，并与水蒸汽反应后生成氢气、一氧化碳、二氧化碳，该工艺方法还包括有净化工艺步骤，该净化工艺步骤是将上述两个转化步骤中生成的转化气体及一氧化碳、二氧化碳、氢气的混合气进行除固体杂质、脱硫、脱二氧化碳和一氧化碳变换的净化处理，最后得到纯度为97-99％的氢气，上述工艺过程为传统的以固体燃料、液态烃为原料制取合成氨原料气——氢气的过程，本发明的要点是，上述转化步骤中的固态碳；一氧化碳、二氧化碳、氢气的混合气；液态烃类是从生物质和水中制成，其过程为：将生物质放在生物质转化塔中，在温度为200℃-1000℃范围内，压力为常压条件下分解成三种形态的物质：固态物质、液态物质、气态物质，该液态物质、气态物质经冷却分离塔冷却处理后得到上述的一氧化碳、二氧化碳、氢气的混合气和液态烃类，该固态物质为上述转化步骤中所需的固态炭，并且该工艺方法使用的所有的热能都来自于太阳能。

下面用结合附图进行详细的说明。

图1为利用太阳能从生物质和水中制取氢气工艺方法的流程图。

图2为生物质转化塔示意图。

图3为冷却分离塔示意图。

图4为水加热器示意图。

图5为图4的A-A剖视图。

图6为高温加热器示意图。

图7为脱硫工艺流程图。

图8为一氧化碳变换工艺流程图。

图9为脱二氧化碳工艺流程图。

图10为脱残余的一氧化碳、二氧化碳工艺流程图。

图11为液态烃类转化工艺流程图。

图12为气化炉的示意图。

如图1所示，太阳能聚光设备1将光能转化成热能，并通过液态金属工质——汞或钠，将热能传递到生物质转化塔3、太阳能水加热器2、太阳能高温蒸汽加热器10、12、液态烃类转化装置6、一氧化碳变换装置7、图中虚线所示，液态汞或钠通过进回管道循环使用。

如图1所示，太阳能水加热器2利用液态汞或钠提供的热量将水加热成低压水蒸汽，并将低压水蒸汽输送到冷凝器8、太阳能高温蒸汽加热器10、液态烃转化装置6、脱残余的一氧化碳、二氧化碳装置11，图中用“-N-”表示低压蒸汽的输送方向。

如图1所示，冷凝器8将太阳能水加热器2提供的低压蒸汽冷凝为蒸馏水，并将蒸馏水输送到冷却分离塔4、液态烃类转化装置6、一氧化碳变换装置7、脱硫装置6，图中点线表示蒸馏水输送方向。