CN101759148A

CN101759148A - 一种熔融碱裂解生物质制备氢气工艺

Info

Publication number: CN101759148A
Application number: CN201010102809A
Authority: CN
Inventors: 计建炳; 艾宁; 于凤文; 沈琦; 姬登祥; 姜洪涛
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: CN101759148B

Abstract

本发明涉及一种熔融碱裂解生物质制备氢气工艺，该方法包括如下步骤：以熔融碱作为加热、催化和反应介质，置于反应器内，通入保护气，把反应温度设定在320-900℃，达到设定温度后加入生物质，使有机高分子解聚。熔融碱与生物质的质量比为50∶1～1∶1，裂解产物为裂解气(也可作产品气)、固体炭及液体产物。本发明有益的效果是：熔融碱是很好的反应催化剂，且廉价易得，容易回收。熔融碱是良好的加热介质。通过与生物质的密切接触，快速将热量传给后者，从而实现快速裂解生物质。所使用的碱熔融温度低，可以在较低的温度下操作。制氢工艺条件温和、裂解装置简洁、操作方便、可控性好。

Description

一种熔融碱裂解生物质制备氢气工艺

技术领域

本发明属于制氢工艺领域，涉及一种熔融碱裂解生物质制备氢气工艺。

背景技术

氢气作为重要的化工原料，在基本有机化工、石油化工、医药化工和精细化工等行业中具有广泛的用途；此外，氢气作为氢能在新能源中将扮演重要的角色，在氢气与空气中的氧气反应过程会产生热能或电能(氢氧燃料电池)为人类服务，而其产物为没有污染的水，是人类理想的清洁能源之一。因此，寻求先进的制氢技术具有重要的意义。

现有制氢方法按原料种类主要可分为以下三大类：①以碳氢化合物如石油、甲醇、甲烷、煤以及生物质为原料通过热化学转化法或微生物转化法制取；②以非碳氢化合物如H2O为原料通过电解、光解或热化学分解的方法制取；③联合以上2种方案的制氢方法。上述各种方法中，生物质制氢方法具有显著的优点，它不仅是“生物质产品”的物质性生产，而且是资源循环利用的途径之一。生物质制氢技术主要有生物法和热化学转化法两类。热化学转化法是以生物质为原料利用热物理化学原理和技术制取氢气，如生物质裂解制氢、生物质气化制氢、生物质催化裂解/气化制氢、超临界转化制氢等，这几种制氢方法或存在氢气的得率低、须加入气化剂，或存在温度压力较高、工艺条件苛刻等缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术方案的不足，而提供的一种熔融碱裂解生物质制备氢气工艺，一种操作方法简单，条件温和，氢气得率高，成本低，可控性好的生物质裂解制氢工艺。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：这种熔融碱裂解生物质制备氢气工艺，该方法包括如下步骤：以熔融碱作为加热、催化和反应介质，置于反应器内，通入保护气，把反应温度设定在320-900℃，达到设定温度后加入生物质，使有机高分子解聚。熔融碱与生物质的质量比为50∶1～1∶1，裂解产物为裂解气(也可作产品气)、固体炭及液体产物。产品气经流量计计量后，取样分析其组成。在连续工艺下，得到含有以H2为主的同时含有CH4和O2等成分的产品气。此方法的关键之处在于根据有些碱金属、碱土金属的氢氧化物的熔点低的性质，如氢氧化钠、氢氧化钾的熔点分别是318.4、360℃，以熔融碱为加热、催化和反应介质，使生物质在较低的温度下进行快速热裂解。

所述的熔融碱是钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、铷(Rb)、铯(Cs)、锶(Sr)的氢氧化物中的一种或多种，分别是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化锶。

裂解时，优选的裂解温度为350-600℃；熔融碱与生物质的质量比50∶1～1∶1，优选值为30∶1～10∶1；保护气可以是氮气、氩气、氦气、二氧化碳或水蒸气。

本发明有益的效果是：

1、熔融碱是很好的反应催化剂，且廉价易得，容易回收。

2、熔融碱是良好的加热介质。通过与生物质的密切接触，快速将热量传给后者，从而实现快速裂解生物质。

3、所使用的碱熔融温度低，可以在较低的温度下操作。

4、制氢工艺条件温和、裂解装置简洁、操作方便、可控性好。

附图说明

图1是本发明中生物质制氢工艺流程图；

1进料器；2搅拌电机；3反应釜；4冷凝器；5液体产物取样处；6气体产物取样处；7温度计；8流量计。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的内容并不局限于此。

实例1：

以氢氧化钠为加热介质，将反应器加热到450℃，通入氮气保护气，流量240L/h，之后加入34.9g水稻秸秆。秸秆在反应器内开始快速裂解。裂解产物为1.8g固体炭，2.2g液体产物(其中含水95％)，42.97L产品气。产品气经气相色谱分析产品气中含H2为69.69％(v％，下同)，CH4为16.69％，O2为13.62％。氢气产率为0.80Nm3/kg水稻秸秆，或71.28g/kg水稻秸秆。

一种如上所述的熔融碱裂解生物质制氢的工艺流程如附图1所示。操作过程如下：将碱置于反应釜3中，加热至设定温度，通入保护气，开启搅拌电机2，以生物质作为被加工物料不断地由进料器1进入反应釜中。熔融碱为生物质颗粒快速热裂解提供热量，并作为部分裂解气进一步裂解的催化剂。裂解气经冷凝器4冷凝、流量计8计量后排出。

实例2：

以氢氧化钠为加热介质，当反应器被加热到400℃时，通入氮气保护气，流量240L/h，之后加入46.3g水稻秸秆。秸秆在反应器内开始快速裂解。裂解产物为1.2g固体炭，2.6g液体产物(其中含水95％)，48.2L产品气。产品气经气相色谱分析其中含H2为71.50％(v％，下同)，CH4为20.31％，O2为8.19％。氢气产率为0.69Nm3/kg水稻秸秆。

实例3：

以氢氧化钾为加热介质，将反应器加热到400℃，通入氮气保护气，流量240L/h，之后加入44.5g水稻秸秆。秸秆在反应器内开始快速裂解。裂解产物为1.0g固体炭，1.0g液体产物(其中含水95.6％)，40.6L产品气。产品气经气相色谱分析产品气中含H2为77.87％(v％，下同)，CH4为14.59％，O2为7.54％。氢气产率为0.66Nm3/kg水稻秸秆。

实例4：

以各占50％的氢氧化钠、氢氧化钾为加热介质，将反应器加热到400℃，通入氮气保护气，流量250L/h，之后加入45.9g水稻秸秆。秸秆在反应器内开始快速裂解。裂解产物为1.4g固体炭，3.6g液体产物(其中含水95.16％)，43.7L产品气。产品气经气相色谱分析产品气中含H2为79.0％(v％，下同)，CH4为21.0％。氢气产率为0.70Nm3/kg水稻秸秆。

实例5：

以氢氧化钠为加热介质，当反应器被加热到450℃时，通入氮气保护气，流量240L/h，之后加入41.3g木屑。木屑在反应器内开始快速裂解。裂解产物为1.1g固体炭，3.4g液体产物(其中含水93.1％)，45.2L产品气。产品气经气相色谱分析其中含H2为70.6％(v％，下同)，CH4为18.5％，O2为10.9％。氢气产率为0.72Nm3/kg木屑。

当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种熔融碱裂解生物质制备氢气工艺，其特征是：该方法包括如下步骤：以熔融碱作为加热、催化和反应介质，置于反应器内，通入保护气，把反应温度设定在320-900℃，达到设定温度后加入生物质，熔融碱与生物质的质量比为50∶1～1∶1，裂解产物为产品气、固体炭及液体产物。

2.根据权利要求1所述的熔融碱裂解生物质制备氢气工艺，其特征在于：所述的熔融碱是钠(Na)、钾(K)、锂(Li)、铷(Rb)、铯(Cs)、锶(Sr)的氢氧化物中的一种或多种，分别是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化锶。

3.根据权利要求1所述的熔融碱裂解生物质制备氢气工艺，其特征在于：裂解时，反应器内的温度控制在350-600℃。

4.根据权利要求1所述的熔融碱裂解生物质制备氢气工艺，其特征在于：所述的保护气是氮气、氩气、氦气、二氧化碳或水蒸气。

5.根据权利要求1所述的熔融碱裂解生物质制备氢气工艺，其特征在于：裂解时，熔融碱与生物质的质量比为30∶1～10∶1。