CN104211011A - 一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的方法，属于生物质能开发的技术领域。本发明装置由原料入口(1)、气流涡旋粉碎机(2)、鼓风机(3)、水蒸气入口(4)、温度表(5)、压力表(6)、通气管(7)、出料口(8)、负载层(9)、水蒸气喷头(10)、排气管(11)、过滤器(12)、热式流量计(13)、气体收集器(14)、装置(15)构成；裂解过程中以水蒸气作为加热介质和稀释剂，降低反应体系中烃分压，提高烃类及焦油的裂解，减少二次反应，结焦少；反应中隔绝空气，产品气组成简单，焦油含量低；本发明装置制备工艺简单、反应条件温和、能耗小、氢气产率高、催化剂不需回收。经本发明装置处理后的生物质原料的氢气可提取产率从以往的60.3～70.9％提高到了89.0～92.5％。
Description
本发明涉及一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的方法，属于生物质能开发的技术领域。
由于化石燃料的日益衰竭，由生物质生产氢气、乙醇等清洁燃料备受关注，尤其是氢气，作为清洁可再生能源的载体、重要的化工燃料，热值高、来源广泛、可实现“零排放”，因此，探索先进的制氢技术、提高氢气产率具有重要意义。由于化石燃料的日益衰竭，由生物质生产氢气、乙醇等清洁燃料备受关注，尤其是氢气，作为清洁可再生能源的载体、重要的化工燃料，热值高、来源广泛、
可实现“零排放”，因此，探索先进的制氢技术、提高氢气产率具有重要意义。
目前，制氢方法很多，其中，生物质由于挥发组分含量高、碳活性高、硫、氮的含量低，是气化的良好的原料，不仅保证“生物质产品”的物质性生产，提供氢燃料，改善燃料利用结构，还可以循环利用，减少污染。目前，制氢方法很多，其中，生物质由于挥发组分含量高、碳活性高、硫、氮的含量低，是气化的良好的原料，不仅保证“生物质产品”的物质性生产，提供氢燃料，改善燃料利用结构，还可以循环利用，减少污染。
生物质制氢是以生物质作为制氢原料，利用亚临界或超临界水强大的溶解力，将低能量密度的生物质能转化为储运方便的高品质氢能。中国专利CN 101100621A“生物质富氢燃气制备方法及装置”，该方法对生物质热解后的气相产物在800～950℃下，与水蒸气在白云石的催化作用下实现裂解、重整，提高气体中氢含量和产量，制备氢气的体积含量为30％～55％的富氢含量，该反应装置各部分反应条件较为苛刻，系统控制较为复杂；采用固体催化剂虽然能提高生物质的气化率，但气化后甲烷的产率得到提高，而氢气的产生却受到抑制；同时，催化剂的存在增加了反应的成本，回收再利用存在着一定的局限性。中国专利CN 101759148A“一种熔融碱裂解生物质制备氢气工艺”，该法以熔融碱作为加热、催化、反应介质，通入保护气，生物质在温度为320～900℃反应器内解聚。碱熔融温度低，可在低温下操作，制氢工艺条件温和、装置简单、熔融碱回收简单，但获得的氢气的体积分数为70.6～79.0％。中国专利CN 102092681A公开了一种超临界水中生物质气化制氢的CO2脱除工艺，该方法中催化剂和生物质料液经换热器换热后，置于高压反应釜中，温度控制为350～600℃，压力控制为20～50Mpa，催化剂为过氧化氢，制备得到的氢气含量为60.8％。该方法超临界水具有极强的腐蚀性，对生物质制氢设备的材质提出了很高的要求；超临界水气化又必须在高温高压的反应条件下进行，对裂解材料的要求严格，能耗大，产气过程中氢气产率依然比较低。生物质制氢是以生物质作为制氢原料，利用亚临界或超临界水强大的溶解力，将低能量密度的生物质能转化为储运方便的高品质氢能。中国专利CN 101100621A“生物质富氢燃气制备方法及装置”，该方法对生物质热解后的气相产物在800～950℃下，与水蒸气在白云石的催化作用下实现裂解、重整，提高气体中氢含量和产量，制备氢气的体积含量为30％～55％的富氢含量，该反应装置各部分反应条件较为苛刻，系统控制较为复杂；采用固体催化剂虽然能提高生物质的气化率，但气化后甲烷的产率得到提高，而氢气的产生却受到抑制；同时，催化剂的存在增加了反应的成本，回收再利用存在着一定的局限性。中国专利CN 101759148A“一种熔融碱裂解生物质制备氢气工艺”，该法以熔融碱作为加热、催化、反应介质，通入保护气，生物质在温度为320～900℃反应器内解聚。碱熔融温度低，可在低温下操作，制氢工艺条件温和、装置简单、熔融碱回收简单，但获得的氢气的体积分数为70.6～79.0％。中国专利CN 102092681A公开了一种超临界水中生物质气化制氢的CO2脱除工艺，该方法中催化剂和生物质料液经换热器换热后，置于高压反应釜中，温度控制为350～600℃，压力控制为20～50Mpa，催化剂为过氧化氢，制备得到的氢气含量为60.8％。该方法超临界水具有极强的腐蚀性，对生物质制氢设备的材质提出了很高的要求；超临界水气化又必须在高温高压的反应条件下进行，对裂解材料的要求严格，能耗大，产气过程中氢气产率依然比较低。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术方案存在的成本高，耗能大，污染问题严重，提供了一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的装置，制备工艺简单、能耗小、且氢气产率高。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的装置由由原料入口(1)、气流涡旋粉碎机(2)、鼓风机(3)、水蒸气入口(4)、温度表(5)、压力表(6)、通气管(7)、出料口(8)、负载层(9)、水蒸气喷头(10)、排气管(11)、过滤器(12)、热式流量计(13)、气体收集器(14)、装置(15)构成；其结构构造为，装置(15)有三层，由下至上分别为一阶段，二阶段，三阶段；其中原料入口(1)与气流涡旋粉碎机(2)、鼓风机(3)相连，与一阶段相通，二阶段三阶段皆设有温度表(5)、压力表(6)和水蒸气入口以及水蒸气喷头，阶段间隔层上设有负载层(9)，水蒸气入口(1)位于装置(15)的顶部，入口处设有水蒸气喷头(10)，排气管(11)与水蒸气入口(1)相邻，与过滤器相连，热式流量计与排气管(11)串联连接，通入气体收集器(14)。
所述的水蒸气喷头(10)内部还有3个喷嘴孔，喷射角度呈120度，喷射流量为180-220kg/h。
所述的温度表(5)在装置一阶段的温度控制在450-600℃，二阶段的温度控制在680～750℃，三阶段的温度控制在800～850℃。
所述的负载层(9)呈圆柱状，厚度为0.3-0.6m，上面吸附有催化剂甲酸-锌铝硅藻土，甲酸-锌铝硅藻土催化剂受热后，甲酸可分解为氢气，提高氢气的含量，使得氢气可提取产率从以往的60.3～70.9％提高到了89.0～92.5％。
本发明的工作原理是：将生物质原料从原料进口(1)送入，经气流涡旋粉碎机(2)粉碎后，在鼓风机(3)的作用下输入装置(15)的一阶段区，隔绝空气，控制温度为450～600℃，生物质在受热下，发生热分解反应，热解产物为气相产品、残碳，从装置底部出料口(8)将残碳移出装置，一层的气相产物逐级进入二层，水蒸气喷头(10)喷洒水蒸气，水蒸气的流量为180～200Kg/h，裂解温度为680～750℃；气相与水蒸气催化裂解反应，将焦油等重烃类组分裂解为氢、甲烷、合成气等轻烃类组分，在负载层(9)上吸附的催化剂甲酸-锌铝硅藻土作用下，裂解产物裂化；裂解的粗气及未裂解的气相产物逐级进入三阶段，重复二阶段的反应，裂解产物继续被裂化，甲烷等轻烃类转化，裂解温度为800～850℃；富含氢气的裂解气从排气管(11)排出经过过滤器(12)过滤，经流量计计量后，进入气体收集器。氢气可提取产率从以往的60.3～70.9％提高到了89.0～92.5％。
本发明的有益效果是：
(1)裂解过程中以水蒸气作为加热介质和稀释剂，降低反应体系中烃分压，提高烃类及焦油的裂解，减少二次反应，结焦少；
(2)反应中隔绝空气，产品气组成简单，焦油含量低，氢气的纯度大；
(3)本发明装置制备工艺简单、反应条件温和、能耗小、氢气产率高、催化剂不需回收。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
其中，1-原料入口，2-气体涡旋粉碎机，3-鼓风机，4-水蒸气入口，5-温度表，6-压力表，7-通气管，8-出料口，9-负载层，10-水蒸气喷头，11-排气管，12-过滤器，13-热式流量计，14-气体收集器，15-装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
如图1所示，一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的装置由原料入口(1)、气流涡旋粉碎机(2)、鼓风机(3)、水蒸气入口(4)、温度表(5)、压力表(6)、通气管(7)、出料口(8)、负载层(9)、水蒸气喷头(10)、排气管(11)、过滤器(12)、热式流量计(13)、气体收集器(14)、装置(15)构成；其结构构造为，装置(15)有三层，由下至上分别为一阶段，二阶段，三阶段；其中原料入口(1)与气流涡旋粉碎机(2)、鼓风机(3)相连，与一阶段相通，二阶段三阶段皆设有温度表(5)、压力表(6)和水蒸气入口以及水蒸气喷头，阶段间隔层上设有负载层(9)，水蒸气入口(1)位于装置(15)的顶部，入口处设有水蒸气喷头(10)，排气管(11)与水蒸气入口(1)相邻，与过滤器相连，热式流量计与排气管(11)串联连接，通入气体收集器(14)；所述的水蒸气喷头(10)内部还有3个喷嘴孔，喷射角度呈120度，喷射流量为180-220kg/h；所述的温度表(5)在装置一阶段的温度控制在450-600℃，二阶段的温度控制在680～750℃，三阶段的温度控制在800～850℃；所述的所述的负载层(9)呈圆柱状，厚度为0.3-0.6m，上面吸附有化剂甲酸-锌铝硅藻土，甲酸-锌铝硅藻土催化剂受热后，甲酸可分解为氢气，提高氢气的含量，使得氢气可提取产率从以往的60.3～70.9％提高到了89.0～92.5％。
本发明一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的装置使用时，将生物质原料从原料进口(1)送入，经气流涡旋粉碎机(2)粉碎后，在鼓风机(3)的作用下输入装置(15)的一阶段区，隔绝空气，控制温度为450～600℃，生物质在受热下，发生热分解反应，热解产物为气相产品、残碳，从装置底部出料口(8)将残碳移出装置，一层的气相产物逐级进入二层，水蒸气喷头(10)喷洒水蒸气，水蒸气的流量为180～200Kg/h，裂解温度为680～750℃；气相与水蒸气催化裂解反应，将焦油等重烃类组分裂解为氢、甲烷、合成气等轻烃类组分，在负载层(9)上吸附的催化剂甲酸-锌铝硅藻土作用下，裂解产物裂化；裂解的粗气及未裂解的气相产物逐级进入三阶段，重复二阶段的反应，裂解产物继续被裂化，甲烷等轻烃类转化，裂解温度为800～850℃；富含氢气的裂解气从排气管(11)排出经过过滤器(12)过滤，经流量计计量后，进入气体收集器。氢气可提取产率从以往的60.3～70.9％提高到了89.0～92.5％。
以上所述的本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明的效果和专利的实用性。
Claims (4)
1.一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的装置，其特征在于：所述的装置由原料入口(1)、气流涡旋粉碎机(2)、鼓风机(3)、水蒸气入口(4)、温度表(5)、压力表(6)、通气管(7)、出料口(8)、负载层(9)、水蒸气喷头(10)、排气管(11)、过滤器(12)、热式流量计(13)、气体收集器(14)、装置(15)构成；其结构构造为，装置(15)有三层，由下至上分别为一阶段，二阶段，三阶段；其中原料入口(1)与气流涡旋粉碎机(2)、鼓风机(3)相连，与一阶段相通，二阶段三阶段皆设有温度表(5)、压力表(6)和水蒸气入口以及水蒸气喷头，阶段间隔层上设有负载层(9)，水蒸气入口(1)位于装置(15)的顶部，入口处设有水蒸气喷头(10)，排气管(11)与水蒸气入口(1)相邻，与过滤器相连，热式流量计与排气管(11)串联连接，通入气体收集器(14)。
2.根据权利要求1所述的一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的装置，其特征在于：所述的水蒸气喷头(10)内部还有3个喷嘴孔，喷射角度呈120度，喷射流量为180-220kg/h。
3.根据权利要求1所述的一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的装置，其特征在于：所述的温度表(5)在装置一阶段的温度控制在450-600℃，二阶段的温度控制在680～750℃，三阶段的温度控制在800～850℃。
4.根据权利要求1所述的一种利用生物质产气过程中提高氢气产率的装置，其特征在于：所述的负载层(9)呈圆柱状，厚度为0.3-0.6m，上面有吸附有催化剂甲酸-锌铝硅藻土，甲酸-锌铝硅藻土催化剂受热后，甲酸可分解为氢气，提高氢气的含量，使得氢气可提取产率从以往的60.3～70.9％提高到了89.0～92.5％。
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