CN107043088A - 利用垃圾制备氢气的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用垃圾制备氢气的系统和方法，该系统包括：热解装置，所述热解装置具有垃圾入口、热解油气出口和热解炭出口；裂解装置，所述裂解装置具有热解油气入口、催化剂入口、裂解气出口和失活催化剂出口；冷却装置，所述冷却装置具有裂解气入口、冷却裂解气出口和冷却水出口；氢气分离提纯装置，所述氢气分离提纯装置具有冷却裂解气入口、氢气出口和尾气出口。采用该系统可以将垃圾变为燃烧值高且清洁的氢气，并且氢气的产率可达90％以上，纯度达99％以上。

Description

利用垃圾制备氢气的系统和方法
技术领域
本发明属于能源与化工技术领域，具体而言，本发明涉及利用垃圾制备氢气的系统和方法。
背景技术
随着化石能源的枯竭和市场供应的匮乏，寻求新能源成为人类当前共同努力的任务之一。氢能是公认的清洁能源，它最有希望成为21世纪人类所企求的清洁能源，人们对氢能的开发应用寄于极大的热忱和希望。氢具有燃烧热值高，其燃烧产物为水，不会带来环境污染，氢通过燃料电池可以把化学能直接转换为电能，氢的资源极其丰富，取之不尽、用之不竭。但是要把期望变成现实，人们还要解决许多难题，其中如何制取大量、廉价的氢气是最主要的一个难题。
随着我国城市化的迅猛发展，城市固废产量与日俱增，固体废弃物围城的环境现状日益严重，对人类的生存环境造成了恶劣影响。如何妥善处理城市固废，变废为宝，实现固体废弃物的无害化、资源化处理成为了亟待解决的一个问题。
目前，如何将垃圾变为清洁能源氢气是现如今研究的一个热点。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用垃圾制备氢气的系统和方法。采用该系统可以将垃圾变为燃烧值高且清洁的氢气，并且氢气的产率可达90％以上，纯度达99％以上。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用垃圾制备氢气的系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：
热解装置，所述热解装置具有垃圾入口、热解油气出口和热解炭出口；
裂解装置，所述裂解装置具有热解油气入口、催化剂入口、裂解气出口和失活催化剂出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连；
冷却装置，所述冷却装置具有裂解气入口、冷却裂解气出口和冷却水出口，所述裂解气入口与所述裂解气出口相连；
氢气分离提纯装置，所述氢气分离提纯装置具有冷却裂解气入口、氢气出口和尾气出口，所述冷却裂解气入口与所述冷却裂解气出口相连。
由此，根据本发明实施例的利用垃圾制备氢气的系统通过将垃圾送至热解装置，在高温条件下，垃圾被热解，产生大量富含氢气的热解油气，然后将该热解油气直接热送至裂解装置与催化剂接触进行裂解，一方面可省去复杂的油气水分离设备，简化整个系统的处理工艺；另一方面充分利用了热解油气中的热量，有助于降低裂解装置的能耗；再一方面可消除焦油带来的负面影响，提高裂解气中氢气的含量，在裂解装置高温、高压的环境氛围，热解油气中的CnHm在催化剂的作用下与其携带的水蒸气发生反应，裂解为CH4、H2等小分子气体，其中的CO、CO2等小分子与水蒸气发生重整反应生成H2等气体，所得的裂解气经冷却装置后裂解气被冷却降温，裂解气中的水分被去除，经冷却后裂解气中氢气的含量在55％以上。冷却裂解气再经过氢气分离提纯装置，得到氢气和尾气，其中氢气的产率可达90％以上，氢气的纯度可达99％以上。如此，本系统将垃圾与氢气生产联系起来，实现了固废处理与新能源开发利用的双赢效果，也实现了热解气的多途径利用。
另外，根据本发明上述实施例的利用垃圾制备氢气的系统，还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述热解装置为旋转床热解炉。由此，因旋转床热解炉具有连续式进料功能，使得垃圾在热解过程中不会翻动，可避免产生飞灰，从而减少了所得热解油气中的杂质。
在本发明的一些实施例中，所述氢气分离提纯装置包括氢气变压吸附塔，所述氢气变压吸附塔包括多个并联的吸附床。由此，可显著提高氢气的产率和纯度。
在本发明的一些实施例中，所述利用垃圾制备氢气的系统进一步包括：催化剂再生装置，所述催化剂再生装置具有失活催化剂入口、再生催化剂出口和杂质出口，所述失活催化剂入口与所述失活催化剂出口相连，所述再生催化剂出口与所述催化剂入口相连。由此，可显著提高裂解装置的裂解效率，提高氢气的产出率和产量。
在本发明的一些实施例中，所述热解装置分别与所述催化剂入口和所述失活催化剂出口相连。由此，可提高该系统的热利用率，实现催化剂的重复利用，减少本系统的原料成本。
在本发明的一些实施例中，所述尾气出口与所述热解装置和所述裂解装置中的至少一个相连。由此，有利于降低利用垃圾制备氢气系统的能耗，提高系统的热利用率，实现尾气的回收再利用。
在本发明的一些实施例中，所述利用垃圾制备氢气的系统进一步包括：熄焦装置，所述熄焦装置具有热解炭入口、冷却水入口和冷却热解炭出口，所述热解炭入口与所述热解炭出口相连，所述冷却水入口与所述冷却水出口相连。由此，可实现冷却水的回收再利用，降低系统的能耗。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述利用垃圾制备氢气的系统利用垃圾制备氢气的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将垃圾供给至所述热解装置中进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭；
(2)将所述热解油气供给至所述裂解装置中与催化剂进行催化裂解处理，以便得到裂解气和失活催化剂；
(3)将所述裂解气供给至所述冷却装置中进行冷却处理，以便得到冷却水和冷却裂解气；
(4)将所述冷却裂解气供给至所述氢气分离提纯装置中进行分离提纯处理，以便得到氢气和尾气。
由此，根据本发明实施例的利用垃圾制备氢气的方法通过将垃圾送至热解装置，在高温条件下，垃圾被热解，产生大量富含氢气的热解油气，然后将该热解油气直接热送至裂解装置与催化剂接触进行裂解，一方面可省去复杂的油气水分离设备，简化整个系统的处理工艺；另一方面充分利用了热解油气中的热量，有助于降低裂解装置的能耗；再一方面可消除焦油带来的负面影响，提高裂解气中氢气的含量，在裂解装置高温、高压的环境氛围，热解油气中的CnHm在催化剂的作用下与其携带的水蒸气发生反应，裂解为CH4、H2等小分子气体，其中的CO、CO2等小分子与水蒸气发生重整反应生成H2等气体，所得的裂解气经冷却装置后裂解气被冷却降温，裂解气中的水分被去除，经冷却后裂解气中氢气的含量在55％以上。冷却裂解气再经过氢气分离提纯装置，得到氢气和尾气，其中氢气的产率可达90％以上，氢气的纯度可达99％以上。如此，本方法将垃圾与氢气生产联系起来，实现了固废处理与新能源开发利用的双赢效果，也实现了热解气的多途径利用。
另外，根据本发明上述实施例的利用垃圾制备氢气的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述利用垃圾制备氢气的方法进一步包括：将所述失活催化剂供给至所述催化剂再生装置中进行催化再生处理，以便得到再生催化剂，并将所述再生催化剂返回至步骤(2)中的所述裂解装置。由此，可显著提高裂解装置的裂解效率，提高氢气的产出率和产量。
在本发明的一些实施例中，所述利用垃圾制备氢气的方法进一步包括：将所述失活催化剂供给至步骤(1)中的所述热解装置进行高温煅烧处理，以便得到再生催化剂，并将所述再生催化剂返回至步骤(2)中的所述裂解装置。由此，可提高该系统的热利用率，实现催化剂的重复利用，减少本系统的原料成本。
在本发明的一些实施例中，所述利用垃圾制备氢气的方法进一步包括：将步骤(4)得到的所述尾气供给至步骤(1)中的热解装置和步骤(2)中的裂解装置中的至少之一作为燃料使用。由此，有利于降低利用垃圾制备氢气系统的能耗，提高系统的热利用率，实现尾气的回收再利用。
在本发明的一些实施例中，所述利用垃圾制备氢气的方法进一步包括：将步骤(1)得到的热解炭和步骤(3)的得到的冷却水供给至所述熄焦装置进行熄焦处理，以便得到冷却热解炭。由此，可实现冷却水的回收再利用，降低系统的能耗。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的利用垃圾制备氢气的系统结构示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的利用垃圾制备氢气的系统结构示意图；
图3是根据本发明又一个实施例的利用垃圾制备氢气的系统结构示意图；
图4是根据本发明又一个实施例的利用垃圾制备氢气的系统结构示意图；
图5是根据本发明又一个实施例的利用垃圾制备氢气的系统结构示意图；
图6是根据本发明一个实施例的利用垃圾制备氢气的方法流程示意图；
图7是根据本发明再一个实施例的利用垃圾制备氢气的方法流程示意图；
图8是根据本发明又一个实施例的利用垃圾制备氢气的方法流程示意图；
图9是根据本发明又一个实施例的利用垃圾制备氢气的方法流程示意图；
图10是根据本发明又一个实施例的利用垃圾制备氢气的方法流程示意图；
图11是根据本发明又一个实施例的利用垃圾制备氢气的系统结构示意图；
图12是根据本发明又一个实施例的利用垃圾制备氢气的系统结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用垃圾制备氢气的系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：热解装置100、裂解装置200、冷却装置300和氢气分离提纯装置400。
根据本发明的实施例，热解装置100具有垃圾入口101、热解油气出口102和热解炭出口103，且适于将垃圾进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭。发明人发现，通过将垃圾送至热解装置，在高温条件下，垃圾被热解，产生大量富含氢气的热解油气，由此，有利于提高氢气的产率。具体的，该处的垃圾可以为有机垃圾，或者由其他垃圾经分选粉碎等处理后的得到的有机垃圾。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对热解处理的条件进行选择。
根据本发明的一个实施例，热解装置可以为旋转床热解炉。发明人发现，因旋转床热解炉具有连续式进料功能，使得垃圾在热解过程中不会翻动，可避免产生飞灰，有利于降低热解油气中杂质的含量。且整个热解的过程在无氧的条件下进行，可避免产生二噁英等二次污染物。
根据本发明的实施例，裂解装置200具有热解油气入口201、催化剂入口202、裂解气出口203和失活催化剂出口204，热解油气入口201与热解油气出口102相连，且适于将热解油气与催化剂进行催化裂解处理，以便得到裂解气和失活催化剂。发明人发现，通过将该热解油气直接热送至裂解装置与催化剂接触进行裂解，一方面可省去复杂的油气水分离设备，简化整个系统的处理工艺；另一方面充分利用了热解油气中的热量，有助于降低裂解装置的能耗；再一方面可消除焦油带来的负面影响，提高裂解气中氢气的含量，在裂解装置高温、高压的环境氛围，热解油气中的CnHm在催化剂的作用下与其携带的水蒸气发生反应，裂解为CH4、H2等小分子气体，其中的CO、CO2等小分子与水蒸气发生重整反应生成H2等气体。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对裂解处理的条件以及催化剂进行选择。
根据本发明的实施例，冷却装置300具有裂解气入口301、冷却裂解气出口302和冷却水出口303，裂解气入口301与裂解气出口203相连，且适于将裂解气进行冷却处理，以便得到冷却水和冷却裂解气。由此，裂解气经过冷却装置可去除裂解气中的水分，经冷却后裂解气中氢气的含量在55％以上，有利于后续氢气的分离提纯。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对冷却处理的条件进行选择。
根据本发明的实施例，氢气分离提纯装置400具有冷却裂解气入口401、氢气出口402和尾气出口403，冷却裂解气入口401与冷却裂解气出口302相连，且适于将冷却裂解气进行分离提纯处理，以便得到氢气和尾气。发明人发现，通过将冷却裂解气进行分离提纯处理，可得到氢气和尾气，其中氢气的回收率可达90％以上，氢气的纯度可达99％以上。
根据本发明的一个实施例，氢气分离提纯装置可以包括氢气变压吸附塔，氢气变压吸附塔可以包括多个并联的吸附床。由此，可显著提高氢气的分离提纯效率。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对氢气变压吸附塔中的温度和压力等条件进行选择。
由此，根据本发明实施例的利用垃圾制备氢气的系统通过将垃圾送至热解装置，在高温条件下，垃圾被热解，产生大量富含氢气的热解油气，然后将该热解油气直接热送至裂解装置与催化剂接触进行裂解，一方面可省去复杂的油气水分离设备，简化整个系统的处理工艺；另一方面充分利用了热解油气中的热量，有助于降低裂解装置的能耗；再一方面可消除焦油带来的负面影响，提高裂解气中氢气的含量，在裂解装置高温、高压的环境氛围，热解油气中的CnHm在催化剂的作用下与其携带的水蒸气发生反应，裂解为CH4、H2等小分子气体，其中的CO、CO2等小分子与水蒸气发生重整反应生成H2等气体，所得的裂解气经冷却装置后裂解气被冷却降温，裂解气中的水分被去除，经冷却后裂解气中氢气的含量在55％以上。冷却裂解气再经过氢气分离提纯装置，得到氢气和尾气，其中氢气的产率可达90％以上，氢气的纯度可达99％以上。如此，本系统将垃圾与氢气生产联系起来，实现了固废处理与新能源开发利用的双赢效果，也实现了热解气的多途径利用。
为了提高催化剂的利用率，根据本发明的实施例，参考图2，热解装置100分别与催化剂入口202和失活催化剂出口204相连，且适于将裂解装置中的失活催化剂进行高温煅烧处理，以便得到再生催化剂，并将再生催化剂返回至裂解装置。由此，通过将失活催化剂送至热解装置进行高温煅烧处理得到再生催化剂有利于提高热解装置中的热利用率，同时省去了外加对失活催化剂进行高温煅烧处理的设备，节约了整个系统的设备成本和能耗。
或者为了提高催化剂的利用率，根据发明的实施例，参考图3，在图1所示结构的系统中布置催化剂再生装置500。
根据本发明的实施例，催化剂再生装置500具有失活催化剂入口501、再生催化剂出口502和杂质出口503，失活催化剂入口501与失活催化剂出口204相连，再生催化剂出口502与催化剂入口202相连，且适于将失活催化剂进行催化再生处理，以便得到再生催化剂，并将再生催化剂返回至裂解装置。发明人发现，通过催化剂再生装置对失活催化剂进行再生处理，实现催化剂的重复利用，有利于降低催化剂的原料成本，提高整个系统的经济性。
根据本发明的实施例，为了提高尾气的利用率，可以将氢气分离提纯装置400中的尾气供给至热解装置100和裂解装置200中的至少之一作为燃料使用，例如如图4所示，在图2的基础上，尾气出口403与热解装置100和裂解装置200中的至少一个相连，且适于将氢气分离提纯装置得到的尾气供给至热解装置和裂解装置中的至少之一作为燃料使用。由此，可显著提高整个系统的热利用率，减少热解装置和裂解装置的外加燃料，有利于降低整个系统的燃料成本，同时使得氢气分离提纯装置中的尾气得到很好的再利用，提高了整个系统的经济性。
根据本发明的实施例，上述利用垃圾制备氢气的系统可以进一步包括熄焦装置600。
根据本发明的一个实施例，如图5所示，熄焦装置600具有热解炭入口601、冷却水入口602和冷却热解炭出口603，热解炭入口601与热解炭出口103相连，冷却水入口602与冷却水出口303相连，且适于将上述热解装置得到的热解炭和上述冷却装置的得到的冷却水进行熄焦处理，以便得到冷却热解炭。由此，可实现冷却水的回收再利用，降低系统的能耗。
如上所述，根据本发明实施例的利用垃圾制备氢气的系统可具有选自下列的优点至少之一：
根据本发明实施例的利用垃圾制备氢气的系统提供了一种新的氢气生产技术，为氢气的广泛应用提供了技术支持；
根据本发明实施例的利用垃圾制备氢气的系统将垃圾与氢气生产联系起来，实现了垃圾与新能源开发利用的双赢效果；
根据本发明实施例的利用垃圾制备氢气的系统通过直接将垃圾热解产生的热解油气进行催化裂解得到裂解气，提高了裂解气含量及其中氢气的含量，避免了产生焦油及焦油带来的管路堵塞等问题；
根据本发明实施例的利用垃圾制备氢气的系统通过将裂解气中的氢气分离提纯，实现了裂解气的多途径利用。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种利用上述利用垃圾制备氢气的系统利用垃圾制备氢气的方法。根据本发明的实施例，参考图6，该方法包括：
S100：将垃圾供给至热解装置中进行热解处理
该步骤中，将垃圾供给至热解装置中进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭。发明人发现，通过将垃圾送至热解装置，在高温条件下，垃圾被热解，产生大量富含氢气的热解油气，由此，有利于提高氢气的产率。具体的，该处的垃圾可以为有机垃圾，或者由其他垃圾经分选粉碎等处理后的得到的有机垃圾。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对热解处理的条件进行选择。
根据本发明的一个实施例，热解装置可以为旋转床热解炉。发明人发现，因旋转床热解炉具有连续式进料功能，使得垃圾在热解过程中不会翻动，可避免产生飞灰，有利于降低热解油气中杂质的含量。且整个热解的过程在无氧的条件下进行，可避免产生二噁英等二次污染物。
S200：将热解油气供给至裂解装置中与催化剂进行催化裂解处理
该步骤中，将热解油气供给至裂解装置中与催化剂进行催化裂解处理，以便得到裂解气和失活催化剂。发明人发现，通过将该热解油气直接热送至裂解装置与催化剂接触进行裂解，一方面可省去复杂的油气水分离设备，简化整个系统的处理工艺；另一方面充分利用了热解油气中的热量，有助于降低裂解装置的能耗；再一方面可消除焦油带来的负面影响，提高裂解气中氢气的含量，在裂解装置高温、高压的环境氛围，热解油气中的CnHm在催化剂的作用下与其携带的水蒸气发生反应，裂解为CH4、H2等小分子气体，其中的CO、CO2等小分子与水蒸气发生重整反应生成H2等气体。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对裂解处理的条件以及催化剂进行选择。
S300：将裂解气供给至冷却装置中进行冷却处理
该步骤中，将裂解气供给至冷却装置中进行冷却处理，以便得到冷却水和冷却裂解气。发明人发现，裂解气经过冷却装置可去除裂解气中的水分，经冷却后裂解气中氢气的含量在55％以上，有利于后续氢气的分离提纯。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对冷却处理的条件进行选择。
S400：将冷却裂解气供给至氢气分离提纯装置中进行分离提纯处理
该步骤中，将冷却裂解气供给至氢气分离提纯装置中进行分离提纯处理，以便得到氢气和尾气。发明人发现，通过将冷却裂解气进行分离提纯处理，可得到氢气和尾气，其中氢气的回收率可达90％以上，氢气的纯度可达99％以上。
根据本发明的一个实施例，氢气分离提纯装置可以包括氢气变压吸附塔，氢气变压吸附塔可以包括多个并联的吸附床。由此，可显著提高氢气的分离提纯效率。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对氢气变压吸附塔中的温度和压力等条件进行选择。
由此，根据本发明实施例的利用垃圾制备氢气的方法通过将垃圾送至热解装置，在高温条件下，垃圾被热解，产生大量富含氢气的热解油气，然后将该热解油气直接热送至裂解装置与催化剂接触进行裂解，一方面可省去复杂的油气水分离设备，简化整个系统的处理工艺；另一方面充分利用了热解油气中的热量，有助于降低裂解装置的能耗；再一方面可消除焦油带来的负面影响，提高裂解气中氢气的含量，在裂解装置高温、高压的环境氛围，热解油气中的CnHm在催化剂的作用下与其携带的水蒸气发生反应，裂解为CH4、H2等小分子气体，其中的CO、CO2等小分子与水蒸气发生重整反应生成H2等气体，所得的裂解气经冷却装置后裂解气被冷却降温，裂解气中的水分被去除，经冷却后裂解气中氢气的含量在55％以上。冷却裂解气再经过氢气分离提纯装置，得到氢气和尾气，其中氢气的产率可达90％以上，氢气的纯度可达99％以上。如此，本方法将垃圾与氢气生产联系起来，实现了固废处理与新能源开发利用的双赢效果，也实现了热解气的多途径利用。
为了提高催化剂的利用率，根据本发明的实施例，参考图7，上述利用垃圾制备氢气的方法进一步包括：
S500：将失活催化剂供给至S100中的热解装置进行高温煅烧处理
该步骤中，将失活催化剂供给至S100中的热解装置进行高温煅烧处理，以便得到再生催化剂，并将再生催化剂返回至S200中的裂解装置。由此，通过将失活催化剂送至热解装置进行高温煅烧处理得到再生催化剂有利于提高热解装置中的热利用率，同时省去了外加对失活催化剂进行高温煅烧处理的设备，节约了整个系统的设备成本和能耗。
或者为了提高催化剂的利用率，根据发明的实施例，参考图8，上述利用垃圾制备氢气的方法进一步包括：
S500A：将失活催化剂供给至催化剂再生装置中进行催化再生处理，并将再生催化剂返回至S200中的裂解装置
该步骤中，将失活催化剂供给至催化剂再生装置中进行催化再生处理，以便得到再生催化剂，并将再生催化剂返回至S200中的裂解装置。发明人发现，通过催化剂再生装置对失活催化剂进行再生处理，实现催化剂的重复利用，有利于降低催化剂的原料成本，提高整个系统的经济性。
为了提高尾气的利用率，参考图9，根据本发明的实施例，上述利用垃圾制备氢气的方法进一步包括：
S600：将S400得到的尾气供给至S100中的热解装置和S200中的裂解装置中的至少之一作为燃料使用
该步骤中，将S400得到的尾气供给至S100中的热解装置和S200中的裂解装置中的至少之一作为燃料使用。由此，可显著提高整个系统的热利用率，减少热解装置和裂解装置的外加燃料，有利于降低整个系统的燃料成本，同时使得氢气分离提纯装置中的尾气得到很好的再利用，提高了整个系统的经济性。
参考图10，根据本发明的实施例，上述利用垃圾制备氢气的方法进一步包括：
S700：将S100得到的热解炭和S300的得到的冷却水供给至熄焦装置进行熄焦处理
该步骤中，将S100得到的热解炭和S300的得到的冷却水供给至熄焦装置进行熄焦处理，以便得到冷却热解炭。由此，可实现冷却水的回收再利用，降低系统的能耗。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
参考图11，将垃圾供给至热解装置(旋转床热解炉)中进行热解处理，旋转床热解炉采用燃气辐射管进行加热，炉膛热解温度为900摄氏度，热解2h后出料，产生的热解油气通过高温油气管路输送至裂解装置中，产生的热解炭通过刮板排渣系统进入熄焦装置进行熄焦处理。裂解装置采用燃气辐射管加热，裂解装置内温度维持在900～1000摄氏度，压力在1.2～1.7MPa，热解油气停留时间为5～10s，裂解装置内盛放有白云石颗粒作为催化剂，当催化剂失活后，送至热解装置内高温煅烧，使催化剂再生。裂解装置出气口设有压力感应出气阀，当裂解装置内压力大于设定压力时，出气阀打开，裂解气从出气口流出进入冷却装置。冷却装置采用间接换热器，将裂解气冷却降温至60摄氏度，回收的余热用于热解装置助燃空气预热，回收的冷却水用于熄焦装置熄焦。冷却后的裂解气输送至裂解气缓冲罐中缓存。裂解气缓冲罐缓存冷却裂解气，最大缓存体积为1000m3，同时期内还安装有气体流量调节阀，可以调节进入氢气分离提纯装置的冷却裂解气的流量。氢气分离提纯装置包括氢气变压吸附塔，氢气变压吸附塔利用吸附剂在不同分压下对吸附质有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组份有选择吸附的特性来提纯氢气。氢气变压吸附塔内由4个吸附床并联组成，吸附压力范围为1～3MPa，吸附剂采用活性炭，所得氢气的产率在95％以上，氢气的纯度在99％以上。提纯后的氢气进入氢气高压储罐储存，剩余的尾气回用于热解装置和裂解装置作为辐射管燃气使用。将上述热解炭和上述冷却水供给至熄焦装置进行熄焦处理，得到冷却热解炭。
实施例2
参考图12，将垃圾供给至热解装置(旋转床热解炉)中进行热解处理，旋转床热解炉采用燃气辐射管进行加热，炉膛热解温度为900摄氏度，热解2h后出料，产生的热解油气通过高温油气管路输送至裂解装置中，产生的热解炭通过刮板排渣系统进入熄焦装置进行熄焦处理。裂解装置采用燃气辐射管加热，裂解装置内温度维持在900～1000摄氏度，压力在1.2～1.7MPa，热解油气停留时间为5～10s，裂解装置内盛放有白云石颗粒作为催化剂，当催化剂失活后，送至催化剂再生装置内高温煅烧，使催化剂再生，催化剂再生装置内装有电加热丝加热，最高可升温至1100摄氏度。裂解装置出气口设有压力感应出气阀，当裂解装置内压力大于设定压力时，出气阀打开，裂解气从出气口流出进入冷却装置。冷却装置采用间接换热器，将裂解气冷却降温至60摄氏度，回收的余热用于热解装置助燃空气预热，回收的冷却水用于熄焦装置熄焦。冷却后的裂解气输送至裂解气缓冲罐中缓存。裂解气缓冲罐缓存冷却裂解气，最大缓存体积为1000m3，同时期内还安装有气体流量调节阀，可以调节进入氢气分离提纯装置的冷却裂解气的流量。氢气分离提纯装置包括氢气变压吸附塔，氢气变压吸附塔利用吸附剂在不同分压下对吸附质有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组份有选择吸附的特性来提纯氢气。氢气变压吸附塔内由4个吸附床并联组成，吸附压力范围为1～3MPa，吸附剂采用活性炭，所得氢气的产率在96％以上，氢气的纯度在99％以上。提纯后的氢气进入氢气高压储罐储存，剩余的尾气回用于热解装置和裂解装置作为辐射管燃气使用。将上述热解炭和上述冷却水供给至熄焦装置进行熄焦处理，得到冷却热解炭。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种利用垃圾制备氢气的系统，其特征在于，包括：
热解装置，所述热解装置具有垃圾入口、热解油气出口和热解炭出口；
裂解装置，所述裂解装置具有热解油气入口、催化剂入口、裂解气出口和失活催化剂出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连；
冷却装置，所述冷却装置具有裂解气入口、冷却裂解气出口和冷却水出口，所述裂解气入口与所述裂解气出口相连；
氢气分离提纯装置，所述氢气分离提纯装置具有冷却裂解气入口、氢气出口和尾气出口，所述冷却裂解气入口与所述冷却裂解气出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解装置为旋转床热解炉；
任选的，所述氢气分离提纯装置包括氢气变压吸附塔，所述氢气变压吸附塔包括多个并联的吸附床。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，进一步包括：
催化剂再生装置，所述催化剂再生装置具有失活催化剂入口、再生催化剂出口和杂质出口，所述失活催化剂入口与所述失活催化剂出口相连，所述再生催化剂出口与所述催化剂入口相连。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述热解装置分别与所述催化剂入口和所述失活催化剂出口相连。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述尾气出口与所述热解装置和所述裂解装置中的至少一个相连。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，进一步包括：
熄焦装置，所述熄焦装置具有热解炭入口、冷却水入口和冷却热解炭出口，所述热解炭入口与所述热解炭出口相连，所述冷却水入口与所述冷却水出口相连。
7.一种采用权利要求1-6中任一项所述的系统实施利用垃圾制备氢气的方法，其特征在于，包括：
(1)将垃圾供给至所述热解装置中进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭；
(2)将所述热解油气供给至所述裂解装置中与催化剂进行催化裂解处理，以便得到裂解气和失活催化剂；
(3)将所述裂解气供给至所述冷却装置中进行冷却处理，以便得到冷却水和冷却裂解气；
(4)将所述冷却裂解气供给至所述氢气分离提纯装置中进行分离提纯处理，以便得到氢气和尾气。
8.根据权利要要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述失活催化剂供给至所述催化剂再生装置中进行催化再生处理，以便得到再生催化剂，并将所述再生催化剂返回至步骤(2)中的所述裂解装置。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述失活催化剂供给至步骤(1)中的所述热解装置进行高温煅烧处理，以便得到再生催化剂，并将所述再生催化剂返回至步骤(2)中的所述裂解装置。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将步骤(4)得到的所述尾气供给至步骤(1)中的热解装置和步骤(2)中的裂解装置中的至少之一作为燃料使用；
任选的，所述方法进一步包括：
将步骤(1)得到的热解炭和步骤(3)的得到的冷却水供给至所述熄焦装置进行熄焦处理，以便得到冷却热解炭。
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