CN107619672B - 一种采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用生物质制取氢气及尿素的方法,其流程为:对生物质进行热解(3)得到热解气、热解油和生物碳,生物碳被送入还原反应器(4)并与从再生反应器(5)来的Al2O3、Fe2O3和N2在高温下反应,产物为AlN、Fe和CO2,AlN和Fe被送入蒸汽反应器(6)与水蒸气反应生成NH3、H2、Fe3O4和Al2O3,Fe3O4和Al2O3被送入再生反应器(5)与空气在高温下反应生成Al2O3、Fe2O3和N2,并被送回AlN、Fe集成还原反应器(4),形成载体的循环,而NH3和H2经过水洗装置(7)及气液分离(8)后分离出H2,生成的氨水经过加热装置(9)分离出NH3,NH3与从AlN、Fe集成还原反应器(4)来的CO2在合成装置(10)内生成尿素。实现了生物质的多联产、太阳能的利用及CO2的零排放,实现了节能环保。

Description

一种采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法

技术领域

本发明涉及一种采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法,特别是一种采用太阳能加热的生物质制取氨、氢气及尿素的方法。

背景技术

化石能源的日益枯竭、能源利用带来的环境问题以及社会快速发展对能源需求的增加,都要求全球加快发展可再生能源利用技术。生物质作为一种可再生能源,其来源广泛,储量丰富,资源化潜力巨大。生物质能是唯一一种可再生碳源,它能够通过多种技术途径转化成高品位的气体和液体燃料,与现有化石燃料技术具有很大的兼容性。此外,太阳能是储量丰富、清洁并可广泛获取的可再生能源。大力开发可再生能源,有利于减轻化石能源带来的污染,是我国改善能源结构,实现碳减排目标战略的重要组成部分。

发明内容

技术问题:本发明提供了一种采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法,实现利用生物质氨、氢气及尿素多联产的同时能有效分离二氧化碳,具有获得洁净能源且利于环保的优点。

技术方案:本发明的采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法包括以下步骤:

步骤1)生物质热解:采用生物质热解反应器对生物质进行热解得到热解气、热解油和生物碳,热解气和热解油通过油气分离器和精馏器后得到热解气与液体燃料;

步骤2)NH3、H2集成制备:将步骤1)得到的生物碳送入还原反应器并与从再生反应器来的Al2O3、Fe2O3和N2反应,产物为AlN、Fe和CO2,AlN和Fe被送入蒸汽反应器与水蒸气反应生成NH3、H2、Fe3O4和Al2O3,反应所需热量由太阳能或燃料燃烧提供,Fe3O4和Al2O3被送入再生反应器与空气反应生成Al2O3、Fe2O3和N2,并被送回还原反应器,完成载体的循环及NH3、H2的制备;

步骤3)氨、尿素与氢气的制备:将步骤2)制备的NH3和H2经过水洗装置及气液分离器后分离出H2,生成的氨水经过加热装置分离出NH3,NH3与从还原反应器来的CO2在合成装置内生成尿素。

其中,

所述步骤1)中的生物质热解反应器,反应的温度为400℃~800℃。

所述步骤2)中,还原反应器内反应温度为1000℃~1800℃.

所述步骤2)中,再生反应器内反应温度为600℃~1200℃。

所述步骤3)中,尿素的合成装置的运行条件为温度120℃~250℃。

所述步骤1)、步骤2)、步骤3)中,反应所需热量由太阳能提供。

在还原反应器、蒸汽反应器以及再生反应器之间循环的载体为Al2O3和Fe2O3,并以不同的形态存在,Al2O3形态为Al2O3-AlN,Fe2O3形态为Fe2O3-Fe3O4-Fe。

有益效果:本发明具有如下优点:

1、本发明能够实现生物质能的利用,并实现热解气、液体燃料、氨、氢气及尿素的多联产;

2、本发明的反应热源来自太阳能,节能环保;

3、本发明步骤二所需的载体能实现再生,可循环利用;

4、本发明在实现生物质能的利用的同时可分离CO2,实现CO2的零排放。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

其中有:精馏器1、油气分离器2、热解反应器3、还原反应器4、再生反应器5、蒸汽反应器6、水洗装置7、气液分离器8、加热装置9、合成装置10。

具体实施方式

本发明包括如下步骤:

1)生物质热解:

在400℃~800℃条件下对生物质进行热解得到热解气、热解油和生物碳,热解气和热解油通过油气分离和精馏后得到热解气与液体料;

2)NH3、H2集成制备:

步骤1的生物碳被送入还原反应器4并与从再生反应器5来的Al2O3、Fe2O3和N2在1000℃~1800℃条件下反应,反应所需热量由太阳能或燃料燃烧提供,产物为AlN、Fe和CO2,AlN和Fe被送入蒸汽反应器6与水蒸气反应生成NH3、H2、Fe3O4和Al2O3,反应所需热量由太阳能或燃料燃烧提供,Fe3O4和Al2O3被送入再生反应器5与空气在600℃~1200℃条件下反应生成Al2O3、Fe2O3和N2,并被送回还原反应器4,完成载体的循环及NH3、H2的制备;

还原反应式为:C+Al2O3+N2+Fe2O3→AlN+CO2+Fe

NH3、H2集成反应式为:AlN+Fe+H2O→NH3+Fe3O4+Al2O3+H2

载体再生反应式为:Fe3O4+Al2O3+air(N2+O2)→Fe2O3+Al2O3+N2

3)氨、尿素与氢气的制备

步骤2的NH3和H2经过水洗装置7及气液分离器8后分离出H2,H2得到利用,生成的氨水经过加热装置9分离出NH3,NH3与从还原反应器4来的CO2在合成装置10内生成尿素。

尿素合成反应式为:CO2+2NH3→CO(NH2)2+H2O

合成装置10的运行条件为温度180℃~190℃,压力20Mpa,停留时间为40~60min;如附图1。

实施例

下面以秸秆为原料,对本发明的具体内容作进一步的详细描述。

1)生物质热解:

将秸秆干燥破碎后,在400℃~800℃条件下对秸秆进行热解3得到热解气、热解油和生物碳,热解气和热解油通过油气分离2和精馏1后得到热解气与液体料;

2)NH3、H2集成制备:

步骤1的生物碳被送入还原反应器4并与从再生反应器5来的Al2O3、Fe2O3和N2在1000℃~1800℃条件下反应,反应所需热量由太阳能或燃料燃烧提供,产物为AlN、Fe和CO2,AlN和Fe被送入蒸汽反应器6与水蒸气反应生成NH3、H2、Fe3O4和Al2O3,反应所需热量由太阳能或燃料燃烧提供,Fe3O4和Al2O3被送入再生反应器5与空气在600℃~1200℃条件下反应生成Al2O3、Fe2O3和N2,并被送回还原反应器4,完成载体的循环及NH3、H2的制备;

3)氨、尿素与氢气的制备

步骤2的NH3和H2经过水洗装置7及气液分离8后分离出H2,H2得到利用,生成的氨水经过加热装置9分离出NH3,NH3与从还原反应器4来的CO2在合成装置10内生成尿素。

Claims (7)

1.一种采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤1)生物质热解:采用生物质热解反应器(3)对生物质进行热解得到热解气、热解油和生物碳,热解气和热解油通过油气分离器(2)和精馏器(1)后得到热解气与液体燃料;
步骤2)NH3、H2集成制备:将步骤1)得到的生物碳送入还原反应器(4)并与从再生反应器(5)来的Al2O3、Fe2O3和N2反应,产物为AlN、Fe和CO2,AlN和Fe被送入蒸汽反应器(6)与水蒸气反应生成NH3、H2、Fe3O4和Al2O3,反应所需热量由太阳能或燃料燃烧提供,Fe3O4和Al2O3被送入再生反应器(5)与空气反应生成Al2O3和Fe2O3,并被送回还原反应器(4),完成载体的循环及NH3、H2的制备;
步骤3)氨、尿素与氢气的制备:将步骤2)制备的NH3和H2经过水洗装置(7)及气液分离器(8)后分离出H2,生成的氨水经过加热装置(9)分离出NH3,NH3与从还原反应器(4)来的CO2在合成装置(10)内生成尿素。
2.根据权利要求1所述的采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法,其特征在于,所述步骤1)中的生物质热解反应器,反应的温度为400℃~800℃。
3.根据权利要求1所述的采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法,其特征在于,所述步骤2)中,还原反应器(4)内反应温度为1000℃~1800℃。
4.根据权利要求1所述的采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法,其特征在于,所述步骤2)中,再生反应器(5)内反应温度为600℃~1200℃。
5.根据权利要求1所述的采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法,其特征在于,所述步骤3)中,尿素的合成装置(10)的运行条件为温度120℃~250℃。
6.根据权利要求1所述的采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法,其特征在于,所述步骤1)、步骤2)、步骤3)中,反应所需热量由太阳能提供。
7.根据权利要求1所述的采用生物质制取氨、氢气及尿素的方法,其特征在于,在还原反应器(4)、蒸汽反应器(6)以及再生反应器(5)之间循环的载体为Al2O3和Fe2O3,循环过程中,Al元素在Al2O3与AlN两种形态之间转化,Fe元素在Fe2O3、Fe3O4和Fe三种形态间相互转化。
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