CN108869796A - 一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀及方法 - Google Patents

一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀及方法，涉及生物质热解气化学链制氢的技术领域，旋转组合阀包括阀底连接体、旋转阀芯、阀盖体、外部旋转控制机构，以上所述旋转组合阀通常被装配在一套固定床化学链制氢装置上，通过所述旋转控制机构控制所述阀芯旋转从而切换通道接口，使得装置连续循环工作，使得设备更为紧凑，减少了焊接及管道连接泄露的风险，同时设备控制更简单安全性较好，采用可兼容的旋转阀芯设计，可通过步进电机控制方法实现多步按设定时间设定角度旋转及定位，也可通过气驱马达控制阀芯等速旋转，以上两种控制方法均适用于此组合阀。

Description

一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀及方法
技术领域
本发明涉及生物质热解气化学链制氢的技术领域，尤其涉及一种固定床化学链制氢的旋转组合阀及方法。
背景技术
能源危机一直被人们关注，氢能作为一种有效解决方式日益被人们重视。氢气是一种理想的清洁环保二次能源，用途广泛，可以通过一次能源作为原料进行制备，如从化石燃料制氢是当前常见的制氢方式。然而化石燃料的不可持续性，加工过程对环境的污染问题突出，使得利用可再生且环保的生物质作为原料制氢成为研究和发展热点。当前生物质利用技术众多，大多数仍存在效率低、会带来二次污染等问题，然一种采用生物质热解后CO2吸附脱除的化学链制氢联合技术能有效解决以上问题，基本可实现CO2的零排放，也不会对环境造成二次污染，被认为是一种较为理想的制氢方式。
常见的生物质热解气化化学链制氢技术是生物质在氧化性气化介质参与下气化制取含氢的原料气，之后经过化学链重整、净化、分离提纯制取所需高品质氢气。此方法前段制取原料气技术已较为常见，后段化学链制氢一般配套流化床反应器和复杂的脱碳净化分离提纯工艺，其中连续流化床可通过可切换工作的多塔转变为固定床反应器，如此与末端的脱碳净化分离联合后进一步加大了流程复杂程度。专利CN201610209320.7通过一种含三十多个高温切换阀门组成的流程实现了固定床反应器，避免了载氧体的流动磨损，同时也实现了二氧化碳的吸附脱除，然而阀门数量多，工艺管道繁杂。专利CN201410326789.X通过一种旋转化学链膜制氢装置耦合的装置制取氢气，简化了分离提纯过程，但以分离反应体为旋转体，体积过大，考虑密封及安全性，加工和装配要求也高。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀及方法，可使得生物质热解原料气通过重整载氧体、CO2吸附剂获得高品质氢气及CO2产品；可使得设备更为紧凑，没有繁杂的管道连接及人力装配成本，减少了焊接及管道连接泄露的风险；可使得设备控制更简单，只需要对旋转组合阀旋转角度或速度进行控制即可，避免了采用复杂的、高成本电气控制系统；可使得空气介质在全过程中被水蒸气及放空气有效隔离，避免与热解原料气和氢气的接触，安全性较好。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何使得生物质热解原料气通过重整载氧体、CO2吸附剂获得高品质氢气及CO2产品；如何使得设备更为紧凑，没有繁杂的管道连接及人力装配成本，减少了焊接及管道连接泄露的风险；如何使得设备控制更简单，避免了采用复杂的、高成本电气控制系统；如何使得空气介质在全过程中被水蒸气及放空气有效隔离，避免与热解原料气和氢气的接触，安全性较好。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀，包括阀底连接体1、旋转阀芯2、阀盖体3、外部旋转控制机构，所述阀底连接体1底部连接面加工有四个凸台，可用与固定床化学链制氢反应体A、反应体B、换热体A、换热体B连接定位及密封，其四个所述凸台内有通道共八个，其中与所述两反应体连接通道各一个，与所述两换热体连接通道各三个，所述阀底连接体1上部表面与所述旋转阀芯2、所述阀盖体3相连，其中与所述旋转阀芯2采用光滑面接触，八个所述通道可根据所述旋转阀芯2旋转至不同角度改变相应接口，从而满足固定床化学链制氢工艺需要，其中与所述阀盖体3采用外圆凸台定位及密封。
所述旋转阀芯2为圆盘形结构，与所述阀底连接体1、所述阀盖体3相连，其与所述阀底连接体1连接面内加工九处不同圆弧凹槽结构，分别为Ia、Ib、Ic、Id、IIe、IIIf、IIIg、IIIh、IVi，所有圆弧整体由内至外分别位于四个不同直径圆上，其最内圆位置有四段圆弧凹槽Ia、Ib、Ic、Id，往外二层圆有一段圆弧凹槽IIe，此凹槽在一端延伸至三层圆，所述三层圆上除了二层延伸的所述圆弧凹槽IIe之外，还有三段圆弧凹槽IIIf、IIIg、IIIh，其中所述凹槽IIIh在一端延伸至四层圆，最外的四层圆位置有IIIh、IVi两端圆弧凹槽。其与所述阀盖体3连接面加工有六个同心圆环较深凹槽和一个中心卡槽，其中六个圆环较深凹槽与所述阀盖板3对应六个圆环浅凸台对应，从而形成六个环形通道，六个圆环较深凹槽由内至外分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，其中心卡槽可与所述外部旋转控制机构相连，所述旋转阀芯2两面的凹槽又通过八个加工的内部通道相连。
所述阀盖体3内底部与所述旋转阀芯2、所述阀盖体3相连，与所述旋转阀芯2六个圆环较深凹槽对应加工有六个圆环浅凸台，所述阀盖体3外部在对应六个圆环浅凸台的另一侧加工有六个进出料口，所述阀盖体中心加工有通孔，可使得所述外部旋转控制机构与所述旋转阀芯2的中心卡槽相连，通孔外围加工有定位凸台，用于所述外部旋转控制机构定位和固定支架安装，所述阀盖体3外圆较所述阀底连接体1尺寸大，其放大尺寸位置加工有多处通孔，可通过紧固件将旋转组合阀整体固定于固定床化学链制氢装置上。
以上所述旋转组合阀通常被装配在一套固定床化学链制氢装置上，通过所述旋转控制机构控制所述阀芯旋转从而切换通道接口，使得装置连续循环工作。
进一步地，所述阀底连接体1底面所述凸台内八个所述通道基于底面中心两两对称分布在四个不同直径的圆上，与所述旋转阀芯2所有圆弧整体位于的四个不同直径的圆相对应，其中所述两反应体通道对称位于由内至外第三个直径圆上，四个同心圆的直径呈等差分布。
进一步地，所述阀底连接体1、所述旋转阀芯2两连接面均为光滑面，使得在干燥氛围中也可有效隔离相邻的两个传送低工作压力物料的通道。
进一步地，所述旋转阀芯2与所述阀底连接体1连接面所述凹槽Ia圆弧度占第一个直径圆的40％-50％，所述凹槽IIe圆弧度在第二直径圆部分占第二个直径圆的40％-50％，在第三直径圆部分占第三个直径圆的40％-50％，所述凹槽IIIh圆弧度在第四直径圆部分占第四个直径圆的40％-50％，所述凹槽IVi占第四个直径圆的40％-50％，所述旋转阀芯2另一面的六个凹槽对应的内外径共12个同心圆的直径呈等差分布，所述旋转阀芯2两面的凹槽通过八个加工的内部通道相连，其中所述Ia与所述s1相通，所述Ib、所述Ic与所述s2相通，所述Id与所述s3相通，所述IIIf、所述IIIg与所述s4相通，所述IIIh与所述s6相通，所述IVi与所述s5相通。
进一步地，所述阀盖体3的六个圆环浅凸台，每个所述凸台外圆面加工有凹槽圆环，所述圆环处设置梯形圆环密封件，所述阀盖体3外部的六个所述进出料口在固定床化学链制氢装置中由内至外分别进出料为：热解气、水蒸汽、空气、排空废气、二氧化碳、氢气。
进一步地，所述梯形圆环密封件为高温轴瓦。
进一步地，所述旋转组合阀可实现800～900℃高温环境下有效运行，所述阀底连接体1、所述旋转阀芯2采用耐高温铁基合金或陶瓷材料，所述阀盖体3采用耐高温铁基合金材料。
本发明还提供了一种用于固定床化学链制氢的方法，固定床化学链制氢装置上包括如上述任一种旋转组合阀，所述组合阀采用圆盘形式阀芯结构，在旋转控制机构作用下旋转，可通过步进电机控制方法实现多步按设定时间设定角度旋转及定位，也可通过气驱马达控制阀芯等速旋转，两种控制方法均适用于此组合阀。
进一步地，所述组合阀采用的多通道设计，使得空气介质在全过程中被水蒸气及放空气有效隔离，避免与热解原料气和氢气的接触，安全性较好，同时生物质热解原料气通过重整载氧体、CO2吸附剂之后可获得高品质氢气，CO2吸附剂再生后能同时获得高品质CO2产品。
进一步地，所述组合阀在配套旋转控制机构作用下进行多通道切换，可实现一个循环周期内六路进出介质与四个反应及换热体的八个通道之间进行八步工艺流程的切换。其分别如下：
(1)第一步：高温热解原料气从接口引入s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，排空废气由所述反应体B通过所述旋转组合阀经所述s4引出排入大气，二氧化碳由所述换热体A二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述换热体B二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体A与所述换热体B二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体A二氧化碳吸附回路入口关闭状态。
(2)第二步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，排空废气由所述反应体A通过所述旋转组合阀经所述s4引出排入大气，二氧化碳由所述换热体B二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述换热体A二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体B与所述换热体A二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体B二氧化碳吸附回路入口关闭状态。
(3)第三步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，空气从接口引入所述s3通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，二氧化碳由所述换热体B二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述反应体A及所述换热体A二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体B与所述换热体A二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体B二氧化碳吸附回路入口关闭状态。
(4)第四步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，二氧化碳由所述换热体B二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述反应体A及所述换热体A二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体B与所述换热体A二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体B二氧化碳吸附回路入口关闭状态。
(5)第五步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，排空废气由所述反应体A通过所述旋转组合阀经所述s4引出排入大气，二氧化碳由所述换热体B二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述换热体A二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体B与所述换热体A二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体B二氧化碳吸附回路入口关闭状态。
(6)第六步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，排空废气由所述反应体B通过所述旋转组合阀经所述s4引出排入大气，二氧化碳由所述换热体A二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述换热体B二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体A与所述换热体B二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体A二氧化碳吸附回路入口关闭状态。
(7)第七步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，空气从接口引入所述s3通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，二氧化碳由所述换热体A二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述反应体B及所述换热体B二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体A与所述换热体B二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体A二氧化碳吸附回路入口关闭状态。
(8)第八步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，二氧化碳由所述换热体A二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述反应体B及所述换热体B二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体A与所述换热体B二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体A二氧化碳吸附回路入口关闭状态。
技术效果是：1、采用圆盘形式阀芯结构的组合阀，将两个反应体、两个换热体、六路进出料管道连接至组合阀，在配套旋转控制机构作用下进行多通道切换，可实现一个循环周期八种工艺流程的切换，使得设备更为紧凑，没有繁杂的管道连接及人力装配成本，减少了焊接及管道连接泄露的风险，同时设备控制更简单，只需要对旋转组合阀旋转角度或速度进行控制即可，避免了采用复杂的、高成本电气控制系统。2、采用的多通道设计，使得空气介质在全过程中被水蒸气及放空气有效隔离，避免与热解原料气和氢气的接触，安全性较好，同时生物质热解原料气通过重整载氧体、CO2吸附剂之后可获得高品质氢气，CO2吸附剂再生后能同时获得高品质CO2产品。3、采用可兼容的旋转阀芯设计，可通过步进电机控制方法实现多步按设定时间设定角度旋转及定位，也可通过气驱马达控制阀芯等速旋转，以上两种控制方法均适用于此组合阀。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的分解示意图；
图2是本发明一个较佳实施例的组合阀部件阀底连接体示意图；
图3是本发明一个较佳实施例的组合阀部件旋转阀芯示意图；
图4是本发明一个较佳实施例的组合阀部件阀盖体示意图
图5是本发明一个较佳实施例第一步工艺流程图；
图6是本发明一个较佳实施例第二步工艺流程图；
图7是本发明一个较佳实施例第三步工艺流程图；
图8是本发明一个较佳实施例第四步工艺流程图；
图9是本发明一个较佳实施例第五步工艺流程图；
图10是本发明一个较佳实施例第六步工艺流程图；
图11是本发明一个较佳实施例第七步工艺流程图；
图12是本发明一个较佳实施例第八步工艺流程图；
其中，1-阀底连接体，2-旋转阀芯，3-阀盖体，4-外部旋转控制机构，5-反应体A连接凸台，6-换热体A连接凸台，7-反应体B连接凸台，8-换热体B连接凸台，9-至反应体A连接通道(通道3)，10-换热体B二氧化碳吸附回路入口(通道7)，11-换热体B二氧化碳吸附回路出口(通道8)，12-换热体B热交换路入口(通道2)，13-至反应体B连接通道(通道4)，14-换热体A二氧化碳吸附回路入口(通道5)，15-换热体A二氧化碳吸附回路出口(通道6)，16-换热体A热交换路入口(通道1)，17-圆弧凹槽IIIh，18-圆弧凹槽IIe，19-圆弧凹槽Id，20-圆弧凹槽Ic，21-圆弧凹槽Ia，22-圆弧凹槽IIIf，23-圆弧凹槽IVi，24-圆弧凹槽IIIg，25-圆弧凹槽Ib，26-热解气圆环凹槽s1，27-水蒸汽圆环凹槽s2，28-空气圆环凹槽s3，29-排空气圆环凹槽s4，30-二氧化碳圆环凹槽s5，31-氢气圆环凹槽s6，32-外部旋转控制机构卡槽，33-热解气进料口，34-水蒸气进料口，35-空气进料口，36-排空气出料口，37-二氧化碳出料口，38-氢气出料口，39-紧固件螺栓孔。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示的一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀，主要包括阀底连接体1、旋转阀芯2、阀盖体3、外部旋转控制机构4等。图示旋转组合阀可实现800～900℃高温环境下有效运行，阀底连接体1、旋转阀芯2采用耐高温合金或陶瓷材料，阀盖体3采用耐高温合金材料。
如图2所示组合阀部件阀底连接体1，其结构主要包括反应体A连接凸台5；换热体A连接凸台6；反应体B连接凸台7；换热体B连接凸台8；至反应体A连接通道(通道3)9；换热体B二氧化碳吸附回路入口(通道7)10；换热体B二氧化碳吸附回路出口(通道8)11；换热体B热交换路入口(通道2)12；至反应体B连接通道(通道4)13；换热体A二氧化碳吸附回路入口(通道5)14；换热体A二氧化碳吸附回路出口(通道6)15；换热体A热交换路入口(通道1)16。图示八个通道基于底面中心两两对称分布在四个不同直径的圆上，与旋转阀芯2所有圆弧整体位于的四个不同直径的圆相对应，其中两反应体通道对称位于由内至外第三个直径圆上。四个同心圆的直径呈等差分布。
如图3所示组合阀部件旋转阀芯2，其结构主要包括圆弧凹槽IIIh17；圆弧凹槽IIe18；圆弧凹槽Id19；圆弧凹槽Ic20；圆弧凹槽Ia21；圆弧凹槽IIIf22；圆弧凹槽IVi23；圆弧凹槽IIIg24；圆弧凹槽Ib25；热解气圆环凹槽s1 26；水蒸汽圆环凹槽s2 27；空气圆环凹槽s3 28；排空气圆环凹槽s4 29；二氧化碳圆环凹槽s5 30；氢气圆环凹槽s6 31；外部旋转控制机构卡槽32。图示凹槽Ia 21圆弧度占第一个直径圆的40％-50％，凹槽IIe18圆弧度在第二直径圆部分占第二个直径圆的40％-50％，在第三直径圆部分占第三个直径圆的40％-50％，凹槽IIIh17圆弧度在第四直径圆部分占第四个直径圆的40％-50％，凹槽IVi23占第四个直径圆的40％-50％。旋转阀芯2另一面的六个凹槽对应的内外径共12个同心圆的直径呈等差分布。图示旋转阀芯2两面的凹槽通过八个加工的内部通道相连，其中Ia与s1相通，Ib、Ic与s2相通，Id与s3相通，IIIf、IIIg与s4相通，IIIh与s6相通，IVi与s5相通。图示阀底连接体1、旋转阀芯2两连接面均为光滑面，使得在干燥氛围中也可有效隔离相邻的两个传送低工作压力物料的通道。
如图4所示组合阀部件阀盖体3，其结构主要包括热解气进料口33；水蒸气进料口34；空气进料口35；排空气出料口36；二氧化碳出料口37；氢气出料口38；紧固件螺栓孔39。图示阀盖体3的六个圆环凸台高度较旋转阀芯2圆环凹槽深度小，每个凸台外圆面加工有凹槽圆环，圆环处设置梯形圆环密封件，如高温轴瓦等。
所述的一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀及方法，组合阀旋转阀芯2采用圆盘形式阀芯结构，在外部旋转控制机构4作用下旋转，可通过步进电机控制方法实现多步按设定时间设定角度旋转及定位，也可通过气驱马达控制阀芯等速旋转，两种控制方法均适用于此组合阀。
所述的一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀及方法，组合阀采用的多通道设计，使得空气介质在全过程中被水蒸气及放空气有效隔离，避免与热解原料气和氢气的接触，安全性较好，同时生物质热解原料气通过重整载氧体、CO2吸附剂之后可获得高品质氢气，CO2吸附剂再生后能同时获得高品质CO2产品。
所述的一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀及方法，组合阀在配套旋转控制机构作用下进行多通道切换，可实现一个循环周期内六路进出介质与四个反应及换热体的八个通道之间进行八步工艺流程的切换。其分别如下：
(1)如图5所示第一步：高温热解原料气从接口33引入s1 26通过旋转组合阀进入换热体A热交换路(通道1)16，水蒸气从接口34引入s2 27通过旋转组合阀进入换热体B热交换路(通道2)12，排空废气由反应体B(通道4)13通过旋转组合阀经s4 29引出36排入大气，二氧化碳由换热体A二氧化碳吸附回路出口(通道6)15通过旋转组合阀经s5 30引出37接入外部二氧化碳储罐，氢气由换热体B二氧化碳吸附回路出口(通道8)11通过旋转组合阀经s631引出38接入外部氢气储罐，反应体A(通道3)9与换热体B二氧化碳吸附回路入口(通道7)10相连，换热体A二氧化碳吸附回路入口(通道5)14关闭状态。
(2)如图6所示第二步：高温热解原料气从接口33引入s1 26通过旋转组合阀进入换热体B热交换路(通道2)12，水蒸气从接口34引入s2 27通过旋转组合阀进入换热体A热交换路(通道1)16，排空废气由反应体A(通道3)9通过旋转组合阀经s4 29引出36排入大气，二氧化碳由换热体B二氧化碳吸附回路(通道8)11通过旋转组合阀经s5 30引出37接入外部二氧化碳储罐，氢气由换热体A二氧化碳吸附回路出口(通道6)15通过旋转组合阀经s6 31引出38接入外部氢气储罐，反应体B(通道4)13与换热体A二氧化碳吸附回路入口(通道5)14相连，换热体B二氧化碳吸附回路入口(通道7)10关闭状态。
(3)如图7所示第三步：高温热解原料气从接口33引入s1 26通过旋转组合阀进入换热体B热交换路(通道2)12，空气从接口35引入s3 28通过旋转组合阀进入换热体A热交换路(通道1)16，二氧化碳由换热体B二氧化碳吸附回路(通道8)11通过旋转组合阀经s5 30引出37接入外部二氧化碳储罐，氢气由反应体A(通道3)9及换热体A二氧化碳吸附回路(通道6)15通过旋转组合阀经s6 31引出38接入外部氢气储罐，反应体B(通道4)13与换热体A二氧化碳吸附回路入口(通道5)14相连，换热体B二氧化碳吸附回路入口(通道7)10关闭状态。
(4)如图8所示第四步：高温热解原料气从接口33引入s1 26通过旋转组合阀进入换热体B热交换路(通道2)12，水蒸气从接口34引入s2 27通过旋转组合阀进入换热体A热交换路(通道1)16，二氧化碳由换热体B二氧化碳吸附回路(通道8)11通过旋转组合阀经s5 30引出37接入外部二氧化碳储罐，氢气由反应体A(通道3)9及换热体A二氧化碳吸附回路出口(通道6)15通过旋转组合阀经s6 31引出38接入外部氢气储罐，反应体B(通道4)13与换热体A二氧化碳吸附回路入口(通道5)14相连，换热体B二氧化碳吸附回路入口(通道(7)10关闭状态。
(5)如图9所示第五步：高温热解原料气从接口33引入s1 26通过旋转组合阀进入换热体B热交换路(通道2)12，水蒸气从接口34引入s2 27通过旋转组合阀进入换热体A热交换路(通道1)16，排空废气由反应体A(通道3)9通过旋转组合阀经s4 29引出36排入大气，二氧化碳由换热体B二氧化碳吸附回路(通道8)11通过旋转组合阀经s5 30引出37接入外部二氧化碳储罐，氢气由换热体A二氧化碳吸附回路出口(通道6)15通过旋转组合阀经s6 31引出38接入外部氢气储罐，反应体B(通道4)13与换热体A二氧化碳吸附回路入口(通道5)14相连，换热体B二氧化碳吸附回路入口(通道7)10关闭状态。
(6)如图10所示第六步：高温热解原料气从接口33引入s1 26通过旋转组合阀进入换热体A热交换路(通道1)16，水蒸气从接口34引入s2 27通过旋转组合阀进入换热体B热交换路(通道2)12，排空废气由反应体B(通道4)13通过旋转组合阀经s4 29引出36排入大气，二氧化碳由换热体A二氧化碳吸附回路(通道6)15通过旋转组合阀经s5 30引出37接入外部二氧化碳储罐，氢气由换热体B二氧化碳吸附回路出口(通道8)11通过旋转组合阀经s6 31引出38接入外部氢气储罐，反应体A(通道3)9与换热体B二氧化碳吸附回路入口(通道7)10相连，换热体A二氧化碳吸附回路入口(通道5)14关闭状态。
(7)如图11所示第七步：高温热解原料气从接口33引入s1 26通过旋转组合阀进入换热体A热交换路(通道1)16，空气从接口35引入s3 28通过旋转组合阀进入换热体B热交换路(通道2)12，二氧化碳由换热体A二氧化碳吸附回路(通道6)15通过旋转组合阀经s5 30引出37接入外部二氧化碳储罐，氢气由反应体B(通道4)13及换热体B二氧化碳吸附回路出口(通道8)11通过旋转组合阀经s6 31引出38接入外部氢气储罐，反应体A(通道3)9与换热体B二氧化碳吸附回路入口(通道7)10相连，换热体A二氧化碳吸附回路入口(通道5)14关闭状态。
(8)如图12所示第八步：高温热解原料气从接口33引入s1 26通过旋转组合阀进入换热体A热交换路(通道1)16，水蒸气从接口34引入s2 27通过旋转组合阀进入换热体B热交换路(通道2)12，二氧化碳由换热体A二氧化碳吸附回路(通道6)15通过旋转组合阀经s5 30引出37接入外部二氧化碳储罐，氢气由反应体B(通道4)13及换热体B二氧化碳吸附回路出口(通道8)11通过旋转组合阀经s6 31引出38接入外部氢气储罐，反应体A(通道3)9与换热体B二氧化碳吸附回路入口(通道7)10相连，换热体A二氧化碳吸附回路入口(通道5)14关闭状态。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于固定床化学链制氢的旋转组合阀，包括阀底连接体(1)、旋转阀芯(2)、阀盖体(3)、外部旋转控制机构，其特征在于：
所述阀底连接体(1)底部连接面加工有四个凸台，可用与固定床化学链制氢反应体A、反应体B、换热体A、换热体B连接定位及密封，其四个所述凸台内有通道共八个，其中与所述两反应体连接通道各一个，与所述两换热体连接通道各三个，所述阀底连接体(1)上部表面与所述旋转阀芯(2)、所述阀盖体(3)相连，其中与所述旋转阀芯(2)采用光滑面接触，八个所述通道可根据所述旋转阀芯(2)旋转至不同角度改变相应接口，从而满足固定床化学链制氢工艺需要，其中与所述阀盖体(3)采用外圆凸台定位及密封；
所述旋转阀芯(2)为圆盘形结构，与所述阀底连接体(1)、所述阀盖体(3)相连，其与所述阀底连接体(1)连接面内加工九处不同圆弧凹槽结构，分别为Ia、Ib、Ic、Id、IIe、IIIf、IIIg、IIIh、IVi，所有圆弧整体由内至外分别位于四个不同直径圆上，其最内圆位置有四段圆弧凹槽Ia、Ib、Ic、Id，往外二层圆有一段圆弧凹槽IIe，此凹槽在一端延伸至三层圆，所述三层圆上除了二层延伸的所述圆弧凹槽IIe之外，还有三段圆弧凹槽IIIf、IIIg、IIIh，其中所述凹槽IIIh在一端延伸至四层圆，最外的四层圆位置有IIIh、IVi两端圆弧凹槽，其与所述阀盖体(3)连接面加工有六个同心圆环较深凹槽和一个中心卡槽，其中六个圆环较深凹槽与所述阀盖板(3)对应六个圆环浅凸台对应，从而形成六个环形通道，六个圆环较深凹槽由内至外分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，其中心卡槽可与所述外部旋转控制机构相连，所述旋转阀芯(2)两面的凹槽又通过八个加工的内部通道相连；
所述阀盖体(3)内底部与所述旋转阀芯(2)、所述阀盖体(3)相连，与所述旋转阀芯(2)六个圆环较深凹槽对应加工有六个圆环浅凸台，所述阀盖体(3)外部在对应六个圆环浅凸台的另一侧加工有六个进出料口，所述阀盖体中心加工有通孔，可使得所述外部旋转控制机构与所述旋转阀芯(2)的中心卡槽相连，通孔外围加工有定位凸台，用于所述外部旋转控制机构定位和固定支架安装，所述阀盖体(3)外圆较所述阀底连接体(1)尺寸大，其放大尺寸位置加工有多处通孔，可通过紧固件将旋转组合阀整体固定于固定床化学链制氢装置上；
以上所述旋转组合阀通常被装配在一套固定床化学链制氢装置上，通过所述旋转控制机构控制所述阀芯旋转从而切换通道接口，使得装置连续循环工作。
2.如权利要求1所述的用于固定床化学链制氢的旋转组合阀，其特征在于，所述阀底连接体(1)底面所述凸台内八个所述通道基于底面中心两两对称分布在四个不同直径的圆上，与所述旋转阀芯(2)所有圆弧整体位于的四个不同直径的圆相对应，其中所述两反应体通道对称位于由内至外第三个直径圆上，四个同心圆的直径呈等差分布。
3.如权利要求1所述的用于固定床化学链制氢的旋转组合阀，其特征在于，所述阀底连接体(1)、所述旋转阀芯(2)两连接面均为光滑面，使得在干燥氛围中也可有效隔离相邻的两个传送低工作压力物料的通道。
4.如权利要求1所述的用于固定床化学链制氢的旋转组合阀，其特征在于，所述旋转阀芯(2)与所述阀底连接体(1)连接面所述凹槽Ia圆弧度占第一个直径圆的40％-50％，所述凹槽IIe圆弧度在第二直径圆部分占第二个直径圆的40％-50％，在第三直径圆部分占第三个直径圆的40％-50％，所述凹槽IIIh圆弧度在第四直径圆部分占第四个直径圆的40％-50％，所述凹槽IVi占第四个直径圆的40％-50％，所述旋转阀芯(2)另一面的六个凹槽对应的内外径共12个同心圆的直径呈等差分布，所述旋转阀芯(2)两面的凹槽通过八个加工的内部通道相连，其中所述Ia与所述s1相通，所述Ib、所述Ic与所述s2相通，所述Id与所述s3相通，所述IIIf、所述IIIg与所述s4相通，所述IIIh与所述s6相通，所述IVi与所述s5相通。
5.如权利要求1所述的用于固定床化学链制氢的旋转组合阀，其特征在于，所述阀盖体(3)的六个圆环浅凸台，每个所述凸台外圆面加工有凹槽圆环，所述圆环处设置梯形圆环密封件，所述阀盖体(3)外部的六个所述进出料口在固定床化学链制氢装置中由内至外分别进出料为：热解气、水蒸汽、空气、排空废气、二氧化碳、氢气。
6.如权利要求5所述的用于固定床化学链制氢的旋转组合阀，其特征在于，所述梯形圆环密封件为高温轴瓦。
7.如权利要求1所述的用于固定床化学链制氢的旋转组合阀，其特征在于，所述旋转组合阀可实现800～900℃高温环境下有效运行，所述阀底连接体(1)、所述旋转阀芯(2)采用耐高温铁基合金或陶瓷材料，所述阀盖体(3)采用耐高温铁基合金材料。
8.一种用于固定床化学链制氢的方法，其特征在于，固定床化学链制氢装置上包括如权利要求1-7任一种旋转组合阀，所述组合阀采用圆盘形式阀芯结构，在旋转控制机构作用下旋转，可通过步进电机控制方法实现多步按设定时间设定角度旋转及定位，也可通过气驱马达控制阀芯等速旋转，两种控制方法均适用于此组合阀。
9.如权利要求8所述的用于固定床化学链制氢的方法，其特征在于，所述组合阀采用的多通道设计，使得空气介质在全过程中被水蒸气及放空气有效隔离，避免与热解原料气和氢气的接触，安全性较好，同时生物质热解原料气通过重整载氧体、CO2吸附剂之后可获得高品质氢气，CO2吸附剂再生后能同时获得高品质CO2产品。
10.如权利要求9所述的用于固定床化学链制氢的方法，其特征在于，所述组合阀在配套旋转控制机构作用下进行多通道切换，可实现一个循环周期内六路进出介质与四个反应及换热体的八个通道之间进行八步工艺流程的切换，其分别如下：
(1)第一步：高温热解原料气从接口引入s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，排空废气由所述反应体B通过所述旋转组合阀经所述s4引出排入大气，二氧化碳由所述换热体A二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述换热体B二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体A与所述换热体B二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体A二氧化碳吸附回路入口关闭状态；
(2)第二步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，排空废气由所述反应体A通过所述旋转组合阀经所述s4引出排入大气，二氧化碳由所述换热体B二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述换热体A二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体B与所述换热体A二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体B二氧化碳吸附回路入口关闭状态；
(3)第三步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，空气从接口引入所述s3通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，二氧化碳由所述换热体B二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述反应体A及所述换热体A二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体B与所述换热体A二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体B二氧化碳吸附回路入口关闭状态；
(4)第四步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，二氧化碳由所述换热体B二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述反应体A及所述换热体A二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体B与所述换热体A二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体B二氧化碳吸附回路入口关闭状态；
(5)第五步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，排空废气由所述反应体A通过所述旋转组合阀经所述s4引出排入大气，二氧化碳由所述换热体B二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述换热体A二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体B与所述换热体A二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体B二氧化碳吸附回路入口关闭状态；
(6)第六步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，排空废气由所述反应体B通过所述旋转组合阀经所述s4引出排入大气，二氧化碳由所述换热体A二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述换热体B二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体A与所述换热体B二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体A二氧化碳吸附回路入口关闭状态；
(7)第七步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，空气从接口引入所述s3通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，二氧化碳由所述换热体A二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经所述s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述反应体B及所述换热体B二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体A与所述换热体B二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体A二氧化碳吸附回路入口关闭状态；
(8)第八步：高温热解原料气从接口引入所述s1通过所述旋转组合阀进入所述换热体A热交换路，水蒸气从接口引入所述s2通过所述旋转组合阀进入所述换热体B热交换路，二氧化碳由所述换热体A二氧化碳吸附回路通过所述旋转组合阀经s5引出接入外部二氧化碳储罐，氢气由所述反应体B及所述换热体B二氧化碳吸附回路出口通过所述旋转组合阀经所述s6引出接入外部氢气储罐，所述反应体A与所述换热体B二氧化碳吸附回路入口相连，所述换热体A二氧化碳吸附回路入口关闭状态。
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