CN110255499A - 生物质裂解气制氢方法、装置及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种生物质裂解气制氢装置、控制系统及方法，其中装置包括送料装置、预热隧道、热解装置、冷却分离装置和有机物蒸汽重整反应器；送料装置用于输送生物质原材料和热裂解后的生物质炭；热解装置包括至少一个用于热裂解生物质原材料的热解炉，每个热解炉均与冷却分离装置连通；冷却分离装置用于冷却热裂解后的生物质裂解尾气和生物质炭，冷却分离装置通过烟气电磁控制阀与有机物蒸汽重整反应器连通；有机物蒸汽重整反应器设有供碳颗粒和水蒸气反应的上层反应器，以及设有供固体半炭热解物及可燃烟气反应的下层反应器，有机物蒸汽重整反应器设有输出管道供连接后处理装置。本发明可提升能源利用率和氢含量，可实现大规模产量化，有效降低制氢成本。

Description

生物质裂解气制氢方法、装置及其控制系统
技术领域
本发明涉及裂解制氢领域，具体涉及一种生物质裂解气制氢方法、装置及其控制系统。
背景技术
氢气，作为一种无毒、无味、热值高以及燃烧后生成水的气体，是一种非常好的清洁能源，已被广泛用于各种领域，尤其是可作为燃料电池的理想燃料，在现今化石燃料可以使用的一些场合，氢能都能被使用。因此它是一种理想的替代能源，其良好的经济前景和环保优势受到人们极大的关注，在未来可持续能源系统中，有望成为与电力并重而又互补的主要终端能源。
但在自然资源中，很少存在集中的单质氢，因此若要使用氢能，必须先进行大规模人工制氢。目前制氢的方法很多，如煤、焦碳气化制氢、天然气或石油产品转化制氧、甲醇制氢、太阳能制氢、水分解法制氢、水电解制氢、水煤气转化制氢、甲烷裂解制氢、各种工业尾气制氢、氯碱工业副产氢等。
目前世界上80%以上的工业用氢是通过天然气和煤等不可再生化石原料的水蒸汽重整而制得的，能耗高，并且需要处理大量的硫化物和氮化物等污染性尾气。水电解方法是目前另一种已经成熟的制氢工艺，虽然制氢效率较高，无污染，但存在耗电量大的缺陷。
生物质作为氢的另一主要来源，具有很大的发展潜力。生物质是指在一定空间内，随时间而积累下来的全部生物物质，它包括地球上生长或堆积的所有生物有机体，如秸秆、薪材、人畜粪便等。生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物之中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接的来源于植物的光合作用。在各种可再生能源中，生物质能是独特的，它贮存的太阳能，也是唯一一种可再生能源，它可以转化为常规的气态、液态、固态燃料。据估计地球上每年植物光合作用所固定的碳可达2×10t，含能量达3×102J，因此每年通过光合作用贮存在植物的太阳能相当于全球每年消耗能量的10倍。除了生物质能源贮量大、载体广泛以外，它还具有其它一些优点：绿色植物在光合作用过程中可以吸收大量二氧化碳，从宏观角度来看，消耗生物质产生的二氧化碳重新被固定，相当于零排放；生物质的灰分低于煤，含氮量也比煤小，特別是生物质含硫量极低，煤的含硫量一般为0.5％～1.3％，而生物质含硫量一般小于0.2％，因此燃烧时对大气环境污染小等等。
生物质能的利用方法主要包括直接燃烧法、生化处理法和热化学转化法三大类。直接燃烧生物质的热利用率较低，而且会产生二次污染物。但由于其技术简单、投资成本低，目前仍在使用。生化处理法包括微生物厌氧消化、发酵及新陈代谢法等，反应条件温和，不产生或很少产生二次污染，具有环境友好特性，但目前成本较高，而且无法对固体生物质进行大规模优质转化。热化学转化法热化学转化法获得的产物是气态或液态燃料，不仅使生物质能流密度大为提高、提升能量品质、拓展生物质能的使用范围，而且其成本比生化法获取有机燃料要低。
目前生物质产氢尚处于研发阶段，现有生物质制氢技术主要是通过热化学方法实现，包括生物质气化技术以及生物油水蒸汽重整技术。其中，生物质气化制氢具有技术相对成熟、工艺简单的优点，但仍存在许多不足之处，氢气产率不高，且反应温度较高，导致能耗大、成本高。
同时，针对生物质裂解气制氢没有一套完整的工艺生产线，导致现有技术下无法进行大规模高效制氢。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供一种生物质裂解气制氢方法、装置及其控制系统，能够进一步提高氢产率、简化提纯工艺、降低能耗和制氢成本，并实现量产化。
根据第一方面，一具体实施例提供一种生物质裂解气制氢装置，包括送料装置、预热隧道、热解装置、冷却分离装置和有机物蒸汽重整反应器；
送料装置用于输送生物质原材料经过预热隧道后上料至热解装置，并运输热裂解后的生物质炭；
热解装置包括至少一个用于热裂解生物质原材料的热解炉，每个热解炉均与冷却分离装置连通；
冷却分离装置用于冷却热裂解后的生物质裂解尾气和生物质炭，冷却分离装置通过烟气电磁控制阀与有机物蒸汽重整反应器连通；
有机物蒸汽重整反应器设有供碳颗粒和水蒸气反应的上层反应器，上层反应器设有上催化剂进、出口；以及设有供固体半炭热解物及可燃烟气反应的下层反应器，下层反应器设有下催化剂进、出口，有机物蒸汽重整反应器设有输出管道供连接后处理装置。
进一步地，有机物蒸汽重整反应器设有两条向下倾斜的倾斜管道，位于上方的倾斜管道的一端通向上层反应器，另一端设有上催化剂出口，并设有向上敞开的上催化剂进口；位于下方的倾斜管道的一端通向下层反应器，另一端设有下催化剂出口，并设有向上敞开的下催化剂进口。
进一步地，还包括用于使生物质裂解尾气与经过重整后的氢气流进行热交换的热交换器，热交换器设有进口热交换器和出口热交换器，进口热交换器、出口热交换器和有机物蒸汽重整反应器相互连通，进口热交换器分别与冷却分离装置、预热隧道连通，出口热交换器与后处理装置连接。
进一步地，有机物蒸汽重整反应器的下部还设有固体木炭粉进、出口。
进一步地，有机物蒸汽重整反应器通过其设有的催化剂输入管道道与催化剂料仓连通，并与催化剂进料装置连接。
进一步地，冷却分离装置包括冷却水池、冷却器和烟气冷却塔，冷却水池、冷却器与烟气冷却塔依次连通，烟气冷却塔通过烟气电磁控制阀与有机物蒸汽重整反应器连通。
进一步地，送料装置包括自动送料小车、送料轨道以及送料旋转平台，送料旋转平台设于预热隧道的两侧，送料轨道平行于预热隧道和热解装置设置，自动送料小车与送料轨道活动连接并滑动于送料轨道上。
根据第二方面，一具体实施例中提供一种控制系统，用于上述生物质裂解气制氢装置，其包括计算机控制中心、人机界面和可编程控制器，计算机控制中心与可编程控制器信号连接，计算机控制中心与人机界面通讯连接，人机界面与可编程控制器电性连接，可编程控制器分别与热解装置中设置的控制入料系统，烘干系统，热解系统，出料系统和液压系统电性连接。
进一步地，还包括温度传感器、位移传感器、液位传感器和气敏传感器，温度传感器、位移传感器、气敏传感器分别与带可编程控制器电性连接。
根据第三方面，一具体实施例中提供一种生物质裂解气制氢方法，配合上述的生物质裂解气制氢装置使用，步骤包括：生物质原材料经过预热后进入热解炉，在无氧条件下进行热裂解，得到生物质炭和生物质裂解尾气，对得到的生物质裂解尾气进行冷却和固气分离后，生物质裂解尾气中的固体半炭热解物及热解出的可燃烟气加入Fe2O2/γ-Al2O3催化剂并在一定条件下进行催化重整，碳颗粒和水蒸气加入三氧化二铁催化剂并在一定条件下进行催化重整，经处理后得到氢气；其中Fe2O2/γ-Al2O3催化剂的Fe/Al比值为0.7。
依据上述实施例，本申请结合生物质在一定条件下进行热裂解和二次催化裂解的工艺方法，提供了一套完整的生物质裂解气制氢装置及其控制系统，同一装置可以同时生产生物质氢炭和氢气两种清洁能源，提升了能源利用率；使用生物质炭作为生物质原材料，提高了产品气中氢气的含量，提高了制氢速率，同时解决了热解产品气中焦油不易去除的难题，得到洁净的富氢气体；可实现大规模产量化，有效降低制氢成本，大幅度提高经济效益。
附图说明
图1为本发明一具体实施例中的整体结构正视示意图；
图2为图1中自动送料小车的结构示意图；
图3-1为图1中送料旋转平台的立体结构示意图；
图3-2为图1中送料旋转平台的平面结构示意图；
图4为图1中热解装置的结构示意图；
图5为图1中烟气冷却塔的立体结构示意图；
图6为图5的平面结构示意图；
图7为图1中有机物蒸汽重整反应器的立体结构示意图；
图8为图7的平面结构示意图；
图9为图8的A-A剖面结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参见图1，本实施例提供一种生物质裂解气制氢装置，包括送料装置、预热隧道20、热解装置、冷却分离装置和有机物蒸汽重整反应器50。其中热解装置、冷却分离装置和有机物蒸汽重整反应器50依次连接。
送料装置用于输送生物质原材料经过预热隧道20后上料至热解装置，并运输热裂解后的生物质炭。请参见图3-1和图3-2，本实施例中，送料装置包括自动送料小车11、送料轨道12（见图1）以及送料旋转平台13。送料轨道12平行设置于预热隧道20和热解装置前方，自动送料小车11与送料轨道12活动连接并滑动于送料轨道12上。自动送料小车11设有装载部和滚轮，可装载装有生物质原材料的料框，底部两侧设有配合送料轨道12的配合部，所述车轮配合于送料轨道12相对滑动，实现运输物料的功能。在具体实施例中，配合部可以是车轮或凸块，配合于送料轨道12上设有的U型槽，配合部也可以是U型槽，卡套配合于送料轨道。送料旋转平台13分别设于预热隧道20的两侧，以靠近预热隧道20进口的送料旋转平台13为例说明其结构。送料旋转平台13上设有用于放置料框的平板部，平板部下方设有用于驱动整个送料旋转平台13的驱动部、至少四个支撑脚以及每个支撑脚底部设有的定向方向轮。当自动送料小车11将料框运输至预热隧道20的进口时，送料旋转平台13的驱动部驱动其旋转90度，通过预先设置的液压系统或气压系统推进料框到送料旋转平台13上，当料框与隧道轨道对接后，驱动部驱动送料旋转平台13反向旋转90度复位。在其他实施例中，送料旋转平台13可以设置为其他结构，只要能实现相同功能即可。为了实现自动定位，方便运输生物质原材料，在送料旋转平台13、预热隧道20和热解炉30等装置处均设有相应的位移传感器。
请参见图4，热解装置包括至少一个用于热裂解生物质原材料的热解炉30，如设置两个、三个等。在本实施例中，为实现提高效率和维护方便，并列设置四个热解炉30。热解炉30包括密封罩、炉体、入料装置、烘干装置、热解装置及出料装置。由于热解炉是现有技术，本领域的技术人员都知道其具体结构，因此在这里不再对热解炉的具体结构进行赘述。
每个热解炉30均与冷却分离装置连通，实现炉外冷却和固气分离。热解装置的热解冷却时间到后，自动送料小车11移动至热解炉30的对应位置，自动检测和炉内轨道对齐，密封罩打开后，液压系统启动，把生物质碳连同料框推至自动送料小车11上，料框到位后，自动送料小车11往放料区输送生物质碳，并自动下料。
冷却分离装置用于冷却热裂解后的生物质裂解尾气。冷却分离装置包括冷却水池41、冷却器42和烟气冷却塔43。冷却水池41、冷却器42与烟气冷却塔43（见图5-6）依次连通。烟气冷却塔43通过烟气电磁控制阀与有机物蒸汽重整反应器50连通。当热解炉30开始加热的同时，冷却水池41和冷却器42开始工作，生物质经过裂解后产生的生物质裂解尾气从热解炉30中进入烟气冷却塔43，此时烟气电磁控制阀呈关闭状态，生物质裂解尾气在烟气冷却塔43中进行固气分离，当冷却和固气分离完成时，烟气电磁控制阀为打开状态，通过罗茨风机将冷却和分离后的生物质裂解尾气抽出烟气冷却塔43至下一环节。此时生物质裂解尾气中包括碳颗粒、水蒸气、固体半炭热解物及可燃烟气等。
请参见图7至图9，有机物蒸汽重整反应器50设有供碳颗粒和水蒸气反应的上层反应器，供固体半炭热解物及可燃烟气反应的下层反应器，以及两条向下倾斜的倾斜管道。倾斜角度为35-50度，最佳倾斜角度为45度。向下倾斜的倾斜管道有利于催化剂自动流出，方便催化剂的加入、更换和回收利用。位于上方的倾斜管道的一端通往上层反应器，另一端设有上催化剂出口52及上催化剂出口阀门，还设有向上敞开的上催化剂进口，通常设置为漏斗状；位于下方的倾斜管道的一端通往下层反应器，另一端设有下催化剂出口54及下催化剂出口阀门，还设有向上敞开的下催化剂进口，通常设置为漏斗状。
优选地，为了充分利用裂解出来的细碎生物质碳，在本实施例中，可在有机物蒸汽重整反应器50的下部设置固体木炭粉进口55和固体木炭粉出口56。固体木炭粉是由生物质裂解后剩余的细碎木炭经过处理后得到的。固体木炭粉进入生物质裂解尾气重整制氢装置中，和生物质裂解尾气中的水蒸气反应，能够进一步提高产氢率，并且减少氢气流中的水蒸气，减轻提纯过程中的水蒸气含量。此外，还可以减少反应过程中的热量损失，减少排放的气体量。
优选地，为了实现自动加料，本实施例设有进料系统，有机物蒸汽重整反应器50设有催化剂输入管道，通过催化剂输入管道与外部的催化剂料仓连通，并与催化剂进料装置连接。催化剂进料装置可以是蜗杆驱动的方式，也可以是液压或气压推动，或设置其他驱动结构。可事先设置好上料时间，从催化剂料仓中经过催化剂输入管道输送至上催化剂入口51和/或下催化剂入口53。待预定时间后，打开上催化剂出口阀门和/或下催化出口阀门，让催化剂自动流出。
优选地，为了进一步提供热能利用率，节约能源，在本实施例中，生物质裂解气制氢装置还包括用于使生物质裂解尾气与经过重整后的氢气流进行热交换的热交换器。热交换器设有进口热交换器61和出口热交换器62，进口热交换器61、出口热交换器62和有机物蒸汽重整反应器50相互连通。进口热交换器61分别与冷却分离装置、预热隧道20连通，出口热交换器62与后处理装置70连接。
生物质裂解尾气经冷却后温度在450-600°C，通过管道进入到进口热交换器61时，和经过重整后的氢气流进行热交换，提高了生物质裂解尾气的温度，降低了氢气流的温度。生物质裂解尾气通过管道进入预热隧道20中，为未进行热裂解的生物质原材料进行预热，以生物质原料自身能量平衡为基础，不需要常规能源提供额外工艺热量，提高了整个系统的热效率。氢气流通过热交换器降低温度后，进入到后处理装置70，如设置散热器，进一步降低氢气流温度，以及设置旋风分离器，将所含有的固体粉末分离，固体粉末包括生物质裂解尾气中的碳及其含有的灰分及催化剂粉末。
以下简要说明本实施例中生物质裂解气制氢装置的工作过程。
自动送料小车11装载内含生物质原材料的料框，在送料轨道12上运输至靠近预热隧道20进口的送料旋转平台13，靠近预热隧道20进口的送料旋转平台13上设有的位移传感器自动检测到位，送料旋转平台13旋转90度，液压系统推进料框到靠近预热隧道20进口的送料旋转平台13上，位移传感器检测料框到位后，靠近预热隧道20进口的送料旋转平台13反向旋转90度复位，使其与预热隧道20设有的轨道对接，液压系统推进料框到预热隧道20进行预热，此时预热气体从进口热交换器61中吹出。预热隧道20可预存若干个料框。当预定的预热时间达到后，液压系统依次把若干个料框拉到靠近预热隧道20出口的送料旋转平台13上，通过其设有的位移传感器进行限位和检测到位的同时，自动送料小车11移动到靠近预热隧道20出口的送料旋转平台13前，靠近预热隧道20出口的送料旋转平台13旋转90度，当两者的轨道平行对接后，液压系统把料框拉到自动送料小车11上，送料旋转平台13反向旋转90度复位，自动送料小车11向前移动直至到达热解炉30。以其中一热解炉30为例说明工作过程。自动送料小车11与热解炉30的轨道对接后，液压系统把料框拉到热解炉30，经过位移传感器检测到位后，液压系统复位，热解炉30的密封罩下降，热解炉30开始加热。热解炉30加热的同时，冷却水池41、冷却器42和烟气冷却塔43也开始工作。其中热裂解产生的生物质裂解尾气经过烟气冷却塔43时，焦油、粉尘等固体沉降，水蒸气、氢气等混合气体流出。此时，烟气电磁控制阀开启，把混合气体抽到进口热交换器61，经热交换后升温，通过管道进入预热隧道20，为预热隧道20中的生物质原材料预热后经过管道进入机物蒸汽重整反应器，通过催化剂进料装置把两种不同的催化剂添加到相应的催化剂进口，固体木炭粉从固态木炭粉入口55添加，木炭粉加入到有机物蒸汽重整器的中部。在有机物蒸汽重整反应器50中催化反应生成氢气和二氧化碳，通过氯化钙可把二氧化碳和氢气分离。氢气流在有机物蒸汽重整反应器50分离后，先经过出口热交换器62，然后再经过后处理装置70，如散热器，处理后抽出单独封存。
此外，当热解炉30的热解冷却时间到达时，自动送料小车11移动到热解炉30的前面，通位移传感器自动检测后对齐于热解炉30内的轨道，密封罩自动提起，液压系统启动，把热解后的的生物质碳连同料框拉到自动送料小车11所在的送料轨道12上，料框到位后，自动送料小车11往放料区运输热解碳，并自动下料。
本发明还提供一种控制系统，用于上述生物质裂解气制氢装置，其包括计算机控制中心、人机界面和可编程控制器，计算机控制中心与可编程控制器信号连接，计算机控制中心与人机界面通讯连接，人机界面与可编程控制器电性连接，可编程控制器分别与热解装置中设置的入料系统，烘干系统，热解系统，出料系统和液压系统电性连接。
控制系统还包括温度传感器、位移传感器、液位传感器和气敏传感器，温度传感器、位移传感器、液位传感器、气敏传感器分别与带可编程控制器电性连接。
人机界面在本实施例中为触摸屏，其包括控制模块，监控模块和报警模块。
三个模块页面之间可以相互切换，并且与可编程控制器连接，通过人机界面的控制模块触发信号来驱动可编程控制器执行程序指令。
人机界面的控制模块，主要显示在人机界面的显示区，而显示区里包含有可编程控制器、入料系统，烘干系统，热解系统，出料系统和液压系统的控制模块。对入料系统，出料系统的控制，主要体现在修改入料，出料的快慢速度的参数，入料，出料的启动以及停止，入料，出料的自动、手动选择，生产的紧急停止。主要在触摸屏的控制模块上点击每个功能键，就能实现这个功能的选择。对烘干系统，热解系统的控制体现在不同的生物料需要不同的烘干、热解温度，时间，抽风量的大小，需要修改相应的生产参数，或者要选择暂时停止加热功能，直接在触摸屏上点击操作。
人机界面的监控模块，主要显示在人机界面的显示区域，不能作任何系统的参数设定或修改。主要是在人机界面上模拟热解装置入料，烘干，热解，出料和液压系统的主要运行部件如油泵，水泵，加热系统，工作平台，液压系统的运动及停止状态，是否是按照指令程序有序运行。
人机界面的报警模块，主要显示在人机界面的显示区。在报警模块里预先设置好各个系统的生产所需的温度，液位，速度，油压，故障等多种各项参数。利用传感器连接可编程控制器输入信号的方式反馈给微处理器，再由微处理器和原先设计好的指令程序对比；经过通讯的方式输送给人机界面在报警模块显示，并提示故障报警引起的原因。当报警信号触发急停功能时，可编程控制器会自动启动终止系统运行的功能，直到报警或者故障排除。
计算机控制中心使用网络和特定的软件平台组网，实现总部对分部生产数据实时监控。计算机控制中心主要录入相关的生产数据，如生产生物质原材料，生产批次，产品生产所需的温度、时间等，形成相应的生产配方。并且把相关生产配方、数据储存，并通过网络和特定的软件组网回传数据到数据中心，方便总部公司和分公司的数据中心查阅、监控。实现公司统一规划统筹，有序安排生产。
计算机控制中心与人机界面通讯连接，目的在于方便人机界面调用计算机里的生产配方，并可根据生产的实际要求修改配方上的相关生产参数。如若要保存修改后的参数形成新配方，在计算机另存新建即可。
可编程控制器直接控制入料系统，烘干系统，热解系统，出料系统和液压系统。各个系统之间是相互协作又可独立操控运行。而感应器也随时反馈各个系统的信号给可编程控制器82，使其根据感应器预先设定的参数作相应的程序指令跳转，调用或中断。
温度传感器，主要分别位于在热解装置烘干区和热解区，设置传感器生产的最低临界温度和最高临界温度，并在人机界面显示生产温度。温度传感器与可编程控制器连接。当烘干区和热解区的温度低于最低临界温度时，传感器给可编程控制器发出信号，可编程控制器的微处理器发出启动指令，相关的接触器和继电器得电。周边加热设备启动给热解装置烘干区和热解区加热；当热解装置烘干区和热解区的温度达到最高临界温度，传感器反馈信号给可编程控制器，可编程控制器的微处理器发出停止指令，相关的接触器和继电器失电，周边加热设备停止给热解装置烘干区和热解区加热，热解装置就处于生产温度保温状态。以上动作依次循环，有效节省燃料。为了避免热量不均匀和温度梯度，还需在热解装置烘干区和热解区设计多点测温，配备热循环。
液位传感器，即高低液位控制，主要用于热解装置烘干区冷却水汽的储水池循环补水控制。当储水池的水被高液位感应到时，高液位传感器给可编程控制器发出一个信号，可编程控制器接到输入信号就驱动启动水泵程序，控制水泵的接触器和继电器得电工作，水泵开始抽水。当水位低于低液位传感器时，低液位传感器发出一个信号给可编程控制器，可编程控制器接到输入信号，经过微处理器的指令程序比较，发出终止水泵程序，控制水泵的接触器和继电器失电。水泵停止，依次循环。
位移传感器，主要是用于液压系统的控制，如进料液压系统，中转液压系统和出料液压系统。液压系统和位移传感器均安装在热解装置外的低温区，根据热解装置的进出料平台和移动平台所需要移动的距离，在液压顶杆需要伸出的长度位置安装位移传感器828。当可编程控制器接收到需要入料，中转或者出料的信号时，驱动液压站油泵启动程序，液压泵启动，液压电磁阀得电，阀芯开启液压杆伸出。在位移传感器感应到液压杆时，反馈一个输入信号给可编程控制器，可编程控制器接收到反馈信号时执行停止液压泵程序。当可编程控制器接到液压杆回收信号时，驱动液压站油泵启动程序，液压泵启动回油液压电磁阀得电，阀芯开启液压杆回收，回收到液压缸底部时，电磁阀失电，油泵停止。
气敏传感器，主要是对热解装置热解区的生物质产生的可燃废气进行监控信号回传可编程控制器执行相关的控制指令。在循环气冷却抽气口安装气敏传感器检测。当生物质废气达到可燃浓度时，气敏传感器发出信号给可编程控制器，可编程控制器执行驱动罗茨风机程序，对可燃废气进行回收存储。用于提供给燃气设备使用。为了预防泄漏等产生的不安全因素，在存储区同时设有烟气传感器和自动灭火装置。当检测到烟气时，自动发出报警，可编程控制器82启动灭火程序，灭火装置启动灭火。
本实施例还提供一种生物质裂解气制氢方法，配合上述的生物质裂解气制氢装置使用，步骤包括：
预热生物质原材料，此时所用到的预热气体为经热裂解和热交换后得到的生物质裂解尾气，达到预定温度后进入热解炉进行无氧状态下热裂解，得到生物质氢炭及生物质裂解尾气，对烟气混合物冷却和固气分离，对得到的生物质裂解尾气在常压下进行二次催化裂解，二次催化裂解前与经二次催化裂解后的氢气流进行热交换，从而达到预定温度，其中生物质裂解尾气中的固体半炭热解物及热解出的可燃烟气加入Fe2O2/γ-Al2O3催化剂并在一定条件下进行催化重整，碳颗粒和水蒸气加入三氧化二铁催化剂并在一定条件下进行催化重整，经处理后得到氢气。
其中，碳颗粒和水蒸气通入下层反应器中，反应后得到氢气和二氧化碳，二氧化碳作为产物有利于气体的可吸收除去。
固体半炭热解物及热解出的可燃烟气通入上层反应器中，反应温度为450-600°C，工作压力为0.10-0.20Mpa，气体总流量为20-40 m3/hr，其内气相滞留时间为0. 25-1.0s。Fe2O2/γ-Al2O3催化剂的Fe/Al比值为0.7时，得到的氢含量较高。
该方法的优势在于：
1、无氧状态下低温热裂解，减少了氮气对气体的稀释，提高了气体的能流密度，降低了气体分离难度；
2、二次催化裂解在常压下进行，避免了苛刻复杂的工艺条件；
3、通过二次催化裂解，在催化剂和水蒸气的共同作用下，将分子量较大的重烃（焦油）裂解为氢、甲烷和其他轻烃，实现热解组分中焦油等含氢化合物的深度转化，从而提高气体中氢含量，得到更洁净的富氢。
4、利用热交换，以生物质原材料自身能量平衡为基础，不需要常规能源提供额外工艺热量；
5、生物质原材料适用范围广泛，不仅适合各种木本、草本生物质原料，还适用于各种农林废弃物、生活垃圾、城市污泥等；
5、可以同时生产生物质氢炭和氢气两种清洁能源。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种生物质裂解气制氢装置，其特征在于，包括送料装置、预热隧道、热解装置、冷却分离装置和有机物蒸汽重整反应器；
所述送料装置用于输送生物质原材料经过预热隧道后上料至热解装置，并运输热裂解后的生物质炭；
所述热解装置包括至少一个用于热裂解生物质原材料的热解炉，每个所述热解炉均与冷却分离装置连通；
所述冷却分离装置用于冷却热裂解后的生物质裂解尾气和生物质炭，所述冷却分离装置通过烟气电磁控制阀与有机物蒸汽重整反应器连通；
所述有机物蒸汽重整反应器设有供碳颗粒和水蒸气反应的上层反应器，所述上层反应器设有上催化剂进、出口；以及设有供固体半炭热解物及可燃烟气反应的下层反应器，所述下层反应器设有下催化剂进、出口，所述有机物蒸汽重整反应器设有输出管道供连接后处理装置。
2.根据权利要求1所述的生物质裂解气制氢装置，其特征在于，所述有机物蒸汽重整反应器设有两条向下倾斜的倾斜管道，位于上方的倾斜管道的一端通向上层反应器，另一端设有上催化剂出口，并设有向上敞开的上催化剂进口；位于下方的倾斜管道的一端通向下层反应器，另一端设有下催化剂出口，并设有向上敞开的下催化剂进口。
3.根据权利要求1所述的生物质裂解气制氢装置，其特征在于，还包括用于使生物质裂解尾气与经过重整后的氢气流进行热交换的热交换器，所述热交换器设有进口热交换器和出口热交换器，所述进口热交换器、出口热交换器和有机物蒸汽重整反应器相互连通，所述进口热交换器分别与冷却分离装置、预热隧道连通，所述出口热交换器与后处理装置连接。
4.根据权利要求1所述的生物质裂解气制氢装置，其特征在于，所述有机物蒸汽重整反应器的下部还设有固体木炭粉进、出口。
5.根据权利要求1所述的生物质裂解气制氢装置，其特征在于，所述有机物蒸汽重整反应器通过其设有的催化剂输入管道道与催化剂料仓连通，并与催化剂进料装置连接。
6.根据权利要求1-4任一项所述的生物质裂解气制氢装置，其特征在于，所述冷却分离装置包括冷却水池、冷却器和烟气冷却塔，所述冷却水池、冷却器与烟气冷却塔依次连通，所述烟气冷却塔通过烟气电磁控制阀与有机物蒸汽重整反应器连通。
7.根据权利要求1-4任一项所述的生物质裂解气制氢装置，其特征在于，所述送料装置包括自动送料小车、送料轨道以及送料旋转平台，所述送料旋转平台设于预热隧道的两侧，所述送料轨道平行于预热隧道和热解装置设置，所述自动送料小车与送料轨道活动连接并滑动于送料轨道上。
8.一种控制系统，用于权利要求1-4任一项所述的生物质裂解气制氢装置，其特征在于，包括计算机控制中心、人机界面和可编程控制器，所述计算机控制中心与可编程控制器信号连接，所述计算机控制中心与人机界面通讯连接，所述人机界面与可编程控制器电性连接，所述可编程控制器分别与热解装置中设置的控制入料系统，烘干系统，热解系统，出料系统和液压系统电性连接。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，还包括温度传感器、位移传感器、液位传感器和气敏传感器，所述温度传感器、位移传感器、气敏传感器分别与带可编程控制器电性连接。
10.一种生物质裂解气制氢方法，配合如权利要求1-4任一项所述的生物质裂解气制氢装置使用，其特征在于，步骤包括：
生物质原材料经过预热后进入热解炉，在无氧条件下进行热裂解，得到生物质氢炭和生物质裂解尾气，对得到的生物质裂解尾气进行冷却和固气分离后，生物质裂解尾气中的固体半炭热解物及热解出的可燃烟气加入Fe2O2/γ-Al2O3催化剂并在一定条件下进行催化重整，碳颗粒和水蒸气加入三氧化二铁催化剂并在一定条件下进行催化重整，经处理后得到氢气；
其中Fe2O2/γ-Al2O3催化剂的Fe/Al比值为0.7。
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