CN110804465A - 一种塑料生物质气化制氢的装置及气化制氢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑料生物质气化制氢的装置及气化制氢的方法，属于化工和新能源利用技术领域，包括混合系统和冷却分离系统两部分，混合系统包括融化部和气化部，融化部包括底部设有顶部设有送料口的融化室，气化部包括流化室及安装在流化室顶部的雾化器，融化室通过摆动泵与雾化器连接；冷却分离系统包括分离箱和安装在分离箱外部的冷却水套；流化室与分离箱之间的管路上连接有分离器。将废弃塑料融化并和生物质颗粒混合后雾化，然后送入流化室中制取氢气，经过冷却分离后氢气被净化提纯。该装置节能环保、产氢效率高、动力消耗和能量消耗均不大，实用性强。

Description

一种塑料生物质气化制氢的装置及气化制氢的方法

技术领域

本发明属于化工和新能源利用技术领域，涉及一种塑料生物质气化制氢的装置及气化制氢的方法。

背景技术

氢气作为一种清洁二次能源，其用量和应用范围日益增加。制氢技术有很多种，根据所使用的原料可分为化石燃料制氢、可再生能源制氢和水电解制氢三种。然而，化石燃料制氢具有能耗高，污染物生成量大的缺点。水电解制氢约占世界产氢量的4％，但是需要消耗大量电能。而采用太阳能光热和高温热化学分解水制氢涉及太阳能聚焦装置、高温反应器及产物分离等，设备复杂，对材料要求苛刻，研究所需投入大，相关研究需要在国家层面组织联合攻关。生物质气化制氢具有低成本、高产氢率等优点而成为研究热点。现有气化制氢炉的进风多为侧面进风或下进风的方式，生物质颗粒在炉内停留时间短暂，较难气化完全，严重降低了氢气产量，有必要采用循环流化的方式来完成生物质气化制氢过程。

随着经济的飞速发展，居民生活中产生的聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的包装袋、农用地膜、一次性餐具、塑料瓶等塑料制品使用后被弃置称为固体废物随处丢弃，难以降解处理，给生态环境和景观造成严重的白色污染，有必要采用合理的装置和方法将这些废弃塑料加以回收利用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种塑料生物质气化制氢的装置及气化制氢的方法，来解决现有塑料造成的白色污染、以及生物质制氢装置产氢率低且能耗较大的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明一种塑料生物质气化制氢的装置，包括混合系统和冷却分离系统；

所述混合系统包括融化部和气化部，融化部包括顶部设有送料口的融化室，气化部包括顶部安装有雾化器的流化室，所述融化室通过摆动泵与雾化器连接；

所述冷却分离系统包括分离箱和安装在分离箱外部的冷却水套；

所述流化室与分离箱之间的管路上设置有分离器。

优选地，所述融化室的底部设置有加热板，加热板通过下料管与摆动泵连接。

优选地，所述流化室的底部可拆卸连接有布气室，布气室的上部安装有布风板，布气室的底部可拆卸连接有蒸汽管。

优选地，所述流化室的侧壁上部设置有出口通道，流化室的上部安装有压力表和温度计，流化室通过出口通道与分离箱的顶部连接。

进一步优选地，所述分离器安装在出口通道的中部下方，所述分离器的后方安装有挡板。

优选地，所述分离器的底部通过回料管与流化室连接。

进一步优选地，在回料管上安装有逆止阀，回料管通过风管连接有风机，风管上安装有气体流量计。

进一步优选地，所述冷却水套的两侧分别安装有供水管和排水管，供水管上安装有流量计、压力表和温度计，排水管上安装有温度计。

进一步优选地，所述分离箱的上部安装有分气管。

本发明还公开了利用上述的一种塑料生物质气化制氢的装置进行气化制氢的方法，包括如下步骤：

S1：生物质颗粒和塑料的混合物从进料口进入融化室，在加热板的作用下，塑料融化并和生物质颗粒混合后进入摆动泵中；

S2：摆动泵讲混合后的物料送入雾化器中进行雾化，雾化后的塑料生物质颗粒被送入至流化室中气化；

S3：未完全气化的物料进入分离器中进行经分离后被送回流化室中继续气化，气化完全的物料被送入分离箱中冷却分离。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明涉及一种塑料生物质气化制氢的装置，该装置通过融化部和气化部构成一个混合系统，将废弃塑料融化并和生物质颗粒混合后雾化，然后送入生物质流化室内制取氢气，没有气化完全的生物质颗粒进一步被旋风分离器分离回送到流化室中继续进行气化，经过反复循环，使得生物质颗粒被完全气化，所产生的气化气中还含有甲烷、氮气、氧气和水蒸气等大分子气体，将它们统一通入到冷却分离系统中冷却静置，在重力作用下，混合气体发生分层，氢气浮在上面，而其它气体下沉，氢气被净化提纯。该装置节能环保、产氢效率高、动力消耗和能量消耗均不大，实用性强。

进一步地，在融化室中设置有电加热膜，能够提高融化效率，采用压缩式雾化器产生的雾化颗粒粒径均匀，能够提高雾化效率，空气通过风机进入流化室，其中的氧气与物料反应产生热量，提供流化室中气化反应所需的热量，使得雾化液滴能够完全气化，提高气化效率。

进一步地，通过安装流量计、温度计和压力表，以保证在冷却分离过程的顺利进行，能够提高氢气的净化分离效率。

本发明公开的塑料生物质气化制氢的方法，基于上述装置完成，制氢过程操作简单：通过加热板将物料加热融化，并在摆动泵的作用下将混合物料送入雾化器和流化室中进行气化，再经过分离箱的冷却分离，能够制得纯净的氢气。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：1摆动泵；2送料管；3下料管；4加热板；5融化室；6送料口；7雾化器；8流化室；9蒸汽管；10布气室；11布风板；12逆止阀；13回料管；14旋风分离器；15分离箱；16分气管；17冷却水套；18挡板；19供水管；20排水管；21风机；22风管；23出口通道。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

由图1所示的一种塑料生物质气化制氢的装置，摆动泵1上安装有送料管2和下料管3，下料管3连接着加热板4，加热板4连接着融化室5，融化室5的上面安装有送料口6，进料管2的另一端连接在雾化器7上面，雾化器7安装在流化室8的上面；流化室8的下方安装有布气室10，布气室10的下方安装有蒸汽管9，布气室10的上方安装有布风板11,流化室8的右侧上方安装有出口通道23，出口通道23的下方安装有旋风分离器14，旋风分离器14通过回料管13接在流化室8上，在回料管13上安装有逆止阀12和风管22，在风管22的另一端安装有风机21，在出口通道23的中部下方安装的旋风分离器14的后方位置安装有挡板18；在出口通道23的另一端安装有分离箱15，分离箱15的外部安装有冷却水套17，在分离箱15的上部安装有分气管16；冷却水套17的两侧分别安装有供水管19和排水管20。

本发明一种塑料生物质气化制氢的装置，在使用时：

生物质颗粒和塑料的混合物从送料口6被送入到融化室5中，在加热板4的加热下，塑料融化后和生物质颗粒混合，混合后的物料从加热板4下方的下料管3送入到摆动泵1中，被摆动泵1泵送，流经送料管2进入雾化器7中，雾化后的塑料生物质颗粒被送入到流化室8中，来自流化室8下方的布气室10中充满了被蒸汽管9送入的过热水蒸气，过热水蒸气流经布风板11,在流化室8中进一步对物料气化，产生的气化汽和未完全气化的物料流经出口通道23，被挡板18拦截，气化气扰流进入到分离箱15中，而未完全气化的物料进入旋风分离器14中，经分离后沿着回料管13被送回到流化室8中，空气通过风机21流经逆止阀12，被送入到流化室8中，其中的氧气与物料反应产生热量，提供流化室8中气化反应所需的热量，来维持反应完全发生；送入分离箱15中的气化气被冷却水套17中的冷却水冷却后，氢气和其余大分子气体发生分层，从分离箱15上的分气管16流出。

摆动泵1可以选择气、液、固多相混输的BZYB-30-0.4/B摆动转子泵，具有小型、大排量、大扬程、大抽吸力、效率高的优点，开泵前进出口管路阀门打开，防止泵运行超压，不可采用调整阀门开度的办法改变泵的排量。

雾化器7可以采用压缩式雾化器，雾化压0.2-0.3MPa，聚酰胺溶液和热空气在旋转室内获得旋转运动，在雾化器中央形成空气旋流，液体则形成绕空气芯旋转的环形薄膜，液体静压在喷嘴处转变为向前运动的液膜的动能，从喷嘴喷出，液膜伸长变薄，分散为小液滴被压入到流化室8中。采用该种类型雾化器产生的颗粒均匀、粒径分布窄。

加热板4可选择不同的电加热膜，功率根据加热塑料生物质量来确定，在1kW-8kW。

布风板可设计为花板，为了便于固定，四周可多留出50-100mm，可选择12-20mm厚的钢板或30-40mm厚的铸铁板，可以是整块的，也可以是拼装的，拼装用焊接或螺栓连接成整块，以免漏风。

流化室8可采用不锈钢板加工或耐热砖砌筑，在它们上面可以安装压力表和温度计。

融化室5可采用不锈钢板加工，可在上面安装2-3个下料管。

送入送料口5的生物质需要称重，废气排放管2中的废气流量和来自加料口5的生物质质量流量比为1:1，生物质料可以采用稻壳、秸秆、甘蔗皮、松木屑等，粉碎制料的粒径为2-10mm。

旋风分离器13的结构参数为旋转部分直径为0.4m，粒子入口段直径为0.1m，旋转段高0.25m，气流入口速度为14m/s。

挡板26可采用不锈钢加工，占据通道三分之二的面积。

逆止阀11可采用非机械式的U型阀。

送风机24送入的风量和由蒸汽管8送入的蒸汽质量流量之比可为7:3或8:2。

蒸汽和空气的总质量流量与生物质的总质量流量之比为0.6-0.8。

分离箱15设计为瘦高型，有助于混合气体在重力作用下沿高度方向充分分层。

分离箱15的材质采用铜铝合金较好，冷却水套17采用不锈钢加工较好，在供水管19上可安装流量计、压力表、温度计，在排水管20上可安装温度计。

风管25上可以安装气体流量计，可以优先选用浮子流量计。

利用本发明装置进行塑料生物质气化制氢的方法，包括如下步骤：

S1：生物质颗粒和塑料的混合物从进料口6进入融化室5，在加热板4的作用下，塑料融化并和生物质颗粒混合后进入摆动泵1中；

S2：摆动泵1讲混合后的物料送入雾化器7中进行雾化，雾化后的塑料生物质颗粒被送入至流化室8中气化；

S3：未完全气化的物料进入分离器14中进行经分离后被送回流化室8中继续气化，气化完全的物料被送入分离箱15中冷却分离。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种塑料生物质气化制氢的装置，其特征在于：包括混合系统和冷却分离系统；

所述混合系统包括融化部和气化部，融化部包括顶部设有送料口(6)的融化室(5)，气化部包括顶部安装有雾化器(7)的流化室(8)，所述融化室(5)通过摆动泵(1)与雾化器(7)连接；

所述冷却分离系统包括分离箱(15)和安装在分离箱(15)外部的冷却水套(17)；

所述流化室(8)与分离箱(15)之间的管路上设置有分离器(14)。

2.如权利要求1所述的一种塑料生物质气化制氢的装置，其特征在于：所述融化室(5)的底部设置有加热板(4)，加热板(4)通过下料管(3)与摆动泵(1)连接。

3.如权利要求1所述的一种塑料生物质气化制氢的装置，其特征在于：所述流化室(8)的底部可拆卸连接有布气室(10)，布气室(10)的上部安装有布风板(11)，布气室(10)的底部可拆卸连接有蒸汽管(9)。

4.如权利要求1所述的一种塑料生物质气化制氢的装置，其特征在于：所述流化室(8)的侧壁上部设置有出口通道(23)，流化室(8)的上部安装有压力表和温度计，流化室(8)通过出口通道(23)与分离箱(15)的顶部连接。

5.如权利要求4所述的一种塑料生物质气化制氢的装置，其特征在于：所述分离器(14)安装在出口通道(23)的中部下方，所述分离器(14)的后方安装有挡板(18)。

6.如权利要求1所述的一种塑料生物质气化制氢的装置，其特征在于：所述分离器(14)的底部通过回料管(13)与流化室(8)连接。

7.如权利要求6所述的一种塑料生物质气化制氢的装置，其特征在于：在回料管(13)上安装有逆止阀(12)，回料管(13)通过风管(22)连接有风机(21)，风管(22)上安装有气体流量计。

8.如权利要求1所述的一种塑料生物质气化制氢的装置，其特征在于：所述冷却水套(17)的两侧分别安装有供水管(19)和排水管(20)，供水管(19)上安装有流量计、压力表和温度计，排水管(20)上安装有温度计。

9.如权利要求1所述的一种塑料生物质气化制氢的装置，其特征在于：所述分离箱(15)的上部安装有分气管(16)。

10.利用要求1～9任意一项所述的一种塑料生物质气化制氢的装置进行气化制氢的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：生物质颗粒和塑料的混合物从进料口(6)进入融化室(5)，在加热板(4)的作用下，塑料融化并和生物质颗粒混合后进入摆动泵(1)中；

S2：摆动泵(1)讲混合后的物料送入雾化器(7)中进行雾化，雾化后的塑料生物质颗粒被送入至流化室(8)中气化；

S3：未完全气化的物料进入分离器(14)中进行经分离后被送回流化室(8)中继续气化，气化完全的物料被送入分离箱(15)中冷却分离。