CN112158805A - 利用生物质制备氢气的方法和系统 - Google Patents

利用生物质制备氢气的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112158805A
CN112158805A CN202010936960.4A CN202010936960A CN112158805A CN 112158805 A CN112158805 A CN 112158805A CN 202010936960 A CN202010936960 A CN 202010936960A CN 112158805 A CN112158805 A CN 112158805A
Authority
CN
China
Prior art keywords
biomass
pyrolysis gas
pyrolysis
raw material
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010936960.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112158805B (zh
Inventor
白秀军
马正民
孔德柱
马政峰
于力
王建伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xinao Biomass Energy Tianjin Co ltd
Original Assignee
Xinao Biomass Energy Tianjin Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinao Biomass Energy Tianjin Co ltd filed Critical Xinao Biomass Energy Tianjin Co ltd
Priority to CN202010936960.4A priority Critical patent/CN112158805B/zh
Publication of CN112158805A publication Critical patent/CN112158805A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112158805B publication Critical patent/CN112158805B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/506—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification at low temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/508—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by selective and reversible uptake by an appropriate medium, i.e. the uptake being based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/048—Composition of the impurity the impurity being an organic compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0495—Composition of the impurity the impurity being water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1696—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with phase separation, e.g. after condensation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Abstract

本发明提供了一种利用生物质制备氢气的方法和系统，该方法包括：获取用于制备氢气的生物质；对所述生物质进行破碎处理，获得生物质颗粒；将所述生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以使所述生物质颗粒发生热解而产生热解气；对所述热解气进行净化处理以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气；对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气。本方案能够降低利用生物质制备氢气的成本。

Description

利用生物质制备氢气的方法和系统
技术领域
本发明涉及生物质制氢技术领域，特别涉及利用生物质制备氢气的方法和系统。
背景技术
氢气作为一种绿色、环保以及高热值的清洁能源，已被广泛用于各种领域，是现今化石燃料的理想替代能源，其良好的经济前景和环保优势有望在未来可持续能源系统中成为与电力并重而又互补的主要终端能源。现阶段工业上制备氢气的方法主要有：电解水法、甲醇蒸汽重整法、以及重油和天然气水蒸汽催化转化法等。然而，电解水法需要消耗大量电能，制氢成本高；其他制氢方法需要消耗大量化石燃料，具有不可再生性。
生物质作为一种由二氧化碳和水利用太阳能生成的新型能源，分布广泛、产量大，更重要的是，它是一种二氧化碳零排放的环境友好型可再生绿色能源，因此生物质能源的出现，迅速带动了生物质制备氢气技术领域的发展。
目前，在生物质热解制氢技术领域中，主要通过将生物质原料与气化剂反应，然后将产物气体进行气固分离、变换、催化重整和气气分离等步骤得到富氢气体。然而，在该制备制氢的方法中，需要气化和催化重整等装置，技术路线长，工艺复杂，从而导致利用生物质制备氢气的成本较高。
发明内容
本发明提供了利用生物质制备氢气的方法和系统，能够降低利用生物质制备氢气的成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种利用生物质制备氢气的方法，该方法包括：
获取用于制备氢气的生物质；
对所述生物质进行破碎处理，获得生物质颗粒；
将所述生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以使所述生物质颗粒发生热解而产生热解气；
对所述热解气进行净化处理以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气；
对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气。
可选地，所述获取用于制备氢气的生物质，包括：
确定至少一个催化金属元素以及每一个所述催化金属元素的催化浓度，其中，所述催化金属元素用于对生物质热解过程进行催化，所述催化浓度为相应所述催化金属元素可对所述生物质热解过程起到催化作用的浓度；
确定至少两种备选的生物质原料；
分别确定每一个所述生物质原料中每种所述催化金属元素的浓度；
根据各所述催化金属元素的所述催化浓度以及各所述生物质原料中每种所述催化金属元素的浓度，确定各所述生物质原料的原料配比；
根据原料配比对各所述生物质原料进行混合，作为用于制备氢气的生物质。
可选地，所述生物质原料为新鲜生物质。
可选地，所述将所述生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以使所述生物质颗粒发生热解而产生热解气，包括：
将所述热载体循环预热至700℃-1300℃；其中，所述热载体包括金属氧化物小球；
按预设的生物质颗粒和热载体的混合比例，将所述生物质颗粒和预热后的所述热载体进行混合后，产生热解气；其中，所述生物质颗粒和所述热载体的混合比例不大于1:10，所述热解气包括：氢气、甲烷、水蒸气和二氧化碳。
可选地，所述生物质颗粒不大于30mm。
可选地，所述对所述热解气进行净化处理以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气，包括依次进行如下处理：
利用热解设备产生所述热解气的余热进行回收，以去除所述热解气中的部分固体颗粒；
对回收后的所述热解气进行降温，使所述热解气发生液体分离；
利用电捕焦操作对所述液体分离后的热解气进行杂质分离，以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气；其中，所述杂质包括：焦油和粉尘中的至少一个。
可选地，所述对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气，包括：
利用变压吸附法、低温分离法、金属氢化物分离法和薄膜扩散法中的至少一个对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气。
另一方面，本发明实施例还提供了一种利用生物质制备氢气的系统，该系统包括：筛选装置、破碎装置、热解装置、净化装置和分离纯化装置；
所述筛选装置，用于根据各催化金属元素对生物质热解过程进行催化的催化浓度以及各生物质原料中每种所述催化金属元素的浓度，确定各所述生物质原料的原料配比，并根据该原料配比对所需的生物质原料进行混合，作为用于制备氢气的生物质；
所述破碎装置，用于将所述筛选装置筛选过后的生物质进行破碎处理，获得生物质颗粒；
所述热解装置，用于将所述破碎装置得到的所述生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以产生热解气；
所述净化装置，用于将所述热解装置得到的所述热解气进行净化处理，以除去所述热解气中的固体颗粒和/或液体杂质；
所述分离纯化装置，用于将所述净化装置净化后的热解气进行分离处理得到氢气。
可选地，所述净化装置包括：降温分离单元；
所述降温分离单元与所述热解装置连通；
所述降温分离单元，用于对所述热解气进行液化处理，以将部分粉尘和焦油从所述热解气中析出。
可选地，所述筛选装置包括：原料筛分单元和原料收集单元；
所述原料筛分单元和所述原料收集单元相连通；
所述原料筛分单元，用于根据生物质原料中催化金属元素的种类和浓度，对生物质原料进行筛分；
所述原料收集单元，用于将所述原料筛分单元筛分出的生物质原料进行收集，获得用于制备氢气的生物质，并加入到所述热解装置中；
可选地，
所述热解装置包括：加热单元；
所述加热单元，用于根据预设温度对所述热载体循环加热。
由上述技术方案可知，本方案首先将获取到的制备氢气的生物质进行破碎处理，得到生物质颗粒，然后将该生物质颗粒与经过加热的热载体进行混合，从而使生物质颗粒发生热解产生热解气，进一步再通过净化处理除去热解气中的杂质，最后从热解气中通过分离处理得到氢气。由此可见，本方案提供的利用生物质制备氢气的方法中，不需要对热解产物或热解气进行气化处理和催化重整等操作，简化了制备工艺，相应的也简化了制备氢气所用到的气化和催化重整设备，因此该方案能够降低利用生物质制备氢气的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的一种利用生物质制备氢气的方法的流程图；
图2是本发明一个实施例提供的另一种利用生物质制备氢气的方法的流程图；
图3是本发明一个实施例提供的一种利用生物质制备氢气的系统的示意图；
图4是本发明一个实施例提供的另一种利用生物质制备氢气的系统的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种利用生物质制备氢气的方法，该方法包括：
步骤101：获取用于制备氢气的生物质；
步骤102：对所述生物质进行破碎处理，获得生物质颗粒；
步骤103：将所述生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以使所述生物质颗粒发生热解而产生热解气；
步骤104：对所述热解气进行净化处理以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气；
步骤105：对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气。
在本发明实施例中，本方案首先将获取到的制备氢气的生物质进行破碎处理，得到生物质颗粒，然后将该生物质颗粒与经过加热的热载体进行混合，从而使生物质颗粒发生热解产生热解气，进一步再通过净化处理除去热解气中的杂质，最后从热解气中通过分离处理得到氢气。由此可见，本方案提供的利用生物质制备氢气的方法中，不需要对热解产物或热解气进行气化处理和催化重整等步骤，简化了制备工艺，相应的也简化了制备氢气所用到的气化和催化重整装置，因此该方案能够降低利用生物质制备氢气的成本。
如图1所示的一种利用生物质制备氢气的方法，在本发明的一种实施例中，所述获取用于制备氢气的生物质，包括：
确定至少一个催化金属元素以及每一个所述催化金属元素的催化浓度，其中，所述催化金属元素用于对生物质热解过程进行催化，所述催化浓度为相应所述催化金属元素可对所述生物质热解过程起到催化作用的浓度；
确定至少两种备选的生物质原料；
分别确定每一个所述生物质原料中每种所述催化金属元素的浓度；
根据各所述催化金属元素的所述催化浓度以及各所述生物质原料中每种所述催化金属元素的浓度，确定各所述生物质原料的原料配比；
根据原料配比对各所述生物质原料进行混合，作为用于制备氢气的生物质。
由于生物质原料含有催化金属元素，在本发明实施例中，通过确定热解过程中所需的催化金属元素以及催化金属元素的浓度，从而可以根据生物质原料中所含有催化金属元素的种类和浓度，对应的对生物质原料进行搭配以获得用于制备氢气的生物质。因此，在本方案中，通过利用生物质原料中所含有的催化金属元素作为热解过程的催化剂，不仅可以促进焦油的裂解，以减少焦油对后面设备的影响，而且可以降低热解过程中所需催化剂的成本。
在上述获取用于制备氢气的生物质的过程中，所选用的生物质原料应为新鲜生物质原料，如此可以利用新鲜生物质原料中的水分作为热解反应所需的水蒸气，从而可以降低反应过程中的供水量，因此，可以起到节省成本的目的。
如图1所示的一种利用生物质制备氢气的方法，在本发明的一种实施例中，所述将所述生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以使所述生物质颗粒发生热解而产生热解气，包括：
将所述热载体循环预热至700℃-1300℃；其中，所述热载体包括金属氧化物小球；
按预设的生物质颗粒和热载体的混合比例，将所述生物质颗粒和预热后的所述热载体进行混合，产生热解气；其中，所述生物质颗粒和所述热载体的混合比例不大于1:10，所述热解气包括：氢气、甲烷、水蒸气和二氧化碳。
在本发明实施例中，对小球状的热载体进行预热，然后通过加热后的热载体与生物质颗粒进行混合，从而使生物质颗粒发生热解产生热解气，其中热载体需要预热至700℃-1300℃，如此可以保证为生物质颗粒发生热解提供一个适合反应的温度，而生物质颗粒和所述热载体的混合比例不大于1:10可以保证生物质颗粒受热均匀，如此可以高效的利用生物质产生富氢气体。
上述提到的生物质颗粒应不大于30mm，如此不仅可以保证生物质颗粒的热解速率，而且可以充分利用生物质颗粒产生富氢气体，以避免由于生物质颗粒过大，导致生物质颗粒内部的温度达不到热解温度而无法热解产生富氢气体的情况。
如图1所示的一种利用生物质制备氢气的方法，在本发明的一种实施例中，所述对所述热解气进行净化处理以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气，包括依次进行如下处理：
利用热解设备热解后的余热对所述热解气进行回收，以去除所述热解气中的部分固体颗粒；
对回收后的所述热解气进行降温，使所述热解气发生液体分离；
利用电捕焦操作对所述液体分离后的热解气进行杂质分离，以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气，其中，所述杂质包括：焦油和粉尘中的至少一个。
在本发明实施例中，依次通过热解气回收、液体分离以及电捕焦操作，将热解气中的焦油和粉尘等杂质去除，不仅保证了最终得到的氢气的纯度，同时也可以减少了焦油和粉尘对后面设备的危害。
如图1所示的一种利用生物质制备氢气的方法，在本发明的一种实施例中，所述对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气，包括：
利用变压吸附法、低温分离法、金属氢化物分离法和薄膜扩散法中的至少一个对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气。
在本发明实施例中，在进行气体分离过程时，可以采用变压吸附法、低温分离法、金属氢化物分离法和薄膜扩散法中的任一一种或多种方法进行气体分离，不仅可以保证分离出的气体的纯度，而且可以根据实际情况灵活的选择可行的气体分离方式。
如图2所示，本发明另一个实施例还提供了一种利用生物质制备氢气的方法，该方法可以包括：
步骤201：根据生物质原料所含的催化金属元素种类和浓度，确定生物质原料的配比，并根据该配比对生物质原料进行混合，以作为用于制备氢气的生物质；
在本发明实施例中，催化金属元素以活性组分的形式存在，具体可以包括碱金属氧化物、碱土金属氧化物、可溶性盐以及过渡金属氧化物等中的一种或多种。由于不同的生物质原料中所含的催化活性组分是不同的，所以根据热解过程所需的催化活性组分的种类和浓度，可以通过对包含有该催化活性组分的生物质原料进行搭配，从而可以得到相对较好，较节省成本的用于制备氢气的生物质。
除此之外，在筛选生物质原料的过程中，需选用新鲜的生物质原料，也就是水分比较足的生物质原料，如此在热解过程中可以提供用于将CO转化为CO2和H2的水蒸气，从而可以减少热解过程中的注水量。
步骤202：对所述生物质进行破碎处理，获得生物质颗粒；
在本步骤中，需要将生物质进行破碎得到生物质颗粒，由于在热解过程中，生物质是通过热载体提供的热量进行热解的，热载体是小球状的，具体的可以为金属氧化物小球，因此为了使生物质能够受热均匀，需将生物质进行破碎，得到生物质颗粒，如此颗粒与颗粒之间接触可以增大受热面积，因而能起到加快热解速率的作用。
显而易见的是，生物质颗粒的粒径越小，对于热解过程来说越好，然而在实际的应用中，对生物质颗粒进行破碎的粒径越小，难度也就越大，随之带来的破碎成本也就越高，因此一般所选用的破碎粒径区间在5-30mm之间。
步骤203：对热载体进行预热，并按预设的生物质颗粒和热载体的混合比例，将生物质颗粒和预热后的热载体进行混合，产生热解气。
在本发明实施例中，热载体需要循环预热至700℃-1300℃。热载体在加热单元中进行加热，当温度达到要求后，将其与生物质颗粒进行混合，以使生物质颗粒发生热解，当热解完成后，或热载体的温度降至预设的温度之下时，热载体和生物质残渣进行分离，热载体再次经过加热单元加热为生物质提供热解温度。
在本发明实施例中，生物质颗粒和热载体的混合比例应不大于1:10，如此在这样一个温度范围之内，热载体可以为生物质颗粒提供充足的热量以保证热解效率，并且可以使生物质颗粒的受热更加均匀。
在热解过程中，发生的热解反应主要可以包括如下几个过程：
生物质→H2+CO+CO2+CH4+CnHm+C(焦炭)+焦油；
2C+H2O→H2+2CO；
C+O2→CO2+CO；
CO+H2O→H2+CO2；
其中CnHm用于表示生物质分解过程产生的烷类化合物，n和m用于区分碳氢含量，具体数值不作限制。
由此可见当热解装置内部有充足的水蒸气时，可以将CO转化为H2，从而提升热解气中氢气的含量，这也体现了在筛选生物质时选择新鲜生物质的必要性。
步骤204：依次通过如下处理，对所述热解气进行净化处理以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气：
204a：利用热解设备产生所述热解气的余热进行回收，以去除所述热解气中的部分固体颗粒；
204b：对回收后的所述热解气进行降温，使所述热解气发生液体分离；
204c：利用电捕焦操作对所述液体分离后的热解气进行杂质分离，以去除其中的固体颗粒杂质，获得净化热解气，其中，所述杂质包括：焦油和粉尘中的至少一个。
由于通过热解装置得到的热解气中，包含有焦油以及其他的一些粉尘，因此，在本步骤中先对热解气进行回收，除去部分大颗粒的焦油和/或粉尘，之后进行降温，将固体颗粒状的焦油和/或粉尘通过液化再次进行分离，最后通过电捕焦的方式除去热解气中的焦油，从而实现除去焦油和/或粉尘此类杂质的目的。
步骤205：利用变压吸附法、低温分离法、金属氢化物分离法和薄膜扩散法中的至少一个对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气。
通过上述分离步骤，除去了热解气中的杂质，但依然还存在着CO、CO2、CH4和CnHm等其他的一些气体，因此可以通过变压吸附法、低温分离法、金属氢化物分离法和薄膜扩散法等方式将除氢气之外的其他气体进行分离，得到高纯度的H2，当然，其他类似于CH4气体这样的可燃性气体可以回收利用进行供能。
如图3所示，本发明提供了一种利用生物质制备氢气的系统，该系统包括：筛选装置301、破碎装置302、热解装置303、净化装置304和分离纯化装置305；
所述筛选装置301，用于根据各催化金属元素对生物质热解过程进行催化的催化浓度以及各生物质原料中每种所述催化金属元素的浓度，确定各所述生物质原料的原料配比，并根据该原料配比对所需的生物质原料进行混合，作为用于制备氢气的生物质；
所述破碎装置302，用于将所述筛选装置301筛选过后的生物质进行破碎处理，获得生物质颗粒；
所述热解装置303，用于将所述破碎装置302得到的所述生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以产生热解气；
所述净化装置304，用于将所述热解装置303得到的所述热解气进行净化处理，以除去所述热解气中的固体颗粒和/或液体杂质；
所述分离纯化装置305，用于将所述净化装置304净化后的热解气进行分离处理得到氢气。
在本发明实施例中，只用到了筛选装置、破碎装置、热解装置、净化装置和分离纯化装置，并没有用到气化装置以及催化重整等装置。因此，本方案所用到的设备少，工艺简单，从而达到在利用生物质制备氢气时节省成本的目的。
基于如图3所示的一种利用生物质制备氢气的系统，在本发明的另一个实施例中，如图4所示，所述净化装置304包括：降温分离单元3041；
所述降温分离单元3041与所述热解装置303连通；
所述降温分离单元3041，用于对所述热解气进行液化处理，以将部分粉尘和焦油从所述热解气中析出。
在本发明的另一个实施例中，如图4所示，所述筛选装置301包括：原料筛分单元3011和原料收集单元3012；
所述原料筛分单元3011和所述原料收集单元3012相连通；
所述原料筛分单元3011，用于根据生物质原料中催化金属元素的种类和浓度，对生物质原料进行筛分；
所述原料收集单元3012，用于将所述原料筛分单元3011筛分出的生物质原料进行收集，获得用于制备氢气的生物质，并加入到所述热解装置303中；
和/或，
所述热解装置303包括：加热单元3031；
所述加热单元3031，用于根据预设温度对所述热载体循环加热。
需要说明的是，上述装置内的各单元之间的交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
综上所述，本发明各个实施例提供的利用生物质制备氢气的方法和系统，至少具有如下有益效果：
1、在本发明实施例中，本方案首先将获取到的制备氢气的生物质进行破碎处理，得到生物质颗粒，然后将该生物质颗粒与经过加热的热载体进行混合，从而使生物质颗粒发生热解产生热解气，进一步再通过净化处理除去热解气中的杂质，最后从热解气中通过分离处理得到氢气。由此可见，本方案提供的利用生物质制备氢气的方法中，不需要对热解产物或热解气进行气化处理和催化重整等步骤，简化了制备工艺，相应的也简化了制备氢气所用到的气化和催化重整装置，因此该方案能够降低利用生物质制备氢气的成本。
2、由于生物质原料含有催化金属元素，在本发明实施例中，通过确定热解过程中所需的催化金属元素以及催化金属元素的浓度，从而可以根据生物质原料中所含有催化金属元素的种类和浓度，对应的对生物质原料进行搭配以获得用于制备氢气的生物质。因此，在本方案中，通过利用生物质原料中所含有的催化金属元素作为热解过程的催化剂，不仅可以促进焦油的裂解，以减少焦油对后面设备的影响，而且可以降低热解过程中所需催化剂的成本。
3、在本发明实施例中，获取用于制备氢气的生物质的过程中，所选用的生物质原料应为新鲜生物质原料，如此可以利用新鲜生物质原料中的水分作为热解反应所需的水蒸气，从而可以降低反应过程中的供水量，因此，可以起到节省成本的目的。
4、在本发明实施例中，对小球状的热载体进行预热，然后通过加热后的热载体与生物质颗粒进行混合，从而使生物质颗粒发生热解产生热解气，其中热载体需要预热至700℃-1300℃，如此可以保证为生物质颗粒发生热解提供一个适合反应的温度，而生物质颗粒和所述热载体的混合比例不大于1:10可以保证生物质颗粒受热均匀，如此可以高效的利用生物质产生富氢气体。
5、在本发明实施例中，依次通过余热回收、液体分离以及电捕焦操作，将热解气中的焦油和粉尘等杂质去除，不仅保证了最终得到的氢气的纯度，同时也减少了焦油和粉尘对后面设备的危害。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.利用生物质制备氢气的方法，其特征在于，包括：
获取用于制备氢气的生物质；
对所述生物质进行破碎处理，获得生物质颗粒；
将所述生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以使所述生物质颗粒发生热解而产生热解气；
对所述热解气进行净化处理以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气；
对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取用于制备氢气的生物质，包括：
确定至少一个催化金属元素以及每一个所述催化金属元素的催化浓度，其中，所述催化金属元素用于对生物质热解过程进行催化，所述催化浓度为相应所述催化金属元素可对所述生物质热解过程起到催化作用的浓度；
确定至少两种备选的生物质原料；
分别确定每一个所述生物质原料中每种所述催化金属元素的浓度；
根据各所述催化金属元素的所述催化浓度以及各所述生物质原料中每种所述催化金属元素的浓度，确定各所述生物质原料的原料配比；
根据原料配比对各所述生物质原料进行混合，作为用于制备氢气的生物质。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述生物质原料为新鲜生物质原料。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以使所述生物质颗粒发生热解而产生热解气，包括：
将所述热载体循环预热至700℃-1300℃，其中，所述热载体包括金属氧化物小球；
按预设的生物质颗粒和热载体的混合比例，将所述生物质颗粒和预热后的所述热载体进行混合，产生热解气；其中，所述生物质颗粒和所述热载体的混合比例不大于1:10，所述热解气包括：氢气、甲烷、水蒸气和二氧化碳。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质颗粒不大于30mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述对所述热解气进行净化处理以去除其中的固体颗粒，获得净化热解气，包括依次进行如下处理：
利用热解设备产生所述热解气的余热进行回收，以去除所述热解气中的部分固体颗粒；
对回收后的所述热解气进行降温，使所述热解气发生液体分离；
利用电捕焦操作对所述液体分离后的热解气进行杂质分离，以去除其中的固体颗粒杂质，获得净化热解气，其中，所述杂质包括：焦油和粉尘中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气，包括：
利用变压吸附法、低温分离法、金属氢化物分离法和薄膜扩散法中的至少一个对所述净化热解气进行气体分离处理以获得氢气。
8.利用生物质制备氢气的系统，其特征在于，包括：筛选装置、破碎装置、热解装置、净化装置和分离纯化装置；
所述筛选装置，用于根据各催化金属元素对生物质热解过程进行催化的催化浓度以及各生物质原料中每种所述催化金属元素的浓度，确定各所述生物质原料的原料配比，并根据该原料配比对所需的生物质原料进行混合，作为用于制备氢气的生物质；
所述破碎装置，用于将所述筛选装置筛选过后的生物质进行破碎处理，获得生物质颗粒；
所述热解装置，用于将所述破碎装置得到的所述生物质颗粒与经加热的热载体进行混合，以产生热解气；
所述净化装置，用于将所述热解装置得到的所述热解气进行净化处理，以除去所述热解气中的固体颗粒和/或液体杂质；
所述分离纯化装置，用于将所述净化装置净化后的热解气进行分离处理得到氢气。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述净化装置包括：降温分离单元；
所述降温分离单元与所述热解装置连通；
所述降温分离单元，用于对所述热解气进行液化处理，以将部分粉尘和焦油从所述热解气中析出。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述筛选装置包括：原料筛分单元和原料收集单元；
所述原料筛分单元和所述原料收集单元相连通；
所述原料筛分单元，用于根据生物质原料中催化金属元素的种类和浓度，对生物质原料进行筛分；
所述原料收集单元，用于将所述原料筛分单元筛分出的生物质原料进行收集，获得用于制备氢气的生物质，并加入到所述热解装置中；
和/或，
所述热解装置包括：加热单元；
所述加热单元，用于根据预设温度对所述热载体循环加热。
CN202010936960.4A 2020-09-08 2020-09-08 利用生物质制备氢气的方法和系统 Active CN112158805B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010936960.4A CN112158805B (zh) 2020-09-08 2020-09-08 利用生物质制备氢气的方法和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010936960.4A CN112158805B (zh) 2020-09-08 2020-09-08 利用生物质制备氢气的方法和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112158805A true CN112158805A (zh) 2021-01-01
CN112158805B CN112158805B (zh) 2023-01-06

Family

ID=73857719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010936960.4A Active CN112158805B (zh) 2020-09-08 2020-09-08 利用生物质制备氢气的方法和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112158805B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2615574A (en) * 2022-02-11 2023-08-16 Wild Hydrogen Ltd Method and apparatus for gasification of biogenic material

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1730609A (zh) * 2005-08-24 2006-02-08 王华峰 一种生物质热解气化、净化方法
CN101774542A (zh) * 2010-03-04 2010-07-14 华北电力大学 一种生物质气化制氢系统及方法
CN101818080A (zh) * 2010-03-23 2010-09-01 武汉凯迪科技发展研究院有限公司 一种通过热解将生物质制造合成气的工艺方法及系统
CN102786994A (zh) * 2012-07-25 2012-11-21 中国科学院广州能源研究所 一种生物质自催化气化制备富甲烷气体的方法
CA2789528A1 (en) * 2011-09-14 2013-03-14 Enerkem Inc. Production of alcohols having three carbon atoms from carbonaceous materials
CN103013583A (zh) * 2012-12-05 2013-04-03 浙江大学 一种热解煤气除尘冷却及焦油回收工艺
CN109364922A (zh) * 2018-11-06 2019-02-22 中国科学院广州能源研究所 一种生物质碳基材料高负载纳米金属催化剂及其制备方法与应用
CN110330991A (zh) * 2019-08-14 2019-10-15 江苏久力环境科技股份有限公司 一种循环热载体催化热解生物质提高氢气产率的装置及其方法
CN111377398A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 中国石油化工股份有限公司 生物质热解气化制取氢气和一氧化碳的方法
CN111378512A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 中国石油化工股份有限公司 一种生物质热解气化制合成气的方法及系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1730609A (zh) * 2005-08-24 2006-02-08 王华峰 一种生物质热解气化、净化方法
CN101774542A (zh) * 2010-03-04 2010-07-14 华北电力大学 一种生物质气化制氢系统及方法
CN101818080A (zh) * 2010-03-23 2010-09-01 武汉凯迪科技发展研究院有限公司 一种通过热解将生物质制造合成气的工艺方法及系统
CA2789528A1 (en) * 2011-09-14 2013-03-14 Enerkem Inc. Production of alcohols having three carbon atoms from carbonaceous materials
CN102786994A (zh) * 2012-07-25 2012-11-21 中国科学院广州能源研究所 一种生物质自催化气化制备富甲烷气体的方法
CN103013583A (zh) * 2012-12-05 2013-04-03 浙江大学 一种热解煤气除尘冷却及焦油回收工艺
CN109364922A (zh) * 2018-11-06 2019-02-22 中国科学院广州能源研究所 一种生物质碳基材料高负载纳米金属催化剂及其制备方法与应用
CN111377398A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 中国石油化工股份有限公司 生物质热解气化制取氢气和一氧化碳的方法
CN111378512A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 中国石油化工股份有限公司 一种生物质热解气化制合成气的方法及系统
CN110330991A (zh) * 2019-08-14 2019-10-15 江苏久力环境科技股份有限公司 一种循环热载体催化热解生物质提高氢气产率的装置及其方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2615574A (en) * 2022-02-11 2023-08-16 Wild Hydrogen Ltd Method and apparatus for gasification of biogenic material

Also Published As

Publication number Publication date
CN112158805B (zh) 2023-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102965131B (zh) 一种高挥发性年轻煤种的高效、清洁利用工艺
CN110776941B (zh) 一种带有甲烷三重整的生物质制氢装置及方法
CN102963866B (zh) 一种生物质裂解制备富氢合成气的方法
CN101439844A (zh) 一种化学链耦合催化重整制氢的方法和装置
CN112624041A (zh) 一种废弃生物质碳制氢的方法
CN103898265A (zh) 一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石系统装置及方法
WO2018049920A1 (zh) 粗合成气吸附催化制氢工艺及其设备
CN103627417A (zh) 一种秸秆成型燃料制生物质炭联产二甲醚的方法
CN112158805B (zh) 利用生物质制备氢气的方法和系统
CN101607859B (zh) 一种焦炉气生产甲烷的工艺
CN105883851B (zh) 一种新型气化与热解耦合煤气多联产工艺
CN102559226A (zh) 一种煤热解系统及其热解方法
CN101899339B (zh) 一种以煤为原料制备高甲烷含量气体的方法
CN107312572B (zh) 一种煤催化气化方法
CN103484181B (zh) 一种煤制代用天然气的系统及工艺
CN111171848B (zh) 一种生产高纯钢铁和氢气的系统及方法
CN105925317A (zh) 一种以甲烷与二氧化碳为反应气体提高煤微波热解焦油产率的方法
CN110655962A (zh) 一种将煤转化为气体的方法
CN107653006B (zh) 一种生产高热值煤气且低残炭量的煤粉气化装置及工艺
CN214456841U (zh) 一种废弃生物质碳制氢的装置
CN108726833A (zh) 一种市政污泥原位催化气化制备高纯氢气的新工艺
CN210261659U (zh) 一种生物质制氢设备
CN210826080U (zh) 一种煤炭流化床部分气化联产装置
CN110591761A (zh) 一种煤炭流化床部分气化联产装置及工艺
CN113501491B (zh) 一种二氧化碳低温常压转化获得合成气的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant