CN101712458A - 利用垃圾高温裂解制氢的方法 - Google Patents

Abstract

利用垃圾高温裂解制氢的方法，是将含有一定水分的常温垃圾送入1000℃以上的高温环境中进行裂解重整，垃圾在升温过程中吸收热能脱水并析出挥发份和焦油，当温度升到700℃以上时挥发份和焦油开始裂解，大分子裂解成小分子，出现复杂的热化学反应。当温度升到1000℃以上时，裂解重整反应加快，如果有足够的裂解重整反应时间，最后生成的主要物质有氢气、一氧化碳气、二氧化碳气和灰分。对气体进行降温、除尘、分馏和提纯，便可分别得到氢气、一氧化碳气或二氧化碳气。调节水与碳的比例，可改变最后生成物质中一氧化碳气、二氧化碳气和氢气的比例，以满足不同需要。本发明可实现“零排放”，对环境无污染。

Description

利用垃圾高温裂解制氢的方法

技术领域

本发明涉及一种二次能源氢的制取方法，尤其是利用垃圾高温裂解制氢的方法。

背景技术

氢是一种清洁的能源，但是在自然界多以化合物的形式存在，氢的制取需要相应的方法，并消耗能源，因此氢被称为二次能源。

目前，公知众多制取氢的方法，能耗大，成本高，有的对环境还有污染，严重制约了二次能源氢的开发利用，尤其是制约了氢燃料电池的发展和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用垃圾高温裂解制氢的方法，这里所说的垃圾是指含有机物的工、农业废弃物和生活废弃物(下同)。平常垃圾里含有较多的水分。将含有一定水分的常温垃圾送入1000℃以上的高温环境中进行裂解重整，垃圾在升温过程中吸收热能脱水并析出挥发份和焦油，水升温汽化，有固态碳和灰分出现。当温度升到700℃以上时挥发份和焦油开始裂解，大分子裂解成小分子，并出现复杂的热化学反应，化合反应时释放热能，还原反应时吸收热能。当温度升到1000℃以上时，裂解重整反应加快，若添加催化剂该反应更快，如果有足够的裂解重整反应时间，最后生成的主要物质有氢气、一氧化碳气、二氧化碳气和灰分(炉渣)。对气体进行降温、除尘、分馏和提纯，便可分别得到氢气、一氧化碳气或二氧化碳气。调节水与碳的比例，可改变最后生成物质中一氧化碳气、二氧化碳气和氢气的比例，以满足不同需要。本发明可实现“零排放”，对环境无污染。

本发明的目的是这样实现的：利用垃圾高温裂解制氢的方法，是将垃圾置于高温环境中先热解后裂解重整，最后生成的主要物质有氢气、一氧化碳气、二氧化碳气和灰分(炉渣)，经过对气体的分馏提纯便可获得氢气，它是由给料***、高温裂解重整***和气体处理***构成，其特征是：给料***由螺旋送料器(4)、煤炭料仓(5)、垃圾料仓(6)和矿渣料仓(7)等组成；高温裂解重整***由炉体(1)、热解反应室(2)、进料口(3)、炉压采集器(8)、滴水***(9)、下挡墙(10)、上挡墙(11)、热电偶(12)、气体出口(13)、玻璃熔液出口(19)、玻璃熔池(20)、迷宫裂解重整隧道(21)和加热电极(22)等组成；气体处理***由换热冷却***(14)、引风机构(15)、除尘***(16)、气体分馏提纯***(17)和气体分析仪(18)等组成。(a)煤炭料仓(5)、垃圾料仓(6)和矿渣料仓(7)均装有螺旋送料器(4)，螺旋送料器(4)可无级变速并由微机控制。(b)加热电极(22)间的电流大小由微机控制。(c)引风机构(15)可无级变速，其风量大小由微机控制。(d)滴水***(9)向高温裂解重整***补充水分，水分可以是常温水，也可以是高温蒸气，其供应量的大小由微机控制。(e)炉压采集器(8)采集的压力信号、热电偶(12)采集的温度信号和气体分析仪(18)采集的气体分析信号，均输入微机进行运算处理后，分别向螺旋送料器(4)、滴水***(9)、加热电极(22)、引风机构(15)发出指令，令其改变运行参数，以满足预定工艺程序的需要。

给料***将按工艺要求配好的物料经进料口(3)送入热解反应室(2)，滴水***(9)按工艺要求将水或高温蒸气送入热解反应室(2)，物料在升温过程中吸收热能首先脱水并析出挥发份和焦油，水升温汽化，此时有固态碳出现。当温度升到700℃以上时挥发份和焦油开始裂解，大分子裂解成小分子，出现复杂的热化学反应，产生的高温气体在引风机构(15)的作用下流向迷宫裂解重整隧道(21)继续进行裂解重整反应，最后的生成物是氢气、一氧化碳气或二氧化碳气及灰分(炉渣)。其生成的气体经气体出口(13)进入气体处理***。迷宫裂解重整隧道(21)的温度保持在1000℃以上，其热能来源于玻璃熔池(20)的辐射热。加热电极(22)的电能使玻璃熔池(20)的温度保持在1300℃以上。灰分(炉渣)熔化于玻璃熔池(20)中，经玻璃熔液出口(19)流出炉外，进入下一道工序制作建筑材料。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明第一实施例的结构示意图

图2是本发明第二实施例的部分结构示意图

图中：

1，炉体

2，热解反应室

3，进料口

4，螺旋送料器

5，煤炭料仓

6，垃圾料仓

7，矿渣料仓

8，炉压采集器

9，滴水***

10，下挡墙

11，上挡墙

12，热电偶

13，气体出口

14，换热冷却***

15，引风机构

16，除尘***

17，气体分馏提纯***

18，气体分析仪

19，玻璃熔液出口

20，玻璃熔池

21，迷宫裂解重整隧道

22，加热电极

具体实施方式

本发明第一实施例：参见图1

一、首先将待熔玻璃砂装入玻璃熔池(20)，令加热电极(22)接通电源对玻璃砂加热，至玻璃砂熔化，迷宫裂解重整隧道(20)在玻璃熔池(20)的热辐射下升温至1000℃以上。

二、手工启动调整螺旋送料器(4)按预定比例配料，物料经进料口(3)送入热解反应室(2)，送入的物料在圆锥面上缓慢向下蠕动并吸收热能，开始热解反应，脱水析出挥发份和焦油，水升温汽化。当温度升到700℃以上时，挥发份和焦油开始裂解重整。当温度升到1000℃以上时，裂解重整速度加快，出现复杂的热化学反应，碳氧化燃烧释放热能，产生的高温气体在引风机构(15)的作用下流向迷宫裂解重整隧道(21)继续进行裂解重整反应。接近玻璃熔池液面的物料只是处于半熔化状态的灰分，全部流入玻璃熔池(20)，经玻璃熔液出口(19)流出炉外，进入下一道工序制作建筑材料。

三、手工启动调整滴水***(9)按预定比例向热解反应室(2)供水(或高温蒸气)。

四、手工启动调整气体处理***，保持炉内气压(微负压)正常、稳定，所产气体成分和比例合理、稳定。

五、各***手工启动运转正常后转入微机自动控制。

六、本发明用于制氢气时，滴水***(9)的供水比例相应加大，它的副产品是二氧化碳。氢气和二氧化碳的混合气体，经气体分馏提纯***(17)分馏后分别送入不同的储气罐储存待用。

七、本发明可以作为煤气发生炉生产水煤气，但可以不使用焦碳和优质煤炭。用于制燃气时，滴水***(9)的供水比例相应减小，所得燃气主要由氢气和一氧化碳组成，燃气经冷却除尘后送入储气罐储存待用。

八、本发明在热解、裂解重整反应中遵守能量守衡定律，运转中所需要的热能主要由参与反应的碳氧化释热提供，不足部分由电加热提供。

九、本发明可以单独使用垃圾或煤炭，也可以将垃圾和煤炭混合使用，也可以大量的添加工业废渣用以制造建材，如添加炼铝废渣制造地砖和铸石管等。

本发明第二实施例：参见图2

物料经进料口(3)送入热解反应室(2)，并使物料保持一定的高度。热解反应室(2)中的物料自上而下依次向玻璃熔池(20)滑落，其温度自上而下逐步升高，开始热解反应，脱水析出挥发份和焦油，水升温汽化。当温度升到700℃以上时，挥发份和焦油开始裂解重整，出现复杂的热化学反应，碳氧化燃烧释放热能。当温度升到1000℃以上时，裂解重整速度加快，产生的高温气体在引风机构(15)的作用下流向迷宫裂解重整隧道(21)继续进行裂解重整反应。接近玻璃熔池液面的物料只是处于半熔化状态的灰分，全部流入玻璃熔池(20)中，经玻璃熔液出口(19)流出炉外，进入下一道工序制作建筑材料。其他同本发明第一实施例。

本发明具有：结构简单，制造成本低；操作方便，便于推广应用；对原料的适应性强，原料来源广泛，原料价格低，运行费用省。面临地球逐年变暖，危害人类，各国都在努力开发清洁能源，大力推广应用氢燃料电池，提倡循环经济，减少排放，因此本发明具有很好的经济效益和社会效益。

Claims (6)

1.利用垃圾高温裂解制氢的方法，是将垃圾置于高温环境中先热解后裂解重整，最后生成的主要物质有氢气、一氧化碳气、二氧化碳气和灰分(炉渣)，经过对气体的分馏提纯便可获得氢气，它是由给料***、高温裂解重整***和气体处理***构成，其特征是：给料***由螺旋送料器(4)、煤炭料仓(5)、垃圾料仓(6)和矿渣料仓(7)等组成；高温裂解重整***由炉体(1)、热解反应室(2)、进料口(3)、炉压采集器(8)、滴水***(9)、下挡墙(10)、上挡墙(11)、热电偶(12)、气体出口(13)、玻璃熔液出口(19)、玻璃熔池(20)、迷宫裂解重整隧道(21)和加热电极(22)等组成；气体处理***由换热冷却***(14)、引风机构(15)、除尘***(16)、气体分馏提纯***(17)和气体分析仪(18)等组成。

2.根据权利要求1所述的利用垃圾高温裂解制氢的方法，其特征是：煤炭料仓(5)、垃圾料仓(6)和矿渣料仓(7)均装有螺旋送料器(4)，螺旋送料器(4)可无级变速并由微机控制。

3.根据权利要求1所述的利用垃圾高温裂解制氢的方法，其特征是：加热电极(22)间的电流大小由微机控制。

4.根据权利要求1所述的利用垃圾高温裂解制氢的方法，其特征是：引风机构(15)可无级变速，其风量大小由微机控制。

5.根据权利要求1所述的利用垃圾高温裂解制氢的方法，其特征是：滴水***(9)向高温裂解重整***补充水分，水分可以是常温水，也可以是高温蒸气，其供应量的大小由微机控制。

6.根据权利要求1所述的利用垃圾高温裂解制氢的方法，其特征是：炉压采集器(8)采集的压力信号、热电偶(12)采集的温度信号和气体分析仪(18)采集的气体分析信号，均输入微机进行运算处理后，分别向螺旋送料器(4)、滴水***(9)、加热电极(22)、引风机构(15)发出指令，令其改变运行参数，以满足预定工艺程序的需要。

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