CN103708417A - 一种利用高温水蒸气气化生物质制取氢气的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用高温水蒸气气化生物质制取氢气的方法及装置,属于生物质气化技术领域。它高温气化反应器、多流体热交换器、H2分离器装置、燃气燃烧器、氢氧燃烧器等构成。气化需要的高温水蒸气来自纯O2和H2的燃烧,在反应器加热夹套中通入燃气燃烧维持反应器内的温度。氢氧燃烧器喷出的高温水蒸气的温度高于1600℃,高温气化反应器中的温度为1300~1500℃。排放烟气和合成气的废热通过多流体热交换器回收用于加热H2和O2,通过分离器装置将气化合成气分离为H2和燃气两部分。本气化装置具有:产氢率高、不需要催化剂、直接输出纯H2等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种气化装置,尤其涉及一种利用高温水蒸气和生物质在高温条件下气化制取富氢气体的方法和装置,属于生物质气化技术领域。
背景技术
对化石燃料的依赖性已经威胁到世界的能源安全,化石燃料使用也带来全球性的环境污染,利用清洁能源已经成为21世纪国民经济可持续发展的重大方向。氢作为一种二次能源,其利用过程非常清洁,其本身无毒无臭,与氧气燃烧时只生成纯净的水,对环境零污染。目前公知的制取氢气的方法有:(1)电解水制氢;(2)由石油、天然气裂解和重整制取富氢气体,然后进一步提纯为氢气;(3)由煤炭气化后经变换反应制取富氢气体,然后进一步提纯为氢气。这三种制取氢气的方法都依赖于常规的化石能源而不能持续使用,并且在制取氢气时或之前已经排放了二氧化碳等对环境有害的气体。
生物质是资源丰富的可再生能源,又是一种CO2零排放的洁净能源。从生物质制取氢气可以使氢能技术真正达到对环境友好和永续使用的目的,同时可以使各种生物质资源得到有效的利用。
中国专利CN156265A公开了一种从生物质制取富氢气体的方法和装置,生物质首先在500~800℃低温裂解,低温裂解气体再送入1000℃~1200℃的高温热裂解反应器内反应,可获得氢气含量30%~60%的富氢气体。该方法将反应器分为两段,结构复杂,且没有获得纯氢气。中国专利CN1085522A公开了一种利用太阳能从生物质和水中制取氢气的工艺方法及设备,反应温度200℃~1000℃,氢气的转化率较低。中国专利CN101100621A公开了生物质富氢燃气制备方法及装置,利用催化剂的作用,制备氢气的体积含量达30%~55%。中国专利CN1706743A公开了一种生物质快速裂解制取氢气的方法,采用Ni/A2O3为催化剂。中国专利CN102268295A公开了一种生物质高温水蒸气气化制取富氢燃气的方法及其装置,在无催化剂条件下,以水蒸气为气化介质,在固定床气化反应器内900℃~1050℃进行高温水蒸气气化反应。制得的富氢燃气氢气含量在45%~51%以上。中国专利CN102849676A公开了一种固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化装置及方法,将O2和H2燃烧产生的高温水蒸气通入固体燃料中进行低温热解,热解温度500℃~900℃,热解后的重质产物在1000℃高温下再进行水蒸气气化。
现有生物质气化制H2技术存在H2产率不高、需要昂贵催化剂等问题。
发明内容
为了克服现有技术缺陷,本发明提出利用高温水蒸气在高温条件下气化生物质制取氢气的方法和装置,利用外供纯O2以及气化自身产生的H2燃烧产生高温水蒸气,对生物质进行高温水蒸气气化,高温条件有利于二次反应生成H2,从而H2产率高,并且不需要使用催化剂。
本发明是通过以下技术方案来实现的:
一种利用高温水蒸气气化生物质制取氢气的装置,它包括生物质进料装置、高温气化反应器、多流体热交换器、H2分离器装置、燃气储罐、H2储罐和O2储罐;生物质进料装置由生物质料仓、给料器、水冷通道构成;在高温气化反应器的外部设置反应器加热夹套,在高温气化反应器的上部位置分别设置氢氧燃烧器和燃气燃烧器,氢氧燃烧器穿过反应器加热夹套与高温气化反应器内部连接,燃气燃烧器从反应器上部***到反应器加热夹套内部;在高温气化反应器的下部设置富H2合成气出口,富H2合成气出口通过合成气管道经多流体热交换器与H2分离器装置入口连接,H2分离器装置的燃气出口和H2出口分别与燃气储罐和H2储罐连接;H2储罐和O2储罐分别通过H2管道、O2管道经多流体热交换器与氢氧燃烧器相连;燃气燃烧器的进口分别与空气管道和燃气储罐相连。
本发明的技术特征还在于:富H2合成气出口通过合成气管道经多流体热交换器、风机和缓存储罐与H2分离器装置入口连接;氢氧燃烧器分两层布置,每层均布四支,燃气燃烧器与氢氧燃烧器间隔错列布置;H2分离器装置采用变压吸附装置。
该装置运行是通过如下方法实现的:
1)生物质料仓中的生物质,通过给料器和水冷通道送入到高温气化反应器中,生物质在反应器中与来自氢氧燃烧器的由氢和氧燃烧产生的高温水蒸气发生气化反应,氢氧燃烧器喷出的高温水蒸气的温度至少为1600℃,高温气化反应器中的温度为1300~1500℃,气化后产生的富H2合成气从富H2合成气出口流出并经合成气管道送入多流体热交换器内;
2)来自燃气储罐的燃气和空气在反应器热夹套中燃烧生成的热烟气通过热烟气管道送入多流体热交换器,热烟气经冷却后从烟气排放口排出;
3)H2储罐中的H2和O2储罐中的纯O2送入多流体热交换器,经多流体热交换器加热后的H2和O2送入到氢氧燃烧器进行燃烧产生高温水蒸气,流经多流体热交换器降温后的富H2合成气通过风机送入缓存储罐,富H2合成气从缓存储罐进入H2分离器装置,分离后的纯H2进入H2储罐,分离剩余的可燃气体进入燃气储罐。
在多流体换热器内,冷H2气、冷O2气和热富H2合成气在管内流动,热烟气在壳侧流动,通过换热器内隔板的导流以及合成气的接力传热(相当于媒介)等作用,热富H2合成气、热烟气将热量传递给冷H2气和冷O2气,从而回收反应后的余热,提高能量转化效率。
生物质气化后的生成灰渣经排灰渣口排出。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及突出性效果:①由于温度高,反应器内固有的二次反应强烈,焦油等重碳氢化合物均分解成小分子化合物,因而产氢率高。例如,采用木材作气化原料,在1350℃进行高温气化,合成气中的H2体积份额已达到60%以上。②不需要使用催化剂。③仅气化过程中需要的O2由外部氧源独立供应,H2可取自***自身气化的产H2,***可净输出纯H2。
附图说明
图1为本发明所提供利用高温水蒸气气化生物质制取氢气装置***示意图。
图2为高温气化反应器的A-A剖视图。
图中:1-排灰渣口;2-热烟气管道;3-热烟气出口;4-反应器加热夹套;5-高温气化反应器;6-氢氧燃烧器;7-燃气燃烧器;8-水冷通道;9-生物质料仓;10-给料器;11-空气管道;12-燃气管道;13-O2管道;14-H2管道;15-富H2合成气出口;16-多流体热交换器;17-H2分离器装置;18-燃气储罐;19-H2储罐;20-O2储罐;21-风机;22-合成气管道;23-缓存储罐;24-烟气排放口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
图1为本发明所提供利用高温水蒸气气化生物质制取氢气装置***示意图。它包括生物质进料装置、高温气化反应器5、多流体热交换器16、H2分离器装置17、燃气储罐18、H2储罐19和O2储罐20;生物质进料装置由生物质料仓9、给料器10、水冷通道8构成;在高温气化反应器5的外部设置反应器加热夹套4,在高温气化反应器5的上部位置分别设置氢氧燃烧器6和燃气燃烧器7,氢氧燃烧器6穿过反应器加热夹套4与高温气化反应器5内部连接,燃气燃烧器7从反应器上部***到反应器加热夹套4内部;在高温气化反应器5的下部设置富H2合成气出口15,富H2合成气出口15通过合成气管道22经多流体热交换器16与H2分离器装置17入口连接,H2分离器装置17的燃气出口和H2出口分别与燃气储罐18和H2储罐19连接;H2储罐19和O2储罐20分别通过H2管道14、O2管道13经多流体热交换器16与氢氧燃烧器6相连;燃气燃烧器7的进口分别与空气管道11和燃气储罐18相连;富H2合成气出口15通过合成气管道22经多流体热交换器16、风机21和缓存储罐23与H2分离器装置17入口连接;H2分离器装置17采用变压吸附装置。
图2为本发明所提供高温水蒸气气化生物质制取氢气装置的气化反应器A-A剖视图,氢氧燃烧器6分两层布置,每层均布四支,燃气燃烧器7与氢氧燃烧器6间隔错列布置。
该装置运行是通过如下方法实现的:
1)生物质料仓9中的生物质,通过给料器10和水冷通道8送入到高温气化反应器5中,生物质在反应器中与来自氢氧燃烧器6的由氢和氧燃烧产生的高温水蒸气发生气化反应,氢氧燃烧器6喷出的高温水蒸气的温度至少为1600℃,高温气化反应器5中的温度为1300~1500℃,气化后产生的富H2合成气从富H2合成气出口15流出并经合成气管道22送入多流体热交换器16内;
2)来自燃气储罐18的燃气和空气在反应器热夹套4中燃烧生成的热烟气通过热烟气管道2送入多流体热交换器16,热烟气经冷却后从烟气排放口24排出;
3)H2储罐19中的H2和O2储罐20中的纯O2送入多流体热交换器16,经多流体热交换器16加热后的H2和O2送入到氢氧燃烧器6进行燃烧产生高温水蒸气,流经多流体热交换器16降温后的富H2合成气通过风机21送入缓存储罐23,富H2合成气从缓存储罐23进入H2分离器装置17,分离后的纯H2进入H2储罐19,分离剩余的可燃气体进入燃气储罐18。
氢氧燃烧器6中的O2由外部供应,可以采用空气分离等方法获得纯O2。气化过程中生产高温水蒸气的H2来自于***自身的产H2,燃气燃烧器7中的燃气来自***自身产的燃气,***可向外部净输出H2。生物质气化后的灰渣等经排灰渣口1排出。
在本实施例中,采用的生物质的工业分析和元素分析数据见表1,在1350℃高温反应器内合成的H2成分见表,H2的体积份额高达60%以上,产H2率较高,高于目前的其他一般工艺。
表1生物质的工业分析和元素分析
表2富H2合成气成分
Claims (5)
1.一种利用高温水蒸气气化生物质制取氢气的装置,其特征在于:该装置包括生物质进料装置、高温气化反应器(5)、多流体热交换器(16)、H2分离器装置(17)、燃气储罐(18)、H2储罐(19)和O2储罐(20);生物质进料装置由生物质料仓(9)、给料器(10)、水冷通道(8)构成;在高温气化反应器(5)的外部设置反应器加热夹套(4),在高温气化反应器(5)的上部位置分别设置氢氧燃烧器(6)和燃气燃烧器(7),氢氧燃烧器(6)穿过反应器加热夹套(4)与高温气化反应器(5)内部连接,燃气燃烧器(7)从反应器上部***到反应器加热夹套(4)内部;在高温气化反应器(5)的下部设置富H2合成气出口(15),富H2合成气出口(15)通过合成气管道(22)经多流体热交换器(16)与H2分离器装置(17)入口连接,H2分离器装置(17)的燃气出口和H2出口分别与燃气储罐(18)和H2储罐(19)连接;H2储罐(19)和O2储罐(20)分别通过H2管道(14)、O2管道(13)经多流体热交换器(16)与氢氧燃烧器(6)相连;燃气燃烧器(7)的进口分别与空气管道(11)和燃气储罐(18)相连。
2.按照权利要求1所述的一种利用高温水蒸气气化生物质制取氢气的装置,其特征在于:富H2合成气出口(15)通过合成气管道(22)经多流体热交换器(16)、风机(21)和缓存储罐(23)与H2分离器装置(17)入口连接。
3.按照权利要求1所述的一种利用高温水蒸气气化生物质制取氢气的装置,其特征在于:氢氧燃烧器(6)分两层布置,每层均布四支,燃气燃烧器(7)与氢氧燃烧器(6)间隔错列布置。
4.按照权利要求1所述的一种利用高温水蒸气气化生物质制取氢气的装置,其特征在于:H2分离器装置(17)采用变压吸附装置。
5.采用如权利要求1所述装置的一种利用高温水蒸气气化生物质制取氢气的方法,其特征在于所述方法包括如下步骤:
1)生物质料仓(9)中的生物质,通过给料器(10)和水冷通道(8)送入到高温气化反应器(5)中,生物质在反应器中与来自氢氧燃烧器(6)的由氢和氧燃烧产生的高温水蒸气发生气化反应;控制氢氧燃烧器(6)喷出的高温水蒸气的温度至少为1600℃,高温气化反应器(5)中的温度为1300~1500℃,气化后产生的富H2合成气从富H2合成气出口(15)流出并经合成气管道(22)送入多流体热交换器(16)内;
2)来自燃气储罐(18)的燃气和空气在反应器热夹套(4)中燃烧生成的热烟气通过热烟气管道(2)送入多流体热交换器(16),热烟气经冷却后从烟气排放口(24)排出;
3)H2储罐(19)中的H2和O2储罐(20)中的纯O2送入多流体热交换器(16),经多流体热交换器(16)加热后的H2和O2送入到氢氧燃烧器(6)进行燃烧产生高温水蒸气,流经多流体热交换器(16)降温后的富H2合成气通过风机(21)送入缓存储罐(23),富H2合成气从缓存储罐(23)进入H2分离器装置(17),分离后的纯H2进入H2储罐(19),分离剩余的可燃气体进入燃气储罐(18)。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111453793A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-07-28 | 北京北控京仪环保科技有限公司 | 一种高浓度cod有机废液的热裂解处理***及方法 |
CN114572932A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-03 | 河北北方学院 | 一种基于生物质微米燃料可二次催化的垃圾制氢炉 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1566265A (zh) * | 2003-07-02 | 2005-01-19 | 山东省科学院能源研究所 | 从生物质制取富氢气体的方法和装置 |
CN101774542A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-07-14 | 华北电力大学 | 一种生物质气化制氢***及方法 |
US20110124748A1 (en) * | 2009-08-18 | 2011-05-26 | Mr. Lai O. kuku | Coal and Biomass Conversion to Multiple Cleaner Energy Solutions System producing Hydrogen, Synthetic Fuels, Oils and Lubricants, Substitute Natural Gas and Clean Electricity |
CN102268295A (zh) * | 2011-07-13 | 2011-12-07 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种生物质高温水蒸气气化制取富氢燃气的方法及其装置 |
CN102849676A (zh) * | 2011-06-29 | 2013-01-02 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化装置及方法 |
CN103011072A (zh) * | 2012-12-16 | 2013-04-03 | 天津大学 | 利用生物质制取高纯度氢气的方法及装置 |
WO2013099230A1 (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-04 | Jfeスチール株式会社 | 水素の製造方法 |
CN203639143U (zh) * | 2013-12-16 | 2014-06-11 | 清华大学 | 一种利用高温水蒸气气化生物质制取氢气的装置 |
-
2013
- 2013-12-16 CN CN201310690269.2A patent/CN103708417B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1566265A (zh) * | 2003-07-02 | 2005-01-19 | 山东省科学院能源研究所 | 从生物质制取富氢气体的方法和装置 |
US20110124748A1 (en) * | 2009-08-18 | 2011-05-26 | Mr. Lai O. kuku | Coal and Biomass Conversion to Multiple Cleaner Energy Solutions System producing Hydrogen, Synthetic Fuels, Oils and Lubricants, Substitute Natural Gas and Clean Electricity |
CN101774542A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-07-14 | 华北电力大学 | 一种生物质气化制氢***及方法 |
CN102849676A (zh) * | 2011-06-29 | 2013-01-02 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种固体燃料的高温水蒸气热解-裂解-气化装置及方法 |
CN102268295A (zh) * | 2011-07-13 | 2011-12-07 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种生物质高温水蒸气气化制取富氢燃气的方法及其装置 |
WO2013099230A1 (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-04 | Jfeスチール株式会社 | 水素の製造方法 |
CN103011072A (zh) * | 2012-12-16 | 2013-04-03 | 天津大学 | 利用生物质制取高纯度氢气的方法及装置 |
CN203639143U (zh) * | 2013-12-16 | 2014-06-11 | 清华大学 | 一种利用高温水蒸气气化生物质制取氢气的装置 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
AIHONG MENG ET AL.: "Quantitative and kinetic TG-FTIR investigation on three kinds of biomass pyrolysis", 《JOURNAL OF ANALYTICAL AND APPLIED PYROLYSIS》 * |
张衍国等: "燃用生物质的循环流化床热风***结构与运行", 《节能技术》 * |
蒙爱红等: "塑料和生物质在循环床内燃烧特性的实验研究", 《清华大学学报(自然科学版)》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111453793A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-07-28 | 北京北控京仪环保科技有限公司 | 一种高浓度cod有机废液的热裂解处理***及方法 |
CN114572932A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-03 | 河北北方学院 | 一种基于生物质微米燃料可二次催化的垃圾制氢炉 |
CN114572932B (zh) * | 2022-03-15 | 2023-05-09 | 河北北方学院 | 一种基于生物质微米燃料可二次催化的垃圾制氢炉 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103708417B (zh) | 2016-01-13 |
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