一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高氫氣產(chǎn)率的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高氫氣產(chǎn)率的方法，屬于生物質(zhì)能開發(fā)的【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明裝置由原料入口（1)、氣流渦旋粉碎機(jī)（2)、鼓風(fēng)機(jī)（3)、水蒸氣入口（4)、溫度表（5)、壓力表（6)、通氣管（7)、出料口（8)、負(fù)載層（9)、水蒸氣噴頭（10)、排氣管（11)、過(guò)濾器（12)、熱式流量計(jì)（13)、氣體收集器（14)、裝置（15)構(gòu)成;裂解過(guò)程中以水蒸氣作為加熱介質(zhì)和稀釋劑，降低反應(yīng)體系中烴分壓，提高烴類及焦油的裂解，減少二次反應(yīng)，結(jié)焦少；反應(yīng)中隔絕空氣，產(chǎn)品氣組成簡(jiǎn)單，焦油含量低；本發(fā)明裝置制備工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、能耗小、氫氣產(chǎn)率高、催化劑不需回收。經(jīng)本發(fā)明裝置處理后的生物質(zhì)原料的氫氣可提取產(chǎn)率從以往的60.3?70.9%提高到了89.0?92.5%。
【專利說(shuō)明】一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提局氫氣產(chǎn)率的裝置
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高氫氣產(chǎn)率的方法，屬于生物質(zhì)能開發(fā) 的【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002] 由于化石燃料的日益衰竭，由生物質(zhì)生產(chǎn)氫氣、乙醇等清潔燃料備受關(guān)注，尤其是 氫氣，作為清潔可再生能源的載體、重要的化工燃料，熱值高、來(lái)源廣泛、可實(shí)現(xiàn)"零排放"， 因此，探索先進(jìn)的制氫技術(shù)、提高氫氣產(chǎn)率具有重要意義。由于化石燃料的日益衰竭，由生 物質(zhì)生產(chǎn)氫氣、乙醇等清潔燃料備受關(guān)注，尤其是氫氣，作為清潔可再生能源的載體、重要 的化工燃料，熱值高、來(lái)源廣泛、 可實(shí)現(xiàn)"零排放"，因此，探索先進(jìn)的制氫技術(shù)、提高氫氣產(chǎn)率具有重要意義。
[0003] 目前，制氫方法很多，其中，生物質(zhì)由于揮發(fā)組分含量高、碳活性高、硫、氮的含量 低，是氣化的良好的原料，不僅保證"生物質(zhì)產(chǎn)品"的物質(zhì)性生產(chǎn)，提供氫燃料，改善燃料利 用結(jié)構(gòu)，還可以循環(huán)利用，減少污染。目前，制氫方法很多，其中，生物質(zhì)由于揮發(fā)組分含量 高、碳活性高、硫、氮的含量低，是氣化的良好的原料，不僅保證"生物質(zhì)產(chǎn)品"的物質(zhì)性生 產(chǎn)，提供氫燃料，改善燃料利用結(jié)構(gòu)，還可以循環(huán)利用，減少污染。
[0004] 生物質(zhì)制氫是以生物質(zhì)作為制氫原料，利用亞臨界或超臨界水強(qiáng)大的溶解力，將 低能量密度的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)運(yùn)方便的高品質(zhì)氫能。中國(guó)專利CN 101100621A "生物質(zhì) 富氫燃?xì)庵苽浞椒把b置"，該方法對(duì)生物質(zhì)熱解后的氣相產(chǎn)物在800?950°C下，與水蒸 氣在白云石的催化作用下實(shí)現(xiàn)裂解、重整，提高氣體中氫含量和產(chǎn)量，制備氫氣的體積含量 為30 %?55 %的富氫含量,該反應(yīng)裝置各部分反應(yīng)條件較為苛刻,系統(tǒng)控制較為復(fù)雜；采 用固體催化劑雖然能提高生物質(zhì)的氣化率，但氣化后甲烷的產(chǎn)率得到提高，而氫氣的產(chǎn)生 卻受到抑制；同時(shí)，催化劑的存在增加了反應(yīng)的成本，回收再利用存在著一定的局限性。中 國(guó)專利CN 101759148A "一種熔融堿裂解生物質(zhì)制備氫氣工藝"，該法以熔融堿作為加熱、 催化、反應(yīng)介質(zhì)，通入保護(hù)氣，生物質(zhì)在溫度為320?900°C反應(yīng)器內(nèi)解聚。堿熔融溫度低， 可在低溫下操作，制氫工藝條件溫和、裝置簡(jiǎn)單、熔融堿回收簡(jiǎn)單，但獲得的氫氣的體積分 數(shù)為70. 6?79. 0%。中國(guó)專利CN 102092681A公開了一種超臨界水中生物質(zhì)氣化制氫 的CO2脫除工藝，該方法中催化劑和生物質(zhì)料液經(jīng)換熱器換熱后，置于高壓反應(yīng)釜中，溫度 控制為350?600°C，壓力控制為20?50Mpa，催化劑為過(guò)氧化氫，制備得到的氫氣含量 為60. 8%。該方法超臨界水具有極強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)生物質(zhì)制氫設(shè)備的材質(zhì)提出了很高的要 求；超臨界水氣化又必須在高溫高壓的反應(yīng)條件下進(jìn)行，對(duì)裂解材料的要求嚴(yán)格，能耗大， 產(chǎn)氣過(guò)程中氫氣產(chǎn)率依然比較低。生物質(zhì)制氫是以生物質(zhì)作為制氫原料，利用亞臨界或超 臨界水強(qiáng)大的溶解力，將低能量密度的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)運(yùn)方便的高品質(zhì)氫能。中國(guó)專 利CN 101100621A "生物質(zhì)富氫燃?xì)庵苽浞椒把b置"，該方法對(duì)生物質(zhì)熱解后的氣相產(chǎn)物 在800?950°C下，與水蒸氣在白云石的催化作用下實(shí)現(xiàn)裂解、重整，提高氣體中氫含量和 產(chǎn)量，制備氫氣的體積含量為30%?55%的富氫含量，該反應(yīng)裝置各部分反應(yīng)條件較為苛 亥IJ，系統(tǒng)控制較為復(fù)雜；采用固體催化劑雖然能提高生物質(zhì)的氣化率，但氣化后甲烷的產(chǎn)率 得到提高，而氫氣的產(chǎn)生卻受到抑制；同時(shí)，催化劑的存在增加了反應(yīng)的成本，回收再利用 存在著一定的局限性。中國(guó)專利CN 101759148A "一種熔融堿裂解生物質(zhì)制備氫氣工藝"， 該法以熔融堿作為加熱、催化、反應(yīng)介質(zhì)，通入保護(hù)氣，生物質(zhì)在溫度為320?900°C反應(yīng)器 內(nèi)解聚。堿熔融溫度低，可在低溫下操作，制氫工藝條件溫和、裝置簡(jiǎn)單、熔融堿回收簡(jiǎn)單， 但獲得的氫氣的體積分?jǐn)?shù)為70. 6?79. 0%。中國(guó)專利CN 102092681A公開了一種超臨界 水中生物質(zhì)氣化制氫的CO2脫除工藝，該方法中催化劑和生物質(zhì)料液經(jīng)換熱器換熱后，置于 高壓反應(yīng)釜中，溫度控制為350?600°C，壓力控制為20?50Mpa，催化劑為過(guò)氧化氫，制備 得到的氫氣含量為60. 8%。該方法超臨界水具有極強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)生物質(zhì)制氫設(shè)備的材質(zhì) 提出了很高的要求；超臨界水氣化又必須在高溫高壓的反應(yīng)條件下進(jìn)行，對(duì)裂解材料的要 求嚴(yán)格，能耗大，產(chǎn)氣過(guò)程中氫氣產(chǎn)率依然比較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)方案存在的成本高，耗能大，污染問(wèn)題嚴(yán)重，提供 了一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高氫氣產(chǎn)率的裝置，制備工藝簡(jiǎn)單、能耗小、且氫氣產(chǎn)率 商。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高 氫氣產(chǎn)率的裝置由由原料入口（1)、氣流渦旋粉碎機(jī)（2)、鼓風(fēng)機(jī)（3)、水蒸氣入口（4)、溫度 表（5)、壓力表（6)、通氣管（7)、出料口（8)、負(fù)載層（9)、水蒸氣噴頭（10)、排氣管（11)、過(guò) 濾器（12)、熱式流量計(jì)（13)、氣體收集器（14)、裝置（15)構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)構(gòu)造為，裝置（15)有 三層，由下至上分別為一階段，二階段，三階段；其中原料入口（1)與氣流渦旋粉碎機(jī)（2)、 鼓風(fēng)機(jī)（3)相連，與一階段相通，二階段三階段皆設(shè)有溫度表（5)、壓力表（6)和水蒸氣入口 以及水蒸氣噴頭，階段間隔層上設(shè)有負(fù)載層（9)，水蒸氣入口（1)位于裝置（15)的頂部，入 口處設(shè)有水蒸氣噴頭（10)，排氣管（11)與水蒸氣入口（1)相鄰，與過(guò)濾器相連，熱式流量計(jì) 與排氣管（11)串聯(lián)連接，通入氣體收集器（14)。
[0007] 所述的水蒸氣噴頭（10)內(nèi)部還有3個(gè)噴嘴孔，噴射角度呈120度，噴射流量為 180-220kg/h。
[0008] 所述的溫度表（5)在裝置一階段的溫度控制在450-600°C，二階段的溫度控制在 680?750°C，三階段的溫度控制在800?850°C。
[0009] 所述的負(fù)載層（9)呈圓柱狀，厚度為0. 3-0. 6m，上面吸附有催化劑甲酸-鋅鋁硅藻 土，甲酸-鋅鋁硅藻土催化劑受熱后，甲酸可分解為氫氣，提高氫氣的含量，使得氫氣可提 取產(chǎn)率從以往的60. 3?70. 9%提高到了 89. 0?92. 5%。
[0010] 本發(fā)明的工作原理是：將生物質(zhì)原料從原料進(jìn)口（1)送入，經(jīng)氣流渦旋粉碎機(jī)（2) 粉碎后，在鼓風(fēng)機(jī)（3)的作用下輸入裝置（15)的一階段區(qū)，隔絕空氣，控制溫度為450? 600°C，生物質(zhì)在受熱下，發(fā)生熱分解反應(yīng)，熱解產(chǎn)物為氣相產(chǎn)品、殘?zhí)?，從裝置底部出料口 (8)將殘?zhí)家瞥鲅b置，一層的氣相產(chǎn)物逐級(jí)進(jìn)入二層，水蒸氣噴頭（10)噴灑水蒸氣，水蒸氣 的流量為180?200Kg/h，裂解溫度為680?750°C;氣相與水蒸氣催化裂解反應(yīng)，將焦油等 重?zé)N類組分裂解為氫、甲烷、合成氣等輕烴類組分，在負(fù)載層（9)上吸附的催化劑甲酸-鋅 鋁硅藻土作用下，裂解產(chǎn)物裂化；裂解的粗氣及未裂解的氣相產(chǎn)物逐級(jí)進(jìn)入三階段，重復(fù)二 階段的反應(yīng)，裂解產(chǎn)物繼續(xù)被裂化，甲烷等輕烴類轉(zhuǎn)化，裂解溫度為800?850°C ;富含氫氣 的裂解氣從排氣管（11)排出經(jīng)過(guò)過(guò)濾器（12)過(guò)濾，經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入氣體收集器。氫 氣可提取產(chǎn)率從以往的60. 3?70. 9%提高到了 89. 0?92. 5%。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是： (1) 裂解過(guò)程中以水蒸氣作為加熱介質(zhì)和稀釋劑，降低反應(yīng)體系中烴分壓，提高烴類及 焦油的裂解，減少二次反應(yīng)，結(jié)焦少； (2) 反應(yīng)中隔絕空氣，產(chǎn)品氣組成簡(jiǎn)單，焦油含量低，氫氣的純度大； (3) 本發(fā)明裝置制備工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、能耗小、氫氣產(chǎn)率高、催化劑不需回收。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。 其中，1-原料入口，2-氣體渦旋粉碎機(jī)，3-鼓風(fēng)機(jī)，4-水蒸氣入口，5-溫度表，6-壓力 表，7-通氣管，8-出料口，9-負(fù)載層，10-水蒸氣噴頭，11-排氣管，12-過(guò)濾器，13-熱式流量 計(jì)，14-氣體收集器，15-裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014] 如圖1所示，一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高氫氣產(chǎn)率的裝置由原料入口（1)、氣 流渦旋粉碎機(jī)（2)、鼓風(fēng)機(jī)（3)、水蒸氣入口（4)、溫度表（5)、壓力表（6)、通氣管（7)、出料 口（8)、負(fù)載層（9)、水蒸氣噴頭（10)、排氣管（11)、過(guò)濾器（12)、熱式流量計(jì)（13)、氣體收 集器（14)、裝置（15)構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)構(gòu)造為，裝置（15)有三層，由下至上分別為一階段，二階 段，三階段；其中原料入口（1)與氣流渦旋粉碎機(jī)（2)、鼓風(fēng)機(jī)（3)相連，與一階段相通，二 階段三階段皆設(shè)有溫度表（5)、壓力表（6)和水蒸氣入口以及水蒸氣噴頭，階段間隔層上設(shè) 有負(fù)載層（9)，水蒸氣入口（1)位于裝置（15)的頂部，入口處設(shè)有水蒸氣噴頭（10)，排氣管 (11)與水蒸氣入口（1)相鄰，與過(guò)濾器相連，熱式流量計(jì)與排氣管（11)串聯(lián)連接，通入氣體 收集器（14);所述的水蒸氣噴頭（10)內(nèi)部還有3個(gè)噴嘴孔，噴射角度呈120度，噴射流量 為180-220kg/h ;所述的溫度表（5)在裝置一階段的溫度控制在450-600°C，二階段的溫度 控制在680?750°C，三階段的溫度控制在800?850°C ;所述的所述的負(fù)載層（9)呈圓柱 狀，厚度為0.3-0. 6m，上面吸附有化劑甲酸-鋅鋁硅藻土，甲酸-鋅鋁硅藻土催化劑受熱后， 甲酸可分解為氫氣，提高氫氣的含量，使得氫氣可提取產(chǎn)率從以往的60. 3?70. 9%提高到 了 89. 0 ?92. 5%。
[0015] 本發(fā)明一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高氫氣產(chǎn)率的裝置使用時(shí)，將生物質(zhì)原料從 原料進(jìn)口（1)送入，經(jīng)氣流渦旋粉碎機(jī)（2)粉碎后，在鼓風(fēng)機(jī)（3)的作用下輸入裝置（15) 的一階段區(qū)，隔絕空氣，控制溫度為450?60(TC，生物質(zhì)在受熱下，發(fā)生熱分解反應(yīng)，熱解 產(chǎn)物為氣相產(chǎn)品、殘?zhí)?，從裝置底部出料口（8)將殘?zhí)家瞥鲅b置，一層的氣相產(chǎn)物逐級(jí)進(jìn)入 二層，水蒸氣噴頭（10)噴灑水蒸氣，水蒸氣的流量為180?200Kg/h，裂解溫度為680? 750°C ;氣相與水蒸氣催化裂解反應(yīng)，將焦油等重?zé)N類組分裂解為氫、甲烷、合成氣等輕烴類 組分，在負(fù)載層（9)上吸附的催化劑甲酸-鋅鋁硅藻土作用下，裂解產(chǎn)物裂化；裂解的粗氣 及未裂解的氣相產(chǎn)物逐級(jí)進(jìn)入三階段，重復(fù)二階段的反應(yīng)，裂解產(chǎn)物繼續(xù)被裂化，甲烷等輕 烴類轉(zhuǎn)化，裂解溫度為800?850°C;富含氫氣的裂解氣從排氣管（11)排出經(jīng)過(guò)過(guò)濾器（12) 過(guò)濾，經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，進(jìn)入氣體收集器。氫氣可提取產(chǎn)率從以往的60. 3?70. 9%提高到 了 89. 0 ?92. 5%。
[0016] 以上所述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不 脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范 圍，這些都不會(huì)影響本發(fā)明的效果和專利的實(shí)用性。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高氫氣產(chǎn)率的裝置，其特征在于：所述的裝置由原料 入口（1)、氣流渦旋粉碎機(jī)（2)、鼓風(fēng)機(jī)（3)、水蒸氣入口（4)、溫度表（5)、壓力表（6)、通氣 管（7)、出料口（8)、負(fù)載層（9)、水蒸氣噴頭（10)、排氣管（11)、過(guò)濾器（12)、熱式流量計(jì) (13)、氣體收集器（14)、裝置（15)構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)構(gòu)造為，裝置（15)有三層，由下至上分別為 一階段，二階段，三階段；其中原料入口（1)與氣流渦旋粉碎機(jī)（2)、鼓風(fēng)機(jī)（3)相連，與一 階段相通，二階段三階段皆設(shè)有溫度表（5)、壓力表（6)和水蒸氣入口以及水蒸氣噴頭，階 段間隔層上設(shè)有負(fù)載層（9)，水蒸氣入口（1)位于裝置（15)的頂部，入口處設(shè)有水蒸氣噴頭 (10)，排氣管（11)與水蒸氣入口（1)相鄰，與過(guò)濾器相連，熱式流量計(jì)與排氣管（11)串聯(lián) 連接，通入氣體收集器（14)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高氫氣產(chǎn)率的裝置，其特 征在于：所述的水蒸氣噴頭（10)內(nèi)部還有3個(gè)噴嘴孔，噴射角度呈120度，噴射流量為 180-220kg/h。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高氫氣產(chǎn)率的裝置，其特征在 于：所述的溫度表（5)在裝置一階段的溫度控制在450-600°C，二階段的溫度控制在680? 750°C，三階段的溫度控制在800?850°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用生物質(zhì)產(chǎn)氣過(guò)程中提高氫氣產(chǎn)率的裝置，其特征在 于：所述的負(fù)載層（9)呈圓柱狀，厚度為0. 3-0. 6m，上面有吸附有催化劑甲酸-鋅鋁硅藻 土，甲酸-鋅鋁硅藻土催化劑受熱后，甲酸可分解為氫氣，提高氫氣的含量，使得氫氣可提 取產(chǎn)率從以往的60. 3?70. 9%提高到了 89. 0?92. 5%。
【文檔編號(hào)】C01B3/02GK104211011SQ201410426096
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】雷春生 申請(qǐng)人:常州大學(xué)