本發(fā)明屬于生物質(zhì)廢棄物資源化利用，尤其涉及一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人類(lèi)的日?；顒?dòng)導(dǎo)致大氣中的溫室氣體濃度不斷增加，引起全球氣候變暖，其中，co2對(duì)全球升溫的貢獻(xiàn)是最大的，在過(guò)去近200年里，全世界共向大氣層排放了數(shù)萬(wàn)億噸的co2。

2、雙碳背景下，利用生物質(zhì)這一碳中性的可再生資源制取綠氫受到廣泛關(guān)注。但是目前關(guān)于現(xiàn)有雞糞一般用于肥料的發(fā)酵原料，目前尚未有將雞糞作為生物質(zhì)材料進(jìn)行化學(xué)鏈氣化制氫；且基于發(fā)酵的生物法制氫和基于重整的熱化學(xué)法制氫，往往得到的都是co2和h2的混合氣，此外，還需要額外的co2分離設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的同時(shí)，增加系統(tǒng)能量消耗。

3、化學(xué)鏈制氫是一種新型的制氫工藝，由于載氧體的還原與氧化反應(yīng)分別在不同的反應(yīng)器或不同的階段進(jìn)行，燃料和空氣不直接接觸，可以在制氫的同時(shí)實(shí)現(xiàn)co2內(nèi)分離，不需要額外的co2分離措施。但是傳統(tǒng)的單塔固定床反應(yīng)器需要依次進(jìn)行載氧體還原、制氫和空氣氧化三個(gè)反應(yīng)步驟，導(dǎo)致系統(tǒng)制氫不連續(xù)，周期內(nèi)氫氣產(chǎn)能低；此外，由于三個(gè)反應(yīng)過(guò)程吸放熱的差異，反應(yīng)氣預(yù)熱需要的能耗和尾氣排放伴隨的熱量損失，造成系統(tǒng)能量效率較低。

4、因此，現(xiàn)亟需提供一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫系統(tǒng)和方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫系統(tǒng)，包括：包括電加熱系統(tǒng)、反應(yīng)器、冷凝系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)；

4、其中，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置上下兩層固定床；其中上層用于放置載氧體，下層用于放置反應(yīng)剩余的雞糞炭；

5、所述反應(yīng)器的頂部設(shè)置有可伸縮的載體裝置，用于承載生物質(zhì)雞糞；

6、所述反應(yīng)器的頂端設(shè)置有可伸縮的載體裝置，用于承載生物質(zhì)雞糞，待電加熱系統(tǒng)溫度將上層的不銹鋼管加熱至指定溫度后，將承載有雞糞的載體裝置伸至加熱區(qū)，進(jìn)行熱解。

7、有益效果：本發(fā)明將承載雞糞的載體裝置和承載載氧體的上層固定床以及承載反應(yīng)剩余的雞糞炭的下層固定床分開(kāi)設(shè)置，即將生物質(zhì)雞糞與載氧體分開(kāi)，這樣有利于載氧體的分離和再生，并且保證反應(yīng)的順利進(jìn)行。此外，本發(fā)明采用三級(jí)反應(yīng)耦合，將雞糞熱解、氣化和雞糞二次利用集中在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，一方面可以減少設(shè)備的投資和運(yùn)行成本，提高了系統(tǒng)的集成度和效率；另一方面由于氣化過(guò)程中氣體會(huì)流動(dòng)到下層，因此雞糞不能充分利用，本發(fā)明將反應(yīng)剩余的黑色雞糞置于下層固定床中，不僅可以充分利用雞糞的能量，提高能源的利用率；還提高了氫氣和一氧化碳的產(chǎn)量。

8、優(yōu)選的，所述電加熱系統(tǒng)設(shè)置在所述反應(yīng)器的四周。

9、優(yōu)選的，所述測(cè)量系統(tǒng)為gc2014氣相色譜。

10、一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫方法，采用上述系統(tǒng)進(jìn)行以下步驟：

11、將所述載氧體放置在反應(yīng)器中的上層固定床；于所述反應(yīng)器內(nèi)，將預(yù)處理的雞糞進(jìn)行熱解，得到熱解氣、焦油和固體焦(反應(yīng)剩余的雞糞炭)；

12、利用電加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱，向充滿氮?dú)鈿夥盏姆磻?yīng)器中通入水蒸氣，將所述熱解氣和焦油，進(jìn)行氣化，制備得到混合氣；

13、待氣化結(jié)束后，反應(yīng)器降溫后，將反應(yīng)剩余的雞糞炭取出，然后置于下層固定床中與所述混合氣進(jìn)行二次反應(yīng)，然后將所得氣體依次經(jīng)過(guò)冷凝系統(tǒng)和氣體收集系統(tǒng)，采用測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)氣體成分。

14、優(yōu)選的，所述預(yù)處理過(guò)程為：將所述雞糞置于干燥箱中80℃下鼓風(fēng)干燥24小時(shí)后進(jìn)行破碎和篩分，保存在干燥皿。

15、優(yōu)選的，所述熱解過(guò)程中的溫度為600-800℃。

16、更優(yōu)選為800℃。

17、優(yōu)選的，所述載氧體為氧化鐵fe2o3。

18、有益效果：本發(fā)明將來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉且對(duì)環(huán)境無(wú)毒害的氧化鐵作為化學(xué)鏈氣化的載氧體，是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)制氫的良好選擇。

19、優(yōu)選的，所述氣化過(guò)程中，以與所述雞糞的用量比計(jì)，所述氣化過(guò)程中所述載氧體、水蒸氣的加入量為：

20、o(載氧體)/b(雞糞中碳)摩爾比＝0.25；

21、s(水蒸氣)/b(雞糞)質(zhì)量比＝1.4。

22、優(yōu)選的，所述氣化過(guò)程和二次反應(yīng)過(guò)程中的溫度均為900℃，時(shí)間均為30min。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

24、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了化學(xué)鏈氣化技術(shù)首次在雞糞生物質(zhì)廢棄物上的應(yīng)用，在雞糞熱解溫度800℃、載氧體氣化溫度900℃、o/b＝0.25、s/b＝1.4的實(shí)驗(yàn)條件下(實(shí)施例1中最優(yōu)條件)，獲得了約0.40m3/kg雞糞的氫氣產(chǎn)量，氫氣在氣體產(chǎn)物中的濃度達(dá)49.01％，合成氣熱值可達(dá)0.1mj/m3。

25、本發(fā)明成功將低價(jià)值的雞糞生物質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化成高價(jià)值的氫能，變廢為寶，有望應(yīng)用在養(yǎng)雞場(chǎng)大量雞糞廢棄物的處理中，與施肥、填埋、焚燒等處理技術(shù)相比，具有低重金屬風(fēng)險(xiǎn)、低污染物排放、高價(jià)值利用等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，包括：電加熱系統(tǒng)、反應(yīng)器、冷凝系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述電加熱系統(tǒng)設(shè)置在所述反應(yīng)器的四周。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量系統(tǒng)為gc2014氣相色譜。

4.一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫方法，其特征在于，在權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫方法，其特征在于，所述預(yù)處理過(guò)程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫方法，其特征在于，所述熱解過(guò)程中的溫度為600-800℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫方法，其特征在于，所述熱解過(guò)程中的溫度為800℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫方法，其特征在于，以與所述雞糞的用量比計(jì)，在所述氣化過(guò)程中所述載氧體和水蒸氣的加入量為：

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫方法，其特征在于，所述氣化過(guò)程和二次反應(yīng)過(guò)程中的溫度均為900℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用雞糞化學(xué)鏈氣化制氫系統(tǒng)和方法，屬于生物質(zhì)廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括以下步驟：于反應(yīng)器內(nèi)，將預(yù)處理的雞糞進(jìn)行熱解，得到熱解氣、焦油和固體焦；將載氧體放置在反應(yīng)器中的上層固定床，利用電加熱系統(tǒng)進(jìn)行加熱，向充滿氮?dú)鈿夥盏姆磻?yīng)器中通入水蒸氣、與所述熱解氣和焦油進(jìn)行氣化，制備得到混合氣；將反應(yīng)剩余的雞糞炭置于下層固定床中與所述混合氣進(jìn)行二次反應(yīng)，然后將所得氣體依次經(jīng)過(guò)冷凝系統(tǒng)和氣體收集系統(tǒng)。本發(fā)明利用將操作單元(反應(yīng)器)分級(jí)的方法對(duì)生物熱解炭(反應(yīng)剩余雞糞炭)進(jìn)行了充分利用，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)廢棄物(雞糞)的全方位制氫，即資源利用的最大化；此外，本發(fā)明提供的化學(xué)鏈氣化制氫方法不僅避免了在氣化過(guò)程中額外添加外加劑造成的生產(chǎn)成本增加，還顯著的提高了氫氣和一氧化碳的產(chǎn)量，即通過(guò)本發(fā)明方法獲得了0.40m<supgt;3</supgt;/kg雞糞的氫氣產(chǎn)量，氫氣在氣體產(chǎn)物中的濃度最高可占49.01％，合成氣熱值可達(dá)0.1MJ/m<supgt;3</supgt;。

技術(shù)研發(fā)人員：崔麗杰,孟敏,張佳恩,廖贊,張思娜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：濱州魏橋國(guó)科高等技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17