以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置，该装置包括：固体进料器、燃料反应器、制氢反应器、流动密封阀和气体调节器；固体进料器的出料口和燃料反应器的下部第一入口连接，燃料反应器的上部第一出口与气体调节器的合成气入口连接，燃料反应器的上部第二出口与制氢反应器的上部入口连接，制氢反应器的下部第一出口通过流动密封阀与燃料反应器的下部第二入口连接，制氢反应器的上部第二出口与气体调节器的氢气入口连接。还提供了制备富含氢气合成气的方法。利用该装置和方法可连续制备富含不同比例氢气的合成气。

【技术实现步骤摘要】
以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置及方法
本专利技术属于固体燃料热解、气化和制氢领域，具体来说，涉及一种以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置及方法。
技术介绍
褐煤是煤化程度最浅的煤种，具有高水分和低热值的特性，使得应用范围受到很大限制。生物质同样因其含氧量高，含水量大使其难以进行有效的洁净利用。褐煤和生物质共同的高挥发性与高反应性使它们成为气化的优质原料，并且，由于褐煤和生物质自身含有较高的水分，如果采用这些水分作为褐煤与生物质气化的气化因子，能有效减少能耗，降低生产成本。气化技术是一种将固体低热值燃料转化为高热值，且可灵活使用的气体燃料的先进技术。现有的煤或生物质气化的反应器主要有固定床、鼓泡流化床和气流床。固定床结构简单，成本低，但气化效率不高，污染严重；鼓泡流化床的传热传质效率高，但由于气固流动特性复杂，产生合成气品质低，氢气含量少；气流床有污染较低、碳转化率高的优点，但同时存在气化条件苛刻、成本高和操作难等缺点。赤铁矿石是炼钢的原料，价格低，产量丰富。由于它的机械强度好，耐磨性强，是流化床反应器的理想床料。此外，研究表明，低价态的铁氧化合物（如FeO）与铁单质在高温下具有很强的还原性，能与水蒸汽发生化学反应生成氢气（H2），如果采用赤铁矿石作为床料用于气化技术，能实现低成本、高利用率地制备高品质的合成气。因此，利用褐煤与生物质的燃料特性，采用赤铁矿石作为床料在进行气化反应，开发新的装置与方法克服现有技术的缺点，制备富含氢气的合成气，十分迫切。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置及方法，利用该装置可连续制备富含不同比例氢气的合成气。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术实施例采用如下的技术方案：一种以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置，该装置包括：固体进料器、燃料反应器、制氢反应器、流动密封阀和气体调节器；固体进料器的出料口和燃料反应器的下部第一入口连接，燃料反应器的上部第一出口与气体调节器的合成气入口连接，燃料反应器的上部第二出口与制氢反应器的上部入口连接，制氢反应器的下部第一出口通过流动密封阀与燃料反应器的下部第二入口连接，制氢反应器的上部第二出口与气体调节器的氢气入口连接。作为优选例，所述的固体进料器包括料仓、调速电机和快速电机；料仓下部连接调速电机，调速电机的螺旋转轴尾部向下连接快速电机。作为优选例，所述的燃料反应器包括混合室、提升管和第一旋风分离器，所述混合室的下部设置第一排渣口，混合室底部设有惰性气体入口；混合室的顶端通过提升管与第一旋风分离器连接，混合室的下部第一入口与快速电机螺旋转轴尾部垂直连接。作为优选例，所述的混合室竖直设置，提升管的顶端通过横向设置的管道与第一旋风分离器连接。作为优选例，所述的制氢反应器包括反应室和第二旋风分离器；所述反应室上部设置载氧体补充口，反应室下部设置第二排渣口；反应室的顶部和第一旋风分离器的下部固体出口连通，反应室的下部和第二旋风分离器的下部入口连通，第二旋风分离器的固体出口与反应室内腔连通。作为优选例，所述的流动密封阀为通过压差控制循环量的U型阀，U型阀的入口与反应室的下部第一出口连通，U型阀的出口与混合室的下部第二入口连通。作为优选例，所述的气体调节器包括燃料反应器管路和制氢反应器管路，燃料反应器管路和制氢反应器管路中分别设有体节流阀，且燃料反应器管路和制氢反应器管路中分别设有一支路，支路中分别设有一防爆阀；燃料反应器管路的一端和制氢反应器管路一端连接，燃料反应器管路另一端和第一旋风分离器的上部气体出口连接，制氢反应器管路另一端和第二旋风分离器的上部气体出口连接。一种以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的方法，该方法包括以下步骤：步骤10）燃料的气化与载氧体的还原：将褐煤与生物质通过固体进料器送入燃料反应器中，使褐煤与生物质采用自身水分作为气化因子，气化产生合成气，并在气化过程中还原载氧体，将合成气通入气体节流阀，将被还原的载氧体排入制氢反应器中。步骤20）被还原的载氧体与水蒸汽反应制氢：向高温的制氢反应器中通入水蒸汽，水蒸汽与排入制氢反应器中的被还原的载氧体发生化学反应产生氢气，重新氧化载氧体，制得的氢气通入气体节流阀中，与合成气混合；将氧化后的载氧体通过流动密封阀通入混合室中。作为优选例，所述的步骤20）中，向流动密封阀中通入空气，将载氧体彻底氧化为初始状态。作为优选例，所述燃料反应器采用快速流化床反应器方式运行，气速控制在1.2-1.7m/s，温度控制在750-1000℃；所述制氢反应器采用鼓泡流化床反应器方式运行，气速控制在0.2-0.5m/s，温度控制在750-950℃；所述流动密封阀中的颗粒循环量采用压差控制，压差控制在6000-10000Pa；所述的快速流化床反应器和鼓泡流化床反应器采用的载氧体为赤铁矿石，赤铁矿石主要成分为氧化铁Fe2O3，粒径范围在100-300μm之间。有益效果：本专利技术的方法和装置具有以下特色及优点：1.本专利技术实施例的装置采用燃料反应器和制氢反应器组成双流化床反应器系统，将气化过程与制氢过程结合，连续产生富含氢气的合成气。整个装置结构紧凑，燃料种类适应性强，工艺成本低。本实施例的方法利用褐煤与生物质自身含有水分可作为气化因子的燃料特性，在燃料反应器中进行气化反应制备合成气并还原载氧体床料，在制氢反应器中依靠被还原的载氧体与水蒸汽反应制备氢气，而后利用气体调节器将两个反应器出口的气体混合并调配制取富含不同比例氢气的合成气。同时，利用燃料自身水分与载氧体中的晶格氧作为气化因子，将气化过程与还原载氧体床料相结合，也降低了反应系统的能耗。该装置和方法可连续反应制备高品质合成气。2.载氧体床料可不断循环利用。本专利技术实施例中，载氧体床料在燃料反应器中被还原，而后随风进入第一旋风分离器并分离进入制氢反应器，重新被部分氧化。氧化后的载氧体落入流动密封阀，与通入的少量空气反应完全氧化，变为初始状态，同时，进入燃料反应器，实现循环利用。3.普通气化过程的氢气相对含量较低（15%至25%）。为提高合成气中的氢气组分，本专利技术实施例利用气体流量阀调配出富含不同比例氢气的合成气，经1kWth小型双流化床系统运行实践，氢气含量在（35%至53%）之间，适应后续工业生产的需求。4.环保性能佳。本专利技术实施例利用赤铁矿石作为载氧体，在载氧体得失晶格氧的过程中，铁氧化物对气化产生的大分子焦油有热裂解作用，促进焦油转化为小分子气体（CO、CO2、CH4等），因此无需外加设备的情况下即可实现焦油的一次脱除。5.制氢反应器中采用被还原的载氧体与水蒸汽制备氢气的技术，由于载氧体被深度还原，可实现高效制备高纯度氢气。与传统的甲烷重整制氢方法相比，本专利技术实施例克服了氢气分离设备复杂的缺点，工艺成本低。6.采用赤铁矿石作为床料，耐磨性好，机械强度高，能在几乎无损耗的情况下长时间连续运行，适应规模化工业生产，并有效地解决了成本与环境问题。附图说明图1是本专利技术实施例装置的结构示意图。图中有：固体进料器I、燃料反应器II、制氢反应器III、流动密封阀IV、V气体流量阀、料仓1、调速电机2、快速电机3、第一排渣口4、混合室5、提升管6、第一旋风分离器7、载氧体补充口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置，其特征在于，该装置包括：固体进料器（I）、燃料反应器（II）、制氢反应器（III）、流动密封阀（IV）和气体调节器（V）；固体进料器（I）的出料口和燃料反应器（II）的下部第一入口连接，燃料反应器（II）的上部第一出口与气体调节器（V）的合成气入口连接，燃料反应器（II）的上部第二出口与制氢反应器（III）的上部入口连接，制氢反应器（III）的下部第一出口通过流动密封阀（IV）与燃料反应器（II）的下部第二入口连接，制氢反应器（III）的上部第二出口与气体调节器（V）的氢气入口连接。

【技术特征摘要】
1.一种以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置，其特征在于，该装置包括：固体进料器(I)、燃料反应器(II)、制氢反应器(III)、流动密封阀(IV)和气体调节器(V)；固体进料器(I)的出料口和燃料反应器(II)的下部第一入口连接，燃料反应器(II)的上部第一出口与气体调节器(V)的合成气入口连接，燃料反应器(II)的上部第二出口与制氢反应器(III)的上部入口连接，制氢反应器(III)的下部第一出口通过流动密封阀(IV)与燃料反应器(II)的下部第二入口连接，制氢反应器(III)的上部第二出口与气体调节器(V)的氢气入口连接；所述的固体进料器(I)包括料仓(1)、调速电机(2)和快速电机(3)；料仓(1)下部连接调速电机(2)，调速电机(2)的螺旋转轴尾部向下连接快速电机(3)；所述的燃料反应器(II)包括混合室(5)、提升管(6)和第一旋风分离器(7)，所述混合室(5)的下部设置第一排渣口(4)，混合室(5)底部设有惰性气体入口；混合室(5)的顶端通过提升管(6)与第一旋风分离器(7)连接，混合室(5)的下部第一入口与快速电机(3)螺旋转轴尾部垂直连接。2.根据权利要求1所述的以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置，其特征在于，所述的混合室(5)竖直设置，提升管(6)的顶端通过横向设置的管道与第一旋风分离器(7)连接。3.根据权利要求1或2所述的以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置，其特征在于，所述的制氢反应器(III)包括反应室(9)和第二旋风分离器(11)；所述反应室(9)上部设置载氧体补充口(8)，反应室(9)下部设置第二排渣口(10)；反应室(9)的顶部和第一旋风分离器(7)的下部固体出口连通，反应室(9)的下部和第二旋风分离器(11)的下部入口连通，第二旋风分离器(11)的固体出口与反应室(9)内腔连通。4.根据权利要求3所述的以褐煤和生物质为燃料制备富含氢气合成气的装置，其特征在于，所述的流动密封阀(IV)为通过压差控制循环量的U型阀(12)，U型阀(12)的入口与反应室(9)的下部第一出口连通，U型阀(12)的出口与混合室(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖睿，曾骥敏，张会岩，陈星，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32