一种生物质热解‑重整制氢方法技术

本发明专利技术公开了一种生物质热解‑重整制氢方法，包括以下步骤：(1)对生物质原料进行热解处理，并将热解处理所得的气相产物导出；(2)直接对热解处理所得的气相产物进行重整制氢处理；(3)将重整制氢处理所得的气相产物导出，纯化处理后，即得氢气产品。本发明专利技术的方法将传统的生物质热解技术与重整制氢工艺相结合，省去了生物油的生产和重新气化的过程，直接对生物质原料热解产生的气相产物进行重整制氢，这种工艺减少了以生物质热解产生的挥发份的处理工艺，从而降低了生物质利用的成本投入，达到了高效的制氢效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能源领域，具体地说涉及一种生物质热解-重整制氢方法。
技术介绍
随着环境问题和能源问题的日益严重，化石燃料资源在未来能源结构中扮演的角色日益发生改变。氢能，因其燃烧热值高、燃烧产物对环境无污染并且制氢产物来源广，被世界各国认为是一种理想的化石能源的替代品。传统的制氢方法主要有电解水或蒸汽重整或部分氧化化石燃料(天然气、石脑油和煤)。这些制氢方法会消耗大量的不可再生能源并产生大量的温室气体CO2，对环境问题均具有一定影响。为了进一步缓解环境和能源问题，一种新兴的制氢方法被提出来，即通过可再生生物质制氢。生物质是指一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的有机物质，包括除化石燃料外的植物、动物和微生物及其排泄与代谢物等。通过生物质制氢可实现CO2的零排放，并且生物质是一种稳定的再生资源，来源丰富。目前，利用生物质原料制氢的两种技术：一种是通过生物质原料直接进行蒸汽气化制氢(steamgasification)，另一种是催化重整生物质的热解油制氢(steamreformingofbio-oil)。但是这两种方法都具有一定的局限性，由于生物质原料的能量密度低，通过其直接制氢的效率很低。而重整生物质热解油制氢，需要先制得生物油，然后在对生物油进行重整制氢，增加了制氢工艺的复杂性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低、效率高的生物质热解-重整制氢方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种生物质热解-重整制氢方法，包括以下步骤：(1)对生物质原料进行热解处理，并将热解处理所得的气相产物导出；(2)直接对热解处理所得的气相产物进行重整制氢处理；(3)将重整制氢处理所得的气相产物导出，纯化处理后，即得氢气产品。本专利技术所述的生物质原料为木屑、秸秆、树叶或中药残渣等任何含有木质素、纤维素或半纤维素的生物质。进一步地，重整制氢处理在微波场中进行。这样利用微波场的独特温度效应，即微波可以对气态反应物分子及催化剂可能形成所谓“非热效应”，使气态反应物与催化剂相互作用，进而实现高效催化重整制氢的效果。进一步地，微波场中加入有微波吸收剂。微波吸收剂选自活性炭、碳化硅、石墨、生物焦中的一种或两种以上的任意比例的混合物。加入微波吸收剂，可以更加充分的吸收微波场的能量，提高微波场利用率，从而进一步提高反应效果。进一步地，重整制氢处理所使用的催化剂与微波吸收剂的质量比为0.2～1。重整制氢处理所使用的催化剂选用现有用于生物油催化重整制氢的催化剂，如镍基、铁剂和钴基等固体粉末催化剂，该催化剂的载体可选用氧化铝、氧化硅、沸石、矿物粘土等中的一种或几种。设计该催化剂与微波吸收剂的质量比为0.2～1可以在有效提高微波场利用率的条件下保证较佳的催化重整制氢效果，质量比小于0.2时，催化剂被稀释太过，催化活性位减少导致催化剂能力降低，质量比高于1时，微波吸收剂的吸收能力降低，导致对微波能量利用效率降低。进一步地，热解处理过程中通入有水蒸汽。水蒸汽可以使一些热解反应中间体发生蒸汽重整反应，从而提高氢气产率。进一步地，水蒸汽的气流量控制在0.1～0.3L/min。水蒸汽流量过高会导致设备一定程度的降温，增加能耗，并影响生物质的热解，过少又起不到蒸汽重整反应的效果，控制在以上范围能够综合以上两方面因素，效果最佳。具体实施时，热解处理过程还可以加入用于生物质热解的催化剂，该催化剂可选自分子筛、金属、金属氧化物和天然矿石中的一种或两种以上的任意比例的混合物。进一步地，所述生物质原料在进行热解处理之前经过预处理，预处理过程为首先将生物质原料粉碎成粒径为0.5～2.0mm的颗粒，然后将生物质原料烘干至含水量在3～6wt％。生物质原料粉碎成小颗粒可以方便进料、提高热解效率；而对生物质进行烘干脱水，可以降低因为生物质内含有的自由水在加热时会蒸发消耗的能量，而含水量过少对热解有一定的负面影响。进一步地，所述生物质原料为中药残渣。本专利技术还提供一种用于实现上述生物质热解-重整制氢方法的装置，包括热解反应器、气固分离器和微波反应器，所述热解反应器的出料口与气固分离器的进料口相连通，所述气固分离器的气体出料口与微波反应器的进料口相连通。进一步地，还包括用于提供载气的载气罐以及用于向热解反应器中通入水蒸汽的蒸汽发生器。本专利技术的有以下效果为：1.本专利技术的方法将传统的生物质热解技术与重整制氢工艺相结合，省去了生物油的生产和重新气化的过程，直接对生物质原料热解产生的气相产物进行重整制氢，这种工艺减少了以生物质热解产生的挥发份的处理工艺，从而降低了生物质利用的成本投入，达到了高效的制氢效率。2.本专利技术的方法可以直接对生物质进行处理、利用，以达到直接制取氢气的目的，有利于缓解传统制氢工艺对环境和能源的影响。3.本专利技术的装置可以有效、方便地实施本专利技术的生物质热解-重整制氢方法，保证方法的实施连续、可控、安全地进行。附图说明图1是本专利技术实现生物质热解-重整制氢方法的装置的结构示意图。附图中各部件的标记为：1蒸汽发生器、2螺旋进料器、3热解反应器、4气固分离器、5微波反应器、6二氧化碳吸收器、7冷凝器、8载气罐。具体实施方式为了方便对本专利技术的生物质热解-重整制氢方法进行理解，现首先结合附图对实现该方法的一种装置先进行说明。参见图1。该装置包括热解反应器3、气固分离器4、微波反应器5、螺旋进料器2、蒸汽发生器1、载气罐8、二氧化碳吸收器6和冷凝器7；热解反应器3，一般选用固定床或流化床，用于对生物质原料进行热解处理，热解反应器3的出料口与气固分离器4的进料口通过管道相连通；气固分离器4，一般选用高温旋风分离器，用于将热解处理所得的气相产物导出，也即将热解处理所得的气相产物和固相产物分开，固相产物主要是生物质半焦和灰份，直接由气固分离器4排出，气相产物主要是生物质热解产生的挥发份、小分子气体Ⅰ和焦油等，小分子气体Ⅰ主要包括载气、氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烷、乙烯和水蒸气，气固分离器4的气体出料口与微波反应器5的进料口通过管道相连通；微波反应器5，用于对热解处理所得的气相产物进行重整制氢处理，并提供微波场的反应环境，微波反应器5的出料口与二氧化碳吸收器6的进料口通过管道连通；二氧化碳吸收器6，一般选用钠石灰、钡石灰、钙石灰等碱性液体吸收剂，用于将重整制氢处理所得的气相产物中的二氧化碳去除，二氧化碳吸收器6的出料口与冷凝器7的进料口通过管道相连通，这样，气体再进入冷凝器7，经冷凝干燥后，即可获得高纯度的氢气产品；螺旋进料器2，安装在热解反应器3的进料口处，用于将生物质原料投入热解反应器3，并方便控制投入量；蒸汽发生器1，与热解反应器3相连通，用于向热解反应器3中通入水蒸汽；载气罐8，与热解反应器3相连通，用于使生物质热解-重整制氢方法在惰性载气条件下进行。惰性载气一般选用氮气和氦气。惰性载气可使整个反应过程处在一种流动的状态。当然，上面描述的只是实现本专利技术方法的其中一种装置结构，本专利技术的方法还可以采用其它合适的设备，只要能满足相应的功能即可。下面再结合几个应用实例对本专利技术生物质热解-重整制氢方法进行进一步描述：实施例1对小麦秸秆进行生物质热解-重整制氢，方法如下：(1)对生物质原料进行预处理，预处理过程为首先将生物质原料粉碎成粒径为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质热解‑重整制氢方法，包括以下步骤：(1)对生物质原料进行热解处理，并将热解处理所得的气相产物导出；(2)直接对热解处理所得的气相产物进行重整制氢处理；(3)将重整制氢处理所得的气相产物导出，纯化处理后，即得氢气产品。

【技术特征摘要】
1.一种生物质热解-重整制氢方法，包括以下步骤：(1)对生物质原料进行热解处理，并将热解处理所得的气相产物导出；(2)直接对热解处理所得的气相产物进行重整制氢处理；(3)将重整制氢处理所得的气相产物导出，纯化处理后，即得氢气产品。2.如权利要求1所述的生物质热解-重整制氢方法，其特征在于：重整制氢处理在微波场中进行。3.如权利要求2所述的生物质热解-重整制氢方法，其特征在于：微波场中加入有微波吸收剂。4.如权利要求3所述的生物质热解-重整制氢方法，其特征在于：重整制氢处理所使用的催化剂与微波吸收剂的质量比为0.2～1。5.如权利要求1或2所述的生物质热解-重整制氢方法，其特征在于：热解处理过程中通入有水蒸汽。6.如权利要求5所述的生物质热解-重整制氢方法，其特征在于：水蒸汽的气流量控制在0.1～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一双，陈明强，梁添，杨忠连，刘少敏，杨婕，赵阵，丁珊珊，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34