一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置及工艺制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置及工艺，所述工艺过程为：生物质颗粒和水蒸汽一并通入到盛有熔盐的反应器中，生物质在熔盐中热解反应得到初级燃气、焦油和未反应完全的焦炭，焦炭和水蒸汽在熔盐中反应生成初级合成气，反应生成的挥发分（初级燃气、焦油和初级合成气）以及过量的水蒸汽进入到吸收腔室内的吸收剂颗粒床层进行重整反应，重整反应后的产物进行冷凝除去水蒸汽，得到富氢合成气产品。本发明专利技术的装置对生物质原料的适应性较好，有效的将熔盐中生物质气化（液固相反应）和吸收剂催化重整（气固相反应）耦合于同一个反应器中，简化了实验装置，既结合了两个过程的优势，又极大提高了气化系统内的能量利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置及工艺
本专利技术涉及能源转化领域，具体涉及一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置及工艺。
技术介绍
能源短缺和环境污染已成为人类生存和发展所面临的重要问题。氢能是最清洁的能源之一。采用具有低污染、可再生、资源丰富、分布广泛等特点的生物质，通过气化制富氢合成气已经成为近年来能源领域研究的热点。在传统的生物质气化过程中，会产生大量焦炭、焦油及大分子烃类物质，不仅生物质的利用率低，而且造成了环境污染，因此需要探索更为有效的生物质气化技术。熔盐具有以下特点：①在接近1000℃的高温下熔盐的化学性能仍然比较稳定；②熔盐具有导热系数高、粘度低、挥发性低以及适宜的熔点等物理特性；③具有吸收挥发分气体并在其中分散的能力，使得传热和传质非常均匀和迅速；④具有催化化学反应以控制产物化学组成的可能性。专利ZL201610119442.7和ZL201310077003.4提出将熔盐用于生物质热解，而将熔盐用于生物质气化也是一个非常新颖的强化技术，可有效减少气化过程中焦油的产生，促进焦炭的转化，提高生物质的气化效率。但熔盐催化气化生物质产生的气体产物中氢气的含量和产率依然受限。如何进一步提高熔盐催化生物质气化制取氢气的选择性是生物质气化课题所亟待解决的问题之一。
技术实现思路
针对现有气化技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置及工艺，可大幅度提高生物质的气化效率和氢气的产量，同时有效提高了气化系统内的能量利用率。所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于包括水蒸汽发生装置、生物质进料装置、产品收集装置、外侧套接有电加热炉的反应器以及设置于反应器内部的吸收腔室，反应器通过顶部的反应器出口与产品收集装置由管路连接，所述吸收腔室内设置有吸收剂颗粒床层，吸收腔室将反应器分隔为上空腔和下空腔，吸收腔室上设置有气体孔道，下空腔内的气体可通过吸收腔室上的气体孔道和吸收剂颗粒床层进入上空腔内（即通过吸收腔室上的气体孔道，所述下空腔和上空腔之间气路相通），下空腔内部盛有熔盐，熔盐间隔设于吸收腔室的下方，所述水蒸汽发生装置的出气口和生物质进料装置的出料口均与下空腔的上部空间相连通。所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于所述产品收集装置包括冷凝器、过滤瓶、储液罐和集气袋，冷凝器进气口与反应器顶部的反应器出口由管路连接，冷凝器的液体出口和储液罐由管路连接，冷凝器的气体出口通过过滤瓶与集气袋由管路连接。所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于所述水蒸汽发生装置包括氮气钢瓶、水储罐、蠕动泵和汽化室，水储罐通过蠕动泵与汽化室的液体进口由管路连接，氮气钢瓶的出气口与汽化室的气体进口由管路连接，汽化室的气体出口与下空腔的上部空间相连通，汽化室内得到的水蒸汽被氮气钢瓶排出的氮气携带进入下空腔的上部空间内。所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于所述生物质进料装置包括顶端、底端均设置开口的进料筒，进料筒固定设置在反应器上，所述进料筒上自上而下间隔设置有第一球阀、第二球阀和进气管，进气管位于反应器的上方，进料筒上的进气管与水蒸汽发生装置的出气口连接；所述进料筒的下端依次穿过上空腔和吸收腔室，并伸入到下空腔的上部空间内，使得水蒸汽发生装置的出气口通过进料筒与下空腔的上部空间相连通。所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于反应器上还固定设置有热电偶，所述反应器顶部设置有第一热电偶插孔，吸收腔室上设置有第二热电偶插孔；热电偶下部测温端依次穿过第一热电偶插孔和第二热电偶插孔，并伸入到下空腔内的熔盐内部进行测温，热电偶上部接线端与温度显示仪进行连接。所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于所述吸收腔室为上部开口的空腔腔体结构，所述吸收腔室底面设置有所述第二热电偶插孔、用于穿插进料筒的进料筒插孔以及若干筛孔，吸收腔室底面的筛孔构成吸收腔室的气体孔道；吸收腔室内部填充有若干吸收剂颗粒堆积而成的吸收剂颗粒床层，所述吸收剂颗粒的粒径大于筛孔的孔径，以防吸收剂颗粒落入下空腔内。所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于所述吸收腔室包括上部开口的空腔腔室以及配合盖设在空腔腔室上的腔盖，空腔腔室内部固定设置有一块竖直的筛板，筛板上设置有若干筛板通气孔，所述筛板靠近于空腔腔室的侧壁且筛板顶部与腔盖下表面贴合，筛板将空腔腔室分隔为一大一小两个分腔室，较小的第一分腔室底面设置有弓形进气孔，较大的第二分腔室和腔盖的对应位置上均设置有第二热电偶插孔和进料筒插孔，所述第二分腔室内部填充有若干吸收剂颗粒堆积而成的吸收剂颗粒床层，所述吸收剂颗粒的粒径大于筛板通气孔的孔径，所述腔盖远离第一分腔室的一端设置有弓形腔室出气孔，第一分腔室底面的弓形进气孔、筛板上的筛板通气孔以及腔盖上的弓形腔室出气孔构成吸收腔室的气体孔道。所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的工艺，其特征在于生物质由造粒机进行造粒定型后，造粒定型得到的生物质颗粒和水蒸汽一并通入到盛有熔盐的反应器中，生物质颗粒在熔盐中热解反应得到初级燃气、焦油和未反应完全的焦炭，焦炭和水蒸汽在熔盐中反应生成初级合成气，反应生成的初级燃气、焦油、初级合成气以及过量的水蒸汽进入到吸收腔室内的吸收剂颗粒床层进行重整反应，重整反应后的产物进行冷凝除去水蒸汽，得到富氢合成气产品。所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的工艺，其特征在于所述生物质为木屑、秸秆、玉米芯、果壳、稻草中的至少一种，造粒定型得到的生物质颗粒的形状为片状、球状或柱状；所述熔盐为碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的共熔体，所述碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾的质量比为30~34:31~35:32~38，优选为32:33:35；所述吸收剂颗粒为球形的氧化钙、白云石和橄榄石中的至少一种。吸收剂和熔盐在一定周期内均可循环使用。所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的工艺，其特征在于热解反应的温度为700～800℃，重整反应的温度为700～800℃。本专利技术的有益效果是：其一,所用的原料为废弃的农林生物质，成本低廉，实现了生物质资源的充分利用；其二，采用熔融碳酸盐作为生物质气化的传热介质和催化剂，可有效有降低焦油和焦炭的产率，提高生物质的气化效率和氢气的产量；其三，采用吸收剂强化水变换反应，从而大幅度提高了气化所得氢气的产量。其四，本专利技术的装置对生物质原料的适应性较好，有效的将熔盐中生物质气化（液固相反应）和吸收剂催化重整（气固相反应）耦合于同一个反应器中，简化了实验装置，既结合了两个过程的优势，又极大提高了气化系统内的能量利用率。附图说明图1为本专利技术吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置的结构示意图；图2为本专利技术的反应器的结构示意图之一；图3为图2中反应器内部的吸收腔室的俯视图；图4为本专利技术的反应器的结构示意图之二；图5为图4中反应器内部的吸收腔室的结构示意图；图6为筛板的结构示意图；图中：1-反应器，101-反应器出口，102-上空腔，103-下空腔，104-热电偶，105-第一热电偶插孔，2-吸收腔室，21-空腔腔室，21a-筛板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于包括水蒸汽发生装置、生物质进料装置、产品收集装置、外侧套接有电加热炉的反应器（1）以及设置于反应器（1）内部的吸收腔室（2），反应器（1）通过顶部的反应器出口（101）与产品收集装置由管路连接，所述吸收腔室（2）内设置有吸收剂颗粒床层（13），吸收腔室（2）将反应器（1）分隔为上空腔（102）和下空腔（103），吸收腔室（2）上设置有气体孔道，下空腔（103）内的气体可通过吸收腔室（2）上的气体孔道和吸收剂颗粒床层进入上空腔（102）内，下空腔（103）内部盛有熔盐（3），熔盐（3）间隔设于吸收腔室（2）的下方，所述水蒸汽发生装置的出气口和生物质进料装置的出料口均与下空腔（103）的上部空间相连通。

【技术特征摘要】
1.一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于包括水蒸汽发生装置、生物质进料装置、产品收集装置、外侧套接有电加热炉的反应器（1）以及设置于反应器（1）内部的吸收腔室（2），反应器（1）通过顶部的反应器出口（101）与产品收集装置由管路连接，所述吸收腔室（2）内设置有吸收剂颗粒床层（13），吸收腔室（2）将反应器（1）分隔为上空腔（102）和下空腔（103），吸收腔室（2）上设置有气体孔道，下空腔（103）内的气体可通过吸收腔室（2）上的气体孔道和吸收剂颗粒床层进入上空腔（102）内，下空腔（103）内部盛有熔盐（3），熔盐（3）间隔设于吸收腔室（2）的下方，所述水蒸汽发生装置的出气口和生物质进料装置的出料口均与下空腔（103）的上部空间相连通。2.根据权利要求1所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于所述产品收集装置包括冷凝器（6）、过滤瓶（7）、储液罐（8）和集气袋（9），冷凝器（6）进气口与反应器（1）顶部的反应器出口（101）由管路连接，冷凝器（6）的液体出口和储液罐（8）由管路连接，冷凝器（6）的气体出口通过过滤瓶（7）与集气袋（9）由管路连接。3.根据权利要求1所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于所述水蒸汽发生装置包括氮气钢瓶（10）、水储罐（11）、蠕动泵（12）和汽化室（4），水储罐（11）通过蠕动泵（12）与汽化室（4）的液体进口由管路连接，氮气钢瓶（10）的出气口与汽化室（4）的气体进口由管路连接，汽化室（4）的气体出口与下空腔（103）的上部空间相连通，汽化室（4）内得到的水蒸汽被氮气钢瓶（10）排出的氮气携带进入下空腔（103）的上部空间内。4.根据权利要求1所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于所述生物质进料装置包括顶端、底端均设置开口的进料筒（5），进料筒（5）固定设置在反应器（1）上，所述进料筒（5）上自上而下间隔设置有第一球阀（501）、第二球阀（502）和进气管（503），进气管（503）位于反应器（1）的上方，进料筒（5）上的进气管（503）与水蒸汽发生装置的出气口连接；所述进料筒（5）的下端依次穿过上空腔（102）和吸收腔室（2），并伸入到下空腔（103）的上部空间内，使得水蒸汽发生装置的出气口通过进料筒（5）与下空腔（103）的上部空间相连通。5.根据权利要求4所述的一种吸收强化熔盐中生物质气化制富氢合成气的装置，其特征在于反应器（1）上还固定设置有热电偶（104），所述反应器（1）顶部设置有第一热电偶插孔（105），吸收腔室（2）上设置有第二热电偶插孔（201）；热电偶（104）下部测温端依次穿过第一热电偶插孔（105）和第二热电偶插孔（201），并伸入到下空腔（103）内的熔盐内部进行测温，热电偶（...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬登祥，金科，计建炳，韦一，解庆龙，聂勇，陈益飞，谢家乐，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33