一种基于化学链制氢的有机固废处理装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于能源与环保领域，具体涉及一种基于化学链制氢的有机固废处理装置及其使用方法。本发明专利技术装置包括热解反应器(3)和套管式化学链反应器(19)，所述套管式化学链反应器(19)包括内腔体、环形包裹内腔体的外腔体、合成气输出装置(28)、氢气输出装置(29)、热解气进气装置(6)和水蒸气进气装置(7)，所述热解反应器(3)能够产生热解气，并通过所述热解气进气装置(6)向所述套管式化学链反应器(19)输送热解气。本发明专利技术通过设计化学链重整耦合制氢连续反应装置，可在一个流程中实现了化学链重整以及化学链制氢技术，能实现合成气与高浓度氢气的同时制备，且氢气无需复杂的气体分离提纯系统，成本低，操作简单。

【技术实现步骤摘要】
一种基于化学链制氢的有机固废处理装置及其使用方法
本专利技术属于能源与环保领域，具体涉及一种基于化学链制氢的有机固废处理装置及其使用方法。
技术介绍
氢是一种能量密度高的理想清洁能源，发展氢能经济能够减少温室气体和细颗粒物的排放。全球各国家地区纷纷将氢能源视为未来新能源的战略发展方向，积极构建氢能低碳社会。我国是世界最大的制氢国，工业氢气产量领跑全球，煤制氢是我国主要的制氢技术之一。但煤制氢技术存在设备结构复杂、运转周期相对低、脱硫投资高、配套装置多、碳排放严重、制氢成本过高等缺点。因此，开发新型的制氢技术对我国发展氢能经济具有重大意义。近年来，基于化学链燃烧技术原理，研究人员开发了一系列制氢技术，如化学链重整、化学链制氢技术。化学链重整技术是利用氧载体(MexOy)中的晶格氧将燃料部分氧化，通过控制氧载体与燃料的比例来调控H2和CO的比例。化学链重整目标产物是合成气，但仍需要进一步转换、分离才能获得高浓度氢气。而在化学链制氢技术中，晶格氧与燃料完全燃烧产生CO2和H2O，还原后氧载体在水蒸汽反应器中与水反应制取H2，最终通过冷凝即可制备高纯氢，同时还能捕捕获CO2。CN104194834A公开了一种生物质热解及利用生物质热解气制氢的装置，该装置主要包括生物质热解气化装置和化学链制氢反应装置，化学链制氢反应装置设置有多个不同截面直径的区段，用于调节气体流通速度，从而控制反应的速率和完全性。将生物质热解生成生物质热解气的生物质热解气化装置、利用所述生物质热解气化装置中生成的生物质热解气和水蒸气交替与氧载体发生氧化还原反应制备氢气的化学链制氢反应装置；所述生物质热解气化装置与化学链制氢反应装置通过热解气输送管相连通；所述化学链制氢反应装置包括第一区段、第二区段和第三区段，第二区段置于第一区段与第三区段之间，第一区段与第三区段的截面直径均大于第二区段；所述第一区段为热解气布送区段，所述第一区段设有反应气体入口，生物质热解气化装置通过热解气输送管连通所述反应气体入口；所述第二区段为氧化还原反应发生区段，氧载体设于所述第二区段内；所述第三区段为气流缓冲区段，设有气体输出口。该技术方案化学链制氢反应装置主要利用具有尖晶石结构的NiFe2O4氧载体与生物质热解气、水蒸气交替反应，装置较为繁琐，氧载体利用率不高，不能在制氢的同时制备合成气，还存在改进空间。将化学链重整以及化学链制氢技术相结合，可在一个流程中实现了高浓度氢气与合成气的共制备，也即是化学链共制氢与合成气工艺，极大的提高了能源利用效率，并能得到较为纯净的合成气与高浓度氢气，极具发展潜力。这不仅有助于开发新型制氢工艺、缓解化石能源危机、还能为我国有机固废资源化利用提供思路。
技术实现思路
针对现有技术的改进需求，本专利技术提供了一种基于化学链制氢的有机固废处理装置，通过设计化学链制氢耦合连续反应装置，可在一个流程中实现了化学链重整以及化学链制氢技术，能实现合成气与高浓度氢气的同时制备，且氢气无需复杂的气体分离提纯系统，具有广阔的应用前景。本专利技术的详细技术方案如下所述。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，包括热解反应器和套管式化学链反应器，所述套管式化学链反应器包括内腔体、环形包裹内腔体的外腔体，所述热解反应器能够产生热解气，并通过所述热解气进气装置向所述内腔体和所述外腔体输入热解气，所述内腔体和所述外腔体通过水蒸气进气装置输入水蒸气，所述内腔体和所述外腔体生成的合成气通过合成气输出装置输出，所述内腔体和所述外腔体生成的氢气通过氢气输出装置输出，所述外反应室内部装载有外室氧载体，所述内反应室装载有内室氧载体，所述外室氧载体和所述内室氧载体能够通过可逆化学反应相互转化。作为优选，所述外室氧载体为还原态氧载体，所述还原态氧载体被水蒸气氧化后变为氧化态氧载体；或者，所述外室氧载体为氧化态氧载体，所述氧化态氧载体被热解气还原后变为还原态氧载体。作为优选，所述内腔体由内腔分隔板水平隔开形成内布气室和内反应室，所述外腔体由外腔分隔板水平隔开形成外布气室和外反应室；所述合成气输出装置为三通管，包括与所述外反应室连通的第一合成气出气支管、与所述内反应室连通的第二合成气出气支管和合成气输出管；所述氢气输出装置为三通管，包括与所述外反应室连通的第一氢气出气支管、与所述内反应室连通的第二氢气出气支管和氢气输出管；所述热解气进气装置为三通管，包括与所述外布气室连通的第一热解气进气支管、与所述内布气室连通的第二热解气进气支管和热解气进气管；所述水蒸气进气装置为三通管，包括与所述外布气室连通的第一水蒸气进气支管、与所述内布气室连通的第二水蒸气进气支管和水蒸气进气管；所述第一热解气进气支管、所述第二热解气进气支管、所述第二水蒸气进气支管、所述第一水蒸气进气支管、所述第一合成气出气支管、所述第二合成气出气支管、所述第二氢气出气支管、所述第一氢气出气支管均设置有阀门。作为优选，所述外室氧载体为还原态氧载体，所述还原态氧载体被水蒸气氧化后变为所述氧化态氧载体。作为优选，所述外室氧载体为氧化态氧载体，所述氧化态氧载体被热解气还原后变为所述还原态氧载体。作为优选，所述氧化态氧载体的活性成分为四氧化三铁(Fe3O4)、钙铁石(Ca2Fe2O5)中的一种，优选的，所述氧化态氧载体中还复合了活性组分和惰性组分，所述活性组分、惰性组分为Al2O3、ZrO2、NiO、CeO2中的一种或多种，所述氧化态氧载体的粒径为100-300μm。氧化态氧载体为Fe3O4时，反应如下。Fe3O4(氧化态)+热解气＝Fe(还原态)+CO+H2+CO2+CH4+……；Fe(还原态)+H2O＝Fe3O4(氧化态)+H2；氧化态氧载体为Ca2Fe2O5时，反应如下。Ca2Fe2O5(氧化态)+CO＝Fe(还原态)+CaO+CO+H2+CO2+CH4+……；Fe(还原态)+CaO+H2O＝Ca2Fe2O5(氧化态)。所述“……”表示还存在的极少的含碳气体。加入活性组分或惰性组分后能够改善氧载体的性能，提高铁基氧载体的活性及催化性能，获得更多的合成气及氢气。作为优选，所述内反应室的横截面面积与所述外反应室的横截面面积比为1:1，所述外腔分隔板为环形多孔分隔板，所述内腔分隔板为圆形多孔分隔板，所述环形多孔分隔板和圆形多孔分隔板的孔道直径为50-100μm，孔道总面积占表面积的50-70％。作为优选，所述热解反应器沿有机固废的进料方向依次设置有进料料斗、进料绞龙、热解炭收集料斗，所述热解反应器通过热解气输出通道与所述热解气进气管连通。作为优选，所述热解反应器的热解温度为500-700℃，所述套管式化学链反应器的反应温度为800-1000℃，所述热解反应器内部、所述内反应室和外反应室均设置有加热装置。作为优选，所述套管式化学链反应器设置有密封底板，所述热解气进气装置和所述水蒸气进气装置插入所述密封底板进行固定，所述外腔体和所述外腔体通过隔板隔开，所述内反应室设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于化学链制氢的有机固废处理装置，其特征在于，包括热解反应器(3)和套管式化学链反应器(19)，所述套管式化学链反应器(19)包括内腔体、环形包裹内腔体的外腔体，所述热解反应器(3)能够产生热解气，并通过所述热解气进气装置(6)向所述内腔体和所述外腔体输入热解气，所述内腔体和所述外腔体通过水蒸气进气装置(7)输入水蒸气，所述内腔体和所述外腔体生成的合成气通过合成气输出装置(28)输出，所述内腔体和所述外腔体生成的氢气通过氢气输出装置(29)输出，所述外反应室(17)内部装载有外室氧载体，所述内反应室(18)装载有内室氧载体，所述外室氧载体和所述内室氧载体能够通过可逆化学反应相互转化。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于化学链制氢的有机固废处理装置，其特征在于，包括热解反应器(3)和套管式化学链反应器(19)，所述套管式化学链反应器(19)包括内腔体、环形包裹内腔体的外腔体，所述热解反应器(3)能够产生热解气，并通过所述热解气进气装置(6)向所述内腔体和所述外腔体输入热解气，所述内腔体和所述外腔体通过水蒸气进气装置(7)输入水蒸气，所述内腔体和所述外腔体生成的合成气通过合成气输出装置(28)输出，所述内腔体和所述外腔体生成的氢气通过氢气输出装置(29)输出，所述外反应室(17)内部装载有外室氧载体，所述内反应室(18)装载有内室氧载体，所述外室氧载体和所述内室氧载体能够通过可逆化学反应相互转化。


2.根据权利要求1所述的有机固废处理装置，其特征在于，所述外室氧载体为还原态氧载体，所述还原态氧载体被水蒸气氧化后变为氧化态氧载体；
或者，所述外室氧载体为氧化态氧载体，所述氧化态氧载体被热解气还原后变为还原态氧载体。


3.根据权利要求1或2所述的有机固废处理装置，其特征在于，所述内腔体由内腔分隔板(16)水平隔开形成内布气室(14)和内反应室(18)，所述外腔体由外腔分隔板(15)水平隔开形成外布气室(13)和外反应室(17)；
所述合成气输出装置(28)为三通管，包括与所述外反应室(17)连通的第一合成气出气支管(23)、与所述内反应室(18)连通的第二合成气出气支管(24)和合成气输出管；
所述氢气输出装置(29)为三通管，包括与所述外反应室(17)连通的第一氢气出气支管(26)、与所述内反应室(18)连通的第二氢气出气支管(25)和氢气输出管；
所述热解气进气装置(6)为三通管，包括与所述外布气室(13)连通的第一热解气进气支管(8)、与所述内布气室(14)连通的第二热解气进气支管(9)和热解气进气管；
所述水蒸气进气装置(7)为三通管，包括与所述外布气室(13)连通的第一水蒸气进气支管(11)、与所述内布气室(14)连通的第二水蒸气进气支管(10)和水蒸气进气管；
所述第一热解气进气支管(8)、所述第二热解气进气支管(9)、所述第二水蒸气进气支管(10)、所述第一水蒸气进气支管(11)、所述第一合成气出气支管(23)、所述第二合成气出气支管(24)、所述第二氢气出气支管(25)、所述第一氢气出气支管(26)均设置有阀门。


4.根据权利要求2或3所述的有机固废处理装置，其特征在于，所述氧化态氧载体的活性成分为四氧化三铁(Fe3O4)、钙铁石(Ca2Fe2O5)中的一种，优选的，所述氧化态氧载体中还复合了惰性组分，所述惰性组分为Al2O3、ZrO2、CeO2中的一种或多种，所述氧化态氧载体的粒径为100-300μm。


5.根据权利要求4所述的有机固废处理装置，其特征在于，所述内反应室(18)的横截面面积与所述外反应室(17)的横截面面积比为1:1，所述外腔分隔板(14)为环形多孔分隔板，所述内腔分隔板(16)为圆形多孔分隔板，所述环形多孔分隔板和圆形多孔分隔板的孔道直径为50-100μm，孔道总面积占表面积的50-70％。


6.根据权利要求1所述的有机固废处理装置，其特征在于，所述热解反应器(3)沿有机固废的进料方向依次设置有进料料斗(1)、进料绞龙(2)、热解炭收集料斗(4)，所述热解反应器(3)通过热解气输出通道(5)与所述热解气进气管连通。


7.根据权利要求6所述的有机固废处理装置，其特征在于，所述热解反应器(3)的热解温度为500-70...

【专利技术属性】
技术研发人员：王训，许婷婷，肖波，蒋聪，贾永胜，付根深，刘石明，胡智泉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42