一种废弃生物质碳制氢的方法技术

本发明专利技术涉及一种废弃生物质碳制氢的方法，属于生物质制氢的技术领域。首先将木屑、竹屑等废弃材料,隔绝空气进行热裂解，裂解得到的气相产物和液相产物被分别进行利用，得到的固体产物碳为制氢原料，或用其他方法得到的生物质碳为原料。所述碳在气化炉内800‑1500的条件下与水蒸汽进行气化重整反应，将其全部转化为H

【技术实现步骤摘要】
一种废弃生物质碳制氢的方法
本专利技术涉及一种用生物质碳制氢的技术，属于生物质制氢的
具体涉及到一种以废弃生物质如木屑、竹屑等经热裂解分离气体产物和液体产物后生产的碳粉为原料进行制氢的工艺方法以及实现该方法装置。
技术介绍
氢气是最重要的工业原料和绿色燃料。在石化行业，80％左右的石油炼制需要用到以氢气为原料的加氢技术；在化工行业,化肥、甲醇、合成氨、尿素的生产需要使用的合成气；在电子、冶金行业使用的氢气；导弹、火箭发射用的高能量液体燃料氢气(同等质量的氢气热值是汽油热值的3倍)；以氢燃料电池为动力的新型汽车正在推广使用，合成天然气等行业被大规模开发应用。各行业对氢气的需要也越来越多。目前世界上90％左右的工业用氢是通过煤石油和天然气等不可再生的化石原料经过水蒸汽重整而制得的，不仅能耗高，并且需要处理大量的硫化物和氮化物等污染性尾气；水电解方法是目前另一种已经成熟的制氢工艺，虽然制氢效率较高，无污染，但存在耗电量大的缺陷。生物质是一种资源丰富、环境友好、可再生的廉价资源。生物质资源分布广、储量大。地球上每年生长的生物质总量约1400亿～1800亿吨，相当于目前世界总能耗的10倍。我国每年仅农作物秸秆和农产品谷壳等就有10亿多吨。生物质自身是氢的载体，其中包含的氢元素的重量组分约为6％，相当于每千克生物质可产生约0.672m3的气态氢，占生物质总能量的40％以上。与其他能源相比，生物质具有挥发分高、炭活性强、硫、氮含量低、灰分小、燃烧时对环境污染小等特点，被喻为绿色煤炭，可被无限的循环利用。我国70％的石油依靠进口，因此，无论从能源需求还是环境保护的角度，发展生物质制氢技术都具有积极和重要的意义。生物质制氢在国内外已进行了广泛的科学研究，中国科学院广州能源所以高温流化床为反应器，对生物质的空气-水蒸汽气化制取富氢气体的工艺进行了实验研究，最高的氢产率为71gH2/kg生物质，这是在反应温度为900℃的条件下获得的。(吕鹏梅等.生物质流化床气化制取富氢燃气的研究.太阳能学报，2003，24(6)：758-764).另外，由于生物质气化采用空气作为工作气体而导致尾气中包含较高浓度的N2，且尾气中也包含较高浓度的C0和CH4，导致提纯氢气过程复杂，成本高；生物质气化还存在煤焦油等副产物污染环境和生物质碳未被利用等问题。专利CN209957715U介绍一种《生物质热解气化制氢系统》，系统分为四个部分：首先，将生物质原料经过预热，由螺旋输送装置送入热解反应器进行热解；热解气再进入气化反应器进行气相燃烧，使热解气中的焦油得到充分裂解。最后高温裂解气进行余热利用。气化燃气中H2的体积分数仅为45％～65％。专利CN202558621U介绍《一种生物质制氢装置》，其特征是气化炉采用列管式反应器。基本过程是：将生物质原料如棉杆、麦杆、花生壳等经粉碎压缩成型后与少量的蒸汽混合进入气化炉，在气化炉的管程中快速加热到900～1100℃时，生物质原料在少量水蒸汽的环境下发生高温热裂解反应，生成大量的氢气、一氧化碳、二氧化碳，少量的甲烷、氮气、焦油、硫化物等组分，在气化炉中无需添加任何催化剂，属于直接热裂解；气化后的灰分包括大量的粉尘、钙盐、钾盐等固体物质储存在气化炉的底部，气体部分从气化炉侧面进入换热器换热至220～300℃，经过分离器进一步分离固体物质后与少量蒸汽混合后进入脱硫变换塔，在脱硫变换塔内主要是脱除少量的硫化物和将混合气体中的一氧化碳经过变换反应(CO+H2O＝CO2+H2)进一步提高氢气含量；变换后的气体经冷却脱水后，经压缩变压吸附得到氢气。少量的氢气、甲烷、二氧化碳等经解吸、逆放送气化炉壳程燃烧供热。专利CN101475143B介绍一种生物质制氢的方法，其特征在于，采用催化转化的方式，将水蒸汽通入到生物质裂解流化床，使生物质在生物质裂解流化床内进行快速热裂解；加入催化剂，同时将生物质裂解尾气(含水蒸汽、生物质裂解形成的有机物蒸汽和少量裂解气等)通过输入管道送入到有机物蒸汽重整流化床中，使有机物蒸汽进行水蒸汽的催化重整反应；其中，所述生物质裂解流化床内的指定温度是450-600℃，所述有机物蒸汽重整流化床内的指定温度是500-650℃，最后，将重整反应气进行分离、冷凝、净化、干燥等，得到纯氢气。该方法生物质转化为有机物蒸汽的转化效率为64.9％，产生的有机物蒸汽中碳/氢/氧的元素质量比为44.8/6.8/48.4。尚有35％左右的生物质碳未被转化利用。专利CN106881095A介绍了一种生物质裂解油制氢的方法，其基本过程是将生物质裂解油和水在复合金属氧化物催化剂存在下进行反应，得到氢气。在500℃的条件下，生物裂解油的转化率为81.3％，氢气产率为3.28g氢/(100g生物油)，得到的产物是以32.5vol％氢气、48.0vol％二氧化碳、17.5vol％一氧化碳和2.0vol％甲烷为主的含氢混合气体。专利CN106853372A介绍了一种生物油催化转化制氢气的方法，包括以下步骤：a)、生物油和水在镍基催化剂存在下进行反应，得到含氢混合气；b)、所述含氢混合气在铜锌催化剂存在下进行反应，得到氢气。在反应温度为300～650℃，生物油转化率可达95.9％，氢气产率可达12.9g/(100g生物油)，氢气制品中氢气的最高含量可达99.98vol％。从已公开的国内生物质制氢的专利表明，现有的生物质制氢的研究主要集中在：a/生物质热裂解制氢，存在的问题是裂解气氢纯度低，氢气转化率低，分离氢的过程复杂；b/生物裂解油制氢，存在资源利用率不高等问题；c/关于生物质碳制氢的专利文献未见报道。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用废弃生物质碳制氢的方法和装置。专利技术的目的之一是对废弃的生物质碳加以充分利用，具体涉及一种用木屑、竹屑等生物质资源经热裂解分离气相产物和液相产物后生产的碳粉的开发利用。本专利技术的目的之二是涉及一种用木屑、竹屑等生物质资源经热裂解分离气相产物和液相产物后生产的碳粉制氢提供一种经济有效的方法和装置。本专利技术提出的一种废弃生物质碳制氢的方法，包括如下步骤：原材料准备，原材料包括木屑废弃材料和竹屑废弃材料；将原材料木屑废弃材料和竹屑废弃材料放入热裂解炉隔绝空气进行热裂解，热裂解后得到固体产物、气相产物和液相产物，固体产物为生物质碳；将热裂解得到的生物质碳为原料进行制氢，将生物质碳放置在水蒸汽重整气化反应炉内，在800-1500℃的条件下与水蒸气进行气化重整反应，将生物质碳粉全部转化为H2，CO、CO2、CH4，反应后的高温气体，经过高温气体冷却换热设备、余热利用设备降温至小于300℃；通过脱硫变换设备进行脱硫变换反应，将其中的CO与H2O反应转化为H2和CO2；经过氢气提纯设备脱除二氧化碳和甲烷以及其他杂质，得到高品质的氢气；提纯氢气过程中产生的排放气可作为炉用燃料或者循环使用，副产品二氧化碳可提纯使用。进而实现将废弃生物质全部利用，并转化为高品质的产品。优选地，至少包括生物质热裂解装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废弃生物质碳制氢的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n原材料准备，原材料包括木屑废弃材料和竹屑废弃材料；/n将原材料木屑废弃材料和竹屑废弃材料放入热裂解炉隔绝空气进行热裂解，热裂解后得到固体产物、气相产物和液相产物，固体产物为生物质碳；/n将热裂解得到的生物质碳为原料进行制氢，将生物质碳放置在水蒸汽重整气化反应炉内，在800-1500℃的条件下与水蒸气进行气化重整反应，将生物质碳粉全部转化为H

【技术特征摘要】
1.一种废弃生物质碳制氢的方法，其特征在于：包括如下步骤：
原材料准备，原材料包括木屑废弃材料和竹屑废弃材料；
将原材料木屑废弃材料和竹屑废弃材料放入热裂解炉隔绝空气进行热裂解，热裂解后得到固体产物、气相产物和液相产物，固体产物为生物质碳；
将热裂解得到的生物质碳为原料进行制氢，将生物质碳放置在水蒸汽重整气化反应炉内，在800-1500℃的条件下与水蒸气进行气化重整反应，将生物质碳粉全部转化为H2，CO、CO2、CH4，反应后的高温气体，经过高温气体冷却换热设备、余热利用设备降温至小于300℃；
通过脱硫变换设备进行脱硫变换反应，将其中的CO与H2O反应转化为H2和CO2；
经过氢气提纯设备脱除二氧化碳和甲烷以及其他杂质，得到高品质的氢气。


2.根据权利要求1所述的一种废弃生物质碳制氢的方法，其特征在于：首先将木屑、竹屑废弃材料,除去杂质，粉碎至小于10mm,送至热裂解炉，隔绝空气在500-1000℃的条件下进行热裂解；
裂解排出的高温气体经冷却分离，得到在室温下为气相的产物和液相的产物，再分别进行利用，得到的室温下为固体的产物碳粉用作制氢原料。


3.根据权利要求1所述的一种废弃生物质碳制氢的方法，其特征在于：a/所述热裂解得到的碳作为制氢原料，首先要求将其粉碎至90％小于1mm,优选80％小于100μm的颗粒<...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋金文，倪建辉，
申请(专利权)人：宋金文，倪建辉，
类型：发明
国别省市：安徽;34