本发明专利技术公开了利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置及方法，装置包括：垃圾品质控制单元，能够对生活垃圾进行包括干化处理在内的预处理并得到含水率低于40wt％的预处理生活垃圾；等离子体气化单元，能够以富氧空气或氧气与水蒸气作为气化剂对预处理生活垃圾进行等离子体气化处理并得到粗合成气；合成气净化单元，能够对粗合成气中进行净化处理后分离得到高纯氢气。方法则采用了上述装置。本发明专利技术原料适应性好、能源回收利用率高，“临避效应”低且焦油含量低，本发明专利技术在垃圾处理的过程中烟气量低并且不会产生二恶英、飞灰等易对环境造成二次污染的有毒、有害物质，处理垃圾的同时生产附加值高的高纯氢气，能显著提高垃圾处理项目的收益率。
【技术实现步骤摘要】
利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置及方法
本专利技术涉及环保的
，更具体地讲，涉及一种利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置及方法。
技术介绍
氢是最洁净的燃料，也是重要的化工合成原料。氢气燃烧性能良好，且安全无毒。氢气空气混合时可燃范围大，具有良好的燃烧性能，而且燃烧速度快。氢气燃烧时主要生成水和少量氨气，不会产生诸如一氧化碳、碳氢化合物等，与其他燃料相比更清洁。同时氢气导热性能、发热量高。氢气的导热系数高出一般气体导热系数的10倍左右，是良好的传热载体。氢的能量密度是汽油的3倍，比化石燃料、化工燃料和生物燃料的能量密度都高。氢气既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池直接产生电能，为燃料电池车、分布式发电设施提供动力，或转换成固态氢用作结构材料。但是氢气不是一次能源，以往需要通过石化、化工行业一次能源通过转换才能生产出来。目前制取氢气(不包括工业废气中回收氢气)的主要方法有天然气(含石脑油、重油、炼厂气和焦炉气等)蒸汽转化制氢、煤(含焦炭和石油焦等)转化制氢、甲醇或氨裂解制氢和水电解制氢4种方法。生活垃圾是现代社会人类生产、生活过程中产生的废弃物，具有资源和废物的双重属性。对生活垃圾进行无害化、资源化处理也是城镇生态环境保护的重要内容。与矿山资源类似，生活垃圾原料成分相对稳定，并可持续集中供应。但与煤炭相比，生活垃圾含硫量低、含氢量高，是比煤更容易气化的制氢资源。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供了一种利用等离子体气化生活垃圾来生产高附加值的高纯氢气以用于燃料电池等高值项目中的装置及方法。为此，本专利技术的一方面提供了一种利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置，包括：垃圾品质控制单元，所述垃圾品质控制单元能够对生活垃圾进行包括干化处理在内的预处理并得到含水率低于40wt％的预处理生活垃圾；等离子体气化单元，所述等离子体气化单元能够以富氧空气或氧气与水蒸气作为气化剂对所述预处理生活垃圾进行等离子体气化处理并得到粗合成气；合成气净化单元，所述合成气净化单元能够对所述粗合成气中进行净化处理后分离得到高纯氢气。进一步地，所述垃圾品质控制单元包括依次相连的干化子单元、分选子单元和破碎子单元，所述垃圾品质控制单元配置在微负压空间内且空间外立面配置有向所述垃圾品质控制单元供电的光伏发电子单元。进一步地，所述干化子单元包括用于干化处理的干化仓和向所述干化仓中输入热空气的鼓风组件，所述分选子单元包括用于分级的筛分组件和用于金属去除的金属分离组件，所述破碎子单元包括用于破碎的破碎组件并且能够破碎得到粒度＜50mm的预处理生活垃圾，其中，所述干化子单元设置在分选子单元的上游或下游。进一步地，所述热空气的热量来源于所述光伏发电子单元，所述干化仓排出的湿热废气经换热冷凝回收所得的冷凝气能够返回至所述干化仓与热空气混合。进一步地，所述等离子体气化单元包括气化剂供给子单元、进料子单元、燃料供给子单元、等离子体气化炉和冷却子单元，所述气化剂供给子单元包括水蒸气供给组件、富氧空气或氧气供给组件和混合组件，所述进料子单元包括斗式提升机、进料仓和螺旋给料机，所述等离子体气化炉为上吸式固定床反应器并且配置有位于炉体下部的至少两组等离子体炬、位于炉体上部的急冷室和位于炉体底部的排渣室，所述冷却子单元包括冷却塔、急冷水罐和冷却循环泵，其中，所述进料子单元与等离子体气化炉的进料口相连，所述气化剂供给子单元和燃料供给子单元与所述至少两组等离子体炬相连，所述冷却子单元与所述等离子体气化炉的急冷室和收渣室相连，所述等离子体炬还与用于实现冷却的水源连接。进一步地，所述合成气净化单元包括依次连接的除尘子单元、CO变换子单元、脱硫子单元和透氢膜纯化子单元，其中，所述除尘子单元包括旋风除尘组件和陶瓷或金属微孔过滤组件，所述除尘子单元的出口粉尘指标控制在1mg/Nm3以下。进一步地，所述CO变换子单元采用宽温耐硫变换工艺将粗合成气中的CO变换成为H2和CO2，其中，所述CO变换子单元的出口CO控制在150mg/Nm3以下；所述脱硫子单元采用干法脱硫至少脱除粗合成气中的H2S气体，其中，所述脱硫子单元的出口H2S控制在50ppm以下；所述透氢膜纯化子单元采用支撑型钯透氢膜纯化法或陶瓷透氢膜纯化法分离得到高纯氢气，其中，所得高纯氢气的纯度为99.97％以上。本专利技术的另一方面提供了一种利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的方法，包括以下步骤：A、对生活垃圾进行包括干化处理在内的预处理并得到含水率低于40wt％的预处理生活垃圾；B、以富氧空气或氧气与水蒸气作为气化剂对所述预处理生活垃圾进行等离子体气化处理并得到粗合成气；C、对所述粗合成气进行净化处理后分离得到高纯氢气。进一步地，在步骤A中，所述预处理包括干化处理、分选处理和破碎处理，所述干化处理的能量来源于太阳能，所述分选处理能够至少筛选去除金属，所述破碎处理能够得到粒度＜50mm的预处理生活垃圾；在步骤B中，在1000～1600的温度、0～1.5kpa的压力下对所述预处理生活垃圾进行等离子体气化处理得到高温粗合成气并将高温粗合成气进行急冷洗涤处理得到粗合成气，所述气化剂中水蒸汽与氧气的配比在0.5～10:1之间；在步骤C中，所述净化处理包括依次进行的除尘处理、CO变换处理、脱硫处理和透氢膜纯化处理，所得高纯氢气的纯度为99.97％以上且其中的粉尘含量在1mg/Nm3以下、CO含量在0.2ppm以下、以H2S计的总硫含量在4ppb以下。本专利技术的再一方面提供了利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的方法，采用了上述利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置。与常规的垃圾处理技术(焚烧、填埋)相比，使用本专利技术处理生活垃圾的具有如下优点：1)原料适应性好、能源回收利用率高。生活垃圾中一定的含水量不影响物料气化，反而能够帮助提高合成气中有效气的含量。与垃圾填埋技术相比，填埋气中的CH4、NH3、H2S等物质难以避免地排入大气不仅会导致严重的环境问题，还会造成巨大的能源浪费。2)“临避效应”低，焦油含量低。与大型的垃圾焚烧发电相比，本专利技术在垃圾处理的过程中烟气量低并且不会产生二恶英、飞灰等易对环境造成二次污染的有毒、有害物质。3)处理垃圾的同时生产附加值高且能够用于燃料电池的高纯氢气，能显著提高垃圾处理项目的收益率。附图说明图1示出了根据本专利技术示例性实施例利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置的结构示意图。图2示出了根据本专利技术示例性实施例利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置中等离子体气化单元的结构示意图。附图标记说明：10-垃圾品质控制单元、11-干化子单元、12-分选子单元、13-破碎子单元、20-等离子体气化单元、21-进料子单元、211-斗式提升机、212-进料仓、213-螺旋给料机、22-等离子体气化炉、221-等离子炬、23-气化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置，其特征在于，包括：/n垃圾品质控制单元，所述垃圾品质控制单元能够对生活垃圾进行包括干化处理在内的预处理并得到含水率低于40wt％的预处理生活垃圾；/n等离子体气化单元，所述等离子体气化单元能够以富氧空气或氧气与水蒸气作为气化剂对所述预处理生活垃圾进行等离子体气化处理并得到粗合成气；/n合成气净化单元，所述合成气净化单元能够对所述粗合成气中进行净化处理后分离得到高纯氢气。/n
【技术特征摘要】
1.一种利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置，其特征在于，包括：
垃圾品质控制单元，所述垃圾品质控制单元能够对生活垃圾进行包括干化处理在内的预处理并得到含水率低于40wt％的预处理生活垃圾；
等离子体气化单元，所述等离子体气化单元能够以富氧空气或氧气与水蒸气作为气化剂对所述预处理生活垃圾进行等离子体气化处理并得到粗合成气；
合成气净化单元，所述合成气净化单元能够对所述粗合成气中进行净化处理后分离得到高纯氢气。
2.根据权利要求1所述利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置，其特征在于，所述垃圾品质控制单元包括干化子单元、分选子单元和破碎子单元，所述垃圾品质控制单元配置在微负压空间内且空间外立面配置有向所述垃圾品质控制单元供电的光伏发电子单元。
3.根据权利要求2所述利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置，其特征在于，所述干化子单元包括用于干化处理的干化仓和向所述干化仓中输入热空气的鼓风组件，所述分选子单元包括用于分级的筛分组件和用于金属去除的金属分离组件，所述破碎子单元包括用于破碎的破碎组件并且能够破碎得到粒度＜50mm的预处理生活垃圾，其中，所述干化子单元设置在分选子单元的上游或下游。
4.根据权利要求3所述利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置，其特征在于，所述热空气的热量来源于所述光伏发电子单元，所述干化仓排出的湿热废气经换热冷凝回收所得的冷凝气能够返回至所述干化仓与热空气混合。
5.根据权利要求1所述利用等离子体气化生活垃圾制备高纯氢气的装置，其特征在于，所述等离子体气化单元包括气化剂供给子单元、进料子单元、燃料供给子单元、等离子体气化炉和冷却子单元，所述气化剂供给子单元包括水蒸气供给组件、富氧空气或氧气供给组件和混合组件，所述进料子单元包括斗式提升机、进料仓和螺旋给料机，所述等离子体气化炉为上吸式固定床反应器并且配置有位于炉体下部的至少两组等离子体炬、位于炉体上部的急冷室和位于炉体底部的排渣室，所述冷却子单元包括冷却塔、急冷水罐和冷却循环泵，其中，所述进料子单元与等离子体气化炉的进料口相连，所述气化剂供给子单元和燃料供给子单元与所述至少两组等离子体炬相连，所述冷却子单元与所述等离子体气化炉的急冷室和收渣室相连，所述等离子体炬还与用于实现冷却的水源连接。
【专利技术属性】
技术研发人员：张搏，张定海，胡洋，杨锦，程虎，毛宇，钟勇斌，杨娟，张文帅，郑国庆，
申请(专利权)人：东方电气集团东方锅炉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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