一种水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法和系统，制方法包括：步骤10)在冷态下向石英反应器中加入载氧体，并向石英反应器中持续通入氮气；步骤20)加热石英反应器，使石英反应器的温度达到并维持在预设温度；步骤30)向石英反应器中加入水生植物，水生植物与载氧体混合进行生物质气化，产生生物质合成气；步骤40)将生物质合成气依次经过去焦油、水洗和干燥后，得到高氢合成气。本发明专利技术的水生植物微波化学链制备高氢合成气方法和系统，以克服常规生物质化学链气化系统中需要额外蒸汽反应器和蒸汽发生装置，以及传统加热方式易导致受热不均的问题。式易导致受热不均的问题。式易导致受热不均的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法和系统


[0001]本专利技术属于气化燃烧领域中的制合成气方法，尤其涉及一种水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法和系统。

技术介绍

[0002]化石燃料在满足人类能源需求的同时，其加工利用过程中产生的“副产物”也已严重影响我们赖以生存的环境。近年来，随着化石能源消耗以及CO2等温室气体排放的日益增加，寻求一种清洁高效的可替代能源越来越受到人们关注。
[0003]氢气能量密度高，且燃烧产物为水，因此清洁无污染，是化石燃料的最佳替代品之一。当前，氢气生产的方式有水蒸气重整、电解水、煤气化；其中，甲烷水蒸气重整制氢SMR工艺成熟并且具备较高的经济竞争力，是大规模制氢气的主要方式。但SMR工艺水蒸气重整过程中需要燃烧大量甲烷为重整提供热量，温室气体CO2的排放仍然较高，而且后续氢气的净化也是一个高耗能的过程。因此，寻求一种高效、低能耗和低碳排放的制氢途径有着非常重要的意义。
[0004]化学链技术具有内分离CO2、低损失、低NOx排放的特点，已经得到广泛的关注。化学链燃烧(CLC)首次由Ritcher和Knoche提出，CLC过程中燃料不与氧气直接接触，一般使用金属氧化物作为氧载体，燃料与氧载体在燃料反应器中反应，实现燃料在无N2环境下燃烧，烟气经冷凝脱水后可得到高纯度CO2，CLC可以用于近零排放的燃烧，并实现低成本CO2捕集。化学链技术在制氢中具有同样非常重要，应用化学链技术对制备高氢合成气具有重要的意义。迄今为止，对于生物质做燃料进行化学链制备高氢合成气的研究尚处于探索阶段，存在诸多难题，其中主要包括以下几个方面：
[0005](a)传统的化学链气化技术需要额外的蒸汽反应器，同时还需要与之配合的蒸汽发生器，整个系统较为复杂，投资和运行成本较高。
[0006](b)生物质气化反应需要在一定的温度条件下进行，对于加热温度控制要求较高。在传统加热过程中，热由试样表面传入内部，由于表面温度高于中心温度，因而会产生很大的温度梯度，限制了升温速度，可能导致亚微组织能的不均匀。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法和系统，以克服常规生物质化学链气化系统中需要额外蒸汽反应器和蒸汽发生装置，以及传统加热方式易导致受热不均的问题。
[0008]为解决上述技术问题，一方面，本专利技术实施例提供一种水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法，包括以下步骤：
[0009]步骤10)在冷态下向石英反应器中加入载氧体，并向石英反应器中持续通入氮气；
[0010]步骤20)加热石英反应器，使石英反应器的温度达到并维持在预设温度；
[0011]步骤30)向石英反应器中加入水生植物，水生植物与载氧体混合进行生物质气化，
产生生物质合成气；
[0012]步骤40)将生物质合成气依次经过去焦油、水洗和干燥后，得到高氢合成气。
[0013]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤20)中，采用微波加热的方式加热石英反应器。
[0014]作为本专利技术实施例的进一步改进，还包括：
[0015]步骤50)向石英反应器中通入氧气，将被还原的载氧体重新氧化。
[0016]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述预设温度为850
‑
950℃。
[0017]另一方面，本专利技术实施例还提供一种水生植物微波化学链气化制备高氢合成气系统，包括加热炉、石英反应器、用于加入水生植物的加料器、进气管、尾气处理装置和集气装置，所述石英反应器设置在加热炉内，所述加料器、进气管和尾气处理装置均与石英反应器连接，所述集气装置与尾气处理装置连接。
[0018]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述加热炉采用微波加热方式。
[0019]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述尾气处理装置包括依次通过气管连接的异丙醇洗气瓶、水洗气瓶和干燥硅胶洗气瓶，所述异丙醇洗气瓶与石英反应器连接，所述干燥硅胶洗气瓶与集气装置连接。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
[0021]本专利技术实施例提供的水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法和系统，采用水生植物作为生物质原料，与载氧体在预设温度下进行生物质气化，生成含氢气的合成气。本专利技术实施例方法和系统直接利用水生植物中含有的大量水分，相比于传统的利用化学链制合成气，省去外部蒸汽发生装置以及再将水蒸气通入反应装置的过程，使得合成过程和合成系统结构简单，并且提高了合成气中的氢气含量。本专利技术实施例方法和系统充分利用了水生植物并可以有效的解决水生植物难以处理的问题，对环境保护有较大益处。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例的水生植物微波化学链气化制备高氢合成气系统的结构示意图。
[0023]图中有：加料器1，进气管2，石英反应器3，热电偶4，控制面板5，加热炉6，出气管7，硅胶软管8，异丙醇洗气瓶9，水洗气瓶10，干燥硅胶洗气瓶11，集气装置12，水生植物A，载氧体B。
具体实施方式
[0024]下面对本专利技术的技术方案进行详细的说明。
[0025]本专利技术实施例提供一种水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法，包括以下步骤：
[0026]步骤10)在冷态下向石英反应器3中加入载氧体，并向石英反应器3中持续通入氮气，保证气化过程中保持惰性气氛。
[0027]步骤20)加热石英反应器3，使石英反应器3的温度达到并维持在预设温度。
[0028]步骤30)向石英反应器3中加入水生植物A，水生植物A与载氧体B混合进行生物质气化，产生生物质合成气。
[0029]步骤40)将生物质合成气依次经过去焦油、水洗和干燥后，得到高氢合成气。
[0030]上述实施例的水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法，采用水生植物作为生物质原料，与载氧体在预设温度下进行生物质气化，生成含氢气的合成气。本专利技术实施例方法直接利用水生植物中含有的大量水分，相比于传统的利用化学链制氢，省去外部蒸汽发生装置以及气化水再将水蒸气通入装置的过程，使得合成过程简单化，并且提高了合成气中的氢气含量。本专利技术实施例方法充分利用了水生植物并可以有效的解决水生植物难以处理的问题，对环境保护有较大益处。
[0031]优选的，载氧体选用贫铁矿。采用价格低廉、易获得且循环性能良好的贫铁矿作为载氧体，提升了系统的运行效率及H2制取率，节省了设备投资与运行成本。
[0032]优选的，步骤20)中，采用微波加热的方式加热石英反应器3。本专利技术实施例采用微波加热方式对石英反应器3进行加热，具有加热瞬时性、均匀性、节能性、选择性、加热控制性好以及非热效应的优点，结合选用微波吸收效果好的铁矿石作为载氧体，加热速度更快，能耗更少同时制氢效率更高。
[0033]优选的，本专利技术实施例方法还包括：
[0034]步骤50)向石英反应器3中通入氧气，将被还原的载氧体重新氧化。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤10)在冷态下向石英反应器(3)中加入载氧体，并向石英反应器(3)中持续通入氮气；步骤20)加热石英反应器(3)，使石英反应器(3)的温度达到并维持在预设温度；步骤30)向石英反应器(3)中加入水生植物，水生植物与载氧体混合进行生物质气化，产生生物质合成气；步骤40)将生物质合成气依次经过去焦油、水洗和干燥后，得到高氢合成气。2.根据权利要求1所述的水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法，其特征在于，所述步骤20)中，采用微波加热的方式加热石英反应器。3.根据权利要求1所述的水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法，其特征在于，还包括：步骤50)向石英反应器(3)中通入氧气，将被还原的载氧体重新氧化。4.根据权利要求1所述的水生植物微波化学链气化制备高氢合成气方法，其特征在于，所述预设温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓佳，陈德露，金保昇，沈德魁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：