一种生物质气化-化学链制氢装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种生物质气化

【技术实现步骤摘要】
一种生物质气化
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化学链制氢装置及方法


[0001]本专利技术属于生物质制氢的
，具体涉及一种利用生物质气化气作为原料、采用化学链技术制取高纯氢气的装置及方法。

技术介绍

[0002]双碳背景下，利用生物质这一碳中性的可再生资源制取绿氢受到广泛关注。基于发酵的生物法制氢和基于重整的热化学法制氢，往往得到的都是CO2和H2的混合气，需要额外的CO2分离设备，导致系统结构复杂的同时，增加系统能量消耗。
[0003]化学链制氢是一种新型的制氢工艺，由于载氧体的还原与氧化反应分别在不同的反应器或不同的阶段进行，燃料和空气不直接接触，可以在制氢的同时实现CO2内分离，不需要额外的CO2分离措施。固定床化学链反应器结构简单，载氧体磨损小，最先被应用于化学链制氢工艺。但是传统的单塔固定床反应器需要依次进行载氧体还原、制氢和空气氧化三个反应步骤，导致系统制氢不连续，周期内氢气产能低；此外，由于三个反应过程吸放热的差异，反应气预热需要的能耗和尾气排放伴随的热量损失，造成系统能量效率较低。
[0004]尽管三固定床反应器及四固定床反应器的化学链制氢系统设计被提出，实现了化学链制氢过程的连续，但是系统结构也随之复杂，增加了控制难度，公布号为CN106190195A的中国专利申请文献，利用余热锅炉进行热量回收，仍存在热量效率低的问题。此外需要指出的是，化学链制氢过程中涉及的三个反应阶段在反应动力学方面存在显著的差异，其中载氧体还原过程反应速率较慢，而制氢反应和空气氧化反应迅速，所以化学链反应器的设计和运行控制应综合考虑三个反应阶段的特性，从而实现系统结构和运行控制的优化。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于如何解决现有的生物质化学链制氢系统结构复杂、系统运行控制难度大以及系统能量效率低的问题。
[0006]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0007]一种生物质气化
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化学链制氢装置，包括生物质气化单元、化学链制氢单元和热量交换单元；
[0008]所述生物质气化单元包括生物质喂料器和生物质气化炉；
[0009]所述化学链制氢单元包括第一固定床反应器和第二固定床反应器；
[0010]所述热量交换单元包括二氧化碳除水换热器、氢气除水换热器、空气预热换热器和储水箱；
[0011]所述生物质气化炉的出气口与第一固定床反应器的燃气进口、第二固定床反应器的燃气进口之间均通过燃气管路相连接；
[0012]所述空气预热换热器的进气口与第一固定床反应器的空气出口、第二固定床反应器的空气出口之间均通过贫氧空气管路相连接；所述空气预热换热器的出气口与第一固定床反应器的空气进口、第二固定床反应器的空气进口之间均通过新鲜空气管路相连接；
[0013]所述氢气除水换热器的进气口与第一固定床反应器的氢气/水蒸气混合气出口、第二固定床反应器的氢气/水蒸气混合气出口之间均通过氢气/水蒸气混合气管路相连接；所述氢气除水换热器的出气口与第一固定床反应器的水蒸气进口、第二固定床反应器的水蒸气进口之间均通过水蒸气管路相连接；
[0014]所述二氧化碳除水换热器的进气口与第一固定床反应器的二氧化碳/水蒸气混合气出口、第二固定床反应器的二氧化碳/水蒸气混合气出口之间均通过二氧化碳/水蒸气混合气管路相连接；
[0015]所述氢气除水换热器与储水箱之间通过第一给水管路相连接；所述二氧化碳除水换热器与储水箱之间通过第二给水管路相连接。
[0016]有益效果：本专利技术通过将生物质气化和化学链制氢相结合，采用双固定床反应器，通过切换反应气/尾气阀门实现生物质气化
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化学链制氢过程的连续，简化了生物质化学链制氢系统和降低系统运行控制难度；通过合理布局换热系统，将各反应阶段的尾气和反应气直接进行热量交换，提高了系统能量效率。
[0017]优选的，所述生物质气化炉为固定床、移动床或流化床反应器。
[0018]优选的，所述生物质气化炉温度为800
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1000℃。
[0019]优选的，所述第一固定床反应器和第二固定床反应器的温度均为800
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1000℃。
[0020]优选的，所述燃气管路、水蒸气管路、新鲜空气管路、二氧化碳/水蒸气混合气管路、氢气/水蒸气混合气管路、贫氧空气管路、第一给水管路和第二给水管路均配有保温层。
[0021]优选的，所述燃气管路上设置有第一进气阀门和第二进气阀门；所述水蒸气管路上设置有第三进气阀门和第四进气阀门；所述新鲜空气管路上设置有第五进气阀门和第六进气阀门；所述第一进气阀门用于控制燃气进入第一固定床反应器；所述第二进气阀门用于控制燃气进入第二固定床反应器；所述第三进气阀门用于控制水蒸气进入第一固定床反应器；所述第第四进气阀门用于控制水蒸气进入第二固定床反应器；所述第五进气阀门用于控制新鲜空气进入第一固定床反应器；所述第六进气阀门用于控制新鲜空气进入第二固定床反应器。
[0022]优选的，所述贫氧空气管路上设置有第一出气阀门和第二出气阀门；所述氢气/水蒸气混合气管路上设置有第三出气阀门和第四出气阀门；所述二氧化碳/水蒸气混合气管路上设置有第五出气阀门和第六出气阀门；所述第一出气阀门用于控制贫氧空气从第一固定床反应器出去；所述第二出气阀门用于控制贫氧空气从第二固定床反应器出去；所述第三出气阀门用于控制氢气/水蒸气混合气从第一固定床反应器出去；所述第四出气阀门用于控制氢气/水蒸气混合气从第二固定床反应器出去；所述第五出气阀门用于控制二氧化碳/水蒸气从第一固定床反应器出去；所述第六出气阀门用于控制二氧化碳/水蒸气从第二固定床反应器出去。
[0023]优选的，通过控制阀门的开关实现两个固定床反应器内发生不同的反应。
[0024]优选的，通过控制阀门的开关使两个固定床反应器分别处于还原和(制氢+氧化)阶段，并通过控制阀门使这两个反应阶段在两个固定床反应器中交替进行。
[0025]优选的，通过控制阀门的开关使两个固定床反应器所进行的反应时间相等。
[0026]优选的，所述二氧化碳和水蒸汽混合气通过换热器将热量传递给所述储水箱中的冷凝水，所述氢气和水蒸气混合气通过换热器将热量传递给所述储水箱中的冷凝水，所述
贫氧空气通过换热器依次将热量传递给新鲜空气。
[0027]优选的，氢气除水所需热量来自所述氢气和水蒸气混合气，新鲜空气预热所需热量来自贫氧空气。
[0028]本专利技术还提供一种采用上述装置的制备氢气的方法，包括以下步骤：
[0029]S1：生物质经所述生物质喂料器进入所述生物质气化炉中进行气化，所产生的燃气经燃气管路和阀门进入所述固定床反应器之一还原其中的载氧体，同时燃气被氧化为二氧化碳和水蒸汽，经冷凝后可获得高纯度的二氧化碳；
[0030]S2：燃气经阀门切换进入另一固定床反应器继续还原其中的载氧体，同时已被还原的载氧体与水蒸气反应，得到氢气和水蒸气混合气，经冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质气化
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化学链制氢装置，其特征在于，包括生物质气化单元、化学链制氢单元和热量交换单元；所述生物质气化单元包括生物质喂料器和生物质气化炉(1)；所述化学链制氢单元包括第一固定床反应器(5)和第二固定床反应器(6)；所述热量交换单元包括二氧化碳除水换热器(2)、氢气除水换热器(3)、空气预热换热器(4)和储水箱(13)；所述生物质气化炉(1)的出气口与第一固定床反应器(5)的燃气进口、第二固定床反应器(6)的燃气进口之间均通过燃气管路(7)相连接；所述空气预热换热器(4)的进气口与第一固定床反应器(5)的空气出口、第二固定床反应器(6)的空气出口之间均通过贫氧空气管路(12)相连接；所述空气预热换热器(4)的出气口与第一固定床反应器(5)的空气进口、第二固定床反应器(6)的空气进口之间均通过新鲜空气管路(9)相连接；所述氢气除水换热器(3)的进气口与第一固定床反应器(5)的氢气/水蒸气混合气出口、第二固定床反应器(6)的氢气/水蒸气混合气出口之间均通过氢气/水蒸气混合气管路(11)相连接；所述氢气除水换热器(3)的出气口与第一固定床反应器(5)的水蒸气进口、第二固定床反应器(6)的水蒸气进口之间均通过水蒸气管路(8)相连接；所述二氧化碳除水换热器(2)的进气口与第一固定床反应器(5)的二氧化碳/水蒸气混合气出口、第二固定床反应器(6)的二氧化碳/水蒸气混合气出口之间均通过二氧化碳/水蒸气混合气管路(10)相连接；所述氢气除水换热器(3)与储水箱(13)之间通过第一给水管路(15)相连接；所述二氧化碳除水换热器(2)与储水箱(13)之间通过第二给水管路(16)相连接。2.根据权利要求1所述的生物质气化
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化学链制氢装置，其特征在于，所述生物质气化炉(1)为固定床、移动床或流化床反应器。3.根据权利要求1所述的生物质气化
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化学链制氢装置，其特征在于，所述生物质气化炉(1)温度为800
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1000℃。4.根据权利要求3所述的生物质气化
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化学链制氢装置，其特征在于，所述第一固定床反应器(5)和第二固定床反应器(6)的温度均为800

【专利技术属性】
技术研发人员：潘存华，邓中乙，程时鹤，张辉，高明，马启磊，周福，毛刘军，张科，彭志福，范相裕，宋峰，陈章，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司大唐锅炉压力容器检验中心有限公司马鞍山当涂发电有限公司，
类型：发明
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