一种生活垃圾和/或有机物制取氢气的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种生活垃圾和/或有机物制取氢气的装置及方法，所述装置主要由预处理设备、进料机、热解汽化炉、高温裂解炉、余热蒸汽锅炉、脱硫设备、变换制氢设备、气液分离设备、液体收集设备、气体净化设备、氢气分离提纯设备、加热炉、燃气储存罐、压缩机、氢气储存设备、冷凝器、有机液体或有机气体储罐和输送泵组成；所述的方法包括：预处理、热解气化、高温裂解、降温与脱硫、变换制氢、富氢燃气的冷凝分离与净化、氢气提纯和氢气储存；本发明专利技术将垃圾或有机物热解气相产物直接在1000

【技术实现步骤摘要】
一种生活垃圾和/或有机物制取氢气的装置及方法


[0001]本专利技术涉及生活垃圾、有机物制取氢气
，属于一种垃圾和/或有机物制取氢气的装置及方法。

技术介绍

[0002]有关垃圾制取氢气已有报道，在CN115386400A《一种有机垃圾制取氢气的系统及方法》中，公开了有机垃圾在流化床热解汽化炉中热解产生燃气提取氢气，汽化炉包括固定床汽化炉、流化床汽化炉和气流床汽化炉；公知的，在上述汽化炉中，物料热解后的气体流经高温燃烧区时间短、物料热裂解程度低，排出的气体经过冷凝后产生大量烃油(C5‑
C
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)和生物质焦油(包含木醋酸、木焦油)，而不凝结气相物产率低，不凝结气相物中含有大量非氢气组分的其它气体(如CO、CO2、CH4、C2‑
C4)，导致有机垃圾原料转化成氢气(H2)的产率低，后工序的PSA系统的氢气分离提纯成本高；在CN113913203A《一种有机质垃圾制取氢气的方法》中，公开了在破碎后的有机质垃圾中加入8％的电石渣、白云石和铁块催化剂制成RDF燃料或燃料棒，RDF燃烧棒在回转窑内进行厌氧热解处理，得到重质焦油和混合气体，采用洗涤塔A和洗涤塔B处理燃烧后的尾气，采用CuCL的氨水溶液吸收尾气中的CO使环保达标排放，工艺流程复杂，处理成本高；特别地，回转窑内迭到1000℃高温进行RDF热解，需要窑壁外温度远远1000℃给回转窑外壁加热，高温加热非常容易使旋转设备外壁受热变形损坏，工业化生产困难，能耗高；在回转窑中，电石渣、白云石和铁块等固体催化剂不易与热解的重质焦油气相产物充分接触，不易发生“气相一固相”催化反应，重质焦油很难发生催化分解变成氢气，电石渣、白云石和铁块等固体催化剂不是科学有效的CO变换催化剂，在回转窑的旋转中，流动的气相物与固体催化剂接触时间少，热解产生的一氧化碳与水蒸气很难发生变换反应转化成氢气和二氧化碳；最后的产物含有轻质焦油，轻质焦油(含H元素)没有转化成氢气，导致有机质垃圾制取氢气的转化率降低；特别地，洗涤塔A和洗涤塔B处理后的氢气产物中还含有大量其它的小分子有机物气体成分(如CH4，C2‑
C5)，导致产物氢气的纯度低，工业化应用性差；在CN206318700 U《垃圾制氢的系统》中，公开了垃圾在热解装置内热解，热解产生的高温油气进行冷凝和油水分离，将油水分离后的燃气、轻质油、重质油分别供给至裂解装置中的热解气裂解室和热解油裂解室进行裂解处理制氢；垃圾热解后排出的高温油气经过降温冷凝和油水分离，得到室温的燃气和轻质油、重质油等中间产品，再次将轻质油、重质油等中间产品从室温加热升至高温实施高温热裂解制氢，即从高温降到室温，再从室温到升高温，极大的增加了制氢的能耗成本，工艺流程长，投资大；特别地，存在重质油在高温下裂解严重炭化结焦，堵塞设备管道和堵塞固体催化剂的困扰。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术不足，提供改进的一种生活垃圾和/或有机物制取氢气的装置及方法，所述的装置由预处理设备、进料机、热解汽化炉、高温裂解炉、余热蒸汽锅炉、脱硫设备、变换制氢设备、气液分离设备、液体收集设备、气体净化设备、氢气分离提纯设备、
加热炉、燃气储存罐、压缩机、氢气储存设备、冷凝器、有机液体或有机气体储罐、输送泵、阀门一和阀门二组成；
[0004]其特征在于：利用预处理设备，将生活垃圾和/或有机物中分选出来的可燃物通过输送系统与热解汽化炉的进料机进口连接相通，所述的热解气化炉的气相产物出口与阀门三进口连接相通，所述的阀门二出口分别与阀门一的出口和高温裂解炉内的加热裂管进口连接相通，有机液体或有机气体储罐的出料口通过管道与输送泵的进口连接相通，输送泵的出口通过管道与阀门一的进口连接相通；所述的高温裂解炉内的加热裂管出口通过管道一与余热蒸汽锅炉的烟气加热室进口连接相通，所述的余热蒸汽锅炉的烟气加热室出口通过管道与脱硫设备进口连接相通，脱硫设备出口通过管道与变换制氢设备的进料口连接相通，所述的余热蒸汽锅炉的蒸汽出口经过蒸汽管一与所述的管道一连接相通，所述的余热蒸汽锅炉的蒸汽出口经过蒸汽管二与所述的变换制氢设备内变换催化剂的上部连接相通，所述的变换制氢设备属于固定床结构，固体的变换催化剂配置在所述的变换制氢设备中部的筛孔板上，所述的变换制氢设备下部的出料口经过管道与冷凝器的物料进口连接相通，所述的冷凝器的物料出口经过管道与气液分离设备的进口连接相通，所述的气液分离设备上部的气相出口与气体净化设备气体进口用管道二连接相通，所述的气液分离设备底部配置有液体出口经过管道与液体收集设备的进口连接相通；所述的气体净化设备出口与压缩机一进气口通过管道连接相通，所述的压缩机一出气口通过管道与氢气分离提纯设备进口连接相通，所述的氢气分离提纯设备的纯净氢气的出口与压缩机二进口用管道连接相通，所述的压缩机二出口经过氢气管道与氢气储存设备进气口通过管道连接相通，所述的氢气分离提纯设备的其它燃气出口经过燃气管道与燃气储存罐进口连接相通；所述的燃气储存罐出口通过管道与加热炉的燃料进口连接相通；所述的加热炉燃烧后的烟气出口与所述的高温裂解炉的加热室进口用高温耐候材料砌成烟道连接相通；
[0005]所述的预处理设备，包括垃圾抓斗机、破袋机、分选机、磁选机和干燥机，属于生活垃圾焚烧发电厂常用的垃圾预处理装置，生活垃圾经过抓斗机上料、破袋、分选除去铁器和泥土，得到有机质垃圾，有机质垃圾经过干燥后得到预处理后的可燃物；
[0006]所述的进料机，属于液压往复式进料机、螺旋输送机或公知的垃圾进料机；
[0007]所述的有机液体或有机气体储罐，属于石化工业的耐压钢制燃料储罐；
[0008]所述的输送泵，属于石化工业使用的防爆气体输送泵或液体输送泵；
[0009]所述的热解气化炉，选择如下之一汽化炉，(1)带搅拌装置的立式或卧式无氧热解汽化炉，(2)空气(或氧气)作为气化剂的热解汽化炉；包括固定床汽化炉，流化床汽化炉和气流床汽化炉，优选固定床汽化炉，在固定床汽化炉内，分为干燥区，热解区，燃烧区，还愿区和下部的排炉渣区；垃圾物料进入气化炉后，由于含水量较高首先会进行干燥，干燥的能量来源于燃烧区的放热，之后垃圾物料进入热解区，在热解区开始热解产生气体；燃烧区给整个系统提供能量，热解后的炭与喷嘴进的气化剂(空气或氧气)充分混合剧烈燃烧，生成水和二氧化碳，并释放热量；还原区内，水和二氧化碳与热解后的碳发生还原反应，转化为一氧化碳和氢气，从热解气化炉排出的气相产物先经过旋风分离器分离出小颗粒灰、渣或焦油，再进入下一步工序进行处理和利用，无机炉渣从热解气化炉下部排出；
[0010]所述的高温裂解炉，属于无氧环境下的高温裂解管式炉，采用间接供热的原理，利用辐射传热和对流传热的加热方式；在隔绝空气条件下，输入到高温裂解炉内的有机物料
经高温作用发生碳链断裂或脱氢；所述的高温裂解炉主要结构包括：辐射室、对流室、余热回收降温系统、燃烧器和通风系统等五部分组成；如鲁姆斯公司的SRT型裂解炉，S.W的USC型裂解炉，凯洛格公司的毫秒立式裂解炉，KTI公司的GK
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生活垃圾和/或有机物制取氢气的装置，所述的装置由预处理设备、进料机、热解汽化炉、高温裂解炉、余热蒸汽锅炉、脱硫设备、变换制氢设备、气液分离设备、液体收集设备、气体净化设备、氢气分离提纯设备、加热炉、燃气储存罐、压缩机、氢气储存设备、冷凝器、有机液体或有机气体储罐、输送泵、阀门一和阀门二组成；其特征在于：利用预处理设备，将生活垃圾和/或有机物中分选出来的可燃物通过输送系统与热解汽化炉的进料机进口连接相通，所述的热解气化炉的气相产物出口与阀门二进口连接相通，所述的阀门二出口分别与阀门一的出口和高温裂解炉内的加热裂管进口连接相通，有机液体或有机气体储罐的出料口通过管道与输送泵的进口连接相通，输送泵的出口通过管道与阀门一的进口连接相通；所述的高温裂解炉内的加热裂管出口通过管道一与余热蒸汽锅炉的烟气加热室进口连接相通，所述的余热蒸汽锅炉的烟气加热室出口通过管道与脱硫设备进口连接相通，脱硫设备出口通过管道与变换制氢设备的进料口连接相通，所述的余热蒸汽锅炉的蒸汽出口经过蒸汽管一与所述的管道一连接相通，所述的余热蒸汽锅炉的蒸汽出口经过蒸汽管二与所述的变换制氢设备内变换催化剂的上部连接相通，所述的变换制氢设备属于固定床结构，固体的变换催化剂配置在所述的变换制氢设备中部的筛孔板上，所述的变换制氢设备下部的出料口经过管道与冷凝器的物料进口连接相通，所述的冷凝器的物料出口经过管道与气液分离设备的进口连接相通，所述的气液分离设备上部的气相出口与气体净化设备气体进口用管道二连接相通，所述的气液分离设备底部配置有液体出口经过管道与液体收集设备的进口连接相通；所述的气体净化设备出口与压缩机一进气口通过管道连接相通，所述的压缩机一出气口通过管道与氢气分离提纯设备进口连接相通，所述的氢气分离提纯设备的纯净氢气的出口与压缩机二进口用管道连接相通，所述的压缩机二出口经过氢气管道与氢气储存设备进气口通过管道连接相通，所述的氢气分离提纯设备的其它燃气出口经过燃气管道与燃气储存罐进口连接相通；所述的燃气储存罐出口通过管道与加热炉的燃料进口连接相通；所述的加热炉燃烧后的烟气出口与所述的高温裂解炉的加热室进口用高温耐候材料砌成烟道连接相通；所述的预处理设备，包括垃圾抓斗机、破袋机、分选机、磁选机和干燥机，属于生活垃圾焚烧发电厂常用的垃圾预处理装置，生活垃圾经过抓斗机上料、破袋、分选除去铁器和泥土，得到有机质垃圾，有机质垃圾经过干燥后得到预处理后的可燃物；所述的进料机，属于液压往复式进料机、螺旋输送机或垃圾进料机；所述的有机液体或有机气体储罐，属于石化工业的耐压钢制燃料储罐；所述的输送泵，属于石化工业使用的防爆气体输送泵或液体输送泵；所述的热解气化炉，选择如下之一汽化炉，(1)带搅拌装置的立式或卧式无氧热解汽化炉，(2)空气(或氧气)作为气化剂的热解汽化炉；包括固定床汽化炉，流化床汽化炉和气流床汽化炉，优选固定床汽化炉，在固定床汽化炉内，分为干燥区，热解区，燃烧区，还愿区和下部的排炉渣区；所述的高温裂解炉，属于无氧环境下的高温裂解管式炉，采用间接供热的原理，利用辐射传热和对流传热的加热方式；在隔绝空气条件下，输入到高温裂解炉内的有机物料经高温作用发生碳链断裂或脱氢；所述的高温裂解炉主要结构包括：辐射室、对流室、余热回收降温系统、燃烧器和通风系统等五部分组成；所述的加热炉，属于石化工业给高温裂解炉加热的装置，可以采用燃气加热、燃油加
热、高温等离子火焰加热；所述的余热蒸汽锅炉，属于管式蒸汽发生器；所述的脱硫设备，属于石化工业上的燃气脱硫设备；所述的变换制氢设备，属于一氧化碳与水蒸气在固定床内的催化剂(即变换催化剂)作用下生成氢气和二氧化碳的设备，如合成氨工业中的一氧化碳变换制氢的设备；所述的气液分离设备，属于石化工业上使用的气相与液相的分离设备，气体从设备上部排出，液相(如油和水)在设备下部的侧壁管口阀门排出；所述的液体收集设备，属于石化工业的油水收集、缓存罐；所述的气体净化设备，属于石化工业具有脱硫、脱氯，脱焦油和除尘功能的气体净化设备；所述的氢气分离提纯设备，选择如下设备之一：
①
采用单独的膜分离提取氢气设备，
②
采用单独的PSA变压吸附气体分离提纯氢气设备，
③
采用先进行PSA设备提取氢气，再将PSA设备提氢气后的尾气进行膜分离设备提取氢气的进一步回收的设备；
④
优选地，本发明采用“液态有机物载体”分离提纯氢气的设备，所述的设备主要由密闭罐体一、降温设备一、加热设备一和气体分散设备一组成；所述的密闭罐体一顶部配置气体出口，所述的密闭罐体一内装有液态有机物载体，将降温设备一和加热设备一配置在密闭罐体一内的液态有机物载体中，气体分散设备一配置在密闭罐体一内的液态有机物载体中，气体分散设备一通过富氢可燃气体管道与压缩机一出口连接相通；所述的燃气储存罐，属于石化工业用的燃气储罐；所述的氢气储存设备，选择如下设备之一：
①
高压气态储存设备，采用压缩机，将上述6氢气分离提纯设备内释放出来的99.99％(wt％)氢气输送到钢瓶中储存备用，
②
液化储氢设备，
③
金属氢化物储存设备，
④
物理吸附储氢设备，
⑤
优选地，本发明利用“液态有机物载体”储氢的设备，即用压缩机二，将氢气分离提纯设备内释放出来的99.99％(wt％)氢气通过氢气管道输送到本发明采用的“液态有机物载体”储氢的设备内，进行氢气的吸收储存；所述的“液...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鼎力，
申请(专利权)人：周鼎力，
类型：发明
国别省市：