本發(fā)明屬于生物質(zhì)制氫領(lǐng)域，特別涉及一種生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制備高純氫氣的裝置及方法，具體為生物質(zhì)熱解制熱解氣，然后熱解氣化學(xué)鏈燃燒制備高純氫氣。

背景技術(shù)：

當(dāng)前以化石燃料為主的能源系統(tǒng)雖然可以滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的能源需求，但是也造成了嚴(yán)重的區(qū)域性和全球性環(huán)境問題。氫氣作為一種清潔能源，其利用過程的產(chǎn)物僅為水，對環(huán)境無污染。然而，目前大約96％的氫氣來自于化石能源，其中48％來自于天然氣、30％來自于煉廠和化工廠尾氣、18％來自于煤炭，而且轉(zhuǎn)化過程的主要排放物CO₂并未進(jìn)行有效的捕集(IEA，2007)。這導(dǎo)致目前化石基為主的氫氣能源系統(tǒng)仍然會加劇溫室效應(yīng)。與此同時，化石能源作為不可再生能源，也面臨著即將枯竭的問題。

生物質(zhì)作為一種碳中性的可再生能源，分布廣泛，資源豐富。以生物質(zhì)制備氫氣，一方面可以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的高效利用，另一方面可以獲得可再生的低碳?xì)錃?，保證氫氣能源系統(tǒng)具有環(huán)境友好和可持續(xù)性的特點(diǎn)。

目前生物質(zhì)制氫技術(shù)主要分為兩類：一類是生物法，主要是利用生物途徑制氫，如光發(fā)酵、厭氧發(fā)酵、生物光解水、生物光發(fā)酵等；另一類是熱化學(xué)法，主要以生物質(zhì)為原料進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)制氫，如熱解/氣化制氫、超臨界轉(zhuǎn)化制氫、等離子氣化制氫等。兩類方法各有特點(diǎn)，并且近年來都得到了長足的發(fā)展。但總體而言，生物法制氫中生物生長條件相對嚴(yán)格，反應(yīng)速率較慢，主要適合中小規(guī)模應(yīng)用，而超臨界轉(zhuǎn)化制氫和等離子氣化制氫的反應(yīng)條件涉及高溫，能耗較大，因此這些技術(shù)都需要進(jìn)一步的發(fā)展。而生物質(zhì)熱解氣化制氫可以借鑒相對成熟的煤氣化技術(shù)，反應(yīng)速率高、反應(yīng)條件相對溫和、易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，在生物質(zhì)制氫領(lǐng)域，特別是難降解生物質(zhì)制氫領(lǐng)域，前景廣闊。

生物質(zhì)熱解氣化制氫的常規(guī)流程是在一定的熱化學(xué)條件下，將生物質(zhì)中的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化成為CO、H₂、CH₄、焦油等可燃組分，再將氣化產(chǎn)物中的焦油等大分子物質(zhì)經(jīng)催化裂化進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為小分子氣體，再將裂解產(chǎn)物中的CO和CH₄等氣體經(jīng)通過蒸汽重整轉(zhuǎn)換為H₂和CO₂，最后得到的氣體經(jīng)凈化、脫碳等工藝制備出高純氫氣。雖然這種氣化、裂解、重整、凈化、脫碳的技術(shù)路線可以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)制備高純氫氣。但是由于技術(shù)路線較長，增加了操作的復(fù)雜性，能耗較高，制氫成本大幅度增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有生物質(zhì)熱解氣化制高純氫氣流程過長等問題，本發(fā)明提供一種生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制備高純氫氣的裝置及方法，一方面可以實(shí)現(xiàn)低成本的CO₂捕集，并提供熱能；另一方面制備的含氫產(chǎn)物經(jīng)簡單冷凝除水即可獲得高純氫氣，制氫成本大幅度降低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，一種生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制備高純氫氣的裝置，其特征在于：所述裝置包括生物質(zhì)熱解單元、化學(xué)鏈制氫單元和余熱回收單元；

所述生物質(zhì)熱解單元包括立式料倉、螺旋給料器、回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器和高溫過濾器，所述立式料倉將原料通過所述螺旋給料器傳送到所述回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器內(nèi)，所述回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器通過熱解氣輸送管與所述高溫過濾器連接；

所述化學(xué)鏈制氫單元包括進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)、至少一個固定床反應(yīng)器和尾氣端氣路切換系統(tǒng)，所述固定床反應(yīng)器的兩端分別連接有所述進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和所述尾氣端氣路切換系統(tǒng)，在同一時刻，所述各固定床反應(yīng)器在所述進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和所述尾氣端氣路切換系統(tǒng)的控制下分別處于不同的反應(yīng)階段；在不同時刻，同一個所述固定床反應(yīng)器在所述進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和所述尾氣端氣路切換系統(tǒng)的控制下處于不同的反應(yīng)狀態(tài)；

所述余熱回收單元包括至少一個余熱鍋爐、至少一個冷卻器和至少一個氣液分離器，所述余熱鍋爐的出口通過第一尾氣輸送管與所述冷卻器的進(jìn)口連通，所述冷卻器的出口通過第二尾氣輸送管與所述氣液分離器的進(jìn)口連通。

結(jié)合第一方面，在第一種可能的實(shí)施方式中，所述生物質(zhì)熱解單元還包括生物炭收集池，所述回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器將產(chǎn)生的生物炭通過生物炭輸送管輸送至所述生物炭收集池。

結(jié)合第一方面，在第二種可能的實(shí)施方式中，所述固定床反應(yīng)器的數(shù)量為三個，在所述進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和所述尾氣端氣路切換系統(tǒng)的控制下分別處于燃料還原階段、水蒸汽氧化階段和空氣燃燒階段。

結(jié)合第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，在第三種可能的實(shí)施方式中，所述進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和所述尾氣端氣路切換系統(tǒng)通過至少一個控制閥的打開和關(guān)閉控制所述固定床反應(yīng)器處于不同的反應(yīng)階段。

結(jié)合第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，在第四種可能的實(shí)施方式中，所述生物質(zhì)熱解單元的熱解反應(yīng)溫度為400℃～900℃，所述化學(xué)鏈制氫單元中的燃料還原階段反應(yīng)溫度為700℃～1100℃，水蒸汽氧化階段反應(yīng)溫度為700℃～1100℃，空氣燃燒階段反應(yīng)溫度為700℃～1100℃。

結(jié)合第一方面，在第五種可能的實(shí)施方式中，所述余熱鍋爐的進(jìn)水端通過鍋爐軟水輸送管與鍋爐軟水進(jìn)口總管連接，所述余熱鍋爐的出氣端通過蒸汽輸送管與余熱回收裝置蒸汽總管連接；所述冷卻器通過循環(huán)冷卻水進(jìn)口管連接于循環(huán)冷卻水進(jìn)口總管，所述冷卻器通過循環(huán)冷卻水出口管連接于循環(huán)冷卻水出口總管。

結(jié)合第一方面的第五種可能的實(shí)施方式，在第六種可能的實(shí)施方式中，所述余熱回收單元還連接有氫氣輸出管或尾氣放空管。

第二方面，一種生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制備高純氫氣的方法，其特征在于：先將生物質(zhì)熱解成熱解氣，然后將熱解氣作為化學(xué)鏈制氫單元的燃料制備高純氫氣，具體方法如下：

A、生物質(zhì)熱解，立式料倉中的生物質(zhì)在螺旋給料器的推動下進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器中熱解，熱解氣經(jīng)高溫過濾器除塵后由燃?xì)廨斔凸苓M(jìn)入化學(xué)鏈制氫單元；

B、化學(xué)鏈制氫，熱解氣進(jìn)入化學(xué)鏈制氫單元中的處于還原階段的固定床反應(yīng)器中，與此同時，其余固定床反應(yīng)器處于水蒸汽氧化階段和空氣燃燒階段，通過進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和尾氣端氣路切換系統(tǒng)的控制，各固定床反應(yīng)器均經(jīng)歷燃料還原階段、水蒸汽氧化階段和空氣燃燒階段，連續(xù)地產(chǎn)出高純氫氣。

C、余熱回收，在步驟B的燃料還原階段、水蒸汽氧化階段和空氣燃燒階段中與鐵基載氧體反應(yīng)產(chǎn)生的氣體進(jìn)入余熱回收單元回收熱量。

結(jié)合第二方面，在第一種可能的實(shí)施方式中，水蒸汽進(jìn)入處于水蒸汽氧化階段的所述固定床反應(yīng)器，與熱解氣還原的載氧體反應(yīng)，反應(yīng)生成的H₂和H₂O(g)經(jīng)水蒸汽氧化階段尾氣輸送管進(jìn)入水蒸汽氧化階段尾氣余熱回收單元，回收熱量并冷凝除水后的高純H₂進(jìn)入H₂輸出管。

結(jié)合第二方面，在第二種可能的實(shí)施方式中，處于空氣燃燒階段的固定床反應(yīng)器中的鐵基載氧體完全反應(yīng)后，在所述進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和所述尾氣端氣路切換系統(tǒng)的控制下，處于空氣燃燒階段的所述固定床反應(yīng)器進(jìn)入燃料還原階段，剩余固定床反應(yīng)器依次進(jìn)入水蒸汽氧化階段和空氣燃燒階段。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的一種生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制備高純氫氣的裝置及方法，達(dá)到了如下技術(shù)效果：

1、含焦油生物質(zhì)熱解氣直接進(jìn)入燃料反應(yīng)器，利用載氧體轉(zhuǎn)化焦油，省去了焦油處理裝置；

2、工藝流程大幅縮短，除塵后的生物質(zhì)熱解氣在化學(xué)鏈制氫單元制得的含H₂產(chǎn)物，經(jīng)簡單冷凝除水后即可得到高純H₂，無復(fù)雜的氣體凈化裝置，操作簡單，制氫成本低；

3、以水蒸汽作為吹掃氣，可以避免燃料還原階段產(chǎn)生的CO₂被稀釋，保證系統(tǒng)具有高的碳捕集效率；

4、由于生物基氫氣本身具有碳中性的特點(diǎn)，本發(fā)明在制備生物氫氣的同時又進(jìn)行了CO₂的捕集，因此本發(fā)明制備的生物基氫氣具有“碳負(fù)性”的特點(diǎn)；

5、化學(xué)鏈制氫單元出口尾氣均進(jìn)入余熱回收單元進(jìn)行余熱回收，提高了系統(tǒng)的能源效率。

附圖說明

圖1是實(shí)施例一生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制取高純氫氣裝置的示意圖；

圖2是實(shí)施例一化學(xué)鏈制氫單元的示意圖；

圖3是實(shí)施例一燃料還原階段尾氣的余熱回收單元示意圖。

附圖標(biāo)記：A-生物質(zhì)熱解單元；B-化學(xué)鏈制氫單元；C-余熱回收單元；101-立式料倉；102-螺旋給料器；103-回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器；104-生物炭輸送管；105-生物炭收集池；106-熱解氣輸送管；107-高溫過濾器；108-燃?xì)廨斔凸埽?09-水蒸汽進(jìn)口總管；110-空氣進(jìn)口總管；111-固定床反應(yīng)器Ⅰ；112-固定床反應(yīng)器Ⅱ；113-固定床反應(yīng)器Ⅲ；114-燃料還原階段尾氣輸送管；115-水蒸汽氧化階段尾氣輸送管；116-空氣燃燒階段尾氣輸送管；117-燃料還原階段尾氣余熱回收單元；118-水蒸汽氧化階段尾氣余熱回收單元；119-空氣燃燒階段尾氣余熱回收單元；120-鍋爐軟水進(jìn)口總管；121-循環(huán)冷卻水進(jìn)口總管；122-冷凝水出口總管；123-余熱回收裝置蒸汽總管；124-循環(huán)冷卻水出口總管；125-CO₂輸出管；126-H₂輸出管；127-尾氣放空管；

201-固定床反應(yīng)器Ⅰ進(jìn)口燃?xì)饪刂崎y；202-固定床反應(yīng)器Ⅰ進(jìn)口水蒸汽控制閥；203-固定床反應(yīng)器Ⅰ進(jìn)口空氣控制閥；204-固定床反應(yīng)器Ⅱ進(jìn)口燃?xì)饪刂崎y；205-固定床反應(yīng)器Ⅱ進(jìn)口水蒸汽控制閥；206-固定床反應(yīng)器Ⅱ進(jìn)口空氣控制閥；207-固定床反應(yīng)器Ⅲ進(jìn)口燃?xì)饪刂崎y；208-固定床反應(yīng)器Ⅲ進(jìn)口水蒸汽控制閥；209-固定床反應(yīng)器Ⅲ進(jìn)口空氣控制閥；210-固定床反應(yīng)器Ⅰ燃料還原階段尾氣控制閥；211-固定床反應(yīng)器Ⅰ水蒸汽氧化階段尾氣控制閥；212-固定床反應(yīng)器Ⅰ空氣燃燒階段尾氣控制閥；213-固定床反應(yīng)器Ⅱ燃料還原階段尾氣控制閥；214-固定床反應(yīng)器Ⅱ水蒸汽氧化階段尾氣控制閥；215-固定床反應(yīng)器Ⅱ空氣燃燒階段尾氣控制閥；216-固定床反應(yīng)器Ⅲ燃料還原階段尾氣控制閥；217-固定床反應(yīng)器Ⅲ水蒸汽氧化階段尾氣控制閥；218-固定床反應(yīng)器Ⅲ空氣燃燒階段尾氣控制閥；

301-余熱鍋爐；302-鍋爐軟水輸送管；303-蒸汽輸送管；304-回收熱量后的燃料還原階段尾氣輸送管；305-冷卻器；306-循環(huán)冷卻水進(jìn)口管；307-循環(huán)冷卻水出口管；308-冷卻后的燃料還原階段尾氣輸送管；309-氣液分離器；310-冷凝水輸送管。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的限定。

實(shí)施例一

如圖1所示，在本發(fā)明一個優(yōu)選的實(shí)施例中，一種生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制備高純氫氣的裝置，包括生物質(zhì)熱解單元A、化學(xué)鏈制氫單元B和余熱回收單元C；

生物質(zhì)熱解單元A包括立式料倉101、螺旋給料器102、回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器103和高溫過濾器107，立式料倉101將原料通過螺旋給料器102傳送到回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器103內(nèi)，回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器103產(chǎn)生的生物炭經(jīng)生物炭輸送管104進(jìn)入生物炭收集池105，回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器103將產(chǎn)生的熱解氣通過熱解氣輸送管106傳送至高溫過濾器107中，除塵后的熱解氣經(jīng)燃?xì)廨斔凸?08進(jìn)入化學(xué)鏈制氫單元B作為燃料。

化學(xué)鏈制氫單元B包括進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)、至少一個固定床反應(yīng)器和尾氣端氣路切換系統(tǒng)，固定床反應(yīng)器的兩端分別連接有進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和尾氣端氣路切換系統(tǒng)，至少一個固定床反應(yīng)器在進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和尾氣端氣路切換系統(tǒng)的控制下處于不同的反應(yīng)階段。

其中，固定床反應(yīng)器的數(shù)量為三個，分別為固定床反應(yīng)器I 111，固定床反應(yīng)器II 112，固定床反應(yīng)器III 113，三個固定床反應(yīng)器之間平行設(shè)置。

如圖2所示，進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)包括：固定床反應(yīng)器Ⅰ進(jìn)口燃?xì)饪刂崎y201、固定床反應(yīng)器Ⅰ進(jìn)口水蒸汽控制閥202和固定床反應(yīng)器Ⅰ進(jìn)口空氣控制閥203；固定床反應(yīng)器Ⅱ進(jìn)口燃?xì)饪刂崎y204、固定床反應(yīng)器Ⅱ進(jìn)口水蒸汽控制閥205和固定床反應(yīng)器Ⅱ進(jìn)口空氣控制閥206；固定床反應(yīng)器Ⅲ進(jìn)口燃?xì)饪刂崎y207、固定床反應(yīng)器Ⅲ進(jìn)口水蒸汽控制閥208和固定床反應(yīng)器Ⅲ進(jìn)口空氣控制閥209。

尾氣端氣路切換系統(tǒng)包括：固定床反應(yīng)器Ⅰ燃料還原階段尾氣控制閥210、固定床反應(yīng)器Ⅰ水蒸汽氧化階段尾氣控制閥211和固定床反應(yīng)器Ⅰ空氣燃燒階段尾氣控制閥212；固定床反應(yīng)器Ⅱ燃料還原階段尾氣控制閥213、固定床反應(yīng)器Ⅱ水蒸汽氧化階段尾氣控制閥214和固定床反應(yīng)器Ⅱ空氣燃燒階段尾氣控制閥215；固定床反應(yīng)器Ⅲ燃料還原階段尾氣控制閥216、固定床反應(yīng)器Ⅲ水蒸汽氧化階段尾氣控制閥217和固定床反應(yīng)器Ⅲ空氣燃燒階段尾氣控制閥218。

在同一時刻，進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和尾氣端氣路切換系統(tǒng)的在閥門打開和關(guān)閉的不同狀態(tài)下控制三個固定床反應(yīng)器分別處于燃料還原階段、水蒸汽氧化階段和空氣燃燒階段。在不同的時刻，在進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和尾氣端氣路切換系統(tǒng)的在閥門打開和關(guān)閉的不同狀態(tài)下，同一個固定床反應(yīng)器依次處于不同的反應(yīng)狀態(tài)，即依次處于燃料還原反應(yīng)狀態(tài)、水蒸汽氧化反應(yīng)狀態(tài)和空氣燃燒反應(yīng)狀態(tài)。其中，在生物質(zhì)熱解單元A的熱解反應(yīng)溫度為400℃～900℃，化學(xué)鏈制氫單元B中的燃料還原階段反應(yīng)溫度為700℃～1100℃，水蒸汽氧化階段反應(yīng)溫度為700℃～1100℃，空氣燃燒階段反應(yīng)溫度為700℃～1100℃。

具體的，當(dāng)固定床反應(yīng)器Ⅰ進(jìn)口燃?xì)饪刂崎y201、固定床反應(yīng)器Ⅱ進(jìn)口水蒸汽控制閥205、固定床反應(yīng)器Ⅲ進(jìn)口空氣控制閥209、固定床反應(yīng)器Ⅰ燃燒還原階段尾氣控制閥210、固定床反應(yīng)器Ⅱ水蒸汽氧化階段尾氣控制閥214、固定床反應(yīng)器Ⅲ空氣燃燒階段尾氣控制閥218處于開啟狀態(tài)，而其他控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)時，固定床反應(yīng)器Ⅰ111處于燃料還原階段，為燃料反應(yīng)器，來自燃?xì)廨斔凸?08的潔凈熱解氣與鐵基載氧體(Fe₂O₃)反應(yīng)，生成CO₂和H₂O(g)，該氣體進(jìn)入燃料還原階段尾氣輸送管114；固定床反應(yīng)器Ⅱ112處于水蒸汽氧化階段，為水蒸汽反應(yīng)器，來自水蒸汽進(jìn)口總管109的水蒸汽與還原的載氧體(Fe/FeO)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的H₂和H₂O(g)進(jìn)入水蒸汽氧化階段尾氣輸送管115；固定床反應(yīng)器Ⅲ113處于空氣燃燒階段，為空氣反應(yīng)器，來自空氣進(jìn)口總管110的空氣與水蒸汽氧化后的載氧體(Fe₃O₄)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入空氣燃燒階段尾氣輸送管116，這對應(yīng)著化學(xué)鏈制氫裝置時序控制表(表1)中的T1時間段。表1表示在一個完整的化學(xué)鏈制氫循環(huán)過程中六個時間段T1～T6內(nèi)各控制閥的開啟和關(guān)閉狀態(tài)，以及對應(yīng)的固定床反應(yīng)器111～113所處的狀態(tài)。

表1化學(xué)鏈制氫裝置時序控制表

注：T1～T6為一個循環(huán)周期內(nèi)的不同時間段；Red、Oxid、Comb、Purg分別表示固定床反應(yīng)器處于燃料還原、水蒸汽氧化、空氣燃燒、水蒸汽吹掃階段，其中水蒸汽吹掃于空氣燃燒階段；●表示控制閥在該時間段內(nèi)處于開啟狀態(tài)，空白表示控制閥在該時間段內(nèi)處于關(guān)閉狀態(tài)。

如圖3所示，燃料還原階段尾氣的余熱回收單元C包括余熱鍋爐301、冷卻器305和氣液分離器309。其中，第一尾氣輸送管為回收熱量后的燃料還原階段尾氣輸送管304；第二尾氣輸送管為冷卻后的燃料還原階段尾氣輸送管308。具體結(jié)構(gòu)如下：

燃料還原階段尾氣輸送管114將化學(xué)鏈制氫單元與余熱鍋爐301的熱媒進(jìn)口連接起來；回收熱量后的燃料還原階段尾氣輸送管304將余熱鍋爐301的尾氣出口和冷卻器305的進(jìn)口連接起來；冷卻后的燃料還原階段尾氣輸送管308將冷卻器305的出口與氣液分離器309的進(jìn)口連接起來；除水后的燃料還原階段尾氣由氣液分離器309的氣體出口進(jìn)入CO₂輸出管125；余熱鍋爐301通過鍋爐軟水輸送管302和鍋爐軟水進(jìn)口總管120相連；余熱鍋爐301通過蒸汽輸送管303和余熱回收裝置蒸汽總管123相連；冷卻器305通過循環(huán)冷卻水進(jìn)口管306和循環(huán)冷卻水進(jìn)口總管121相連；冷卻器305通過循環(huán)冷卻水出口管307和循環(huán)冷卻水出口總管124相連。

水蒸汽氧化階段和空氣燃燒階段尾氣的余熱回收單元與此類似，相應(yīng)的，水蒸汽氧化階段尾氣經(jīng)水蒸汽氧化階段尾氣余熱回收單元118處理后進(jìn)入H₂輸出管126；空氣燃燒階段尾氣經(jīng)空氣燃燒階段尾氣余熱回收單元119處理后進(jìn)入尾氣放空管127。

本實(shí)施例提供了一種生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制取高純氫氣的裝置，含焦油生物質(zhì)熱解氣直接進(jìn)入燃料反應(yīng)器，利用載氧體轉(zhuǎn)化焦油，省去了焦油處理裝置，降低了裝置的復(fù)雜性；化學(xué)鏈制氫單元B出口的尾氣均進(jìn)入余熱回收單元C進(jìn)行余熱回收，提高了系統(tǒng)的能源效率。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供了一種生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制取高純氫氣的方法，如圖1、圖2和圖3所示，先將生物質(zhì)熱解成熱解氣，然后將熱解氣作為化學(xué)鏈制氫單元的燃料制備高純氫氣，具體方法如下：

立式料倉101中的干污泥與糠醛渣混合物在螺旋給料器102的推動下進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器103，在600℃下進(jìn)行熱解，主要生成CO、H₂等熱解氣。熱解氣經(jīng)高溫過濾器107除塵后由燃?xì)廨斔凸?08進(jìn)入化學(xué)鏈制氫單元B?；剞D(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器103熱解產(chǎn)生的生物炭由生物炭輸送管104進(jìn)入生物炭收集池105。

來自燃?xì)廨斔凸?08的潔凈熱解氣進(jìn)入處于燃料還原階段的固定床反應(yīng)器Ⅰ111，與載氧體反應(yīng)，載氧體為CuO修飾的Fe₂O₃/Al₂O₃，反應(yīng)溫度為900℃，反應(yīng)生成的CO₂和H₂O(g)經(jīng)燃料還原階段尾氣輸送管114進(jìn)入燃燒還原階段尾氣余熱回收單元117，在余熱鍋爐301中回收熱量后，進(jìn)入冷卻器305中進(jìn)一步降溫將水冷凝下來，之后進(jìn)入氣液分離器309除去冷凝水，除水后的純CO₂進(jìn)入CO₂輸出管125；

與此同時，來自水蒸汽進(jìn)口總管109的水蒸汽進(jìn)入處于水蒸汽氧化階段的固定床反應(yīng)器Ⅱ112，與熱解氣還原的載氧體反應(yīng)，反應(yīng)溫度900℃，反應(yīng)生成的H₂和H₂O(g)經(jīng)水蒸汽氧化階段尾氣輸送管115進(jìn)入水蒸汽氧化階段尾氣余熱回收單元118，回收熱量并冷凝除水后的高純H₂進(jìn)入H₂輸出管126；

來自空氣進(jìn)口總管110的空氣進(jìn)入處于空氣燃燒階段的固定床反應(yīng)器Ⅲ113，與水蒸汽氧化后的載氧體進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度900℃，反應(yīng)生成的尾氣經(jīng)空氣燃燒階段尾氣輸送管116進(jìn)入空氣燃燒階段尾氣余熱回收單元119，回收熱量并冷凝除水后的尾氣進(jìn)入尾氣放空管127，當(dāng)固定床反應(yīng)器Ⅲ113中載氧體被完全氧化后，固定床反應(yīng)器Ⅲ進(jìn)口空氣控制閥209關(guān)閉，固定床反應(yīng)器Ⅲ113進(jìn)口水蒸汽控制閥208開啟，固定床反應(yīng)器Ⅲ113進(jìn)入水蒸汽吹掃階段，此階段歸在空氣燃燒階段范圍內(nèi)。

待吹掃完成后，固定床反應(yīng)器Ⅲ113進(jìn)口水蒸汽控制閥208和固定床反應(yīng)器Ⅲ113空氣燃燒階段尾氣控制閥218關(guān)閉，固定床反應(yīng)器Ⅲ113進(jìn)口燃?xì)饪刂崎y207和固定床反應(yīng)器Ⅲ113燃燒還原階段尾氣控制閥216開啟，固定床反應(yīng)器Ⅲ113進(jìn)入燃料還原階段；與此同時固定床反應(yīng)器Ⅰ111進(jìn)口燃?xì)饪刂崎y201、固定床反應(yīng)器Ⅰ111燃燒還原階段尾氣控制閥210、固定床反應(yīng)器Ⅱ112進(jìn)口水蒸汽控制閥205、固定床反應(yīng)器Ⅱ112水蒸汽氧化階段尾氣控制閥214關(guān)閉，固定床反應(yīng)器Ⅰ111進(jìn)口水蒸汽控制閥202、固定床反應(yīng)器Ⅰ111水蒸汽氧化階段尾氣控制閥211、固定床反應(yīng)器Ⅱ112進(jìn)口空氣控制閥206、固定床反應(yīng)器Ⅱ112空氣燃燒階段尾氣控制閥215開啟，固定床反應(yīng)器Ⅰ111和固定床反應(yīng)器Ⅱ112分別進(jìn)入水蒸汽氧化階段和空氣燃燒階段。通過進(jìn)氣端氣路切換系統(tǒng)和尾氣端氣路切換系統(tǒng)的控制，固定床反應(yīng)器Ⅰ111、固定床反應(yīng)器Ⅱ112、固定床反應(yīng)器Ⅲ113依次連續(xù)經(jīng)歷燃料還原-水蒸汽氧化-空氣燃燒階段(水蒸汽吹掃階段)，保證系統(tǒng)連續(xù)地產(chǎn)出高純氫氣。

本實(shí)施例中干污泥與糠醛渣混合物的進(jìn)料速率為2kg/h，水蒸汽流量為20g/min，空氣流量為10L/min，產(chǎn)生的氫氣經(jīng)H₂輸出管126流出，通過多通道氣體分析儀對氫氣產(chǎn)品進(jìn)行在線分析，結(jié)果如下：

表2生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制氫裝置制備氫氣的條件和結(jié)果

本實(shí)施例提供了一種生物質(zhì)熱解-化學(xué)鏈燃燒制取高純氫氣的方法，工藝流程大幅縮短，除塵后的生物質(zhì)熱解氣在化學(xué)鏈制氫單元制得的含H₂產(chǎn)物，經(jīng)簡單冷凝除水后即可得到高純H₂，無復(fù)雜的氣體凈化裝置，操作簡單，制氫成本低；以水蒸汽作為吹掃氣，可以避免燃料還原階段產(chǎn)生的CO₂被稀釋，保證系統(tǒng)具有高的碳捕集效率；由于生物基氫氣本身具有碳中性的特點(diǎn)，本發(fā)明在制備生物氫氣的同時又進(jìn)行了CO₂的捕集，因此本發(fā)明制備的生物基氫氣具有“碳負(fù)性”的特點(diǎn)。

上述說明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。