本發(fā)明涉及生物質(zhì)能，具體涉及一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)及工藝。

背景技術(shù)：

1、生物質(zhì)是由大氣、水和土地等自然資源通過光合作用在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)化而成的各種有機(jī)物質(zhì)，通常包括木材及農(nóng)林業(yè)廢棄物、建筑業(yè)廢棄木料、廢舊家具料等，是一種可再生能源。生物質(zhì)資源分布廣，儲(chǔ)量大，并且具有可再生性，與化石燃料相比，揮發(fā)分高，灰分小，硫、氮含量低，有“綠色煤炭”之稱，以生物質(zhì)為原料制氫具有清潔、節(jié)能、不消耗礦物資源等優(yōu)點(diǎn)。在反應(yīng)過程中，生成的co2與生物質(zhì)生長(zhǎng)過程中吸收的co2在總量上實(shí)現(xiàn)平衡，不會(huì)造成溫室效應(yīng)，可達(dá)到真正意義上的零排放。

2、生物質(zhì)富氧氣化制氫是指將預(yù)處理過的生物質(zhì)原料投入氣化爐，在高溫下與氧氣、水蒸氣組成的氣化介質(zhì)反應(yīng)，使生物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為富氫氣體，再經(jīng)過燃?xì)鈨艋?、氣體分離等工藝獲取純度較高的氫氣。目前，生物質(zhì)純氧氣化制氫系統(tǒng)存在：1、系統(tǒng)規(guī)模較大，占地較廣，建設(shè)周期長(zhǎng)，投資較大；2、氫氣制備設(shè)備要求高，成本較高；3、集中生產(chǎn)、分布式銷售/使用，不適合氫能源在交通領(lǐng)域的利用模式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是缺乏一種小型化、成本低且適用于氫能源在交通領(lǐng)域的利用模式的制氫系統(tǒng)。

2、目的之一在于提供一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)，解決了缺乏小型化、成本低且適用于氫能源在交通領(lǐng)域的利用模式的制氫系統(tǒng)的問題。

3、目的之二在于提供一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫工藝，以配合制氫系統(tǒng)低成本制備氫氣。

4、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

5、一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)，包括

6、富氧氣化爐，用于接入生物質(zhì)原料、氧氣和水蒸氣以制備生物質(zhì)燃?xì)猓?/p>

7、凈化單元，與富氧氣化爐出氣端對(duì)接，用于去除生物質(zhì)燃?xì)獾慕褂秃碗s質(zhì)；

8、脫硫塔，與凈化單元出氣端對(duì)接，用于對(duì)生物質(zhì)燃?xì)饷摿颍?/p>

9、變換反應(yīng)器，與脫硫塔出氣端對(duì)接，用于容納生物質(zhì)燃?xì)夥磻?yīng)以生成混合氣；

10、變壓吸附裝置，與變換反應(yīng)器出氣端對(duì)接，用于從混合氣中分離氫氣。

11、作為一種可能的設(shè)計(jì)，上述凈化單元包括粗凈化裝置、水洗塔、過濾罐和壓縮機(jī)，

12、粗凈化裝置進(jìn)氣端與富氧氣化爐出氣端對(duì)接；

13、水洗塔進(jìn)氣端與粗凈化裝置出氣端對(duì)接；

14、過濾罐進(jìn)氣端與水洗塔出氣端對(duì)接；

15、壓縮機(jī)進(jìn)氣端與過濾罐出氣端對(duì)接，出氣端與脫硫塔進(jìn)氣端對(duì)接。

16、作為一種可能的設(shè)計(jì)，上述還包括加熱器，加熱器連接在壓縮機(jī)出氣端和脫硫塔進(jìn)氣端之間，用于將生物質(zhì)燃?xì)饧訜嶂撩摿驕囟取?/p>

17、作為一種可能的設(shè)計(jì)，上述還包括能源利用單元，能源利用單元分別與富氧氣化爐、變換反應(yīng)器和變壓吸附裝置連接，用于接收并加熱換熱水。

18、作為一種可能的設(shè)計(jì)，上述能源利用單元包括蒸汽鍋爐、氣化爐夾套和換熱器，

19、蒸汽鍋爐與變壓吸附裝置出氣端對(duì)接，用于接收并燃燒分離氫氣后的混合氣；

20、氣化爐夾套套接在富氧氣化爐上，且與蒸汽鍋爐對(duì)接，用于將經(jīng)過富氧氣化爐加熱后的水輸入蒸汽鍋爐；

21、換熱器連接在變換反應(yīng)器和變壓吸附裝置之間，換熱器與蒸汽鍋爐對(duì)接，用于調(diào)節(jié)混合氣溫度，并用于將換熱的水輸入蒸汽鍋爐。

22、作為一種可能的設(shè)計(jì)，上述能源利用單元還包括換熱管束，所述換熱管束安裝在變換反應(yīng)器內(nèi)，所述換熱管束與變換反應(yīng)器連接，用于將水加熱生成蒸汽并輸入變換反應(yīng)器。

23、作為一種可能的設(shè)計(jì)，上述還包括原料輸入單元，原料輸入單元包括備料裝置、液氧儲(chǔ)罐和水蒸氣進(jìn)氣管，

24、備料裝置與富氧氣化爐對(duì)接，用于向富氧氣化爐中導(dǎo)入生物質(zhì)原料；

25、液氧儲(chǔ)罐與富氧氣化爐對(duì)接，用于向富氧氣化爐中輸入氧氣；

26、水蒸氣進(jìn)氣管兩端分別與能源利用單元和富氧氣化爐對(duì)接，用于向富氧氣化爐中輸入水蒸氣。

27、一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫方法，包括如下步驟：

28、向富氧氣化爐中輸入生物質(zhì)原料、氧氣和水蒸氣，加熱生成生物質(zhì)燃?xì)猓?/p>

29、生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)過凈化單元分離焦油和雜質(zhì)，再輸入脫硫塔脫硫處理；

30、脫硫后的生物質(zhì)燃?xì)廨斎胱儞Q反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，獲得混合氣；

31、混合氣經(jīng)過變壓吸附裝置吸附分離出氫氣。

32、作為一種可能的設(shè)計(jì)，上述脫硫壓力為1～1.5mpa，溫度為180～280℃，吸附劑包括氧化鋅和/或氧化鐵。

33、作為一種可能的設(shè)計(jì)，上述脫硫后的生物質(zhì)燃?xì)廨斎胱儞Q反應(yīng)器內(nèi)，在260～300℃、銅系催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)。

34、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

35、本發(fā)明通過以富氧氣化爐將生物質(zhì)原料制備co、co2、h2為主要成分的生物質(zhì)燃?xì)?，通過凈化單元去除生物質(zhì)燃?xì)庵械慕褂秃碗s質(zhì)，并經(jīng)過脫硫處理，得到的生物質(zhì)燃?xì)庠谧儞Q反應(yīng)器中發(fā)生co變換反應(yīng)，使得co與h2o反應(yīng)，提高氫氣產(chǎn)量，并在后續(xù)經(jīng)過變壓吸附裝置吸附分離出氫氣。

36、整個(gè)系統(tǒng)規(guī)模較小、投資較小、建設(shè)周期短、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，適合小規(guī)模生產(chǎn)；采用氧氣+水蒸氣作為氣化劑進(jìn)行生物質(zhì)氣化，采用變換爐發(fā)生co變換反應(yīng)，采用psa提氫(氫氣變壓吸附)，可以減小燃?xì)馓幚碓O(shè)備規(guī)模，提高氫氣產(chǎn)量規(guī)模。

37、本工藝配合制氫系統(tǒng)將生物質(zhì)原料制備得到氫氣，不僅能夠充分利用生物質(zhì)原料，還能夠?qū)⑸镔|(zhì)燃料氣化和各個(gè)反應(yīng)時(shí)的熱能進(jìn)行再利用，用于制備水蒸氣，以節(jié)約制備成本。

技術(shù)特征：

1.一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，包括

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述凈化單元包括粗凈化裝置、水洗塔、過濾罐和壓縮機(jī)，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，還包括加熱器，所述加熱器連接在壓縮機(jī)出氣端和脫硫塔進(jìn)氣端之間，用于將生物質(zhì)燃?xì)饧訜嶂撩摿驕囟取?/p>

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，還包括能源利用單元，所述能源利用單元分別與富氧氣化爐、變換反應(yīng)器和變壓吸附裝置連接，用于接收并加熱換熱水。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述能源利用單元包括蒸汽鍋爐、氣化爐夾套和換熱器，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述能源利用單元還包括換熱管束，所述換熱管束安裝在變換反應(yīng)器內(nèi)，所述換熱管束與變換反應(yīng)器連接，用于將水加熱生成蒸汽并輸入變換反應(yīng)器。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)，其特征在于，還包括原料輸入單元，所述原料輸入單元包括備料裝置、液氧儲(chǔ)罐和水蒸氣進(jìn)氣管，

8.一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫方法，其特征在于，配合權(quán)利要求1～7任意一項(xiàng)所述的制氫系統(tǒng)工作，包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫方法，其特征在于，所述脫硫壓力為1～1.5mpa，溫度為180～280℃，所述吸附劑包括氧化鋅和/或氧化鐵。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫方法，其特征在于，所述脫硫后的生物質(zhì)燃?xì)廨斎胱儞Q反應(yīng)器內(nèi)，在260～300℃、銅系催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)及工藝，涉及生物質(zhì)能技術(shù)領(lǐng)域。一種小型化生物質(zhì)富氧氣化制氫系統(tǒng)，包括富氧氣化爐，用于接入生物質(zhì)原料、氧氣和水蒸氣以制備生物質(zhì)燃?xì)?；凈化單元，與富氧氣化爐出氣端對(duì)接，用于去除生物質(zhì)燃?xì)獾慕褂秃碗s質(zhì)；脫硫塔，與凈化單元出氣端對(duì)接，用于對(duì)生物質(zhì)燃?xì)饷摿颍蛔儞Q反應(yīng)器，與脫硫塔出氣端對(duì)接，用于容納生物質(zhì)燃?xì)夥磻?yīng)以生成混合氣；變壓吸附裝置，與變換反應(yīng)器出氣端對(duì)接，用于從混合氣中分離氫氣。本發(fā)明解決了缺乏小型化、成本低且適用于氫能源在交通領(lǐng)域的利用模式的制氫系統(tǒng)和工藝的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：王剛,李林,張立平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都久生能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2