垃圾热解制备氢气的系统及其应用的制作方法

本发明人涉及垃圾热解制备氢气的系统，以及利用前述的垃圾热解制备氢气的系统制备氢气的方法。
背景技术：
：随着我国城市化的迅猛发展，生活垃圾产量也在与日俱增，垃圾围城的环境现状日益严重，对人类的生存环境造成了恶劣影响。如何妥善处理生活垃圾成为了当前人们关注的一个环境焦点问题。目前垃圾处理方法主要有焚烧、热解、填埋和堆肥等。其中，垃圾热解技术，可将生活垃圾转变成具有一定经济价值的热解气、热解油等新型能源产品。因此，利用该技术处理生活垃圾具有较好的市场前景。通过研究垃圾热解气成分，其主要成分是具有一定热值的氢气、一氧化碳等小分子可燃气体，又以氢气为主。因此，利用垃圾热解制气再提取氢气成为了一种可能。氢能是公认的清洁能源，它最有希望成为21世纪人类所企求的清洁能源，人们对氢能的开发应用寄于极大的热忱和希望。氢具有燃烧热值高，其燃烧产物为水，不会带来环境污染；氢通过燃料电池把化学能直接转换为电能；氢的资源极其丰富；取之不尽、用之不竭。但是要把期望变成现实，人们还要解决许多难题:如何制取大量、廉价的氢气。垃圾热解气提取氢气为该难题提供了一个可行的方向。目前，对于垃圾热解气的利用，仅仅停留在当成一种燃气产品燃烧使用，未能合理开发其中所具备的氢气能源潜力。如何将垃圾热解气中的氢气提纯富集，成为了目前亟需解决的技术难题。技术实现要素：本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种垃圾热解制备氢气的系统，该系统将生活垃圾处理与氢气生产联系起来，实现了固废处理与新能源开发利用的双赢效果。根据本发明的一个方面，本发明提供了一种垃圾热解制备氢气的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：垃圾热解装置，所述垃圾热解装置具有垃圾入口、燃料入口、热解碳出口和热解油气出口；热解油气净化装置，所述热解油气净化装置包括：热解油气冷却器，所述热解油气冷却器具有热解油气入口、油水混合物出口和冷却的热解气出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连；焦油捕集器，所述焦油捕集器具有冷却的热解气入口、焦油出口和热解气出口，所述冷却的热解油气入口与所述冷却的热解油气出口相连；活性炭吸附塔，所述活性炭吸附塔具有热解气入口和净化后的热解气出口，所述热解气入口与所述热解气出口相连；氢气变压吸附装置，所述氢气变压吸附装置具有净化后的热解气入口、氢气出口和尾气出口，所述净化后的热解气入口与所述净化后的热解气出口相连。根据本发明实施例的垃圾热解制备氢气的系统，利用氢气变压吸附装置将垃圾热解气中的氢气进行分离提纯，实现了热解气的多途径利用，并提供了一种新的氢气生产系统，为氢气的广泛应用提供了技术支持。此外，该系统的氢气生产原料为生活垃圾，原料来源广，生产成本低，具有较高的经济性。由此，该垃圾热解制备氢气的系统将生活垃圾处理与氢气生产联系起来，实现了固废处理与新能源开发利用的双赢效果。另外，根据本发明上述实施例的垃圾热解制备氢气的系统还可以具有如下附加的技术特征：根据本发明的实施例，所述氢气变压吸附装置包括：多个变压吸附组件，所述多个变压吸附组件设置在所述氢气变压吸附装置内，且所述多个变压吸附组件串联连接。根据本发明的实施例，所述多个变压吸附组件为4-6个变压吸附组件。根据本发明的实施例，所述氢气变压吸附装置的吸附压力范围为0.6-2.0MPa。根据本发明的实施例，所述热解油气冷却器包括循环冷却水泵。根据本发明的实施例，该系统进一步包括：尾气返回管路，所述尾气返回管路分别与所述氢气分离提纯装置的尾气出口和所述热解装置的燃料入口相连。根据本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前述的垃圾热解制备氢气的系统制备氢气的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将垃圾输送至垃圾热解装置进行热解处理，以便得到热解碳和热解油气；将所述热解油气输送至热解油气冷却器进行冷却处理，以便得到冷却的热解气和油水混合物；将所述冷却的热解气输送至焦油捕集器进行油气分离处理，以便得到焦油和热解气；将所述热解气输送至活性炭吸附塔进行净化处理，以便得到净化后的热解气；以及将净化后的热解气输送至氢气变压吸附装置进行氢气分离提纯处理，以便得到氢气和尾气。根据本发明实施例的制备氢气的方法，利用氢气变压吸附装置将垃圾热解气中的氢气进行分离提纯，实现了热解气的多途径利用，并提供了一种新的氢气生产方法，为氢气的广泛应用提供了技术支持。此外，该方法的氢气生产原料为生活垃圾，原料来源广，生产成本低，具有较高的经济性。由此，该制备氢气的方法将生活垃圾处理与氢气生产联系起来，实现了固废处理与新能源开发利用的双赢效果。根据本发明的实施例，所述氢气变压吸附装置的吸附压力范围为0.6-2.0MPa。根据本发明的实施例，所述热解处理的温度为700-900摄氏度，时间为1.5-2.5小时。根据本发明的实施例，所述冷却的热解气在所述焦油捕集器中的流速为1.0m/s。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1显示了根据本发明一个实施例的垃圾热解制备氢气的系统的结构示意图；图2显示了根据本发明又一个实施例的垃圾热解制备氢气的系统的结构示意图；图3显示了根据本发明一个实施例的利用垃圾热解制备氢气的系统制备氢气的方法的流程示意图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。垃圾热解制备氢气的系统根据本发明的一个方面，本发明提供了一种垃圾热解制备氢气的系统。参考图1，根据本发明的实施例，对该垃圾热解制备氢气的系统进行解释说明，该系统包括：垃圾热解装置100、热解油气净化装置200和氢气变压吸附装置300。下面逐一对各装置进行解释说明：垃圾热解装置100：根据本发明的实施例，该垃圾热解装置100具有垃圾入口、燃料入口、热解碳出口和热解油气出口，将垃圾进行热解处理，得到热解碳和热解油气。由此，利用生活垃圾制备热解气，原料来源广，生产成本低，具有较高的经济性。根据本发明的实施例，该垃圾热解装置100为热解炉。由此，热解炉具有连续进出料功能，热解效率高。根据本发明的实施例，热解气的成份(V％)可以如下表所示：热解油气净化装置200：根据本发明的实施例，该热解油气净化装置200包括：热解油气冷却器210、焦油捕集器220和活性炭吸附塔，其中，热解油气冷却器210具有热解油气入口、油水混合物出口和冷却的热解气出口，热解油气入口与热解油气出口相连，将热解油气进行冷却处理，得到冷却的热解气和油水混合物；焦油捕集器220具有冷却的热解气入口、焦油出口和热解气出口，冷却的热解油气入口与所述冷却的热解油气出口相连，将冷却的热解气进行油气分离处理，得到焦油和热解气；活性炭吸附塔230具有热解气入口和净化后的热解气出口，热解气入口与热解气出口相连，活性炭吸附塔内填装活性炭吸附剂，可将热解气中的H2S、粉尘等杂质脱除，将热解气进行除杂，得到净化后的热解气。由此，油气分离效果好，并有效去除热解油气中的灰尘和硫化氢等杂质，防止灰尘堵塞装置，并且后续得到的氢气的纯度更高。根据本发明的实施例，热解油气冷却器210包括循环冷却水泵。由此，冷却效果好，效率高、成本低。氢气变压吸附装置300：根据本发明的实施例，该氢气变压吸附装置300具有净化后的热解气入口、氢气出口和尾气出口，其中，净化后的热解气入口与净化后的热解气出口相连，该氢气变压吸附装置300利用吸附剂在不同分压下对吸附质有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组份有选择吸附的特性从净化后的热解气中分离提纯氢气，得到氢气和尾气。由此，用氢气变压吸附装置将垃圾热解气中的氢气进行分离提纯，实现了热解气的多途径利用，并提供了一种新的氢气生产系统，为氢气的广泛应用提供了技术支持。根据本发明的实施例，氢气变压吸附装置300包括：多个变压吸附组件，该多个变压吸附组件设置在氢气变压吸附装置300内，且该多个变压吸附组件串联连接。由此，氢气的分离提纯效果好。根据本发明的实施例，该多个变压吸附组件为4-6个变压吸附组件。由此，氢气提纯的效率高，效果好，氢气的回收率达95％以上。根据本发明的实施例，该氢气变压吸附装置300的吸附压力范围为0.6-2.0MPa。由此，对氢气的选择吸附效果好，氢气的纯度高。参考图2，根据本发明的实施例，该系统进一步包括：尾气返回管路400，该尾气返回管路400分别与氢气分离提纯装置200的尾气出口和垃圾热解装置100的燃料入口相连，由于尾气中含有大量的可燃气，将尾气返回垃圾热解装置100，为垃圾热解提供燃料，减少了系统对外部燃料的依赖，并实现了资源的综合合理利用。参考图2，根据本发明的实施例，该系统进一步包括：氢气储存装置500，该氢气储存装置与氢气出口相连，用于将氢气进行储存。根据本发明的具体实施例，该氢气储存装置包括氢气高压储罐，将氢气压缩储存。制备氢气的方法根据本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前述的垃圾热解制备氢气的系统制备氢气的方法。参考图3，根据本发明的实施例，对利用前述的垃圾热解制备氢气的系统制备氢气的方法进行解释说明，该方法包括：S100热解处理根据本发明的实施例，将垃圾输送至垃圾热解装置进行热解处理，得到热解碳和热解油气。由此，利用生活垃圾制备热解气，原料来源广，生产成本低，具有较高的经济性。根据本发明的实施例，该热解处理的温度为700-900摄氏度，时间为1.5-2.5小时。由此，热解处理的效率高，能耗少。根据本发明的实施例，热解气的成份(V％)可以如下表所示：S200冷却处理根据本发明的实施例，将热解油气输送至热解油气冷却器进行冷却处理，得到冷却的热解气和油水混合物。由此，对热解油气中的焦油和热解气进行初步分离。S300油气分离处理根据本发明的实施例，将冷却的热解气输送至焦油捕集器进行油气分离处理，得到焦油和热解气。由此，对热解油气中的焦油和热解气进行深度分离。根据本发明的实施例，该冷却的热解气在焦油捕集器中的流速为1.0m/s，有效捕集时间为3s。由此，焦油的捕集效率高，效果好，焦油的捕集效率可达99％。S400净化处理根据本发明的实施例，将热解气输送至活性炭吸附塔进行净化处理，得到净化后的热解气。由此，有效去除热解油气中的灰尘和硫化氢等杂质，防止灰尘堵塞装置，并且后续得到的氢气的纯度更高。S500氢气分离提纯处理根据本发明的实施例，将净化后的热解气输送至氢气变压吸附装置进行氢气分离提纯处理，得到氢气和尾气。氢气变压吸附装置利用吸附剂在不同分压下对吸附质有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组份有选择吸附的特性从净化后的热解气中分离提纯氢气，得到氢气和尾气。由此，用氢气变压吸附装置将垃圾热解气中的氢气进行分离提纯，实现了热解气的多途径利用，并提供了一种新的氢气生产系统，为氢气的广泛应用提供了技术支持。根据本发明的实施例，氢气变压吸附装置包括：多个变压吸附组件，该多个变压吸附组件设置在氢气变压吸附装置内，且该多个变压吸附组件串联连接。由此，氢气的分离提纯效果好。根据本发明的实施例，该多个变压吸附组件为4-6个变压吸附组件。由此，氢气提纯的效率高，效果好。根据本发明的实施例，该氢气变压吸附装置300的吸附压力范围为0.6-2.0MPa。由此，对氢气的选择吸附效果好，氢气的纯度高。下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。实施例1利用本发明实施例的垃圾热解制备氢气的系统，以生活垃圾为原料制备氢气，其中，垃圾热解装置为连续式垃圾热解炉，具体方法如下：(1)采用连续式垃圾热解炉处理生活垃圾，其热解温度为800℃，热解时间为2h，热解气产量为4.4×103Nm3/h，热解气的组分如下表所示；H2CH4COCO2N2O2CnHm48％9％7％23％4％0.3％8.7％(2)将热解炉产生的热解气通过短程管路输送至热解气冷却塔急速降温，冷却塔配套循环冷却水泵，循环冷却水量为800m3/h，热解气温度降至100℃以下。(3)将冷却后的热解气输送至焦油捕集器进一步处理。焦油捕集器采用电捕焦法，将热解气中焦油分离处理，得到分离后的热解气，捕集出的焦油通过管路进入焦油储罐，焦油捕集器中热解气流速为1.0m/s，有效捕集时间为3s，效率达99％；(4)分离后的热解气进入活性炭吸附塔进一步处理。活性炭吸附塔内填装活性炭吸附剂，可将热解气中的苯、H2S、粉尘等气体脱除，得到净化后的热解气。(5)净化后的热解气进入氢气变压吸附塔，氢气变压吸附塔利用吸附剂在不同分压下对吸附质有不同的吸附容量，并且在一定的吸附压力下，对被分离的气体混合物的各组份有选择吸附的特性来提纯氢气。变压吸附塔内由4个吸附器串联组成，吸附压力范围为1～3MPa，吸附剂采用活性炭，氢气回收率在95％以上。提纯后的氢气进入氢气高压储罐储存，剩余的热解气回用于垃圾热解炉作为补充燃料使用。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。当前第1页1 2 3