生物质热解气化制氢系统的制作方法

本实用新型涉及的是一种制氢技术领域的热解气化系统，特别是一种可以减少焦油产生的生物质热解气化制氢系统。

背景技术：

随着经济的迅猛发展和人口数量的不断增长，人类社会对能源的消耗日益剧增。目前，化石燃料依然主导着能源市场，约占全球能源消耗的87％。但由于化石燃料储量有限，同时，化石燃料燃烧后产生了大量的温室气体co2，带来了一系列环境问题，人类不得不将目光投向清洁能源和可再生能源的开发与利用。在所有的可替代能源中，氢能是地球上最清洁的能源，其燃烧产物是水，可以真正实现污染物的“零排放”。其次，氢的燃烧热值高达142.3mj/kg，为同质量汽油燃烧热值的3倍。因此，氢作为清洁、高效、可再生的能源具有很好的开发前景。

目前工业上的制氢方法主要有电解水法、甲醇蒸汽重整法、重油及天然气水蒸汽催化转化法等。电解水法消耗大量的电能，制氢成本高。甲醇蒸汽重整是目前最经济的制氢方法，但在制氢过程中需要消耗大量的化石燃料，不具有可再生性，并且产生大量的co2，对环境造成很大影响。随着能源紧缺、环境污染等问题日益突显，同时氢气的使用也将迅速增加，开发高效的制氢技术已成为当今社会迫切需要解决的重大课题。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种生物质热解气化制氢系统，不但解决了传统生物质化学制氢效率低、合成气中氢气含量低的问题，而且还解决了生物质化学制氢耗能大、系统热效率低的问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的，本实用新型包括生物质仓、生物质预热器、螺旋输送装置、热解反应器、气化反应器、第一换热器、第二换热器、第三换热器、软水储罐、输送泵、氧气储罐、回水罐、预热循环管、出料管、输送管、气化燃气输出管、给水管、蒸汽管、第一输氧管、第二输氧管、第一控制阀、第二控制阀；过滤挡板布置热解反应器中，过滤挡板前端为第一热解室，过滤挡板后端为第二热解室，过滤挡板的下端通过排灰口与残炭缓存罐相连接；燃气进口、氧气进口、水蒸气进口布置在热解反应器的上端，催化过滤炭层布置在热解反应器的中间部位，导流装置斜着布置在催化过滤炭层和热解反应器内壁面之间，燃气出口布置在热解反应器的下端；生物质预热器、回水罐、软水储罐、输送泵、第三换热器通过预热循环管依次串接在一起；出料管的一端与生物质仓的出料口相连接，出料管的另一端与生物质预热器的入料口相连接；输送管的一端与生物质预热器的出料口相连接，输送管的另一端螺旋输送装置的入料口相连接，螺旋输送装置的出料口与热解反应器的第一热解室入料口相连接，热解反应器的第二热解室燃气出口与气化反应器的燃气进口相连接；气化燃气输出管的入口与气化反应器的燃气出口相连接，第一换热器、第二换热器、第三换热器依次串接在气化燃气输出管上；给水管的一端与第三换热器、输送泵之间的预热循环管相连接，给水管的另一端与第一换热器的进水口相连接；蒸汽管的一端与第一换热器的出气口相连接，蒸汽管的另一端与气化反应器的水蒸气进口相连接；第一输氧管的一端与氧气储罐相连接，第一输氧管的另一端与第二换热器的氧气入口相连接；第二输氧管的一端与第二换热器的氧气出口相连接，第二输氧管的另一端与气化反应器的氧气进口相连接；第一控制阀、第二控制阀分别布置在给水管、第一输氧管上。

进一步地，在本实用新型中，生物质预热器、第一换热器、第二换热器、第三换热器均为管式换热器。

更进一步地，在本实用新型中，过滤挡板为金属纤维毡材料，所述催化过滤炭层为镍基整体性催化剂。

本实用新型具体流程工艺如下：

第一，生物质预热给料:生物质原料由生物质仓给料口输出，经过生物质预热器预热，由螺旋输送装置送入热解反应器；

第二，生物质热解:进入热解反应器的生物质先在第一热解反应室热解，热解产生的木炭等残渣经过过滤挡板过滤后由排灰口排到残炭缓存罐，热解气穿过过滤挡板进入第二热解反应室继续热解，热解气出口端与气化反应器燃气进口相连，进入气化反应器。

第三，热解气气化：热解气进入气化反应器，在气化炉上部空间发生气相燃烧，因此热解气中的焦油得到充分裂解。氧气和水蒸气分别经过第一换热器、第二换热器加热后，经氧气进口和水蒸气进口进入反应器上方，提供反映气氛。部分氧化后的气体穿过催化过滤炭层发生还原反应，生成高热值可燃气，在导流装置作用下由燃气出口排出。

第四，气化气余热利用：燃气出口温度800℃，有大量余热可以利用，故设置第一换热器、第二换热器、第三换热器，充分利用这部分热量。气化燃气先后经过三个换热器，分别加热给水生产水蒸气、加热富氧气体、加热给水作为生物质预热的热源，后进入后端工艺。给水从软水储罐经过输送泵增压分别进入第一换热器和第三换热器加热；经第三换热器的给水进入生物质预热器预热原料，凝结水进入回水罐，循环使用，整个系统只需补充少量给水即可。富氧气体进入第二换热器加热输送到氧气进口进入气化反应器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果为：本实用新型设计合理，工艺结构简单；采用特殊结构的热解设备和气化设备提高了生物质的利用率，不需要采用专用除焦设备，即可有效的减少了焦油的产生(可燃气中焦油含量＜5mg/m3)，避免了设备及管道的腐蚀。该系统设备布置合理，系统热效率高，降低了环境污染物排放，同时显著提高了制氢效率，气化燃气中h2的体积分数可达45％～65％。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

其中：1、生物质仓，2、生物质预热器，3、螺旋输送装置，4、热解反应器，41、第一热解室，42、第二热解室，43、过滤挡板，44、排灰口，45、残炭缓存罐，5、气化反应器，51、燃气进口，52、氧气进口，53、水蒸气进口，54、催化过滤炭层，55、导流装置，56、燃气出口，6、第一换热器，7、第二换热器，8、第三换热器，9、软水储罐，10、输送泵，11、氧气储罐，12、回水罐，13、预热循环管，14、出料管,15、输送管，16、气化燃气输出管，17、给水管，18、蒸汽管，19、第一输氧管，20、第二输氧管，21、第一控制阀，22、第二控制阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

具体实施例图1所示，本实用新型包括生物质仓1、生物质预热器2、螺旋输送装置3、热解反应器4、气化反应器5、第一换热器6、第二换热器7、第三换热器8、软水储罐9、输送泵10、氧气储罐11、回水罐12、预热循环管13、出料管14、输送管15、气化燃气输出管16、给水管17、蒸汽管18、第一输氧管19、第二输氧管20、第一控制阀21、第二控制阀22；过滤挡板43布置热解反应器4中，过滤挡板43前端为第一热解室41，过滤挡板43后端为第二热解室42，过滤挡板43的下端通过排灰口44与残炭缓存罐45相连接；燃气进口51、氧气进口52、水蒸气进口53布置在热解反应器4的上端，催化过滤炭层54布置在热解反应器4的中间部位，导流装置55斜着布置在催化过滤炭层54和热解反应器4内壁面之间，燃气出口56布置在热解反应器4的下端；生物质预热器2、回水罐12、软水储罐9、输送泵10、第三换热器8通过预热循环管13依次串接在一起；出料管14的一端与生物质仓1的出料口相连接，出料管14的另一端与生物质预热器2的入料口相连接；输送管15的一端与生物质预热器2的出料口相连接，输送管15的另一端螺旋输送装置3的入料口相连接，螺旋输送装置3的出料口与热解反应器4的第一热解室41入料口相连接，热解反应器4的第二热解室42燃气出口与气化反应器5的燃气进口51相连接；气化燃气输出管16的入口与气化反应器5的燃气出口56相连接，第一换热器6、第二换热器7、第三换热器8依次串接在气化燃气输出管16上；给水管17的一端与第三换热器8、输送泵10之间的预热循环管13相连接，给水管17的另一端与第一换热器6的进水口相连接；蒸汽管18的一端与第一换热器6的出气口相连接，蒸汽管18的另一端与气化反应器5的水蒸气进口53相连接；第一输氧管19的一端与氧气储罐11相连接，第一输氧管19的另一端与第二换热器7的氧气入口相连接；第二输氧管20的一端与第二换热器7的氧气出口相连接，第二输氧管20的另一端与气化反应器5的氧气进口52相连接；第一控制阀21、第二控制阀22分别布置在给水管17、第一输氧管19上。生物质预热器2、第一换热器6、第二换热器7、第三换热器8均为管式换热器。过滤挡板43为金属纤维毡材料，催化过滤炭层54为镍基整体性催化剂。

本实用新型的实施过程如下：

第一，生物质原料由生物质仓1给料口输出，经过生物质预热器2预热，由螺旋输送装置3送入热解反应器4；其中生物质原料可以是：果皮、秸秆等农林作物；生物质预热器2为管式换热器。

第二，进入热解反应器4的生物质先在第一热解反应室41热解，热解产生的木炭等残渣经过过滤挡板43过滤后由排灰口44排到残炭缓存罐45，热解气穿过过滤挡板43进入第二热解反应室42继续热解，热解气出口端与气化反应器5的燃气进口51相连，进入气化反应器5。其中第一热解反应室41热解温度为600-700℃，第二热解反应室42热解温度为1100-1200℃；过滤挡板43为金属纤维毡材料；残炭缓存罐45内残炭可经简单处理制备生物质炭；

第三，热解气进入气化反应器5，在气化炉上部空间发生气相燃烧，因此热解气中的焦油得到充分裂解。氧气和水蒸气分别经过第一换热器6、第二换热器7加热后，经氧气进口52和水蒸气进口53进入反应器上方，提供反映气氛。部分氧化后的气体穿过催化过滤炭层54发生还原反应，生成高热值可燃气，在导流装置55作用下由燃气出口56排出。其中气相燃烧空间保证温度＞1100℃，燃气出口端温度为800℃；催化过滤炭层54为镍基整体性催化剂，由于气体中焦油已充分裂解，故搭载催化剂含量很低，即可满足后续应用需要，大大节约了成本。通过第一控制阀21、第二控制阀22，可以对进入气化反应器5的水蒸气和氧气流量进行控制。

第四，燃气出口温度800℃，有大量余热可以利用，故设置第一换热器6、第二换热器7、第三换热器8，充分利用这部分热量。气化燃气先后经过三个换热器，分别加热给水生产水蒸气，加热富氧气体，加热给水作为生物质预热的热源，后进入后端工艺。给水从软水储罐9经过输送泵10增压分别进入第一换热器6和第三换热器8加热，经第三换热器8的给水进入生物质预热器2预热原料，凝结水进入回水罐12，循环使用，整个系统只需补充少量给水即可。富氧气体进入第二换热器7加热输送到氧气进口52进入气化反应器5。其中第一换热器6、第二换热器7、第三换热器8可为管式换热器；水蒸气流量0.8-1.5g/min，最大产氢率102g/kg；系统整体热效率达到96％；气化燃气中h2的体积分数45％～65％，较原技术提高20％左右。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。