一种生物质气化制氢装置的制作方法

本发明涉及一种生物质气化制氢装置，属于化学反应装置技术领域。

背景技术：

近年来，生物质热化学转化技术引起了人们的广泛关注。生物质热化学转化法制氢是通过热化学转换从生物质中获得更大量的可用能源（h2、co）。有研究表明，在生物质热解过程中加入水蒸气更有利于气相产物的生成，实验表明，随着水蒸气量的增加，氢气的产率是先增加后降低，因此水蒸气的量有一个最佳值。然而现有反应设备中水蒸气控制不够准确，设备运行时，水蒸气按一定流速通入，但随着反应时间的增加，滞留在设备中的水蒸气会增多，致使后期设备中水蒸气过量，不利于氢气的产生。

目前，生物质气化制氢装置常用的为流化床式生物质反应器，流化床反应器具有较高的传热速率，是一种很有发展前景的制氢反应器。但这些流化床反应器均为以水蒸气为流化气，直接与原料接触，将快速热解阶段和二次催化裂解阶段合并在一起，这种装置产氢效率低。故开发一种提高产氢效率的生物质气化制氢装置是必要的。

技术实现要素：

针对现有装置水蒸气控制不准确和产氢效率低的问题，本发明提供了一种生物质气化制氢装置，以用于实现制氢。

本发明的技术方案是：一种生物质气化制氢装置，包括控制器1、压力传感器2、出口管3、两段流化床4、旋风分离器5、热电偶6、蒸汽发生器7、湿度传感器8、蒸汽进管10、进料斗11、给料机12、集灰器13、进气管15、空气泵16、热交换器17、氢气分离器18、储氢罐19、加热层20、蒸汽进口21、蒸汽管22、出渣口23、布风板24、孔ⅰ25和孔ⅱ26；

所述两段流化床4分为上下两部分，下部分为快速热解段14，上部分为催化裂解段9；快速热解段14底部一侧开有出渣口23，快速热解段14另一侧连接进气管15，快速热解段14中进气管15上面装有布风板24，布风板24上开有孔ⅱ26，快速热解段14和催化裂解段9连接斜面处开有蒸汽进口21，且绕斜面放置一个内部蒸汽管22，蒸汽管22上均匀分布孔ⅰ25，整个两段流化床4内壁设为加热层20，进料斗11出口连接给料机12，给料机12连接快速热解段14一侧，蒸汽发生器7通过蒸汽进管10连接蒸汽进口21，再连接到内部蒸汽管22，两段流化床4的顶部连接出口管3，出口管3另一端连接旋风分离器5，旋风分离器5的底部连接集灰器13，旋风分离器5一侧连接热交换器17，热交换器17进口连接空气泵16，热交换器17下出口通过进气管15接入两段流化床4下部，热交换器17侧出口连接氢气分离器18，氢气分离器18出口连接储氢罐19，两段流化床4上部安有压力传感器2，两段流化床4侧面安有热电偶6和湿度传感器8，压力传感器2、热电偶6和湿度传感器8均与控制器1相连。

所述快速热解段14呈窄长圆柱体，催化裂解段9呈上圆锥加下宽短圆柱结合体。

本发明的有益效果是：流化床两段式设计使得快速热解和催化裂解阶段分开，以此来降低快速裂解中产生的较多的焦油，同时提高燃气中氢气的含量；结合湿度传感器的监测，可以实现对反应器中湿度的控制，使得催化裂解过程控制更精确，大大提高了产氢率；配合内部蒸汽管的设计可以加速物料在上部的流化，同时还使得催化反应更均匀。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明两段流化床的结构示意图；

图3为本发明内部蒸汽管的结构示意图；

图4为本发明布风板的结构示意图；

图中各标号：1-控制器，2-压力传感器，3-出口管，4-两段流化床，5-旋风分离器，6-热电偶，7-蒸汽发生器，8-湿度传感器，9-催化裂解段，10-蒸汽进管，11-进料斗，12-给料机，13-集灰器，14-快速热解段，15-进气管，16-空气泵，17-热交换器，18-氢气分离器，19-储氢罐，20-加热层，21-蒸汽进口，22-蒸汽管，23-出渣口，24-布风板，25-孔ⅰ，26-孔ⅱ。

具体实施方式

实施例1：如图1-4所示，一种生物质气化制氢装置，包括控制器1、压力传感器2、出口管3、两段流化床4、旋风分离器5、热电偶6、蒸汽发生器7、湿度传感器8、蒸汽进管10、进料斗11、给料机12、集灰器13、进气管15、空气泵16、热交换器17、氢气分离器18、储氢罐19、加热层20、蒸汽进口21、蒸汽管22、出渣口23、布风板24、孔ⅰ25和孔ⅱ26；

所述两段流化床4分为上下两部分，下部分为快速热解段14，上部分为催化裂解段9；快速热解段14底部一侧开有出渣口23，快速热解段14另一侧连接进气管15，快速热解段14中进气管15上面装有布风板24，布风板24上开有孔ⅱ26，快速热解段14和催化裂解段9连接斜面处开有蒸汽进口21，且绕斜面放置一个内部蒸汽管22，蒸汽管22上均匀分布孔ⅰ25，整个两段流化床4内壁设为加热层20，进料斗11出口连接给料机12，给料机12连接快速热解段14一侧，蒸汽发生器7通过蒸汽进管10连接蒸汽进口21，再连接到内部蒸汽管22，两段流化床4的顶部连接出口管3，出口管3另一端连接旋风分离器5，旋风分离器5的底部连接集灰器13，旋风分离器5一侧连接热交换器17，热交换器17进口连接空气泵16，热交换器17下出口通过进气管15接入两段流化床4下部，热交换器17侧出口连接氢气分离器18，氢气分离器18出口连接储氢罐19，两段流化床4上部安有压力传感器2，两段流化床4侧面安有热电偶6和湿度传感器8，压力传感器2、热电偶6和湿度传感器8均与控制器1相连。

进一步地，可以设置所述快速热解段14呈窄长圆柱体，催化裂解段9呈上圆锥加下宽短圆柱结合体。

本发明的工作原理是：

将控制器1（如型号：欧姆龙cpm2a-20cdr-d）中设定反应温度，当热电偶6检测到两段流化床4中温度低于设定温度时，控制器1启动加热层20电源，两段流化床4的加热层20开启加热，当达到设定温度时，进气管15将一定速度的空气从两段流化床4下面通入，同时，粉碎预处理好的生物质原料由进料斗11经给料机12输送进两段流化床4中，此时蒸汽发生器7将过热蒸汽通过蒸汽进管10输入内部蒸汽管22，蒸汽由内部蒸汽管22上的小孔25喷出；进入流化床4的物料在高速空气的冲击下，迅速流化起来，在高温下快速热解，上升到达催化裂解段9中与水蒸气进行催化反应，提高氢气的产率；当湿度传感器8检测到流化床4中的湿度高于设定湿度时，控制器1将关闭蒸汽进管10，阻止蒸汽进入；当压力传感器2检测到流化床4中压力高于设定压力时，控制器1将关闭给料机12；反应完的产物经出口管3进入旋风分离器5中，将固体灰渣分离进入集灰器13中，其他高温气体进入热交换器17中，去预热由空气泵16泵入的空气，预热后的气体进入氢气分离器18中将氢气分离出来，纯氢气进入储氢罐19中（通过泵16泵入的空气预热后进入流化床4中，与反应产生的气体产物一起成为高温气体进入预热器中换热后将混合气中的氢气分离出来，其他气体排出不用，泵16是一直向流化床泵入空气的）。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。