一种制氢方法和设施与流程

本申请总体上涉及生物质水热碳回收利用领域，具体地涉及一种用于回收利用高含水生物质生成的水热碳耦合煤制氢的方法和设施。

背景技术：

氢气是一种无毒、质轻、燃烧性良好、热值高的公认清洁能源，其开发利用有助于解决能源危机与环境污染问题。除此之外，氢气在化工领域用途广泛，例如在传统石化产业中，氢气还是生产甲醇和氨气等的重要原料，并且石油产品的精制也需要氢气，以提升轻油收率、改善油品质量。面对当今的环境与能源问题，氢气在其他领域同样表现出巨大潜能，例如氢燃料电池汽车。科技发展和社会进步对工业制氢的新途径提出了更多需求。

随着生活水平的提高，生产和生活过程中剩余的高含水生物质的排放量不断增加。以城市污泥为代表，据统计，2019年我国污泥产量已超过6000万吨(以含水率80％计)，预计2025年我国污泥年产量将突破9000万吨，这会对经济和环境造成巨大压力。如何处理这些高含水废弃生物质，并合理利用其中的生物质碳资源，是环境和能源领域的热点问题。

鉴于以上，寻找一种能够大规模运用于工业生产的回收利用高含水生物质制取清洁能源的方法和设施，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请的一个目的在于提供一种制氢方法，包括使用生物质制取水热碳，使用由生物质制取得到的水热碳与煤耦合制取水煤浆，使用由水热碳耦合煤制取得到的水煤浆制取氢气；耦合是指将水热碳与煤按1：2.5至1：30或其他比例掺和作为制取水煤浆的物料。

优选地，生物质为高含水生物质，生物质依次经历水热碳化反应、高压脱水、固液分离和干燥，从而生成水热碳。

优选地，高含水生物质由储存槽1输送至水热碳化反应器2中，并在水热碳化反应器2中加热搅拌进行水热碳化反应，水热碳化反应的生成物通过高压脱水并经过固液分离器4分离，经高压脱水和分离后的滤膏送入干燥机5中进行干燥，生成的产物即为水热碳。

优选地，加热搅拌条件为在180℃-220℃下进行搅拌，干燥机5中进行干燥的温度为120℃及以下，水热碳化反应的生成物在高压脱水后的含水率为30％-40％，水热碳的含水率为约10％及以下。

优选地，水热碳化反应的蒸汽通过回收器3进行回收利用。

优选地，水热碳、煤和制浆水在混合槽6中按1：2.5：2至1：30：20的比例掺和并研磨后得到水煤浆。

优选地，制浆水选自有机废水、废液和工艺水。

优选地，水煤浆送入水煤浆槽7，再通过煤浆泵8送入组合烧嘴9，从而进入气化炉10内，水煤浆在气化炉10内充分燃烧得到氢气。

优选地，水煤浆与氧气一起送入气化炉10内。

本申请的另一个目的在于提供一种制氢设施，包括储存槽1、水热碳化反应器2、回收器3、固液分离器4、干燥机5、混合槽6、煤浆泵8、水煤浆槽7、组合烧嘴9和气化炉10；高含水生物质由储存槽1输送至水热碳化反应器2中，并在水热碳化反应器2中加热搅拌进行水热碳化反应，水热碳化反应的蒸汽通过回收器3进行回收利用，水热碳化反应的生成物通过高压脱水并经过固液分离器4分离，经高压脱水和分离后的滤膏送入干燥机5中进行干燥得到水热碳，水热碳、煤和制浆水在混合槽6中按1：2.5：2至1：30：20的比例掺和并研磨后得到水煤浆，水煤浆送入水煤浆槽7，再通过煤浆泵8从水煤浆槽7送入组合烧嘴9，从而进入气化炉10内，水煤浆在气化炉10内充分燃烧得到氢气。

本申请提供的制氢方法和设施能够提供的有益效果包括：本申请公开了以城市污泥为代表的高含水生物质制取水热碳耦合煤制氢的方法和设施，将高含水生物质经过多道工序处理后得到的水热碳与煤、制浆水按1：2.5：2至1：30：20的比例掺和研磨成水煤浆，水煤浆进入气化炉10内充分燃烧，实现制氢新能源技术；本申请提供的方法和设施可以使高含水生物质得到回收利用，提高生物质资源综合利用水平，实现能源多元化，扩展制氢原料，同时缓解环境污染；本申请提供的制氢方法和设施开发出了一种以城市污泥为代表的高含水生物质综合利用技术，探索出了一条城市污泥生物质资源综合清洁利用的可靠途径，丰富了生物质新能源制氢技术，并拓展了生物质碳的清洁化利用途径。

综上，本申请提供了一种制氢方法，该方法包括使用生物质制取水热碳，使用由生物质制取得到的水热碳与煤耦合制取水煤浆，使用由水热碳耦合煤制取得到的水煤浆制取氢气。此外，本申请还提供了一种制氢设施，该设施包括储存槽1、水热碳化反应器2、回收器3、固液分离器4、干燥机5、混合槽6、煤浆泵8、水煤浆槽7、组合烧嘴9和气化炉10。

附图说明

图1示出了由生物质制取得到的水热碳耦合煤制取水煤浆制氢的流程和设施的示意图；

图中：1-储存槽，2-水热碳化反应器，3-回收器，4-固液分离器，5-干燥机，6-混合槽，7-水煤浆槽，8-煤浆泵，9-组合烧嘴，10-气化炉。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施方案仅仅是本申请的一部分实施方案，而不是全部的实施方案。基于本申请中的实施方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所能够想到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

本申请提供了一种制氢方法，该方法包括使用生物质制取水热碳，使用由生物质制取得到的水热碳与煤耦合制取水煤浆，使用由水热碳耦合煤制取得到的水煤浆制取氢气；耦合是指将水热碳与煤按1：2.5至1：30或其他比例掺和作为制取水煤浆的物料。生物质中的碳依次转化至水热碳和水煤浆中，最终用于制取氢气。通过此方法，能够实现水热碳与煤共气化制氢的新能源技术。

在一些实施方案中，生物质是指与生产或生活相关的高含水生物质或者生产和生活过程中剩余的高含水生物质，例如生活污泥。在一些实施方案中，高含水生物质是城市来源的，例如来源于城市污水处理设施。在一些实施方案中，高含水生物质为工业生产过程产生的高含水废弃物。在一些实施方案中，高含水生物质为农业生产过程产生的高含水剩余物。

在一些实施方案中，高含水生物质依次经历水热碳化反应、高压脱水、固液分离和干燥，从而生成水热碳。水热碳化反应是指以生物质为原料、以水为反应介质，在一定温度和压力下合成富碳产物的反应。例如，生物质和水在密封的压力容器中在自压力和高温下合成富碳产物。固液分离可使水热碳化反应的产物在一定程度上脱水，获得生成水热碳所需的滤膏。在一些实施方案中，干燥为在相对于水热碳化反应温度而言的较低温度下进行干燥。

在一些实施方案中，高含水生物质由储存槽1输送至水热碳化反应器2中，并在水热碳化反应器2中加热搅拌进行水热碳化反应，水热碳化反应的生成物通过高压脱水并经过固液分离器4分离，经高压脱水和分离后的滤膏送入干燥机5中进行干燥，生成的产物即为水热碳。在一些实施方案中，生物质在输送至水热碳化反应器2中进行水热碳化反应之前存贮于储存槽1中。在一些实施方案中，储存槽1中的生物质通过管道输送至水热碳化反应器中。

在一些实施方案中，加热搅拌条件为在180℃-220℃下进行搅拌。在一些实施方案中，在干燥机5中干燥的温度为120℃及以下。在一些实施方案中，水热碳化反应的生成物在高压脱水后的含水率为30％-40％。在一些实施方案中，水热碳化反应的生成物在高压脱水后的含水率为约35％。在一些实施方案中，水热碳的含水率为约10％及以下。

在一些实施方案中，水热碳化反应的蒸汽通过回收器3进行回收利用。在一些实施方案中，回收的蒸汽所含的余热可用于对物料或设备进行预热。在一些实施方案中，回收的蒸汽所含的余热可用于对水热碳化反应的产物进行干燥处理。

在一些实施方案中，水热碳、煤和制浆水在混合槽6中按1：2.5：2至1：30：20的比例掺和并研磨后得到水煤浆。在一些实施方案中，制浆水选自有机废水、废液和工艺水等。在一些实施方案中，水煤浆在混合槽6中制成后送入水煤浆槽7。在一些实施方案中，水热碳与煤、制浆水按1：2.5：2至1：30：20的比例存贮于混合槽6中，经研磨后送入水煤浆槽7。在一些实施方案中，水煤浆可以贮存在水煤浆槽7中，以供需要时使用。

在一些实施方案中，水煤浆槽7中的水煤浆通过煤浆泵8送入烧嘴，从而进入气化炉10内，并在气化炉10内充分燃烧，得到能够作为化工原料的氢气，熔渣由下部渣口排出。在一些实施方案中，煤浆泵8与水煤浆槽7的底部连通。在一些实施方案中，煤浆泵8与水煤浆槽7的底部连通，并将水煤浆槽7中的水煤浆泵8送至气化炉10的顶部，从与气化炉10顶部连通的烧嘴送入气化炉10。在一些实施方案中，水煤浆与氧气一起送入气化炉10内，通过在气化炉10内充分燃烧，得到能够作为化工原料的氢气和一氧化碳。在一些实施方案中，水煤浆通过煤浆泵8送入烧嘴与氧气一起进入气化炉10内。在一些实施方案中，烧嘴为组合烧嘴9。

本申请还提供了一种制氢设施，该设施包括储存槽1、水热碳化反应器2、回收器3、固液分离器4、干燥机5、混合槽6、煤浆泵8、水煤浆槽7、组合烧嘴9和气化炉10。

在一些实施方案中，高含水生物质由储存槽1输送至水热碳化反应器2中，并在水热碳化反应器2中加热搅拌进行水热碳化反应，水热碳化反应的生成物通过高压脱水并经过固液分离器4分离，经高压脱水和分离后的滤膏送入干燥机5中进行干燥，生成的产物即为水热碳。在一些实施方案中，高含水生物质在输送至水热碳化反应器2中进行水热碳化反应之前存贮于储存槽1中。在一些实施方案中，储存槽1中的高含水生物质通过管道输送至水热碳化反应器中。在一些实施方案中，水热碳化反应的蒸汽通过回收器3进行回收利用。

在一些实施方案中，水热碳、煤和制浆水在混合槽6中按1：2.5：2至1：30：20的比例掺和并研磨后得到水煤浆。在一些实施方案中，水煤浆在混合槽6中制成后送入水煤浆槽7。在一些实施方案中，水热碳与煤、制浆水按1：2.5：2至1：30：20的比例存贮于混合槽6中，经研磨后送入水煤浆槽7。在一些实施方案中，水煤浆可以贮存在水煤浆槽7中，以供需要时使用。

在一些实施方案中，水煤浆槽7中的水煤浆通过煤浆泵8送入烧嘴，从而进入气化炉10内，并在气化炉10内充分燃烧，得到能够作为化工原料的氢气，熔渣由下部渣口排出。在一些实施方案中，煤浆泵8与水煤浆槽7的底部连通。在一些实施方案中，煤浆泵8与水煤浆槽7的底部连通，并将水煤浆槽7中的水煤浆泵8送至气化炉10的顶部，从与气化炉10顶部连通的烧嘴送入气化炉10。在一些实施方案中，水煤浆通过煤浆泵8送入烧嘴与氧气一起进入气化炉10内。在一些实施方案中，烧嘴为组合烧嘴9。

尽管本文中已经示出并描述了本申请的优选实施方案，但对于本领域技术人员容易理解的是这些实施方案仅以示例的方式提供。本领域技术人员在不脱离本申请的情况下现将想到多种变化、改变和替代。应当理解本文中的本申请实施方案的各种替代方案可用于实施本申请。目的在于以下述权利要求限定本申请的范围，并由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同项。