一种生物质热解‑化学链燃烧制备高纯氢气的装置及方法与流程

文档序号:11935461阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种生物质热解-化学链燃烧制备高纯氢气的装置,其特征在于:所述装置包括生物质热解单元、化学链制氢单元和余热回收单元;

所述生物质热解单元包括立式料仓、螺旋给料器、回转窑热解反应器和高温过滤器,所述立式料仓将原料通过所述螺旋给料器传送到所述回转窑热解反应器内,所述回转窑热解反应器通过热解气输送管与所述高温过滤器连接;

所述化学链制氢单元包括进气端气路切换系统、至少一个固定床反应器和尾气端气路切换系统,所述固定床反应器的两端分别连接有所述进气端气路切换系统和所述尾气端气路切换系统,在同一时刻,所述各固定床反应器在所述进气端气路切换系统和所述尾气端气路切换系统的控制下分别处于不同的反应阶段;在不同时刻,同一个所述固定床反应器在所述进气端气路切换系统和所述尾气端气路切换系统的控制下处于不同的反应状态;

所述余热回收单元包括至少一个余热锅炉、至少一个冷却器和至少一个气液分离器,所述余热锅炉的出口通过第一尾气输送管与所述冷却器的进口连通,所述冷却器的出口通过第二尾气输送管与所述气液分离器的进口连通。

2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述生物质热解单元还包括生物炭收集池,所述回转窑热解反应器将产生的生物炭通过生物炭输送管输送至所述生物炭收集池。

3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述固定床反应器的数量为三个,在所述进气端气路切换系统和所述尾气端气路切换系统的控制下分别处于燃料还原阶段、水蒸汽氧化阶段和空气燃烧阶段。

4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述进气端气路切换系统和所述尾气端气路切换系统通过至少一个控制阀的打开和关闭控制所述固定床反应器处于不同的反应阶段。

5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述生物质热解单元的热解反应温度为400℃~900℃,所述化学链制氢单元中的燃料还原阶段反应温度为700℃~1100℃,水蒸汽氧化阶段反应温度为700℃~1100℃,空气燃烧阶段反应温度为700℃~1100℃。

6.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述余热锅炉的进水端通过锅炉软水输送管与锅炉软水进口总管连接,所述余热锅炉的出气端通过蒸汽输送管与余热回收装置蒸汽总管连接;所述冷却器通过循环冷却水进口管连接于循环冷却水进口总管,所述冷却器通过循环冷却水出口管连接于循环冷却水出口总管。

7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述余热回收单元还连接有氢气输出管或尾气放空管。

8.一种生物质热解-化学链燃烧制备高纯氢气的方法,其特征在于:先将生物质热解成热解气,然后将热解气作为化学链制氢单元的燃料制备高纯氢气,具体方法如下:

A、生物质热解,立式料仓中的生物质在螺旋给料器的推动下进入回转窑热解反应器中热解,热解气经高温过滤器除尘后由燃气输送管进入化学链制氢单元;

B、化学链制氢,热解气进入化学链制氢单元中的处于还原阶段的固定床反应器中,与此同时,其余固定床反应器处于水蒸汽氧化阶段和空气燃烧阶段,通过进气端气路切换系统和尾气端气路切换系统的控制,各固定床反应器均依次经历燃料还原阶段、水蒸汽氧化阶段和空气燃烧阶段,连续地产出高纯氢气。

C、余热回收,在步骤B的燃料还原阶段、水蒸汽氧化阶段和空气燃烧阶段中与铁基载氧体反应产生的气体进入余热回收单元回收热量。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,水蒸汽进入处于水蒸汽氧化阶段的所述固定床反应器,与热解气还原的载氧体反应,反应生成的H2和H2O(g)经水蒸汽氧化阶段尾气输送管进入水蒸汽氧化阶段尾气余热回收单元,回收热量并冷凝除水后的高纯H2进入H2输出管。

10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,处于空气燃烧阶段的固定床反应器中的载氧体完全反应后,在所述进气端气路切换系统和所述尾气端气路切换系统的控制下,处于空气燃烧阶段的所述固定床反应器进入燃料还原阶段,剩余固定床反应器依次进入水蒸汽氧化阶段和空气燃烧阶段。

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