[发明专利]一种生物质高温水蒸气气化制取富氢燃气的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物质气化技术，尤其涉及一种生物质高温水蒸气气化制取富氢燃气的方法及其装置。

背景技术

氢燃烧产物对环境无污染；热值高（143 MJ/kg，约为汽油的3倍，焦炭的4.5倍）；用做低温燃料电池不会产生NO_X和CO₂；可以经济有效地贮存和输送；是一种安全能源，不存在长期的未知范围的后续伤害。目前96 %的氢气来自于化石燃料的高温水蒸气重整反应，其中天然气是最主要的原料占48 %，重油和石脑油次之占30 %，煤占18 %。由化石燃料制氢，不但消耗大量的不可再生资源，生产过程还会对环境造成污染。电解水制氢也是一种非常成熟的技术，但因电解时要耗用大量电力，比燃烧氢气本身所产生的热量还要多。若直接利用火电厂供应的电力来电解水，在经济上是不可取的。

生物质由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成，与化石燃料相比，挥发分高，灰分小，硫、氮含量低，燃烧时对环境污染小，并且可具有再生性，资源分布广，储量大，有“绿色煤炭”之称。同时它自身还是氢的载体，其中氢元素的重量组分为6％，占生物质总能量的40 ％以上。在反应过程中，生成的CO₂ 与生物质生长过程中吸收的CO ₂在总量上实现平衡，不会造成温室效应，可以达到真正意义上的“零排放”。以生物质为原料制氢具有清洁、节能和不消耗矿物资源等突出优点。利用具有可再生性的生物质能源来制取氢气是极具吸引力和发展前途的。

生物质的热化学法制氢被认为在近中期内最具有经济性与技术生命力。在超临界水条件下气化生物质制氢对于反应器和反应条件较为苛刻，系统控制较为复杂。目前国内外生物质气化制氢技术主要采用催化气化法，但是此技术对催化剂的活性、耐温性能、机械强度及使用寿命等提出了比较高的要求，并导致气化炉结构更为复杂。此外若将生物质气化和催化裂解设为两段式反应器，则既增加了系统阻力，又增加了投资成本。传统的生物质气化技术通常采用空气、氧气、水蒸气-空气、水蒸气-氧气为气化介质。以空气为气化剂时，N₂对可燃组份的有稀释作用，降低了燃气热值；以氧气为气化介质则需要氧气发生装置，使气化工艺复杂并增加了设备投资。

发明内容

为了解决现有技术存在的使用空气、氧气等为气化介质时，气化工艺复杂、设备投资大的问题，本发明提供了一种生物质高温水蒸气气化制取富氢燃气的方法及其装置，制得的富氢燃气氢气含量高，焦油含量低，热值高且洁净。

本发明的技术方案为：一种生物质高温水蒸气气化制取富氢燃气的方法，以纯水蒸气作为气化介质，将水蒸气过热升温至≥900℃，控制水蒸气流量为1~600 g/h，恒流注入到高温固定床气化反应器内与生物质在900～1050℃的高温下进行水蒸气气化反应得到富氢燃气，生物质的粒径为40～80目，反应时间为30min，制取的富氢燃气中的氢气体积分数在45~51%，燃气热值在11～14MJ/Nm³。

所述生物质为木屑或稻壳。

当所述的生物质为木屑，控制水蒸气流量为1.05g/min时，不同温度下得到的富氢燃气中H₂/CO的体积比为0.92<H₂/CO<2.61；当控制温度为850℃，不同水蒸气流量下则0.46<H₂/CO<2.53；

当所述的生物质为稻壳，控制水蒸气流量为1.05g/min，则不同反应温度下0.52<H₂/CO<1.99，若控制温度为850℃，则不同水蒸气流量下0.39<H₂/CO<2.47。

用于所述的生物质高温水蒸气气化制取富氢燃气的方法中的装置，由水蒸气发生装置、管式炉、冷凝装置组成，管式炉内设有高温固定床气化反应器，高温固定床气化反应器的入口端与水蒸气发生装置连接，高温固定床气化反应器的出口端与冷凝装置连接。

所述的水蒸气发生装置由恒流计量泵和水蒸气发生器串联组成，水蒸气发生装置和高温固定床气化反应器的连接通过带有电加热带的保温管路连接。

所述的冷凝装置由冷凝管和冰盐水浴冷凝器串联组成。

水蒸气的加入量以进入水蒸气发生器前的液态的水进行计量和控制调节，与采用水蒸气计量相比，更为准确和方便，使水蒸气气化反应易于操控，实现制取富氢燃气的目标。

有益效果：