[发明专利]一种生物质热解及化学链制氢耦合连续反应装置及利用该装置制备氢气的方法

权利要求书

1.一种生物质热解及化学链制氢耦合连续反应装置，其特征在于该装置包括：用于将生物质热解生成生物质热解气的生物质热解气化装置、用于与生物质热解气和水蒸气交替发生氧化还原反应制备氢气的旋转化学链膜反应制氢装置；

所述生物质热解气化装置包括进料口(1)、热解气化反应器(3)和热解气输出通道(6)；

所述旋转化学链膜反应制氢装置为圆柱体状，包括耐温壳体(7)、反应气体进气装置(9)、旋转氧载体反应器(8)和生成气体输出装置(10)；所述旋转氧载体反应器(8)由中轴(81)及可绕中轴旋转的氧载体转子(82)构成；所述氧载体转子(82)内部为由若干气体通道(822)间隔的蜂窝状孔道(821)结构，蜂窝状孔道(821)上设有负载晶格氧的氧载体膜，所述气体通道(822)与中轴平行(81)；所述反应气体进气装置(9)及生成气体输出装置(10)分别设置在旋转氧载体制氢装置(8)中轴轴向的两端；所述反应气体进气装置(9)被与中轴平行的气体密封板(12)分成至少三个扇形的气室，分别为热解气进气室(91)、水蒸气进气室(92)和空气进气室(93)；所述生成气体输出装置(10)也被与中轴平行的气体密封板分成至少三个扇形的气室，分别为热解气尾气输出室(101)、氢气输出室(102)和空气尾气输出室(103)；所述热解气进气室(91)与热解气尾气输出室(101)的位置相对应，水蒸气进气室(92)与氢气输出室(102)的位置相对应，空气进气室(93)和空气尾气输出室(103)的位置相对应；所述热解气输出通道(6)与热解气进气室(91)连通。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应气体进气装置(9)的两个相邻气室之间还设有惰性气体进气室；所述生成气体输出装置(10)的两个相邻气室之间相应所述惰性气体进气室的位置之处也设有惰性气体输出室。

3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述氧载体转子的蜂窝状孔道的材料为水滑石结构材料；氧载体转子的工作温度为800～1000℃，蜂窝状孔道直径为2-6mm。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生成气体输出装置(10)还与气体冷凝收集装置相连接。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生物质热解气化装置的进料口(1)连接有螺旋进料器。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生物质热解气化装置的底部设有排灰装置。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生物质热解气化装置的热解气化反应器(3)中设有用于分隔固体物料和气体的折流板，所述折流板将热解气化反应器分成与进料口(1)相通的第一腔室和与热解气输出通道(6)相通的第二腔室。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热解气化反应器的工作温度为800～850℃。

9.利用权利要求1-8任一项所述的生物质热解及化学链制氢耦合连续反应装置制备氢气的方法，其特征在于：

(1)将生物质置于生物质热解气化装置中，800～850℃下进行热解，生成含有H₂、CO、CH₄、CO₂的热解气；热解气通过热解气输出通道进入到热解气进气室，并进入到与热解气进气室位置对应的氧载体转子中，发生氧化还原反应，区域的氧载体膜的晶格氧将热解气氧化，生成尾气，晶格氧被还原；

(2)往水蒸气进气室通入水蒸气，空气进气室通入空气，惰性气体进气室通入氮气；保持旋转氧载体反应器的温度在800～1000℃；

(3)启动氧载体转子使其绕中轴旋转，使得被热解气还原的区域氧载体膜依次被氮气-水蒸汽-氮气-空气-氮气吹扫；被热解气还原的氧载体膜与水蒸汽发生反应，水蒸汽被还原成氢气，被还原的氧载体膜得以复原；氧载体膜继续与空气发生反应，保证氧载体膜重新负载晶格氧；氮气的作用是两区域间的反应气体和尾气分隔彻底；

(4)热解气的尾气进入热解气尾气输出室；氢气进入到氢气输出室；氮气进入惰性气体输出室；空气反应后的尾气进入到空气尾气输出室；生成的各种气体经冷凝后排放或收集；

(5)氧载体转子不断旋转，即循环上述(1)-(4)的制氢过程。