[发明专利]一种生物质微波热解气化制氢方法及设备

说明书

本发明涉及一种生物质微波热解气化制氢方法及设备，生物质资源综合利用和生物质热解技术领域。包括以下步骤：（1）将添加少量活性炭的生物质原料混合均匀，放入装有带孔隔板的石英管中（2）向热解装置内通入氮气保证无氧环境，开始热解前停止通入氮气并密封进气口。（3）打开蠕动泵和加热炉，产生流量可控的水蒸气（4）开始热解时，在原料加热到热解温度后通入预先加热好的水蒸气，直至热解时间结束，收集制得的富氢气体。本发明制备得到的富氢燃气中氢气含量较高，提供了一种高效环保的制备氢气的方法，且生物质原料能得到高效利用，具有很高的清洁资源回收价值。

技术领域

本发明属于制氢技术领域，具体的说，涉及一种生物质微波热解气化制氢方法。

背景技术

近年来，氢能在世界范围内备受关注。氢的使用解决了与化石燃料相关的其他环境问题，例如 CO、CO ₂ 的排放、碳氢化合物等，因此，氢已被全球公认为环境友好或生态友好的燃料。随着越来越多的人对氢能源开展的深入研究，氢的巨大生态潜力有望在未来几十年内得到利用，包括氢气生产、储存、分配和使用在内的氢气技术的新创新解决方案正在渗透到所有行业领域，只是目前的技术尚未达到大规模实施的水平。当今的制氢技术多种多样，包括传统的电解水制氢、太阳能制氢技术、生物质制氢技术等。但是这些制氢方法都还不够成熟，不能大规模投入生产。电解水制氢虽然不会对环境造成污染，但是存在着耗能大，效率低的缺点。当前的太阳能制氢技术虽然已经取得了很大的进展，但在制氢效率、材料成本、规模化应用上存在明显不足，需要进一步优化和改善。

通过过去几十年对制氢技术的研究，生物质已经成为当前制氢技术的重要选择原料之一，具有替代化石燃料生产氢气的巨大潜力。生物质是一种比较可靠的可再生、清洁的制氢能源，有着成本低、资源丰富且易于使用的优点。由于生物质热解过程中形成焦油（由醇类、酚类、醛类和芳香族化合物等组成的复杂混合物），其生成会严重影响催化剂的活性，为了避免这种影响，目前的生物质气化制氢大多分为两步，在两级固定床反应器中进行，先进行生物质热解，然后再用催化剂催化制氢。这种制氢方式，需等待两个反应区域装置升至高温后放入生物质热解产生挥发分，而后使用氮气、水蒸汽吹扫挥发分与催化剂反应制备含氢气体，整体流程较长且效率低。且目前的生物质制氢技术中，加热裂解时能耗较高。

生物质气化制氢方法虽然在现有技术的基础上取得了一些突破和创新，但仍需要更多的科学进步，使其具有经济竞争力和环境友好性，以实现大规模工业化生产。当务之急是实现生产过程的可控性和可扩展性，提高反应速率和效率，节约生产成本，如何在保证成本和能耗的情况下实现生物质制氢技术的工业化应用是当前需要解决的问题。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种生物质微波热解气化制氢方法和设备，在生物质微波催化热解的同时通入作为气化剂的水蒸气进行气化制氢反应。加入的镍基催化剂既可以作为生物质微波催化热解的催化剂，促进焦油裂解并提高热解效率与质量，也可以作为蒸汽气化制氢过程的催化剂，能够提高生物质的碳气化速率和氢气选择性，与传统的生物质热解与气化制氢分离操作相比，更加直接高效。

为此本发明有三个目的，第一目的在于提供一种生物质微波热解气化制氢方法，第二目的在于提高一种生物质微波热解气化制氢设备，第三目的在于提供一种可以在通蒸汽条件下微波裂解反应中的应用的生物质微波热解气化制氢设备。

本发明的第一目的是通过如下技术方案实现的：

一种生物质微波热解气化制氢方法，将生物质原料在通水蒸气的条件下进行微波裂解产生氢气，微波裂解与气化制氢同步进行。

进一步的，在生物质原料中加入活性炭进行微波裂解。

进一步的，在生物质原料中同时加入镍基催化剂。

进一步的，活性炭的加入量为生物质原料量的5~10 wt.%。

进一步的，催化剂的加入量为生物质原料量的5~20 wt.%。