[发明专利]一种由生物质炭制取富氢气体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质能源领域，特别是一种以生物质炭为原料制取富氢气体的方法。

背景技术

伴随着全世界能源消耗的增加，人们面临着二氧化碳的大量排放和化石燃料枯竭的问题。为了能够找到一个可行的解决办法，人们在发展可再生能源方面做出了大量的努力。生物质就是一种重要的可再生能源，它有着化石能源不可比拟的优点：可再生性和二氧化碳的零排放。地球上的生物质资源非常丰富，年产量约为146Gt，目前生物质提供的能量占全球所需能量的7-11％。

作为一种未来很有希望的高热值、洁净的能量形式，氢能引起了世界各国的高度重视。当今制取氢气的主要方法是化石能源制氢，几乎90％的氢气是通过天然气重整或轻油组分重整制取的，但化石能源有限且不可再生，制氢过程中还会释放温室气体和一些污染物。

生物质制氢现已成为各国争先研发的热点领域，生物质制氢主要有热化学过程和生物转化过程。热化学过程是生物质转化为高热值燃料最常用的一种技术，它一般包括热解和气化过程。热解过程是生物质在650-800K、0.1-0.5MPa和无氧的条件下转化成液体的油、生物质炭和气体的过程。其中生物质炭的产率一般为15-25％。生物质炭作为生物质热解的副产物之一，常用来直接燃烧提供热量，还可以制备活性炭和通过气化来制备富氢气体。考虑到生物质炭有含碳量高、热值高、反应性好和能够很好气化的特点，通过气化生产富氢气体是非常有发展前景的工艺。气化剂可以是氧气、空气和水蒸汽，或者是他们的混合物。在这三种气化剂中，水蒸汽气化能够获得高的氢气产率。水蒸气汽气化的产物气热值比空气气化的高，成本比氧气气化低。目前国内外有关以生物质炭为原料制取富氢气体的研究还是罕见的，仅有的生物质炭利用技术是将生物质炭放于磁舟中，再将磁舟放入管式炉中，通蒸汽15min，得到的H₂收率最大值为57.07mol/kg生物质炭。由于操作条件上的限制，该技术难以实现规模化生产。本发明以流化床为反应器，停留时间大大缩短，有利于规模化生产，而且能够有效地提高H₂的收率。

发明内容

本发明的目的是提供一种由生物质炭制取富氢气体的方法。

本发明有如下技术方案解决上述技术问题：在流化床反应器中，以水蒸汽为气化剂，生物质炭被连续的送入反应器中，在反应温度为700-950℃，S/C(水碳比)为1-5的条件下进行气化反应，生成以H₂、CO为主要成分的富氢气体。反应后的炭随着富氢气体和未反应的水蒸汽进入旋风分离器进行分离，未反应的水蒸汽在冷凝器中进行分离。

本发明的方法与已有技术相比，优点在于：

1.生物质炭能够与水蒸汽充分接触，有利于生物质炭的转化；

2.富氢气体的收率高；

3.反应装置操作简单，反应条件容易控制，容易规模化生产。

附图说明

图1是本发明由生物质炭制取富氢气体的工艺流程图。

具体实例

实例1：本实例中的生物质炭是木屑裂解制备生物油工程中得到的副产物。

对于得到的生物质炭进行工业分析和元素分析，结果见下表：

所使用的流化床反应器高70cm，内径为10cm。

反应条件：S/C(水炭比)＝2，其中生物质炭的质量流量为300g/h，水蒸汽的质量流量为600g/h。反应温度为750℃。反应结果如下表所示：

实例2：800℃的温度条件下，进行生物质炭的气化反应，除反应温度不同外，其他条件与实例1完全相同。结果如下表所示：

实例3：850℃的温度条件下，进行生物质炭的气化反应，除反应温度不同外，其他条件与实例1完全相同。反应结果如下表所示：

实例4：900℃的温度条件下，进行生物质炭的气化反应，除反应温度不同外，其他条件与实例1完全相同。反应结果如下表所示：

实例5：反应条件：S/C(水炭比)＝3，其中生物质炭的质量流量为300g/h，水蒸汽的质量流量为900g/h。反应温度为900℃。反应结果如下表所示：

实例6：反应条件：S/C(水炭比)＝4，其中生物质炭的质量流量为300g/h，水蒸汽的质量流量为1200g/h。反应温度为900℃。反应结果如下表所示：

由于实验所用的反应器体积较小，没有足够的停留时间来进一步提高碳的转化率。在工业生产中，如果反应器体积足够大，相信碳的转化率能够进一步的提高。