[发明专利]一种生物质气化供热联产氢能的装置及方法

说明书

本发明公开一种生物质气化供热联产氢能的装置及方法，包括炭气联产气化炉、燃烧器、锅炉、炭汽反应器、导热油换热器、引风机、出炭螺旋器和脱二氧化碳器，进炭气联产气化炉连接出炭螺旋器，炭气联产气化炉的可燃气出口连接燃烧器，燃烧器连接锅炉，锅炉的烟气出口连接导热油换热器，导热油换热器的烟气出口连接引风机；锅炉的蒸汽出口连接炭汽反应器，导热油换热器的导热油出口连接炭汽反应器的导热油入口，导热油换热器的导热油进口连接炭汽反应器的导热油出口，出炭螺旋器连接炭汽反应器的进炭口，炭汽反应器的富氢出口连接脱二氧化碳器。该装置及方法实现了生物质气化清洁供热的同时得到氢能，显著提高了经济效益和环境效益。

技术领域

本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种生物质气化供热联产氢能的装置及方法。

背景技术

在能源和环境的双重压力下，大力开发清洁的可再生能源已成为摆在世界各国政府面前的一个非常紧迫的世界性课题。生物质能和其他新能源相比，具有可再生、污染少、可运输和储存、与现在能源工业最具相容性等特点，因而特别受到关注。中国是一个农业大国，农林生物质资源丰富、数量巨大、品种多样性。在利好的政策背景下，生物质资源化利用在中国获得了长足的发展，但同时也产生工艺、装备上的很多问题。

生物质气化作为生物质资源化利用中一种热化学转化的方法，在国内多所高校进行了深入研究。纵观当前生物质资源化利用气化可燃气的利用大致有以下几个方向：一是可燃气经过深度净化，供燃气轮机发电或者供气；二是可燃气经过初步除尘直接热燃气燃烧，供锅炉燃烧或者产蒸汽推动汽轮机发电。可燃气由于含有焦油、水汽、粉尘，深度净化一直是生物质可燃气利用的世界性难题，国内外很多学者研究了催化剂裂解焦油法、电加热裂解焦油法以及很多物理法去除焦油。催化剂裂解焦油法、电加热裂解焦油法是可以去除焦油，但是成本高，无法工业利用。物理法去除焦油不仅无法深度净化，而且去除的焦油产生污染。因此，国内外学者没有找到一个好的方法，既能去除焦油，也不增加成本的方法。

南京林业大学提出了生物质气化发电联产炭、热、肥技术，对于炭的利用，提出了制备活性炭、炭基肥，壳类生物质制备活性炭，附加值很高，而品质较差的木片类和秸秆类，由于灰分高无法制备活性炭，用来制备炭基肥，但是炭基肥市场接受力不行，因此，急于寻求一种清洁、环保、市场接受的生物质炭的利用方式。

制氢技术一直是制约氢能利用发展的瓶颈。目前制氢方法主要有水制氢、化石能源制氢和生物质制氢等。石化能源制氢技术是目前比较成熟的制氢途径，但制氢过程中需利用大量的天然气、煤和石油等化石燃料，会造成大量的碳排放。石油化工每生产1吨氢气会排放约2.5吨二氧化碳，利用煤炭生产1吨氢气约排放5吨的二氧化碳，因此化石能源制氢技术在环境层面存在限制。生物质是唯一一种以碳氢形式存在的可存储和可运输的可再生能源。生物质制氢具有来源丰富、价格低廉、节能环保和不消耗矿物资源等突出优点，是制氢工业中最具潜力的技术之一。

国内外对生物质气化技术开展了系列研究，取得了比较大的成就和技术进展。对于不同的生产目的和需求，不同气化剂(空气、氧气、水蒸气及其混合气体等)制备气化合成气的组分不同而且各有特点。空气作为廉价的气化剂可用来进行生物质气化生产，但由于大量氮气的存在，严重降低了生物质气的热值，而且不可避免的从系统中带走了部分热量。纯度较高的氧气作为气化剂可大幅提高生物质气的热值，但是成本相对较高。水蒸气作为气化剂和氢源可以在很大程度上提高H₂含量和冷煤气效率，是最有潜力的生物质气化制氢技术。1998年美国夏威夷大学的Turn在实验室规模流化床上，开展了生物质气化制氢实验。考察了不同实验参数对气化产氢率的影响，主要有反应器温度、空气当量比(ER)及水蒸气对生物质之比，提出了氢产能的概念。同年意大利拉奎拉大学的Rapagnà研究了生物质流化床气化以及二次催化研究，利用一个带有催化剂的二次反应气对气化气体进行催化重整，获得了氢气浓度为60％以上合成气。国内外基本停留在对生物质气化后可燃气催化合成来制备氢气。

因此，需要提供一种新的生物质气化供热联产氢能的装置及方法，来解决现有炭气联产系统中炭的利用价值低、热量利用效率低、环境效益差等问题。

发明内容