撬装型自给式沼气制备绿氢的方法

本发明涉及一种撬装型自给式沼气制备绿氢的方法，属于能源综合回收利用领域。

背景技术：

1、沼气是各种有机物质(养殖业禽畜粪污、填埋垃圾、工业有机废水、水处理污泥等)，经过微生物的发酵作用(厌氧发酵)产生的一种可燃烧混合气体。沼气主要有三种来源：城市生活垃圾填埋后降解产生的垃圾填埋气(lfg)，废水处理过程中生物反应器或消化池中产生的消化气，农村农林废弃物发酵气。其中，垃圾填埋气约占世界沼气排放总量的80％，沼气的典型组成(体积浓度)为40％～70％的ch4、30％～45％的co2,0.03％的h2s及微量其它杂质气体，厌氧消化池消化过程产生的沼气中甲烷含量可高达80％。

2、ch4和co2是主要的温室气体，其中ch4对臭氧层的破坏作用是co2的40倍，对红外线的吸收效率是co2的20倍，产生的温室效应比同体积co2高20倍以上。在人为ch4排放源中，垃圾填埋场排放列第3位。然而，lfg现在只收集和利用了不到10％，农林废弃物发酵产生的沼气更是未得到有效利用。因此，对沼气加以收集并利用，以减少温室气体的排放便是目前急需解决的问题。

3、沼气经过净化、除去惰性组分和有害污染物后，其主要成分甲烷是一种清洁的可再生能源，可以加以利用。沼气的主要利用途径包括：(1)直接燃烧产生蒸汽，用于生活或工业供热；(2)通过内燃机发电；(3)作为运输工具的动力燃料；(4)经脱水净化处理后用作管道煤气；(5)用于co2制造工业；(6)用于制造甲醇原料。其中第一种利用途径被广泛采用，第二种利用途径次之，前两种利用途径约占总利用量的90％以上。但沼气直燃或发电时，因沼气内含不可燃成分较高，导致燃烧不充分，且发电温度高，余热很难利用，烟气中的nxo超标现象严重，一定程度上造成能源浪费及环境污染。

4、通过对上述利用途径产生的温室效应值进行对比，发现将沼气进行重整后产生富氢气体，同时生成的co2能够被捕获并加以利用，使得温室效应的减少效果最好。但是，现有技术中通过沼气制备氢气的装置结构复杂，不便于运输使用，同时，现有技术中通过沼气制取氢气需要高温反应，使得在制备过程中需要外界能量的协助，且在沼气的利用过程中，能量的利用率较低，使得通过沼气制备氢气存在较多限制。

5、有鉴于此，确有必要提出一种撬装型自给式沼气制备绿氢的方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种撬装型自给式沼气制备绿氢的方法，以解决现有技术中通过沼气制备氢气的装置复杂、能量利用率低且需要外界能量协助的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种撬装型自给式沼气制备绿氢的方法，包括：

3、s1、对沼气进行加压、脱硫和脱氨处理后存储于第一储罐中，将所述第一储罐中的部分沼气输入燃烧炉中进行燃烧，将空气输入第一换热器内进行预热后输入燃烧炉内与沼气混合，使得沼气能够充分燃烧；

4、s2、将水输入第二换热器内进行加热并汽化为水蒸气，水蒸气与所述第一储罐内的另外部分沼气混合以形成原料气，并将原料气输入第三换热器内进行加热；

5、s3、所述燃烧炉内设有转化反应器，所述原料气输入所述转化反应器进行转化反应以生成混合气；

6、s4、对所述混合气进行降温后与水混合并输入变换反应器进行变换反应，以生成合成气，对所述合成气进行冷却和气液分离，以得到合成气体和合成液体，并将所述合成液体与所述混合气混合后输入变换反应器并进行循环；

7、s5、将所述合成气体输入喷淋塔，通过喷淋液吸收所述合成气体中的二氧化碳，将脱除了二氧化碳的合成气体输入膜分离器，以将氢气和余气进行分离，并将氢气存储于氢储罐中；

8、s6、将部分所述余气输入s4中与混合气混合并进行循环，将另外部分输入第七换热器进行预热并与s1中用于燃烧的沼气进行混合后输入燃烧炉进行燃烧；

9、s7、将吸收了二氧化碳的喷淋液输入再生塔，所述再生塔内设有再沸器，加热所述喷淋液，以将喷淋液中的二氧化碳进行脱除，并对二氧化碳进行冷却后存储于碳储罐中。

10、作为本发明的进一步改进，s1包括：沼气经第一压缩机升压至1.5～4.5atm后输入脱氨塔，以将沼气中的氨气脱除至10ppm以下，随后将沼气输入脱硫塔，以将沼气中的硫化合物脱除至10ppm以下，随后输入第一储罐中进行存储，第一换热器设于燃烧炉内。

11、作为本发明的进一步改进，s2包括：所述燃烧炉内设有第二换热器和第三换热器，所述第二换热器和第三换热器均设于所述燃烧炉的烟道管内，且所述第二换热器靠近所述烟道管开口处设置，混合气在第三换热器内升温至800±50℃。

12、作为本发明的进一步改进，s3包括：所述转化反应器包括自上而下依次排布的第一、第二和第三转化反应器，第一转化反应器靠近第三换热器设置，并使得混合气自第三换热器输出后输入第一转化反应器，随后流入第二转化反应器，再流入第三转化反应器内进行转化反应，所述第二转化反应器的温度为1000±50℃，所述第三转化反应器的温度为1100±50℃；

13、所述转化反应包括：

14、ch4+h2o＝co+3h2；

15、ch4+2h2o＝co2+4h2；

16、ch4+co2＝2co+2h2；

17、ch4+3co2＝4co+2h2o。

18、作为本发明的进一步改进，s4包括：所述第一储罐中用于燃烧的沼气与混合气均输入第四换热器，并在第四换热器内进行换热，以降低混合气的温度，混合气随后输入第五换热器，并在所述第五换热器内与导热油换热，以将混合气的温度降至650±50℃。

19、作为本发明的进一步改进，s4包括：所述变换反应器包括第一、第二和第三变换反应器，混合气与水混合后依次输入第一、第二和第三变换反应器，以进行变换反应，合成气输入第六换热器与导热油进行换热，以降低合成气的温度，随后将合成气输入第一冷却器进行降温，并输入分离罐进行气液分离，将合成液体分为三部分，并将合成液体分别补加在第一、第二和第三变换反应器的入口处，以分别与混合气混合后进行变换反应；

20、所述变换反应包括：

21、co+h2o＝co2+h2；

22、ch4+co2＝2co+2h2；

23、ch4+3co2＝4co+2h2o。

24、作为本发明的进一步改进，s5包括：合成气体与喷淋液充分接触，以将合成气体中的二氧化碳充分的溶解于喷淋液中，脱除了二氧化碳的合成气体从喷淋塔的塔顶处输出并输入膜分离器。

25、作为本发明的进一步改进，s6包括：余气分为两部分，其中一部分与混合气和水混合后输入变换反应器进行变换反应，燃烧炉内还设有第七换热器，另一部分余气输入所述第七换热器进行预热，随后输入燃烧炉内燃烧。

26、作为本发明的进一步改进，s7包括：所述再沸器设于再生塔的塔釜处，以对塔釜进行加热，使得喷淋液中的二氧化碳受热析出，喷淋液能够从再生塔的塔釜处流出并流入喷淋塔吸收二氧化碳，以实现喷淋液的循环，所述再生塔的塔顶设有第二冷却器，以对二氧化碳进行冷却并存储于储碳罐中，导热油分别与混合气和合成气换热，以提高导热油的温度，导热油与所述再沸器换热，以加热所述再沸器。

27、作为本发明的进一步改进，燃烧炉包括转化反应区和烟道管换热区，所述转化反应器收容在转化反应区内，所述转化反应区内设有燃气喷嘴，以对转化反应器进行辐射加热，第三换热器收容在烟道管换热区内并靠近变换反应器设置，第一换热器收容在烟道换热区并设于第三换热器远离变换反应器的一侧。

28、本发明的有益效果是：本发明的撬装型自给式沼气制备绿氢的方法通过将部分沼气用于燃烧发热，以提供沼气进行转化反应所需的热量，无需外部热源，使得装置可以连续稳定运行；通过将甲烷蒸汽转化以及膜分离提纯氢气等技术进行结合，使得装置的成本低廉，且能够对碳排放低的生物沼气制取氢气与二氧化碳，通过回收尾气中的有效成分，不仅大大降低了工艺路线总能耗，还降低了后期尾气处理的压力，减小了环境保护的负担。