一种用于生物质催化制氢发电的装置的制作方法

本实用新型属于生物质能源化工领域，具体涉及一种用于生物质催化制氢发电的装置。

背景技术：

氢气被认为是未来最清洁能源的载体之一，能够从可再生资源获得，并将减少引起二氧化碳排放及使用化石原料所带来的环境问题。与处理生物质其他路线相比，热化学路线从生物质可持续制氢具有很大的工业潜力。当前的生物质热化学制氢途径主要包括生物质气化制氢、热解产物催化重整制氢、超临界水气化制氢等方法。

生物质热解发电，已经在国内外推广应用。在众多热解设备中，市场应用最多的是下吸式热解炉，生物质从上部加入下行经过干燥区、热解区、降温区，热解产生热解气水洗净化，脱水后进入发电机燃烧发电，热解炭经过降温后从炉子底部排出。但是存在如下问题：(1)利用率低。用于发电热解气体主要是生物质的挥发分；(2)资源浪费。热值较高的固定炭作为副产品排出，除小部分用于钢厂外，到目前为止尚未成为可以大规模利用的工业产品，废渣污染环境；(3)废水污染环境。在气体净化过程中，产生大量含酚焦油废水，无法处理严重污染环境。(4)能源密度低。生物质作为能源存在含氧高、含氢少的先天不足。

如何提高生物质能量密度、充分利用资源、解决废水污染环境的问题已经成为生物质作为能源的制约因素，成为生物质发电企业发展的障碍，因此现有技术中需要一种新的技术方案解决这些问题。

技术实现要素：

针对背景技术中存在的问题，本实用新型的目的是提出了一种用于生物质催化制氢发电的装置。

本实用新型为实现上述目的采用的技术方案是：一种用于生物质催化制氢发电的装置，其特征在于，包括：下吸式热解炉、燃烧炉、流化床气化炉、旋风分离器、余热锅炉、水煤气储罐、燃气锅炉、供热管网、水喷淋塔、石灰水喷淋塔、发电机组及粗品二氧化硅储罐，所述燃烧炉通过管道与位于下吸式热解炉侧壁下部的热解气出口密封连接，并在管道上设置有阀门，同时燃烧炉通过管道与流化床气化炉的底部密封连接，并在管道上设置有阀门；所述流化床气化炉的中部通过管道与位于下吸式热解炉底部的热解炭排出口密封连接，并在管道上设置有阀门；所述旋风分离器与流化床气化炉连接，同时旋风分离器与余热锅炉连接；所述水煤气储罐通过管道分别与余热锅炉、燃气锅炉及水喷淋塔密封连接；所述供热管网通过管线与燃气锅炉连接；所述水喷淋塔、石灰水喷淋塔及发电机组顺次通过管道连接；所述粗品二氧化硅储罐与流化床气化炉底部通过管道连接。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：

1、生物质热解产生的热解气中焦油的存在是现有工艺中难以克服的困难，本实用新型提供的装置采用下吸式热解炉先热解、再经燃烧炉缺氧降解，在气化前，将焦油分子降低为小分子，再进入流化床气化炉与热解炭进行水煤气和蒸汽重整反应，制备富氢高能燃气，解决了焦油存在带来的问题。

2、本实用新型采用下吸式热解炉热解生物质，热解产生热解气加入燃烧炉，同时将余热锅炉产生的中温蒸汽引入燃烧炉，热解气缺氧燃烧加热中温蒸汽为高温蒸汽，高温蒸汽与热解炭在流化床气化炉中进行水炭反应生产富氢气体，实现连续化生产。

3、本实用新型的下吸式热解炉、燃烧炉、流化床气化炉、旋风分离器及余热锅炉相互之间衔接紧密，避免能量损失，更主要优势是容易规模放大和连续给料。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型示意性实施例及其说明用于理解本实用新型，并不构成本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型所述一种用于生物质催化制氢发电的装置的结构框图。

图中各标记如下：1-下吸式热解炉，2-燃烧炉，3-流化床气化炉，4-旋风分离器，5-余热锅炉，6-水煤气储罐，7-燃气锅炉，8-供热管网，9-水喷淋塔，10-石灰水喷淋塔，11-发电机组，12-粗品二氧化硅储罐。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

如图1所示，一种用于生物质催化制氢发电的装置，包括下吸式热解炉1、燃烧炉2、流化床气化炉3、旋风分离器4、余热锅炉5、水煤气储罐6、燃气锅炉7、供热管网8、水喷淋塔9、石灰水喷淋塔10、发电机组11及粗品二氧化硅储罐12，所述燃烧炉2通过管道与位于下吸式热解炉1侧壁下部的热解气出口密封连接，并在管道上设置有阀门，同时燃烧炉2通过管道与流化床气化炉3的底部密封连接，并在管道上设置有阀门；所述流化床气化炉3的中部通过管道与位于下吸式热解炉1底部的热解炭排出口密封连接，并在管道上设置有阀门；所述旋风分离器4与流化床气化炉3连接，同时旋风分离器4与余热锅炉5连接；所述水煤气储罐6通过管道分别与余热锅炉5、燃气锅炉7及水喷淋塔9密封连接；所述供热管网8通过管线与燃气锅炉7连接；所述水喷淋塔9、石灰水喷淋塔10及发电机组11顺次通过管道连接；所述粗品二氧化硅储罐12与流化床气化炉3底部通过管道连接。

本实用新型提供的装置能够实现热解和水炭反应二步法制备富氢气体，具体上述用于生物质催化制氢发电的装置工作过程如下：

①从下吸式热解炉1上部加入生物质和空气，生物质热解产生热解气和热解炭；

②热解气从下吸式热解炉1下部侧面引出，进入燃烧炉2，向燃烧炉2通入空气燃烧，同时向燃烧炉2通入余热锅炉5产生的150℃～180℃中温蒸汽，将中温蒸汽加热到850℃～950℃制备高温蒸汽；

③将燃烧炉2制备的高温蒸汽引入流化床气化炉3，与从下吸式热解炉1底部引出的热解炭进行水炭反应，产生粗水煤气；粗水煤气从流化床气化炉3上部引出，经旋风分离器4分离含炭颗粒返回流化床气化炉3继续反应，粗品二氧化硅从流化床气化炉3底部排出，进入粗品二氧化硅储罐12；

④粗水煤气从旋风分离器4上部引出，进入余热锅炉5换热，加热蒸汽，再用余热锅炉5中的换热器降温粗水煤气，进入水煤气储罐6，水煤气储罐6用于存储粗水煤气；

⑤粗水煤气直接引入燃气锅炉7燃烧生产蒸汽，蒸汽并入供热管网8供热；

⑥粗水煤气引入水喷淋塔9喷淋水洗净化除杂，再引入石灰水喷淋塔10除co2，得到净化水煤气，引入发电机组11直燃发电。

所述下吸式热解炉1的热解过程如下：

生物质粉碎至粒径30mm～100mm，经斗氏提升机加入下吸式热解炉1，调整进入下吸式热解炉1热解区的氧含量，使热解区温度保持在600℃～700℃，热解0.5h～1.0h，生物质分解为热解气和热解炭。

所述燃烧炉2燃烧制备高温蒸汽的过程如下：

将下吸式热解炉1热解得到的600℃～700℃的热解气直接引入燃烧炉2，同时引入余热锅炉5产生的温度为150～180℃中温蒸汽，燃烧加热至850～950℃，生产高温蒸汽。

所述流化床气化炉3利用热解炭制氢过程如下：

将下吸式热解炉1热解得到的热解炭从其底部排出，直接从流化床气化炉3的中部加入下行，燃烧炉2制备的高温蒸汽从流化床气化炉3的底部加入上行，在温度为800℃～950℃的条件下，进行水炭反应，产生粗水煤气，粗水煤气经旋风分离器4分离炭颗粒返回流化床气化炉3继续反应，粗水煤气引入余热锅炉5换热生产中温蒸汽，再用余热锅炉5的换热器降温到100℃～150℃，引入水喷淋塔9，净化除尘，降温至95℃～100℃，再引入石灰水溶液喷淋塔10除co2生产净化水煤气，并副产纳米碳酸钙；净化水煤气引入发电机组11燃烧发电。

社会效益：

1、生物质热解产生的热解气中焦油的存在是现有工艺中难以克服的困难，本实用新型采用下吸式热解炉1先热解、再经燃烧炉2缺氧降解，在气化前，将焦油分子降低为小分子，再进入流化床气化炉3与热解炭进行水煤气和蒸汽重整反应，制备富氢高能燃气，解决了焦油存在带来的问题。

2、本实用新型提供的装置能够实现生物质热解，热解气缺氧燃烧加热中温蒸汽为高温蒸汽，高温蒸汽与热解炭水炭反应生产富氢气体，实现连续化生产。

3、燃烧炉2内缺氧燃烧过程也是焦油降解过程，达到温度后，过量的热解气随着高温蒸汽进入流化床气化炉3，参与水炭反应和蒸汽重整，小分子焦油进一步降解，生产富氢气体。

4、本实用新型的下吸式热解炉1、燃烧炉2、流化床气化炉3、旋风分离器4及余热锅炉5相互之间衔接紧密，避免能量损失，更主要优势是容易规模放大和连续给料。

5、本实用新型提供的装置能够实现在燃烧加热蒸汽过程中，缺氧燃烧控制反应温度，燃烧尾气中不含氧，保证后续工序中在不含氧状态下进行，操作安全。

6、富氢气体可以净化制氢，也可以直接燃烧发电，提高生物质发电效率。