一种用于催化生物质转化为富氢燃气的反应装置

1.本发明属于生物质热解制氢技术领域，特别涉及一种用于催化生物质转化为富氢燃气的反应装置。


背景技术：

2.目前，生物质作为氢的来源，正在被开发研究，其原因是生物质来源广泛，并且氢含量也略高于煤等化石燃料，所以广受追捧；也正因为生物质研发的火热，现有技术中存在很多的设备及相应的工艺，例如申请号为202111093166.9的一种用于生物质热解制氢反应装置，其包括导气组件和承载组件，所述导气组件包括容纳罐、第一螺旋板和导流罩，所述容纳罐内壁设置有第一螺旋板，第一螺旋板下方设置有导流罩；以及，所述承载组件包括转轴、第二螺旋板和托盘，所述转轴设置于容纳罐内，转轴端部设置有导流罩，转轴上设置有第二螺旋板和托盘，并且第二螺旋板位于托盘的上方，第二螺旋板位于第一螺旋板内侧，并且之间留有空隙；并且第二螺旋板侧面的转动方向与沿第一螺旋板向上流动高温烟气方向相反，有利于进一步使高温烟气与催化剂进行充分反应，使反应更加充分彻底，提高反应效率，减少能量消耗，并有利于提高氢气组分的比例。
3.申请号为202110855126.7的供一种生物质热解气化实时监测和颗粒温度测量装置及方法，生物质热解气化实时监测和颗粒温度测量装置应用于生物质热解气化系统，所述生物质热解气化系统包括反应器，反应器中放置有生物质颗粒；所述生物质热解气化实时监测和颗粒温度测量装置包括测温单元，所述测温单元包括热电偶和温控模块，所述热电偶的一端插入所述生物质颗粒中，热电偶的另一端与温控模块连接。本发明的生物质热解气化实时监测和颗粒温度测量装置与方法，可以在热解气化过程中实时监测生物质颗粒内部的传热过程。
4.综上，申请人研究后发现，虽然现有技术中的生物质制氢原理均是相同的，但是不同装置的能量利用率以及生产效率是不相同的，其中，能量利用率主要受制于反应时通入超量的高温烟气与生物质进行反应，但反应后的高温烟气余热依然很大，虽然可以回收余热，但是仍然造成大量的能量流失，申请人将高温烟气的定时定量充入作为突破口，提升能量利用率；生产效率主要受制于生物质在反应装置内集中反应导致相对于反应装置内的大空间来说单次生物质反应量少，申请人将反应装置内的反应空间独立化作为突破口，提高生产效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种用于催化生物质转化为富氢燃气的反应装置，用以解决生物质反应过程中存在能量利用率以及生产效率低下的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于催化生物质转化为富氢燃气的反应装置，包括相连通的储气腔和生物质反应单元，所述储气腔与气源相连
通，且所述储气腔内设置有烟气加热组件；所述生物质反应单元包括集气中心轴以及若干沿所述集气中心轴的轴向间隔布置的生物质反应筒，所述生物质反应筒的内部为中空结构，所述中空结构的底壁为生物质反应区域，所述中空结构的外侧壁上开设有高温烟气进口，所述储气腔的内侧壁上设置有分别与各个所述生物质反应筒相对应的高温烟气供给空腔，所述高温烟气供给空腔通过第一电磁阀与所述储气腔相连通，所述高温烟气供给空腔内设置有第一温度压力传感器，所述高温烟气进口与所述高温烟气供给空腔相连通，所述中空结构的内侧壁通过第二电磁阀与所述集气中心轴的集气腔相连通，所述中空结构内设置有第二温度压力传感器，所述高温烟气进口和所述第二电磁阀的设置位置均位于所述生物质反应区域的上方；所述集气中心轴上设置有吊装部，所述集气中心轴的一端端部与集气组件可拆卸连接；当所述第一温度压力传感器达到第一预设阈值时，所述第一电磁阀关闭，当所述第二温度压力传感器达到第二预设阈值时，所述第二电磁阀开启。
7.优选地，所述储气腔为环形结构，所述环形结构的内壁与所述中空结构的外壁紧密贴合，所述集气中心轴的另一端端部与旋转驱动机构相连接；所述高温烟气进口的开口角度范围值为30
°
至90
°
。
8.优选地，所述第二电磁阀的设置位置远离所述高温烟气进口的设置位置。
9.优选地，上下相邻所述高温烟气供给空腔之间设置有余烟收集腔，所述余烟收集腔通过单向阀与所述储气腔相连通，余烟由所述余烟收集腔流至所述储气腔内。
10.优选地，所述吊装部为吊环结构。
11.优选地，所述集气组件包括集气泵，所述集气泵通过集气管路与所述集气中心轴的一端端部可拆卸连接。
12.优选地，所述第二电磁阀的出气量小于所述集气泵的单位集气量。
13.优选地，所述高温烟气供给空腔的容积不小于所述中空结构的容积的三分之一。
14.优选地，所述中空结构的高度不低于所述生物质反应区域内生物质反应后高度的二分之一。
15.优选地，所述生物质反应筒与所述集气中心轴可拆卸连接。
16.本发明相对于现有技术取得了以下有益效果：
17.1)本发明中通过将预先装好生物质的若干生物质反应筒与储气腔相连通，并通过第一电磁阀供给足够的高温烟气进入高温烟气供给空腔内，高温烟气供给空腔向生物质反应筒内充入足量高温烟气，当高温烟气供给空腔的温度和压力足够时，关闭第一电磁阀进入保压反应阶段，当生物质反应筒内随着反应的进行，内部压力逐渐增加时，第二电磁阀打开，释放部分内部气体，保证生物质反应筒内的制氢工作有效进行，释放气体的过程中高温烟气供给空腔内的储备烟气持续进入生物质反应筒内，同样的，当高温烟气供给空腔内的温度和压力降低时，打开第一电磁阀进入充气阶段；通过上述各部分的独立配备和连续化工作，能够解决生物质反应过程中存在能量利用率以及生产效率低下的问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。
19.图1为本发明用于催化生物质转化为富氢燃气的反应装置的三维侧视图；
20.图2为图1的部分结构示意图；
21.图3为图2的剖视图；
22.图4为图2中储气腔的剖视图；
23.图5为生物质反应单元的结构示意图；
24.图6为图5的局部剖视图；
25.其中：1、储气腔，2、生物质反应单元，3、集气中心轴，4、生物质反应筒，5、生物质反应区域，6、高温烟气进口，7、高温烟气供给空腔，8、第一电磁阀，9、第一温度压力传感器，10、第二电磁阀，12、吊装部，13、旋转驱动机构，14、集气组件，15、余烟收集腔。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.如图1至6所示，本发明提供一种用于催化生物质转化为富氢燃气的反应装置，包括相连通的储气腔1和生物质反应单元2，储气腔1通过进气管路与气源相连通，其中，气源可以是高温气源，也可以是一般气源，在储气腔1内设置有烟气加热组件，当气源是高温气源时，烟气加热组件起补偿加热功能，当气源时一般气源时，烟气加热组件起主要加热功能，气体加热为现有技术，在此不对其具体加热原理进行赘述，满足生物质制氢反应即可；
29.生物质反应单元2包括集气中心轴3以及若干沿集气中心轴3的轴向间隔布置的生物质反应筒4，其中，生物质反应筒4的数量根据实际需求选用；生物质反应筒4的进料及出料通过设置相应的进料口和出料口进行操作，具体设置位置及结构不做具体的限定，只要能完成进料及出料工作即可；为了便于维修以及更换，优选地，将生物质反应筒4与集气中心轴3可拆卸连接；具体结构如下：将生物质反应筒4的内部设置为中空结构，中空结构的底壁为生物质反应区域5，用于防止生物质，中空结构的外侧壁上开设有高温烟气进口6，储气腔1的内侧壁上设置有分别与各个生物质反应筒4相对应的高温烟气供给空腔7，高温烟气供给空腔7通过第一电磁阀8与储气腔1相连通，高温烟气供给空腔7内设置有第一温度压力传感器9，高温烟气进口6与高温烟气供给空腔7相连通，中空结构的内侧壁通过第二电磁阀10与集气中心轴3的集气腔相连通，中空结构内设置有第二温度压力传感器，高温烟气进口6和第二电磁阀10的设置位置均位于生物质反应区域5的上方；集气中心轴3上设置有吊装部12，集气中心轴3的一端端部与集气组件14可拆卸连接；当第一温度压力传感器9达到第一预设阈值时，第一电磁阀8关闭，当第二温度压力传感器达到第二预设阈值时，第二电磁阀10开启。即通过将预先装好生物质的若干生物质反应筒4与储气腔1相连通，并通过第一电磁阀8供给足够的高温烟气进入高温烟气供给空腔7内，高温烟气供给空腔7向生物质反应筒4内充入足量高温烟气，当高温烟气供给空腔7的温度和压力足够时，关闭第一电磁阀8
进入保压反应阶段，当生物质反应筒4内随着反应的进行，内部压力逐渐增加时，第二电磁阀10打开，释放部分内部气体，保证生物质反应筒4内的制氢工作的有效进行，释放气体的过程中高温烟气供给空腔7内的储备烟气持续进入生物质反应筒4内，同样的，当高温烟气供给空腔7内的温度和压力降低时，打开第一电磁阀8进入充气阶段；通过上述各部分的独立配备和连续化工作，能够解决生物质反应过程中存在能量利用率以及生产效率低下的问题。
30.为了实现有规律的间隔进气，本发明中储气腔1为环形结构，环形结构的内壁与中空结构的外壁紧密贴合，集气中心轴3的另一端端部与旋转驱动机构13相连接；高温烟气进口6的开口角度范围值为30
°
至90
°
，在旋转驱动机构13带动集气中心轴3转动的过程中，高温烟气进口6与高温烟气供给空腔7的连通状态相互转换，不连通时高温烟气进口6被环形结构的内壁所封堵，连通时高温烟气供给空腔7向中空结构内供给高温烟气，此处需要注意的是，必要时，可以在高温烟气供给空腔7内设置烟气补热装置；当供给高温烟气导致高温烟气供给空腔7内的温度和压力降低时，打开第一电磁阀8进入充气阶段。
31.为了避免高温烟气进口6处存在局部高压导致第二电磁阀10误开启的问题，本发明中第二电磁阀10的设置位置远离高温烟气进口6的设置位置，保证两者之间测间距。
32.为了避免烟气泄露至储气腔1的内壁与中空结构的外壁之间无法排除，进而避免两者之间烟气过多导致储气腔1的内壁与中空结构的外壁发生变形的问题本发明中上下相邻高温烟气供给空腔7之间设置有余烟收集腔15，余烟收集腔15通过单向阀与储气腔1相连通，余烟由余烟收集腔15流至储气腔1内，当压力过大时，余烟通过单向阀回流至储气腔1内。
33.作为一种具体的实施方案，本发明中吊装部12为吊环结构。
34.作为一种具体的实施方案，本发明中集气组件14包括集气泵，集气泵通过集气管路与集气中心轴3的一端端部可拆卸连接。
35.作为一种具体的实施方案，本发明中第二电磁阀10的出气量小于集气泵的单位集气量。
36.为了保证烟气的充足，本发明中高温烟气供给空腔7的容积不小于中空结构的容积的三分之一。
37.为了保证中空结构内的容压性能以及反应时间，本发明中中空结构的高度不低于生物质反应区域5内生物质反应后高度的二分之一，避免容积过小导致的压力变化巨大的问题。
38.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。