一种生物质-污泥等离子共转化制氢装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种生物质

【技术实现步骤摘要】
一种生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置及方法


[0001]本专利技术涉及固体废弃物资源化利用
，尤其涉及一种生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置及方法。

技术介绍

[0002]碳达峰、碳中和已然成为世界经济发展的重要决策之一，我国作为以煤炭、石油为主要燃料的世界碳排放大国之一，在“双碳”背景下，寻求碳排放低、污染小、高效清洁的可再生能源已成为新一轮能源技术变革的重要方向。氢燃烧热值高，其本身安全无毒、无臭，与氧气燃烧时产生纯净的水，对环境无污染，适用范围广，使得氢气被认为是未来重要的清洁能源之一。
[0003]国内外的主要制氢技术有煤、天然气等化石燃料的重整制氢；以焦炉煤气、氯碱尾气为原料的工业副产物制氢；基于新型清洁能源的电解水制氢。其中，以工业产品或副产品制氢技术成本大，消耗化石燃料资源，且制氢过程中产生大量CO2造成碳排放；以清洁能源为电力供应的电解水制氢，不能实现固体废弃物资源化利用。
[0004]生物质、污泥等固废废弃物分布广泛、成本低、可储存和运输，这些优势使其成为不可忽视的一大优质碳源。生物质具有挥发分和炭活性高、硫含量低、环境污染小、CO2零排放等特点；而污泥由于含有大量有机物，是良好的生物质能资源，同时其含有毒有害物质，传统处理方法易产生二噁英和呋喃等有害气体，污染较大，对其进行无害化处理和利用可以减轻环境压力，促进绿色生产。常规的生物质
‑
污泥制氢装置由于气化温度较低，易产生焦油等副产物，导致制氢工艺复杂，成本高，制氢效率低，如中国专利CN103979491A公开了“一种污泥与生物质共混气化制氢的方法和装置”。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置及方法，降低有害气体的排放，提高制氢效率。
[0006]技术方案：本专利技术的一种生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置，包括：生物质
‑
污泥预处理系统，所述生物质
‑
污泥预处理系统对生物质
‑
污泥进行干燥、粉碎处理制得预处理生物质
‑
污泥原料；等离子体气化系统，所述等离子体气化系统接收所述预处理生物质
‑
污泥原料并与气化剂进行等离子气化处理制得合成气；H2纯化储存系统，所述H2纯化储存系统接收所述合成气进行净化处理、分离提纯制得H2并储存。
[0007]优选的，所述生物质
‑
污泥预处理系统包括原料烘干装置和原料粉碎装置，所述原料粉碎装置接收原料烘干装置供给的原料并产出粉料。
[0008]优选的，所述等离子气化系统包括等离子气化炉以及与等离子气化炉连通的气化剂供给装置、进料装置、气体冷却塔、炉渣回收池；
所述气化剂供给装置包括空气压缩机、蒸汽发生器和CO2供给组件；所述进料装置包括接受预处理生物质
‑
污泥原料的提升机、与提升机出口连接的贮斗以及贮斗出口连接的螺旋给料机。
[0009]优选的，所述等离子气化炉包括内壁涂覆有耐高温材料的筒状金属炉体，所述金属炉体上部设有与螺旋给料机对接的进料口、与气体冷却塔对接的合成气出口；所述金属炉体下部圆周向等间距设有三组提供热源的等离子炬；所述金属炉体底端设有炉渣出口，所述炉渣出口设于炉渣回收池上方。
[0010]优选的，所述等离子炬与金属炉体纵向呈5
‑
45
º
夹角向下倾斜设置，且与金属炉体中轴径向投影偏移夹角为0
‑
30
º
。
[0011]优选的，所述H2纯化储存系统包括除尘脱硫装置、CO变换装置、变压吸附装置、H2储罐和CO2储罐；所述除尘脱硫装置包括与气体冷却塔气体出口连接的旋风分离器以及与旋风分离器出气口连接的喷淋洗涤塔，所述喷淋洗涤塔底部废液出口与废液回收池连接。
[0012]优选的，所述CO变换装置进气端分别与所述蒸汽发生器、喷淋洗涤塔出气端连通；所述变压吸附装置包括第一变压吸附塔和第二变压吸附塔，所述H2储罐和CO2储罐进口端分别与第二变压吸附塔相连，且CO2储罐与所述CO2供给组件连接并供给CO2气体。
[0013]一种采用生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置进行制氢的方法，包括以下步骤：步骤S1：按质量配比(1
‑
2):1称取生物质与污泥进行混合制得混合料，并混合料依次投入原料烘干装置、原料粉碎装置进行干燥、粉碎处理，制得含水率<30 wt%、粒度<10 mm的预处理生物质
‑
污泥原料；步骤S2：按照气体质量配比为(0.1
‑
3):1的气化剂与步骤S1中预处理生物质
‑
污泥原料在等离子体气化系统共转化制得合成气；步骤S3：步骤S2中制得的合成气经过H2纯化系统进行冷却、除尘、脱硫、CO变换、变压吸附处理、纯化分离制得纯化H2和CO2。
[0014]优选的，步骤S2中预处理生物质
‑
污泥在1400
‑
2000℃、0.1
‑
1.5 kPa条件下与气化剂在等离子气化炉中进行气化反应生成合成气和熔融炉渣。
[0015]优选的，步骤S3中合成气通入旋风分离器进行固体颗粒与气体分离，除尘后的合成气通入喷淋洗涤塔脱除H2S；脱硫合成气中粉尘含量小于1 mg/Nm3、H2S含量小于50 ppm；脱硫后合成气通入CO变换装置通过蒸汽重整将CO与水蒸气反应生成H2与CO2，CO变换装置出口CO含量小于100 ppm；将H2和CO2混合气经由第一变压吸附塔进行高压吸附，在第二变压吸附塔进行低压解吸、减压冲洗和升压复原处理制得纯化H2和CO2；纯化H2含量大于99.97%。
[0016]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的优点：1、本专利技术的制氢装置，操作简单，布置合理；2、制氢原料适应性好、易获取、价格低廉，降低化石燃料消耗；3、利用超高温等离子体气化生物质
‑
污泥，将有机物转化为洁净燃气，而无机物熔融成无害化的玻璃态熔渣，且该过程中不产生二噁英等有害气体，炉渣冷却后可作为建筑材料使用，实现固体废弃物无害化资源化利用；4、H2纯化系统可有效脱除合成气中固体颗粒及H2S，降低有害气体生成，利用变压吸附装置提高H2纯度至99.97％以上，并且分离合成气中的CO2将作为气化剂循环使用，减少CO2排放，实现碳捕集与循环利用。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置流程示意图；图2为实施例1
‑
3以及对比例1的H2收率及H2纯度结果。
[0018]附图标记：1、烘干机；2、鼓风机；3、破碎机；4、空气压缩机；5、蒸汽发生器；6、CO2供给组件；7、提升机；8、贮斗；9、螺旋给料机；10、等离子气化炉；11、炉渣回收池；12、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置，其特征在于，包括：生物质
‑
污泥预处理系统，所述生物质
‑
污泥预处理系统对生物质
‑
污泥进行干燥、粉碎处理制得预处理生物质
‑
污泥原料；等离子体气化系统，所述等离子体气化系统接收所述预处理生物质
‑
污泥原料并与气化剂进行等离子气化处理制得合成气；H2纯化储存系统，所述H2纯化储存系统接收所述合成气进行净化处理、分离提纯制得H2并储存。2.根据权利要求1所述的生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置，其特征在于，所述生物质
‑
污泥预处理系统包括原料烘干装置和原料粉碎装置，所述原料粉碎装置接收原料烘干装置供给的原料并产出粉料。3.根据权利要求1所述的生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置，其特征在于，所述等离子气化系统包括等离子气化炉（10）以及与等离子气化炉连通的气化剂供给装置、进料装置、气体冷却塔（12）、炉渣回收池（11）；所述气化剂供给装置包括空气压缩机（4）、蒸汽发生器（5）和CO2供给组件（6）；所述进料装置包括接受预处理生物质
‑
污泥原料的提升机（7）、与提升机出口连接的贮斗（8）以及贮斗出口连接的螺旋给料机（9）。4.根据权利要求3所述的生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置，其特征在于，所述等离子气化炉（10）包括内壁涂覆有耐高温材料的筒状金属炉体，所述金属炉体上部设有与螺旋给料机（9）对接的进料口、与气体冷却塔（12）对接的合成气出口；所述金属炉体下部圆周向等间距设有三组提供热源的等离子炬；所述金属炉体底端设有炉渣出口，所述炉渣出口设于炉渣回收池（11）上方。5.根据权利要求4所述的生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置，其特征在于，所述等离子炬与金属炉体纵向呈5
‑
45
º
夹角向下倾斜设置，且与金属炉体中轴径向投影偏移夹角为0
‑
30
º
。6.根据权利要求3所述的生物质
‑
污泥等离子共转化制氢装置，其特征在于，所述H2纯化储存系统包括除尘脱硫装置、CO变换装置（16）、变压吸附装置、H2储罐（19）和CO2储罐（20）；所述除尘脱硫装置包括与气体冷却塔（12）气体出口连接的旋风分离器（13）以及与旋风分离器出气口连接的喷淋...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟献梁，叶泽甫，朱竹军，孟恩，张帅，褚睿智，李晓，
申请(专利权)人：山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：