一种生物质负碳制氢装置及方法与流程

技术特征：
1.一种生物质负碳制氢装置，其特征在于，包括生物质气化室(3)、气体分布室(7)、还原反应室(4)、制氢反应室(9)、料腿(8)、空气提升管(1)、旋风分离器(2)、连接管路和阀门；还原反应室(4)和制氢反应室(9)均位于生物质气化室(3)内部，为上下串联，且与生物质气化室(3)呈同中心轴布置，空气提升管(1)位于生物质气化室(3)外部；生物质气化室(3)与还原反应室(4)通过气体分布室(7)相连，还原反应室(4)与制氢反应室(9)通过料腿(8)和密封阀连接，制氢反应室(9)与空气提升管(1)通过管路连接，空气提升管(1)与还原反应室(4)通过管路和旋风分离器(2)连接，还原反应室(4)、制氢反应室(9)和空气提升管(1)之间均设有用于控制载氧体流量和气体密封的阀门；生物质在生物质气化室(3)内从上向下移动；载氧体在还原反应室(4)、制氢反应室(9)和空气提升管(1)内进行循环。2.根据权利要求1所述的生物质负碳制氢装置，其特征在于，生物质气化室(3)为顺流式移动床；还原反应室(4)、制氢反应室(9)均为逆流式移动床；空气提升管(1)为顺流式流化床。3.根据权利要求1所述的生物质负碳制氢装置，其特征在于，还原反应室(4)下部为漏斗状，漏斗夹角为60
°–
100
°
，漏斗壁面上安装布风管(5)或开设气体分布孔；且布风管(5)之间的间距或气体分布孔的孔径均小于载氧体颗粒直径。4.根据权利要求1所述的生物质负碳制氢装置，其特征在于，料腿(8)的内径大于或等于载氧体颗粒粒径的10倍；生物质气化室(3)的还原区高度大于或等于气体分布室(7)高度；气体分布室(3)上设有进气孔(6)，进气孔(6)的孔径小于生物质颗粒和生物质灰渣尺寸。5.一种生物质负碳制氢方法应用于如权利要求1-4任一项所述的制氢装置其特征在于，包括以下具体步骤：s1、生物质在生物质气化室(3)从上向下移动依次发生干燥、热解、氧化和还原，最终生成灰渣和气化气，灰渣从所述生物质气化室(3)底部的排灰口排出，气化气进入气体分布室(7)；s2、气化气通过气体分布管进入还原反应室(4)将氧化态的载氧体还原，气化气被氧化为二氧化碳和水蒸汽，经冷凝后获得高纯度的二氧化碳；s3、还原后的载氧体经料腿(8)进入制氢反应室(9)与水蒸气反应，产物经冷凝后得到高纯氢气；s4、载氧体进入空气提升管(1)被空气中的氧气氧化，再生后的载氧体经旋风分离器(2)实现气固分离后进入还原反应室(4)，参与下一个循环。6.根据权利要求5所述的生物质负碳制氢方法，其特征在于，热解后的生物质与气化剂发生氧化反应为生物质的干燥及热解、载氧体与气化气的还原反应提供热量；氧化态的载氧体与气化气在还原反应室(4)发生氧化反应为生物质气化室(3)内生物质的干燥和热解提供热量；还原态的载氧体与空气中的氧气在空气提升管(1)内发生氧化反应为还原反应室(4)内载氧体与气化气的还原反应提供热量。7.根据权利要求6所述的生物质负碳制氢方法，其特征在于，气化剂为还原反应室(4)出口未冷凝气体，包括氧气、水蒸气、二氧化碳其中之一或组合。
8.根据权利要求5所述的生物质负碳制氢方法，其特征在于，载氧体为复合铁基载氧体，其惰性载体为al2o3、zro2、ceo2、tio2其中一种或组和；活性组分为fe2o3，或添加其他过度金属的fe2o3混合物及其尖晶石型或钙钛矿型固溶体。9.根据权利要求5所述的生物质负碳制氢方法，其特征在于，生物质气化室(3)温度为700-900℃；还原反应室(4)温度为700-950℃；制氢反应室(9)温度为700-900℃；空气提升管(1)温度为800-1000℃。10.根据权利要求6所述的生物质负碳制氢方法，其特征在于，生物质气化室(3)中气化剂和生物质移动方式为顺流式；还原反应室(4)中气化气和载氧体移动方式为逆流式；制氢反应室(9)中水蒸气和载氧体移动方式为逆流式；空气提升管(1)中空气和载氧体移动方式为顺流式。

技术总结
本发明涉及生物质制氢技术领域，特别是涉及一种生物质负碳制氢装置及方法；为了解决系统各反应器吸/放热差异大，保持热平衡困难两个方面的问题。本发明公开的装置主要结构包括内外偶联式移动床气化-还原-制氢一体化反应器、油气分布室、料腿、阀门、空气提升管等。顺流移动床气化室对生物质原料进行气化，得到气化气；气化气通过卷吸孔和布风管进入还原反应室与载氧体反应得到水蒸气和二氧化碳，还原后的载氧体通过料腿进入制氢反应室，与水蒸气反应产生氢气，最后通过空气提升管再生。该装置通过对气化与还原-制氢反应室耦合，实现了反应器的高度集成，设备更紧凑，同时气化反应放热与还原反应吸热形成了热补偿，实现系统热平衡。衡。衡。


技术研发人员：肖睿 高子翔 曾德望 邱宇 杨琰鑫 马启磊 周福 程时鹤
受保护的技术使用者：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院
技术研发日：2022.08.22
技术公布日：2022/11/18