一种从生物质中制取超纯氢气的工艺流程

技术领域

本发明涉及一种从生物质中制取超纯氢气的工艺流程，具体来说是一种在超重力环境下恒温氧化生物质获得含有氢气的混合气体，经过气体分离过程获得超纯氢气的工艺流程。

背景技术

氢不仅是宇宙中最轻的元素，还具备极具竞争力的能量密度，单位质量的热值约是煤炭的4倍、汽油的3.1倍、天然气的2.6倍。相比电力，氢气可储存、可充电、可燃烧的特性能够实现跨时间及地域的灵活运用。现阶段的主要能源仍然是化石能源，这些能源不仅储藏量有限，而且不清洁，在使用过程中排出大量CO

获得氢气的途径主要包括利用化石能源如石油热裂解、煤炭气化、天然气热解以及利用可再生能源风电、光伏发电通过电解水水解获得。化石能源如石油、煤炭、天然气获得氢气的技术成熟，但制氢的成本很大程度上取决于原料的成本，并且随原料价格的波动非常明显。利用可再生能源如风电、光伏发电通过电解水水解获得的氢气生产成本居高不下，且氢气生产不连续不稳定。

生物质是一种可再生资源，如果能从生物质中制取氢气，就能够源源不断获得氢气能源。传统生物质气化、热解、裂解工艺也可以获得少量氢气，但该工艺的目的是为了获得更多的木炭而不能产生大量的氢气。传统工艺产生的混合气体无法通过气体分离得到纯净的氢气，根本原因是氢气含量太少进行分离价值不大。

发明内容

本发明创新了一种从生物质中制取超纯氢气的途径。它在传统生物质气化、热解、裂解基础上，采用超重力反应炉取代传统低传质效率反应器，在反应炉中采用超重力旋转填料床反应器，极大强化了过程传质效率，缩短氧化时间。另外，在恒温氧化阶段采用了配方氧化剂共同作用，使瞬时氧化速度也大大提高；由此，使超重力反应炉尺寸较传统气化炉大为减小，工艺简化、设备数量减少、占地面积小。

本发明的技术方案是这样实现的：生物质通过进料系统进入超重力反应炉1中段，通过超重力旋转填料床9将生物质均匀分布在反应炉内部。通过供气系统12将配方氧化剂通入超重力反应炉，流化分配器13将配方氧化剂与生物质逆流或错流接触，超重力场下反应炉内的温度和压力处于稳定状态。生物质与配方氧化剂发生第一次反应后向下乘降，未反应彻底的生物质与新鼓入的配方氧化剂再次发生反应。生物质在超重力场下被恒温氧化的同时释放出混合气体，混合气体中含有氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、硫化氢、氮气等，其中氢气的含量达到14％左右。反应后的残渣主要包括木炭和液体，通过排出口4排出。

混合气体首先通过水合物溶液，将混合气体中一氧化碳转化为氢气，一氧化碳的转化为氢气的过程是在催化剂的作用下，温度高于催化剂起始活性温度，一氧化碳和水蒸气发生化学反应，将一氧化碳转化为氢气和二氧化碳，此时混合气体中氢气的含量上升为34％左右，同时进一步增加了混合气体中二氧化碳的含量。

将一氧化碳转化为氢气后的混合气体，由于含有二氧化碳和硫化氢不能被直接利用，需要将其分离。混合气体中二氧化碳和硫化氢的分离过程是将含有二氧化碳和硫化氢的混合气体在降压和升温的情况下，胺液水溶液中，二氧化碳和硫化氢被吸收。胺液水溶液是介于典型的化学溶剂与物理溶剂之间，称之为“物理”—化学吸收剂，在吸收过程中对混合气体中的非极性气体损失较小。胺液水溶液在再生过程中解析出高纯度的二氧化碳和硫化氢。解析出的硫化氢气体在反应釜内同配方催化剂在旋流分离的丝网填料表面接触，硫化氢被配方催化剂中的金属离子盐捕捉下来，转移到液相被氧化为硫磺；脱除硫化氢的混合气体通过进入输气管线此时每标准立方混合气体中的二氧化碳含量不超过5ppm,硫化氢含量不超过3ppm。

经过上述分离步骤的混合气体只含有氢气、甲烷和氮气。通过循环压缩单元将混合气体的温度降低到零下162度回收甲烷为LNG、零下198度回收氮气为液氮，液氮作为循环压缩单元的制冷剂将循环使用。通过活性炭变压吸附可将氢气的浓度提高到99.999％。

图1是本发明核心结构示意图。